Phân tích khả năng chịu tải của cọc khoan nhồi và giải pháp xử lý khi bị khuyết tật

Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------------

SỬ MINH ĐĂNG

PHÂN TÍCH KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA CỌC
KHOAN NHỒI VÀ GIẢI PHÁP XỬ LÝ KHI BỊ
KHUYẾT TẬT
Chuyên ngành : Địa kỹ thuật xây dựng
Mã số ngành : 60.58.60

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 6 năm 2008


CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học 1:

TS. TRẦN XUÂN THỌ

Cán bộ chấm nhận xét 1:

…………………………………………………………….

Cán bộ chấm nhận xét 2:

………………………………………………………………..

Luận văn thạc só được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN
THẠC SĨ.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày ……………tháng ……………năm 2008.


Đại Học Quốc Gia Tp.Hồ Chí Minh

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

-----------------------

-----------------------

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên:

Sử Minh Đăng

Phái:

Nam

Ngày tháng năm sinh: 01/06/1982

Nơi sinh: Khánh Hòa

Chuyên ngành:

MSHV:

I.

Địa Kỹ Thuật Xây Dựng

00905210

TÊN ĐỀ TÀI: PHÂN TÍCH KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA CỌC KHOAN NHỒI VÀ GIẢI

PHÁP XỬ LÝ KHI BỊ KHUYẾT TẬT
II.

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG
Nhiệm vụ: Nghiên cứu giải pháp xử lý sự cố giảm sức kháng mũi của cọc khoan nhồi.
Nội dung:
Mở đầu
Chương 1: Tổng quan về khả năng chịu tải và kỹ thuật thi công cọc khoan nhồi.
Chương 2: Phân tích nguyên nhân và sự cố xảy ra khuyết tật trong quá trình thi
công cọc khoan nhồi
Chương 3: Sức chịu tải cọc khoan nhồi khi bị khuyết tật
Chương 4: Nghiên cứu giải pháp xử lý sự cố khuyết tật cọc khoan nhồi.
Kết luận và kiến nghị

III.

NGÀY GIAO NHIỆM VỤ

: 16-7-2007

IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ

: 16-6-2008

V.

: TS. TRẦN XUÂN THỌ

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
CB HƯỚNG DẪN

CN BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

TS. TRẦN XUÂN THỌ

TS VÕ PHÁN
Ngày

tháng

năm 2008

Nội dung và Đề Cương Luận Văn Thạc Só đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua

PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH

KHOA QUẢN LÝ NGÀNH


Lời cảm ơn
Sau hơn 2 năm, khoảng thời gian mà tôi theo học cao học ngành địa
kỹ thuật xây dựng tại khoa xây dựng Trường Đại học Bách Khoa thành phố
Hồ Chí Minh. Hôm nay tôi đã hoàn thành luận văn tốt nghiệp thạc só. Luận
án tốt nghiệp của tôi được hoàn thành ngoài sự nổ lực của bản thân còn
nhận được sự giúp đỡ của nhiều người. Tôi xin gửi lời cảm ơn đến tất cả mọi
người đã giúp tôi hoàn thành luận án tốt nghiệp này.
Đầu tiên tôi xin chân thành cảm ơn thầy Tiến só Trần Xuân Thọ, người
thầy đã trực tiếp hướng dẫn tôi bước vào con đường nghiên cứu khoa học,
giúp tôi định hướng được mục tiêu và phương hướng nghiên cứu. Tôi đã
nhận được từ thầy sự hướng dẫn tận tình và nhiều lời góp ý kiến rất cần
thiết để hoàn thành luận án này.
Xin chân thành cảm ơn tất cả thầy cô trong chuyên ngành Địa Kỹ
Thuật Xây Dựng, những người đã tận tâm truyền đạt kiến thức cho tôi trong
hơn 2 năm qua.
Xin chân thành cảm ơn lãnh đạo và tập thể các thầy cô Phòng đào
tạo sau đại học đã giúp đỡ tôi trong suốt quá trình đào tạo.
Con xin chân thành cảm ơn bố mẹ và gia đình đã động viên và giúp
đỡ con trong suốt quá trình học tập cũng như thực hiện luận văn này.
Cảm ơn các anh chị, bạn bè và các đồng nghiệp đã giúp đỡ trong quá
trình làm luận văn này.
Tp Hồ Chí Minh ngày 10 tháng 6 năm 2008

Sử Minh Đăng

TÓM TẮT LUẬN VĂN
Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế trong nước, nhu cầu
về cơ sở hạ tầng cũng phát triển theo nhằm phục vụ và kích thích tăng
trưởng kinh tế của xã hội. Việc xây dựng cầu vượt sông lớn, xây cầu vượt
hoặc xây dựng những nhà cao tầng trong thành phố như: khách sạn, văn
phòng làm việc, chung cư cao tầng v.v… Đòi hỏi phải sử dụng các loại móng
sâu có khả năng chịu tải cao. Việc lựa chọn vị trí xây dựng đôi khi gặp phải
vấn đề khó khăn về địa chất do vậy lựa chọn giải pháp nền móng hợp lý là
điều quan trọng, có vai trò quyết định thành công hay thất bại của công
trình, đặc biệt là những công trình trên nền đất yếu.
Một trong những giải pháp móng sử dụng có hiệu quả đó là việc ứng
dụng móng cọc khoan nhồi. Như chúng ta đã biết, do bản chất của công
nghệ cọc khoan nhồi luôn tiềm ẩn các khuyết tật, hư hỏng xảy ra trong quá
trình thi công, đặc biệt là các hư hỏng ở đáy cọc (do những sai sót trong quá
trình tạo lỗ, giữ ổn định thành vách, hạ lồng cốt thép và đổ bê tông), thân
cọc. Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng cọc khoan nhồi, đặc biệt là
chất lượng đáy cọc.
Xuất phát từ bài toán thực tế thi công và kiểm tra chất lượng cọc
khoan nhồi. Học viên đã chọn đề tài:

“ Phân Tích Khả Năng Chịu Tải Của Cọc Khoan Nhồi Và Giải Pháp
Xử Lý Khi Bị Khuyết Tật “

Phương pháp tính toán sức chịu tải cọc khi bị khuyết tật, cọc sau khi
xử lý và giải pháp thi công cũng như phương pháp kiểm tra chất lượng cọc
được nghiên cứu. Đồng thời những yếu tố ảnh hưởng gây nên khuyết tật cho
cọc trong quá trình thi công được phân tích đánh giá và các giải pháp hợp lý
phòng ngừa và khắc phục sự cố khuyết tật cọc cũng được đề cập trong luận
văn này.
Luận văn được lấy số liệu từ công trình cụ thể ứng với điều kiện cọc

khoan nhồi được khoan ở vùng đất yếu quận 6 tại tp Hồ Chí Minh. Tiến hành
thí nghiệm siêu âm phát hiện 5m dưới đáy cọc bị khuyết tật . Áp dụng công
nghệ Post - Grouting , công nghệ mở rộng , làm sạch , phun vữa đáy cọc và
phun vữa dọc thân cọc nhằm tăng sức chịu tải cho cọc khuyết tật. Việc bơm
vữa áp lực xuống đáy cọc sau khi đổ bê tông nhằm làm chặt đất tại chỗ
cũng như bất cứ thứ vụn nào sót lại trong quá trình khoan. Nguyên lý của
công nghệ là gia tải trước cho nền bên dưới đáy cọc để huy động sức chịu
tải đáy cọc trong phạm vi giới hạn lún cho phép. Việc phụt vữa xung quanh
thân cọc nhằm tăng khả năng ma sát thành cho cọc.


ABSTRACT
Together with the strong development of domestic economy,the demand of
infrastruture is expanding in order to serve and stimulate the socioeconomic
development.To construct huge brigde ,pass over or high building such as
hotel,office or apartment, kinds of deep foundation with high bearing capacity are
required to be utilized.It is somehow difficult in geology when choosing
construction position .Thus,suitable choice for foundation solution is such an
important point ,plays a main role which leads to success or fail of the
project,especially for soft soil project.
One of effective foundation solution is bored pile .As we all may know
basis of bored pile technology is always full of hidden defects . Damage may
appear during executive construction ,especially in pile bottom(due to mistakes in
drilling, stabilizing shaft, installing rebar cage, pouring concrete) .The reason is
that there are many factors affect bored pile quality.
From actual executing and checking bored pile quality,I would like to
choose the subject:
“Analysing the bearing capacity of bored pile and proposing solutions
when defects appear”
Methods to calculate bearing capacity when defects appear , treated bored

pile , method statement construction as well as checking pile quality are also
researched. Meanwhile , which factors affect and cause pile defects are
investigated and analysed. Suitable solutions to prevent and overcome the
problems are also mentioned in this thesis.
Data for this thesis is collected from specific construction in district 6 Ho
Chi Minh City where drilled shaft foundation is carried out in soft soil
condition.When sonic test is processed,defect below pile bottom 5 meters is
found . Bottom Cleaning ,Grouting of Pile technique and Grouting of Pile Shaft
technique are applied to increase bearing capacity for defected pile.The injection
of high pressure grout beneath the shaft tip is done in order to compact the insitu soil and any debris left from drilling process.The principle of the technique is
preloading soil below the tip to realize end bearing capacity within service
displacement limit . And friction of pile shaft is aslo enhanced by pile shaft
grouting.


MỤC LỤC
CHƯƠNG I: Tổng quan về sức chịu tải và kỹ thuật thi công cọc khoan nhồi

3

1.1. Cơ sở làm việc cọc khoan nhồi.
1.1.1- Phân tích sức chịu tải của cọc.
1.1.2- Phương trình tổng quát về sức chịu tải của cọc.
1.2. Cơ sở xác định sức chịu tải của cọc khoan nhồi .
1.2.1- Tính sức chịu tải cọc theo vật liệu.
1.2.2- Tính sức chịu tải cọc theo đất nền.
1.2.3- Xác định sức chịu tải của cọc theo kết quả xuyên tónh .
1.2.4- Xác định sức chịu tải của cọc theo tiêu chuẩn 22TCN 272-01
1.2.5- Xác định sức chịu tải của cọc theo kết quả xuyên động
1.2.6- Xác định sức chịu tải của cọc bằng phương pháp phần tử hữu hạn

1.2.7- Xác định sức chịu tải của cọc bằng phương pháp nén tónh

3
3
4
5
5
5
6
8
9
9
11

1.3. Kỹ thuật thi công cọc khoan nhồi.
1.3.1- n định thành vách bằng bùn khoan.
1.3.2- Tạo lỗ khoan.
1.3.3- Thay bùn.
1.3.4- Đặt lồng thép và nối ống Trieme
1.3.5- Đổ bê tông cọc khoan nhồi

14
14
20
21
21
23

Nhận Xét Kết Luận

25

CHƯƠNG II: Phân tích nguyên nhân và sự cố xảy ra khuyết tật trong quá trình
thi côngcọc khoan nhồi.
2.1. Kiểm tra chất lượng cọc khoan nhồi.
26
2.2. Hình sự cố khuyết tật cọc khoan nhồi
32
2.3. Phân tích nguyên nhân xảy ra sự cố và kiến nghị giải pháp
Nhận xét
37
CHƯƠNG III: Sức chịu tải của cọc khoan nhồi khi bị khuyết tật
3.1. Đặt vấn đề
3.2 Mô tả công trình
3.2.1- Mô tả cọc
43
3.2.3- Mô tả địa chất
43
3.3. Tính toán sức chịu tải khi không bị khuyết tật
44
3.3.1. Xác định sức chịu tải theo vật liệu
45
3.3.2. Xác định sức chịu tải theo đất nền
45
3.3.3. Xác định sức chịu tải cọc theo kết quả xuyên động (SPT)
46
3.3.4. Xác định sức chịu tải theo tiêu chuẩn thiết kế móng cọc 22TCN 272-01 47


3.3.5. Xác định sức chịu tải theo phương pháp phần tử hữu hạn

(Plaxis 3d foundation V1.6)
3.4. Tính toán sức chịu tải cọc khi bị khuyết tật
3.4.1. Phân tích các dạng khuyết tật cọc
3.4.2. Tính toán sức chịu tải cọc khi bị khuyết tật
3.4.3. Đánh giá độ lún khi cọc khuyết tật
CHƯƠNG IV: Nguyên cứu giải pháp xử lý sự cố khuyết tật cọc khoan nhồi
4.1. Giới thiệu
4.2. Thiết kế phun vữa và mô hình cọc
4.3. Phương pháp phun vữa trong sữa chữa cọc khoan nhồi có
chất lượng không đồng nhất
4.3.1.Các bước tiến hành của phương pháp
4.3.2. Chi tiết phương pháp chính
4.4. Phân tích sức chịu tải cọc khoan nhồi sau khi xử lý bằng công thức tính toán
4.5. Phân tích sức chịu tải cọc khoan nhồi sau khi xử lý bằng phương pháp phần tử
hữu hạn
4.6. Xác định sức chịu tải cọc bằng thí nghiệm nén tónh hiện trường
Kết luận
Kiến nghị và hướng phát triển
Tài liệu tham khảo

50
54
54
56
58
64
65
67
69
69

81
84
86
89
90
91


Luận văn thạc só

MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Cùng với sự phát triển của nền kinh tế quốc dân, nhu cầu xây dựng các tòa nhà
cao tầng ở nước ta ngày càng tăng. Việc áp dụng các công nghệ mới, trong đó có
công nghệ thi công cọc khoan nhồi là một xu thế tất yếu đóng góp vào sự phát triển
của ngành công nghiệp xây dựng.
Như chúng ta đã biết, do bản chất của công nghệ cọc khoan nhồi luôn tiềm ẩn
các khuyết tật, hư hỏng xảy ra trong quá trình thi công, đặc biệt là các hư hỏng ở đáy
cọc (do những sai sót trong quá trình tạo lỗ, giữ ổn định thành vách, hạ lồng cốt thép
và đổ bê tông), thân cọc. Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng cọc khoan nhồi,
đặc biệt là chất lượng đáy cọc.
Việc xử lý đáy cọc đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao khả năng chịu
lực của cọc khoan nhồi. Trên thế giới, việc nghiên cứu công nghệ xử lý làm sạch đáy
cọc và bơm vữa đáy cọc khoan nhồi đã được quan tâm từ lâu. Có thể xử lý đáy cọc
khoan nhồi theo nhiều phương pháp khác nhau, trong đó có công nghệ Post - Grouting
và công nghệ mở rộng làm sạch và phun vữa đáy cọc là hai công nghệ có nhiều ưu
điểm mang lại hiệu quả, được sử dụng rộng rãi trên thế giới.
2. Nội dung
Khảo sát về sức chịu tải của cọc khoan nhồi
Phân tích nguyên nhân gây ra khuyết tật, hư hỏng ở đáy cọc, cọc khoan nhồi

ảnh hưởng đến sức chịu tải của cọc
Sức chịu tải của cọc sau khi dùng biện pháp xử lý
Tìm hiểu biện pháp và công nghệ phun vữa xử lý cọc
3. Ý nghóa khoa học của đề tài
Cùng với sự phát triển của nền kinh tế quốc dân, nhu cầu xây dựng công trình
giao thông và xây dựng các toà nhà cao tầng ở nước ta ngày càng tăng. Việc áp dụng
các công nghệ mới, trong đó có công nghệ xử đáy cọc khoan nhồi là một xu thế tất
yếu đóng góp vào sự phát triển của ngành công nghiệp xây dựng.
Công nghệ mở rộng xử lý đáy cọc khoan nhồi bằng việc bơm vữa sau đã được
nghiên cứu và áp dụng rất phổ biến ở rất nhiều nước trên thế giới. Những kết quả
nghiên cứu cho thấy đây là công nghệ xứ lý đáy cọc rất có hiệu quả. Yêu cầu về các
thiết bị thi công khá đơn giản, hoàn toàn có thể chế tạo trong nước. Quy trình thi công
cũng như kiểm soát chất lượng không quá phức tạp. Vấn đề cần tiếp tục là phải tiến
hành các thực nghiệm để lượng hoá được mức tăng sức chịu tải của đáy cọc nhờ việc
phun vữa ứng với các loại đất cũng như áp lực bơm cụ thể nhằm hoàn thiện phương
pháp tính toán sức chịu tải của cọc xử lý theo công nghệ này.

-1-


Luận văn thạc só
4. Phương pháp nghiên cứu
Sử dụng lý thuyết được học , áp dụng kinh nghiệm , số liệu thực tế thi công tại
công trường và sử dụng phần mềm Plaxis 3d foundation để mô hình giải bài toán thực
tế.
5. Hạn chế của đề tài
Do hạn chế của đề tài nên trong phần luận văn này em chỉ đi sâu phân tích và
đề ra biện pháp khắc phục đối với cọc bị sự cố đáy cọc.
Kỹ thuật xử lý đáy cọc này chỉ áp dụng hiệu quả cho đất rời, ngoài ra còn áp
dụng hiệu quả cho các loại đất khác như sét pha cát, cát pha sét…

Phương pháp xử lý các cọc hỏng ở chân chỉ giới hạn với chiều cao của vùng bê tông
không đồng nhất < 5m.

-2-


Luận văn thạc só

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ SỨC CHỊU TẢI VÀ KỸ THUẬT THI CÔNG CỌC
KHOAN NHỒI
Móng cọc khoan nhồi là lọai móng sâu thường sử dụng cho các công trình
nhà cao tầng, hoặc có số tầng vừa trên đết yếu trong nhà dân dụng và các nhà xưởng,
cho các công trình cầu, cảng, thủy lợi .Cọc nhồi đổ tại chỗ thường là cọc có tiết diện
tròn, đường kính thường gặp từ 0.8m-2.0m.
1.1 Cơ sở làm việc của cọc khoan nhồi
Khả năng chịu lực dọc trục theo đất nền của cọc khoan nhồi là tổng của sức
chịu tải đáy cọc và sức chịu tải thành bên của cọc. Thông thường, thành phần sức chịu
lực đáy cọc chỉ được huy động ở một mức độ rất thấp. Theo một số nghiên cứu thực
nghiệm thì sức chịu tải thành cọc khoan nhồi (sức chịu tải ma sát) có thể đạt được
50% giá trị tại độ lún bằng 0.2 % đường kính cọc (0.2% D, theo AASHTO 1997) và
lớn nhất tại độ lún khoảng 0,5-1 % đường kính D (0.5-1 % D, theo Bruce 1986) .Trong
khi đó sức chịu tải đáy cọc khoan nhồi có thể đạt được 50% giá trị tại độ lún bằng 2%
đường kính cọc (2%D , theo AASHTO 1997 ) và được huy động hoàn toàn khi đạt độ
lún từ 10 -15% D theo Bruce, 1986) . Độ lún này thường lớn hơn rất nhiều so với độ lún
giới hạn khai thác cho phép. Nguyên nhân là do trong quá trình thi công đất nền vùng
đáy cọc thường bị xáo trộn nên cần một độ lún lớn để huy động sức chịu tải đáy cọc.
Ngoài ra việc để lại một lượng mùn lắng dày dưới đáy cọc cùng góp phần dẫn đến
hiện tượng này.
1.1.1 Phân tích sức chịu tải (SCT) của cọc:

Sức chịu tải dọc trục của cọc được tính dựa vào:
- Sức chịu tải theo vật liệu (Pvl)
- Sức chịu tải theo đất nền (Pđn)
Phân tích SCT của cọc tính theo chỉ tiêu cơ lý ( Phụ lục A TCXD 205-1998)
Phân tích SCT của cọc tính theo chỉ tiêu cường độ ( Phụ lục B TCXD 205-1998)
* Sức kháng bên Qs gồm ma sát bên và lực dính là phản lực giữa đất xung quanh
cọc với cọc.
* Sức kháng mũi Qp là phản lực giữa đất ở mũi cọc tác dụng lên cọc.
Để xác định được các sức kháng này ta phải khảo sát địa chất bằng các phương
pháp ở hiện trường và thí nghiệm trong phòng để xác định các chỉ tiêu cơ lý của đất
để làm cơ sở tính toán.
Trong thiết kế, ta phân sức chịu tải của cọc làm 2 lọai:
- Sức chịu tải cực hạn của cọc (Qu) là lọai tải trọng mà khi đạt đến giá trị này thì vật
liệu hoặc đất nền sẽ bị phá họai.
- Sức chịu tải cho phép (Qa )là lọai tải trọng mà khi đạt đến giá trị này thì cọc hoặc
công trình làm việc an tòan, với hệ số an toàn F≈2.
-3-


Luận văn thạc só
Trong thiết kế, thiên về an toàn thường chọn sức chịu tải nhỏ nhất giữa sức chịu tải
theo vật liệu và theo đất nền, tức Qu = Pu= min( Puvl,Pn).Tuy nhiên, về hiệu quả kinh
tế Puvl và Pn không được lệch nhau quá nhiều.
1.1.2. Phương trình tổng quát về sức chịu tải dọc trục của cọc
Sức chịu tải cực hạn của cọc gồm 2 thành phần:
(1.1)
Pu =Qu= Qs + Qp
(1.2)
Thành phần sức kháng bên: Qs= u∑mf fsili
Thành phần sức kháng mũi: Qp= Apqp

(1.3)
a. Sự huy động sức kháng
Dựa theo các kết quả nghiên cứu về sự làm việc đồng thời của sức kháng bên và
sức kháng mũi ta có phân tích sau đây:
- Khi chuyển vị của cọc nhồi có mặt bên nhám khi chuyển vị từ 10mm-15mm thì
sức kháng bên đạt giá trị cực hạn rất nhanh, ngược lại sức kháng mũi đạt giá trị cực
hạn rất chậm.
- Dưới tải trọng cho phép, chuyển vị của cọc khá nhỏ thì sức kháng mũi mới chỉ
huy động một phần, còn sức kháng bên của cọc thì huy động được một giá trị rất lớn.
Hình vẽ sau đây diễn tả sự làm việc tương tác giữa sức kháng bên và sức kháng mũi
khi cọc có chuyển dịch.
b. Cọc trong đất sét
- Đối với cọc nhồi: Khi đổ bêtông, nếu bêtông quá ướt, tức thừa nước trong quá
trình bêtông đông kết, thì phần nước dư này sẽ bị đất sét xung quanh hút vào - vì đất
sét có tính hút ẩm cao, và làm giảm sức kháng cắt của đất này.
- Đối với cọc khoan nhồi: Cọc khoan nhồi khi sử dụng dung dịch bentonite, nên
đáy hố khoan thường chứa nhiều mùn khoan trước khi đổ bêtông cọc, nên sức chịu tải
của cọc ở phần mũi giảm đi rất nhiều.
c. Ảnh hưởng của chiều sâu ngàm cọc đến sức chịu tải của cọc
- Khi cọc đạt đến sức chịu tải cực hạn Pu thì đất nền dưới mũi cọc sẽ bị phá họai
theo mặt trượt sâu có dạng xoắn logarith, mặt trượt này bắt đầu từ mũi cọc
đi xuống phía dưới khoảng 2÷3.5B, và đi lên phía trên khoảng 2÷ 8B. Phạm vi mặt
trượt phụ thuộc vào lọai đất ở mũi cọc. Nếu là đất dính thì mặt trượt nhỏ- xuống
khoảng 2÷2.5B, và lên khoảng 2÷2.5B, còn đối với cát chặt thì dài hơn- xuống
khoảng 3÷3.5B, và lên khoảng 6÷10B.Nếu cọc làm việc trong nhóm, khi cọc đạt
đến giá trị cực hạn thì phần đất nền dưới sẽ bị phá họai sâu hơn.
- Đối với đất dưới mũi cọc : Phải khoan khảo sát địa chất sâu hơn mũi cọc khoảng
2÷3.5B để kiểm tra về mặt chịu lực, còn kiểm tra lún thì cần khảo sát sâu hơn theo
vùng nền chịu nén.
- Đối với đất trên mũi cọc, chiều dài mặt trượt phát triển lên trên gọi là chiều dài

ngàm cần thiết: Dc (tham khảo bảng 1.1). Nếu trong phạm vi Dc nền đất gồm nhiều
lớp đất thì việc dự báo sức kháng mũi qp phải dựa trên tính chất của tất cả các lớp đất
này( thông thường mũi cọc được chọn cắm vào lớp đất tốt, nên trong vùng Dc là lớp
đất yếu hơn).
-4-


Luận văn thạc só
- Để thuận tiện trong tính toán ta có thể dự báo sức kháng mũi qp dựa vào lớp đất
dưới mũi cọc, sau đó giảm bớt giá trị qp do tồn tại lớp đất yếu trong phạm vi Dc. Còn
trong phạm vi Dc đất đồng nhất và cũng là lớp đất tốt như dưới mũi cọc thì không cần
hiệu chónh ( nên chọn chiều sâu đặt mũi cọc thỏa điều kiện này.
Bảng 1.1. Chiều sâu ngàm cần thiết [5]

Ký hiệu

Lọai đất

Dc/B

1

Đất sét

2

2

Hổn hợp sét-bụi-cát, cát rất nhiều bui, bụi

4

3

Cát có N60 ≤ 12

6

4

N60 = 12÷ 29

9

N60 ≥ 30

12

Đá vôi mềm, cát lẫn nhiều vỏ sò, hến

6

Ghi chú: D= B: Cạnh cọc, N60 là chỉ số SPT đã hiệu chỉnh.
1.2. Cơ sở tính toán xác định sức chịu tải cọc khoan nhồi
1.2.1.Tính sức chịu tải của cọc theo vật liệu
- Cọc được tính toán như cấu kiện chịu nén đúng tâm:
Qvl= Ru.Ab + Ran.Aa
Với:

Ru: cường độ tính toán của bêtông cọc nhồi

⎧ R 300
⎫
=
= 66.66(daN / cm 2 ) ⎪
⎪
2
Ru ≤ ⎨ 4.5 4.5
⎬ Ỉ chọn Ru = 60 (daN/cm )
⎪60(daN / cm 2 )
⎪
⎩
⎭

Ran : cường độ tính toán của cốt thép
⎧ Rc 2600
⎫
=
= 1733(daN / cm 2 ) ⎪
⎪
φ = 18 < 28mm ⇒ Ran ≤ ⎨1.5 1.5
⎬
⎪2200(daN / cm 2 )
⎪
⎩
⎭

1.2.2. Tính sức chịu tải của cọc theo đất nền
- Theo chỉ tiêu cường độ đất nền (Phụ lục B – TCXD 205-1998):
-5-

Luận văn thạc só
Sức chịu tải cho phép của cọc:
Qa =

Qp
Qu
Q
= s +
FS FS s FS p

Với: FSs = 2 : hệ số an toàn cho thành phần ma sát bên
FSp = 3: hệ số an toàn cho thành phần sức chịu dưới mũi cọc
Qp là sức kháng mũi cọc : Qp = qp * Ac
Trong đó: Ac : diện tích mặt cắt ngang cọc
q p sức kháng mũi cọc đơn vị
Theo TCXD 205-1998:
q p = cNc + σ v Nq + γ d N γ
Với: σ’VP: ứng suất có hiệu theo phương thẳng đứng tại độ sâu mũi cọc do
trọng lượng bản thân của đất:
σv =

∑γ

*
i

xLi

( dưới mực nước ngầm, ta dùng γ ' và lấy giá trị cận dưới)

Tính Qs
Sức chịu tải cực hạn ma sát xung quanh cọc: Qs= u ∑ f s L i
Với: Li là chiều dài cọc đi qua lớp thứ i
u: Chu vi tiết diện ngang thân cọc
Lực ma sát bên tại giữa lớp đất thứ i, tính với trường hợp cọc BTCT:
fs= (1 - sinϕ)σ’vtgϕa + ca

σ’v: ứng suất có hiệu theo phương thẳng đứng tại độ sâu tính toán ma sát bên
tác dụng lên cọc = Σγsizi ( với zi là độ sâu trung bình của lớp đất thứ i)
Vì là cọc BTCT Ỉ ca = c

;

ϕa = ϕ

- Theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền (Phụ lục A – TCXD 205-1998):
Sức chịu tải cho phép của đất nền:
Qtc = (mRACqp + u ∑ m f * f si * Li )m
Qa =

Qtc
Q
= tc
K tc 1.75

ktc = 1.40÷1.75 tuy theo số lượng cọc trong móng

-6-

Luận văn thạc só
Bảng 1.2. Chiều sâu ngàm cần thiết [5]
STT

Số lượng cọc trong móng

ktc

ktc khi thử tónh
cọc

01

Có trên 21 cọc

1.40

1.25

02

Có từ 11÷20 cọc

1.55

1.40

03

Có từ 6÷10 cọc

1.65

1.50

04

Có từ 1÷5 cọc

1.75

1.60

Ta có
- m: hệ số làm việc của cọc trong đất, lấy m=1
- mf , mR các hệ số điều kiện của đất ở mũi cọc và mặt bên của cọc (tra
bảng). Chọn mf = 0.7 và mR =0.9
- u : Chu vi cọc
- AC: Diện tích mặt cắt ngang cọc.
- qp : cường độ đất nền ở mũi cọc, phụ thuộc vào độ sệt và độ sâu trung
bình Zi của lớp đất
- fs : ma sát bên đơn vị của cọc, phụ thuộc vào độ sệt và độ sâu trung bình
Zi của lớp đất
Trong thiết kế, thiên về an toàn ta chọn giá trị nhỏ nhất sức chịu tải của cọc tính theo
các trường hợp trên để tính toán. [2]
1.2.3. Xác định sức chịu tải của cọc theo kết quả xuyeân tĩnh(CPT) [5]
a.Theo Meyerhof :
i =n

Qu = Asfs + Apqp = U ∑ fsili + Apqp

i =1

Với qp = (2/3 – 1.5)qc
fs1 = 2fs hoặc =

qc
200

As ,Ap là diện tích chung quanh và diện tích tiết diện ngang của cọc
i =n

b.Theo TCVN 205 :1998 Qu = Asfs + Apqp = U ∑ fsili + Apqp
i =1

Trong đó : qp = Kc⎯qc

-7-


Luận văn thạc só
⎯qc : sức chống xuyên trung bình lấy trong khoảng 3d
phía trên và 3d phía dưới mũi cọc
f si =

qci

αi

Bảng 1.3. Chiều sâu ngàm cần thiết [5]

Số TT
1
2
3
4
5
6
7
8

Kc
αi
Cọc nhồi Cọc đóng Cọc nhồi Cọc đóng
Sét mềm và bùn
0.4
0.5
30
30
Sét cứng vừa
0.36
0.45
40
40
Sét cứng rất cưnùg
0.45
0.55
60
60
Cát chảy cát rời
0.4

0.5
120
80
Cát chặt vừa
0.4
0.5
180
100
Cát chặt
0.3
0.4
150
150
Đá phấn mềm
0.2
0.3
100
100
Đá phấn phong hóa
0.2
0.4
60
60
Tên đất

1.2.4. Xác định sức chịu tải của cọc theo tiêu chuẩn thiết kế móng cọc 22TCN
272-01 do Bộ Giao thông vận tải ban hành
- Sức kháng thành:
Với đất cát: qs = 2.8 x N với N < = 53,
qs = 0.21x(N-53) + 0.15 với 53 < N < 100 (kPa) (Reese &

Wright 1977 - A10.8.3.4.2-1)
Với đất sét: qs = α x Su
- Sức kháng mũi:
Với đất cát: qp = 64 x N (kPA) với N < = 60, qp = 3800 (kPa) với N > 60
(Reese & Wright 1977 - A10.8.3.4.2-1)
Với đất sét: qp = Nc x Su <= 4000 (kPa), Nc = 6 x (1 + 0.2 x Z/D) < = 9
neáu Su < 24 kPa, Nc = Nc/e
Qs =

∑

( qs x As x li)

Qp = qp x Ap
1.2.5. Xác định sức chịu tải của cọc theo kết quả xuyên động (SPT).
Sức chịu tải cho phép của cọc Qa (tấn) trong nền gồm các lớp đất dính và đất
rời tính theo công thức:
-8-


Luận văn thạc só
Qa = 1,5 N Ap + (0,15 Nc Lc + 1,43 Ns Ls)Ω – Wp
Trong đó:
* N : Chỉ số xuyên tiêu chuẩn.
* N : Chỉ số xuyên tiêu chuẩn trung bình của đất ở trong khoảng 1d dưới mũi
cọc và 4 d trên mũi cọc
- Nếu N > 60, khi tính toán N lấy N = 60.
- Nếu N > 50 khi tính toán trong công thức (4.54) lấy N = 50.
* Nc và Ns : Giá trị trung bình của chỉ số xuyên tiêu chuẩn trong lớp đất rời và
lớp đất dính.

* Ls và Lc: Chiều dài phần thân cọc nằm trong đất dính và đất rời (m).
* Ω = u: Chu vi cọc (m).
* Wp: Hiệu số giữa trọng lượng cọc và trọng lượng trụ đất nền do cọc thay thế
1.2.6. Xác định sức chịu tải của cọc bằng phương pháp phần tử hữu hạn.
Giới thiệu phần mềm Plaxis 3d Foundation Ver 1.6
Ngày nay cùng với sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật, ngành
xây dựng cũng có những bước phát triển không ngừng. Để đạt được những thành tựu
như vậy là nhờ sự trợ giúp đắc lực của máy tính điện tử và các phần mềm tính toán
kết cấu. Tất cả các phần mềm tính toán này đều được viết dựa trên lý thuyết phần tử
hữu hạn: trong tính toán kết cấu thay thế môi trường liên tục bằng tập hợp các phần tử
gián đoạn, dựa vào quan hệ giữa ứng suất và biến dạng kết hợp ma trận độ cứng cùng
các điều kiện biên để tính toán nội lực và chuyển vị của từng phần tử.
Sự ra đời và phát triển của phương pháp phần tử hữu hạn đã đáp ứng được
những đòi hỏi của sự phát triển kỹ thuật hiện đại. Sự phát triển và ứng dụng rộng rãi
máy tính điện tử đã thúc đẩy nhanh sự hoàn thiện và phong phú của phương pháp
phần tử hữu hạn.
Trong đề tài này, phần mềm được sử dụng để mô phỏng quá trình làm việc
của nền là phần mềm Plaxis 3D Foundation ver 1.6 với mô hình đất nền tính toán là
mô hình cơ bản Mohr - Coulomb.
Đất và đá có khuynh hướng ứng xử phi tuyến dưới tác dụng của tải trọng, tính
chất phi tuyến giữa ứng suất và biến dạng có thể được thể hiện trong một số mô hình
khác nhau. Mô hình cơ bản và thông thường được sử dụng nhất là mô hình Mohr Coulomb được xem là gần đúng với ứng xử thực của đất. Mô hình Mohr - Coulomb
dựa trên lý thuyết đàn hồi dẻo thuần túy và cần có 5 thông số cơ bản: Module Young,
E, hệ số Poisson, ν; lực dính đơn vị, c, góc nội ma sát, ϕ và góc giãn nở, ψ.
Các thông số chính trong mô hình cơ bản của đất nền:
Năm thông số của mô hình cơ bản được khảo sát từ biểu đồ điển hình của quan
hệ ứng suất - biến dạng trong thí nghiệm nén ba trục trong điều kiện thoát nước. Vật
-9-

Luận văn thạc só
liệu được nén đẳng hướng với sự hạn chế của thành phần ứng suất σ3. Sau đó tăng
dần ứng suất nén dọc trục σ1 trong khi ứng suất ngang được giữ không đổi. Trong giai
đoạn gia tải thứ cấp kết quả biểu đồ tương tự như hình 3.7a. Khi biến dạng thể tích
tăng (điển hình là cát và đá), kết quả được thể hiện như trên hình 3.7b đãø được lý
tưởng hóa theo mô hình Mohr -Coulomb.
σ1: Ứng suất nén dọc trục
σ3: Ứng suất ngang (không đổi)
ε1: Biến dạng dọc trục
εv: Biến dạng thể tích

Hình 1.1:Kết quả thí nghiệm ba trục thoát nước tiêu chuẩn và mô hình đàn dẻo.
Các thông số cơ bản của mô hình Mohr – Coulomb:
- Module đàn hồi Young, E(kN/m2)
Plaxis dùng module Young như là độ cứng cơ bản của module đàn hồi trong mô hìmh
đàn hồi và mô hình Mohr – Coulomb, tuy nhiên một số độ cứng của module đàn hồi
khác cũng có thể được chọn để thay thế. Giá trị độ cứng của module đàn hồi thường tỉ
lệ với ứng suất.Trong cơ học đất, độ dốc đơn vị thường cho ta biết E0 và module đàn
hồi cát tuyến ở 50% độ bền được ký hiệu là E50. Các module đàn hồi sau thường được
sử dụng trong mô hình Mohr – Coulomb:
i) Module tiếp tuyến, E0 thường được sử dụng cho vật liệu có giới hạn làm việc
đàn hồi lớn.
ii) Module cát tuyến, E50 thường được sử dụng để tính cho các loại đất thông
thường khi chịu tác dụng của tải ngoài (cố kết) .
iii) Module dỡ tải (trong thí nghiệm dỡ tải), Eur thường dùng mô phỏng nền trong
trường hợp thiết kế đường hầm hay hố đào.
Đối với đất, cả module E0 và Eur đều có xu hướng tăng theo áp lực. Do vậy giá
trị của các module này ở lớp đất sâu hơn sẽ lớn hơn.

- 10 -

Luận văn thạc só

Hình 1.2:Xác định E0 và E50 từ kết quả thí nghiệm nén ba trục.
- Hệ số Poisson ν
Thí nghiệm nén ba trục thoát nước tiêu chuẩn có thể làm cho thể tích giảm đáng kể
ngay khi bắt đầu chất tải, do đó thu được một hệ số Poission ban đầu (ν0) thấp. Trong
một vài trường hợp, đặc biệt là trong bài toán dỡ tải có thể dùng những giá trị thấp
này để sát với thực tế, nhưng nói chung trong mô hình Mohr – Coulomb nên dùng
những giá trị cao hơn.
-Lực dính c (kN/m2)
Lực dính c tỷ lệ với ứng suất. Chương trình Plaxis 3D Foundation có thể giải quyết
những loại cát không có lực dính (c = 0), nhưng có một số lựa chọn nó sẽ không thực
hiện tốt. Để tránh phức tạp ta nên chọn c ≥ 0.2kN/m2.
-Góc ma sát trong ϕ (độ)
Góc ma sát trong được nhập vào bằng đơn vị độ. Những góc ma sát trong lớn như
thỉnh thoảng thấy ở cát chặt, về thực chất sẽ làm tăng sự cố gắng của máy tính khi
tính toán ở trạng thái dẻo. Thời gian tính toán tăng nhiều hay ít hơn theo qui luật hàm
số mũ với góc ma sát trong. Vì vậy, những góc ma sát trong lớn nên tránh dùng khi
thực hiện tính toán thấm cho một công trinh đặc thù.
-Góc giãn nở ψ (độ)
Góc giãn nở được nhập vào bằng đơn vị độ. Ngoại trừ những lớp đất cố kết trước
nặng, đất sét có khuynh hướng trương nở thấp (ψ ≈ 0). Sự trương nở của cát phụ thuộc
vào cả độ chặt và góc ma sát trong, đối với cát thạch anh lấy ψ ≈ ϕ - 30o, tuy nhiên
với những giá trị ϕ < 30o ta lấy ψ = 0. Giá trị âm của góc giãn nở chỉ đúng đối với
những loại cát cực kỳ rời xốp.
Giải bằng phần mềm plaxis 3d foundation ứng với tải trọng tác dụng lên cọc ta có thể
tính được độ lún cọc, sức kháng mũi cọc và sức kháng thân cọc.

- 11 -


Luận văn thạc só
1.2.7.Xác định sức chịu tải của cọc theo kết quả nén tónh ngoài hiện trường.
Đối với cọc khoan nhồi, thông thường thì sức chịu tải lớn, từ vài trăm đến vài
nghìn tấn. Do đó việc chọn phương pháp thử tải trọng để xác định khả năng mang tải
của cọc là việc rất quan trọng
Thí nghiệm nén tónh cọc, là phương pháp đáng tin cậy nhất trong việc xác định
sức chịu tải dọc trục của cọc. Tuy nhiên bên cạnh đó còn có nhiều hạn chế như: đòi
hỏi mặt bằng thi công rộng, giá thử tónh tải kiểu chất tải là khá cao , thời gian thử tải
dài (thường từ 7 đến 10 ngày/cọc). Thí nghiệm này cho phép kiểm tra lại các phương
pháp tính toán sức chịu tải khác cho cọc
Phương pháp thí nghiệm là tăng tải trọng từng cấp lên cọc thử và đo độ lún ổn
định tương ứng, cho tới lúc đạt giá trị cực hạn của tải tác động. Được định nghóa như
sức chịu tải cực hạn của cọc Qu.
Mục đích của phương pháp này là xác định tải trọng làm việc cho phép của
cọc. Dựa vào quan hệ độ lún S và tải trọng P hay S = f(P).
Vẽ biểu đồ xác định từ quan hệ S = f(P)
Hiện nay có hai quy trình chủ yếu được sử dụng là quy trình tải trọng không đổi
(maintained load, ML) và quy trình tốc độ dịch chuyển không đổi (Constant Rate of
Penetration, CRP). Quy trình nén với tải trọng không đổi (ML) cho ta đánh giá khả
năng chịu tải và độ lún của cọc theo thời gian. Thí nghiệm này đòi hỏi nhiều thời
gian, qúa trình thử nghiệm kéo dài tới vài ngày. Còn quy trình nén tónh với tốc độ dịch
chuyển không đổi (CRP) thường chỉ dùng đánh giá khả năng chịu tải giới hạn của cọc,
thời gian chỉ mất từ 3 đến 5 giờ.

Hình 1.3:Đường quan hệ giữa tải trọng và độ lún trong khi thử tải

Qui trình thí nghiệm gồm các bước sau đây:

a. Gia tải bước 1.

- 12 -


Luận văn thạc só
1- Cọc được gia tải theo từng cấp 25%, 50%, 75%, 100% tải trọng thiết kế và
đo độ lún ở các thời điểm t = 1, 2, 4, 8, 15, 60, 120, 180, 240 phút, tiếp theo cứ sau 2
giờ lại đo độ lún một lần cho đến khi tăng cấp tải trọng sau.
2-Tiêu chuẩn qui định khi tăng cấp tải trọng sau, độ lún sau 1 giờ nhỏ hơn
0,25mm.
3- Thời gian giử tải cho 1 cấp không được nhỏ hơn 1 giờ.
4- Ở cấp tải trọng thiết kế, thời gian giử tải không ít hơn 6 giờ và có thể kéo
dài đến 24 giờ.
5- Giảm tải qua các cấp 50%, 25% và 0% đo chuyển vị hồi phục của cọc ở tại
các thời điểm 1, 2, 4, 8, 15, 30, 60 phút. Ở tại cấp tải trọng 0% theo dõi cho đến lúc
chuyển vị không đổi.
b. Gia tải bước 2.
1 - Cọc được gia tải từng cấp 25, 50, 75, 100, 125, 150, 175, 200% (có thể tăng
đến các cấp 225% và 250% tùy theo yêu cầu thiết kế) và đo các độ lún ở các thời
điểm 1, 2, 4, 8, 15, 30, 60, 90, 120, 180, 240 phút và sau đó đo độ lún sau 2 giờ cho
mỗi cấp.
2- Tăng tải trọng lên cấp mới khi độ lún sau 1 giờ nhỏ hơn 0,25mm.
3- Giữ tải trọng ở cấp 200% hoặc 250% trong 24 giờ hoặc cho đến lúc độ lún
sau 1 giờ nhỏ hơn 0,25mm.
4- Giảm tải theo cấp 200, 150, 100, 50, và 0% tải trọng thiết kế và đo chuyển
vị hồi phục ở đầu cọc sau từng giờ cho đến khi đạt đến giá trị không đổi.
* Cọc được coi bị phá hoại khi:
- Cọc bị phá hỏng do vật liệu và kích thước cọc không đảm bảo.
- Độ lún lớn nhất của cọc tại cấp tải trọng bằng 2 lần tải trọng thiết kế sau 24

giờ lớn hơn 2% đường kính cọc.
- Độ lún lớn nhất của cọc tại cấp tải trọng bằng 2,5 lần tải trọng thiết kế sau 24
giờ lớn hơn 2,5% đường kính cọc.
* Tải trọng cho phép được lựa chọn với trị nhỏ nhất theo các điều kiện sau:
-Bằng 40% cấp tải trọng mà ở đó độ lún tăng liên tục.
-Bằng 40% tải trọng gây ra độ lún bằng 2% đường kính cọc.
-Bằng 40% tải trọng giới hạn xác định theo phương pháp tiếp tuyến trên biểu
đồ quan hệ giữa tải trọng và độ lún.
sau :

*Tải trọng giới hạn Qu của cọc được xác định khi sử dụng một trong các qui định
Tổng độ lún = 40mm
- 13 -


Luận văn thạc só
Độ lún do cấp tải sau lớn hơn gấp 5 lần cấp tải trước ∆Si ≥ ∆Sj
Dưới mỗi cấp tải trọng sau một ngày đêm mà độ lún vẫn lớn hơn 0.1mm. [12]
1.3. Kỹ thuật thi công cọc khoan nhồi
Cọc nhồi là loại cọc được đúc bê tông tại chỗ vào lỗ trống được đào hoặc
khoan trong lòng đất, tiết diện ngang là hình tròn Để ổn định thành vách các lỗ trống
này trong đất dễ bị sạt lở, có thể sử dụng ống vách hoặc sử dụng bùn khoan bentonite.
Cọc nhồi được thi công nhanh và có thể thực hiện được những cọc tiết diện lớn nhưng
đòi hỏi nhiều điều kiện kỹ thuật gắt gao trong suốt quá trình thực hiện.
Cọc khoan nhồi được chế tạo và hạ xuống ngay tại hiện trường bằng cách khoan trong
đất những lỗ cọc có độ sâu và đường kính thiết kế, sau đó đặt lồng thép và nhồi bê
tông vào cọc. Để ổn định thành vách các lỗ cọc khi đào, ta có sử dụng ống vách có
chiều dài 6m và dung dịch bentonite.
1.3.1. Ổn định thành vách bằng bùn khoan
Các đặc điểm cơ bản trong quá trình thi công cọc nhồi ổn định thành vách bằng

bùn khoan gồm :
1/ Ống vách (casing) hoặc ống dẫn ngắn định vị cọc và tránh lở miệng hố
trong quá trình đào hoặc khoan. Tường dẫn bằng thép bao quanh miệng lỗ khoan có
kích thước trong lớn hơn dụng cụ khoan vài cm để lưỡi khoan hoặc gầu đào lên xuống
dễ dàng.Bùn khoan nhằm ổn định thành vách lỗ trống trong quá trình tạo lỗ trống
trong lòng đất cho đến kết thúc giai đoạn đổ bê tông. Bùn khoan phải thích hợp với
đặc tính hóa lý của đất và nước ngầm. Bùn khoan thường gồm nước và đất sét
bentonite (hàm lượng khoáng monmorilonnite cao), đôi khi phải thêm phụ gia. [13]

Hình 1.4:Đóng ống vách để thi công cọc khoan nhồi

- 14 -


Luận văn thạc só

Hình 1.5:Thao tác đóng ống vách bằng búa rung thực tế thi công cọc
Có hai loại bùn khoan trên thị trường hiện nay : dung dịch bùn khoan với thành phần
khoáng vật , dung dịch bùn khoan với thành phần polymer và dung dịch bùn khoan
hỗn hợp:
a. Dung dịch bùn khoan với thành phần khoáng vật
Thành phần chủ yếu của loại dung dịch bùn khoan với thành phần khoáng vật
là các khoáng sét, được trộn với nước theo một hàm lượng thích hợp tạo thành huyền
phù. Dung dịch bùn khoan với thành phần khoáng vật gồm 2 loại chính: Bentonite (sử
dụng rất rộng rãi) và các khoáng sét khác như Attapulgite, Sepiolite …

Bentonite

Khoáng sét khác như Attapulgite,
Sepiolite …

Khi trộn Bentonite với nước, phải khuấy
Không cần quá trình thủy hoá,
đều và chờ vài giờ cho Bentonite thủy
nên chỉ cần trộn với nước là sử
hoá hoàn toàn thì mới có thể sử dụng
dụng được ngay.
được.
Không sử dụng được trong vùng mà
nước ngầm bị nhiễm mặn, chứa nhiều
thành phần hữu cơ hoặc có tính acid
cao vì Bentonite sẽ bị đông tụ lại.

Sử dụng được trong vùng mà nước
ngầm bị nhiễm maën.

- 15 -


Luận văn thạc só
Nguyên liêu dễ tìm, phân bố khá rộng
Ỉ được các nhà thầu ưa chuộng.

Nguyên liệu khá đắt tiền và hiếm
Ỉ chỉ sử dụng trong 1 số trường
hợp đặc biệt.

Không cần dụng cụ đặc biệt để trộn.

Các khoáng trên cần dụng cụ trộn

với công suất khá mạnh vì chúng
khó tạo nên huyền phù hơn
Bentonite.

Bentonite luôn là sự lựa chọn tốt nhất ngoại trừ một số trường hợp:
Thi công cọc khoan nhồi trong vùng mà nước ngầm bị nhiễm mặn. Nếu muốn sử dụng
dung dịch Bentonite, ta sẽ thêm vào một số phụ gia như potassium acetate để ngăn
không cho muối ngấm vào dung dịch. Tuy nhiên, biện pháp này không được triệt để,
muối vẫn sẽ từ từ thấm vào. Người thi công phải thường xuyên quan sát nhằm phát
hiện sự đông tụ để thay dung dịch bùn khoan mới.
Thi công cọc khoan nhồi trong vùng đá, đá cát (sa thạch: khi đó, liên kết giữa bêtông
cọc và đá là nhờ vào sự thấm của bêtông vào trong những lỗ rổng của đá. Việc sử
dụng Bentonite sẽ làm giảm giá trị sức chịu tải của cọc so với tính toán.

Hình 1.6: Nguyên lí hình thành màng bao và ứng suất hữu hiệu của dung dịch bùn
khoan khoáng vật sét đối với đất cát
Sau khi trộn, hầu hết các dung dịch bùn khoan đều nặng hơn nước 1 chút, tỷ
trọng khoảng 1.03 – 1.05. Trong quá trình khoan, dung dịch bùn khoan sẽ thay đổi
tính chất do tiếp nhận thêm nhiều hạt đất (sét, cát, bụi) và nước ngầm nên dung trọng
và đôi khi là độ nhớt sẽ tăng lên. Điều này sẽ không nguy hại gì nếu nó chưa vượt
qua giới hạn.
- 16 -


Luận văn thạc só
Muốn tái sử dụng dung dịch bùn khoan dạng khoáng vật, ta phải tiến hành các
biện pháp lọc, tái chế…
Quá trình “làm việc” của dung dịch bùn khoan: 2 hai xu hướng
Đất cát, sét… (Hình 1.6)
Khi cho vào hố khoan, do sự chênh lệch cột áp với áp lực nước ngầm bên

ngoài, dung dịch bùn khoan có xu hướng thấm ra ngoài, tạo nên những dòng thấm.
Các phần tử khoáng sét , dạng phiến, trong dung dịch sẽ bám vào thành hố khoan, tạo
nên 1 lớp màng, gọi là “mud cake”, giúp giữ ổn định hố khoan.
Áp suất của dung dịch bên trong hố khoan thường có xu hướng cao hơn áp lực
nước lỗ rỗng của phần đất bên ngoài nên sẽ tạo thành 1 dạng ứng suất có hiệu, giữ
các hạt đất dọc theo thành hố khoan giữ nguyên vị trí của nó.
Vì thế, khi mực dung dịch bùn khoan trong hố thấp hơn mực nước bên ngoài, dù
chỉ trong thời gian rất ngắn, màng bao thành hố khoan có thể bị phá hủy Ỉ sập hố
khoan.
Đất có nhiểu lổ rỗng lớn – đất sỏi sạn, đất cát hạt thô… (Hình 1.7)

Hình 1.7:Nguyên lí hoạt động của dung dịch bùn khoan đối với đất có lỗ rổng
lớn
Dung dịch bùn khoan sẽ thấm sâu vào bên trong các hạt sỏi, sạn… và nhanh
chóng “dán” chúng lại nếu lỗ rổng không quá lớn.
b. Dung dịch bùn khoan với thành phần Polymer
Dung dịch bùn khoan với thành phần polymer là hỗn hợp của một số loại hoá
chất gọi chung là polymer với nước sạch, không có tạp chất. Polymer được dùng thay
cho Bentonite trong trường hợp địa chất khu vực xây dựng là đá trên nền sét.
- 17 -