Nghiên cứu giải pháp xử lý nền bằng móng cọc ứng dụng xử lý nền cho trạm bơm hán quảng tỉnh bắc ninh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

LƯU VĂN QUYẾT

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN BẰNG MÓNG CỌC
ỨNG DỤNG XỬ LÝ NỀN CHO TRẠM BƠM HÁN QUẢNG TỈNH BẮC NINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hà Nội – 2012


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

LƯU VĂN QUYẾT

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN BẰNG MÓNG CỌC
ỨNG DỤNG XỬ LÝ NỀN CHO TRẠM BƠM HÁN QUẢNG TỈNH BẮC NINH

Chuyên ngành: XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH THỦY
Mã số

: 60-58-40

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Người hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN HỮU HUẾ

Hà Nội – 2012


LỜI TÁC GIẢ
Luận văn “Nghiên cứu giải pháp xử lý nền bằng móng cọc, ứng dụng xử
lý nền cho trạm bơm Hán Quảng tỉnh Bắc Ninh”. Được hoàn thành tại Khoa
Cơng Trình và Phịng Đào tạo Đại học & Sau đại học - Trường Đại học Thủy
lợi Hà Nội.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS. Nguyễn Hữu Huế đã tận
tình hướng dẫn tác giả hồn thiện luận văn này. Xin cảm ơn các thầy cô giáo
trong Khoa Cơng Trình – Trường Đại học Thủy Lợi, các đồng nghiệp trong
Ban Quản lý dự án sở Nông Nghiệp và PTNT Bắc Ninh đã cung cấp các số
liệu cho luận văn.
Xin chân thành cảm ơn các cơ quan, đơn vị và cá nhân nói trên đã truyền
bá kiến thức, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi học tập và hồn thiện luận văn
này. Tác giả có được kết quả ngày hơm nay chính là nhờ sự chỉ bảo ân cần
của các thầy cô giáo, cùng sự động viên cổ vũ của cơ quan, gia đình và bạn bè
đồng nghiệp trong thời gian qua. Một lần nữa tác giả xin ghi nhớ những đóng
góp đó.
Với thời gian và trình độ có hạn, luận văn khơng tránh khỏi những sai
sót. Rất mong nhận được sự chỉ bảo và đóng góp chân tình của Q Thầy Cơ
giáo và các bạn đồng nghiệp.

Hà Nội, ngày 27 tháng 11 năm 2012
Tác giả

Lưu Văn Quyết


BẢN CAM ĐOAN
Tôi là Lưu Văn Quyết, tôi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của
riêng tơi. Những nội dung và kết quả trình bày trong Luận văn là trung thực
và chưa được ai công bố trong bất kỳ cơng trình khoa học nào.
Tác giả

Lưu Văn Quyết


MỤC LỤC
Danh mục

Trang

Mở đầu

1

1. Tính cấp thiết của đề tài

1

2. Mục đích và nhiệm vụ của đề tài

2

3. Nội dung của luận văn

2

4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

2

5. Kết quả dự kiến đạt được

2

Chương 1: Tổng quan về tình hình nghiên cứu và ứng dụng móng cọc
trong cơng tác xử lý nền

3

1.1. Q trình phát triển của móng cọc

3

1.2. Các loại móng cọc

3

1.2.1. Khái niệm chung về móng cọc

3

1.2.2. Phân loại cọc

4

1.3. Tình hình thiết kế và thi cơng móng cọc hiện nay

6

1.4. Những tồn tại trong thiết kế và thi cơng móng cọc

8

1.4.1. Một số ưu điểm của móng cọc

8

1.4.2. Những tồn tại trong thiết kế và thi cơng móng cọc

8

1.5. Kết luận chương 1

9

Chương 2: Các phương pháp xử lý nền móng cơng trình bằng
móng cọc

11

2.1. Cơ sở và nguyên tắc chung xử lý nền có sức chịu tải yếu

11

2.2. Các phương pháp xử lý nền đất yếu bằng móng cọc

12

2.3. Nghiên cứu các giải pháp xử lý móng sâu

13

2.3.1. Xử lý bằng cọc cát

13

2.3.2. Xử lý nền bằng cọc xi măng đất

26

2.3.3. Xử lý nền bằng cọc bê tông cốt thép đúc sẵn

37


2.4. Tính tốn ổn định nền móng theo phương pháp phần tử hữu hạn

42

2.5. Kết luận chương 2

44

Chương 3: Ứng dụng xử lý nền móng trạm bơm Hán Quảng
tỉnh Bắc Ninh

46

3.1. Giới thiệu tổng quan về cơng trình trạm bơm tiêu Hán Quảng

46

3.2. Lựa chọn phương án xử lý nền móng trạm bơm tiêu Hán Quảng

47

3.2.1. Các số liệu đầu vào cho tính tốn

47

3.2.1.1. Điều kiện địa chất khu đầu mối cơng trình

47

3.2.1.2. Điều kiện địa chất thủy văn

49

3.2.1.3. Kết cấu khu nhà trạm

49

3.2.2. Tính tốn ứng suất đáy móng nhà trạm

50

3.2.2.1. Tài liệu cơ bản

50

3.2.2.2. Nội dung, phương pháp tính tốn

50

3.2.2.3. Tính tốn ổn định nhà trạm trường hợp xây dựng

52

3.2.2.4. Tính tốn ổn định nhà trạm trường hợp khai thác

55

3.2.3. Tính tốn móng cọc xử lý nền

56

3.2.3.1. Tính tốn cọc bê tơng cốt thép đúc sẵn

57

3.2.3.2. Tính tốn cọc xi măng đất

59

3.2.4. Đánh giá hiệu quả kinh tế các phương án xử lý nền móng

61

3.2.4.1. Các căn cứ dùng cho tính toán

61

3.2.4.2. Kết quả tính toán

63

3.2.5. Lựa chọn phương án xử lý nền bằng móng cọc

63

3.3. Tính tốn kiểm tra phương pháp xử lý nền móng trạm bơm Hán Quảng
bằng cọc bê tơng cốt thép đúc sẵn

64

3.3.1. Tính toán kiểm tra sức chịu tải của nền và cọc

64

3.3.2. Tính tốn kiểm tra chuyển vị của đất nền

68

3.3.2.1. Các số liệu đầu vào cho tính tốn

68


3.3.2.2. Trường hợp nền chưa được xử lý bằng móng cọc

69

3.3.2.2. Trường hợp nền đã được xử lý bằng móng cọc

69

3.4. Kết luận chương 3

72

Kết luận và kiến nghị

74

Tài liệu tham khảo

76

Phụ lục tính tốn

78

DANH MỤC HÌNH VẼ, HÌNH ẢNH
Chương 1
Hình 1.1
Chương 2
Hình 2.1
Hình 2.2
Hình 2.3
Hình 2.4
Hình 2.5
Hình 2.6
Hình 2.7
Hình 2.8
Hình 2.9
Hình 2.10
Hình 2.11
Hình 2.12
Hình 2.13
Hình 2.14
Hình 2.15
Hình 2.16
Hình 2.17
Hình 2.18
Hình 2.19
Hình 2.20
Hình 2.21
Chương 3
Hình 3.1
Hình 3.2
Hình 3.3

Hình 3.4
Hình 3.5
Hình 3.6
Hình 3.7
Hình 3.8
Hình 3.9
Hình 3.10

Các bộ phận chính của móng cọc

4

Mặt bằng nền đất được nén chặt
Sơ đồ bố trí cọc cát
Sơ đồ tính tốn độ lún của nền
Mũi ống thép tự mở có bản lề
Thiết bị đóng cọc cát bằng chấn động
Thiết bị đóng cọc cát khơng dùng ống thép
Sơ đồ thi cơng cọc cát
Một số hình ảnh thi cơng cọc cát
Các cơng nghệ thi cơng Jet-Grouting
Cách bố trí cọc trộn khơ
Cách bố trí cọc trùng nhau theo khối
Cách bố trí cọc trộn ướt trên mặt đất
Cách bố trí cọc trộn ướt trên biển
Máy trộn dưới sâu SJB-1
Sơ đồ nguyên lý trộn khô
Thiết bị làm cọc xi măng đất có 2 trục trộn của hãng Kobelco
Trình tự thi cơng cọc trộn ướt dưới sâu
Một số hình ảnh thi cơng cọc xi măng đất

Một số hình ảnh thi cơng cọc bê tơng cốt thép đúc sẵn
Kết quả tính tốn ổn định kè Tri Phương – Bắc Ninh
Kết quả tính tốn ổn định của đất nền trạm bơm Hán Quảng

17
18
20
21
23
24
24
25
27
29
29
30
30
31
32
33
33
36
42
43
44

Mô phỏng các lớp địa chất khu nhà trạm
Mặt bằng đáy móng nhà trạm
Sơ đồ xác định trục quán tính chính trung tâm
Sơ đồ mặt cắt địa chất đất nền nhà trạm

Sơ đồ bố trí cọc bê tơng cốt thép trong móng
Sơ đồ bố trí cọc xi măng đất trong móng
Sơ đồ bố trí cọc bê tơng cốt thép trong móng sau hiệu chỉnh
Sơ đồ tính toán ứng suất nền tại mặt phẳng mũi cọc
Kết quả tính tốn chuyển vị của điểm E theo trục EF
Chuyển vị của đất nền theo phương ngang nhà máy

48
51
52
58
59
61
66
66
69
70


Hình 3.11 Kết quả chuyển vị của nền theo trục EF
Hình 3.12 Chuyển vị của đất nền theo phương dọc nhà máy
Hình 3.13 Kết quả chuyển vị của nền theo trục DE

70
71
72


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1

Bảng 3.2
Bảng 3.3
Bảng 3.4
Bảng 3.5
Bảng 3.6
Bảng 3.7
Bảng 3.8
Bảng 3.9
Bảng 3.10
Bảng 3.11
Bảng 3.12
Bảng 3.13
Bảng 3.14
Bảng 3.15
Bảng 3.16
Bảng 3.17
Bảng 3.18
Bảng 3.19
Bảng 3.20
Bảng 3.21

Các chỉ tiêu cơ lý đất nền nhà trạm
Các chỉ tiêu cơ lý đất nền nhà trạm (tiếp theo)
Thông số kỹ thuật và quy mô nhà trạm
Tính lực tác dụng lên đáy móng nhà trạm
- Trường hợp mới thi cơng xong
Ứng suất đáy móng nhà trạm
- Trường hợp mới thi cơng xong
Tính lực tác dụng lên đáy móng nhà trạm
- Trường hợp khai thác

Ứng suất đáy móng nhà trạm trong trường hợp khai
thác
Kết quả tính tốn ma sát bên của cọc bê tơng
Kết quả tính tốn ma sát bên của cọc xi măng đất
Bảng tổng hợp kinh phí dự tốn thi cơng đại trà cọc xi
măng đất
Bảng tổng hợp kinh phí dự tốn thi cơng thử nghiệm
cọc xi măng đất
Bảng dự tốn thi cơng đại trà cọc xi măng đất
Bảng dự tốn thi cơng thử nghiệm cọc xi măng đất
Bảng dự tốn thi cơng cọc BTCT đúc sẵn
Bảng tổng hợp kinh phí dự tốn thi cơng cọc BTCT
đúc sẵn
Bảng so sánh giá thành dự tốn cơng trình
Tải trọng tác dụng lên các cọc biên
Tải trọng tác dụng lên các cọc biên sau khi tăng 24 cọc
trong móng và tăng chiều dài các cọc thêm 2m
Ứng suất nền tại mặt phẳng đáy cọc
Các đặc tính của đất nền và bê tơng
Các đặc tính của phần tử Plate

78-PL
79-PL
80-PL
81-PL
54
89-PL
56
90-PL
90-PL

91-PL
92-PL
93-PL
94-PL
95-PL
96-PL
63
65
65
68
68
69


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Vùng đồng bằng châu thổ sơng Hồng được hình thành trong q trình bồi
lắng phù sa của hai hệ thống sông Hồng và sơng Thái Bình. Trong chiều sâu
giới hạn khoảng 40m từ mặt đất có nhiều loại đất có tuổi, nguồn gốc, thành
phần, trạng thái, tính chất khác nhau, bao gồm các lớp đất thịt, đất sét, sét pha,
cát pha, bùn sét, than bùn v.v... nhìn chung đều là các lớp đất có sức chịu tải
yếu. Vì vậy khi xây dựng cơng trình trong khu vực này thì cơng tác xử lý nền
móng là một vấn đề hết sức quan trọng, ảnh hưởng tiên quyết đến sự làm việc
ổn định của công trình.
Các trạm bơm tưới, tiêu thường được xây dựng ở ven đê, ven sơng nơi có
điều kiện địa chất xấu. Đặc biệt, các trạm bơm tiêu chủ yếu được vận hành
vào mùa mưa lũ, trong điều kiện bất lợi khi mực nước ở trong đồng và ngồi
sơng đều cao. Để đảm bảo an tồn cho cơng trình trạm bơm khi xây dựng

cũng như trong quá trình khai thác vận hành cần có những biện pháp gia cố
xử lý nền móng thích hợp.
Hiện nay có nhiều biện pháp xử lý nền móng yếu, trong đó nổi bật là
nhóm biện pháp xử lý nền bằng móng cọc, như: cọc cát, cọc bê tông, cọc
khoan nhồi, cọc xi măng đất v.v… và thực tế cho thấy chúng đều đạt được
hiệu quả cao. Tuy nhiên việc lựa chọn giải giáp công nghệ xử lý nào cho phù
hợp với từng điều kiện thực tế của mỗi cơng trình mà vẫn đảm bảo cả hai yếu
tố kỹ thuật và kinh tế là một điều vô cùng quan trọng.
Vì vậy đề tài: “Nghiên cứu giải pháp xử lý nền bằng móng cọc, ứng
dụng xử lý nền cho trạm bơm Hán Quảng tỉnh Bắc Ninh” là hết sức cần thiết,
có ý nghĩa đối với khoa học và thực tiễn.


2

2. Mục đích và nhiệm vụ của đề tài
Nghiên cứu đề xuất các giải pháp và công nghệ xử lý nền bằng móng cọc
của công trình trạm bơm được xây dựng ven đê, nơi có điều kiện địa chất xấu.
Các tính tốn được cụ thể hố tại cơng trình trạm bơm Hán Quảng, tỉnh Bắc
Ninh.
3. Nội dung của luận văn
Đề xuất các giải pháp móng cọc cho công trình trạm bơm khi xây dựng
trên nền đất yếu.
Tính toán các chỉ tiêu kinh tế , kỹ thuật cho các giải pháp móng cọc để
tìm ra phương án tối ưu áp dụng xử lý nền cho trạm bơm Hán Quảng

, tỉnh

Bắc Ninh.
Tính toán kiểm tra về khả năng chịu lực, chuyển vị lún và chênh lệch lún

đối với phương án móng cọc được lựa chọn.
4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết kết hợp đúc rút kinh nghiệm thực tiễn và tính tốn giải
quyết các bài tốn thiết kế thực tế và lựa chọn công nghệ phù hợp.
Thu thập số liệu và đúc rút kinh nghiệm từ các cơng trình thực tế đã và đang
xây dựng tại Việt Nam để lựa chọn công nghệ phù hợp.
Sử dụng phần mềm tính tốn kiểm tra.
5. Kết quả dự kiến đạt được
Qua đề tài xác định được các giải pháp xử lý nền bằng móng cọc. Bước đầu
đề xuất được giải pháp và công nghệ xử lý nền bằng móngọcc của công trình
trạm bơm Hán Quảng tỉnh Bắc Ninh.


3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU
VÀ ỨNG DỤNG MĨNG CỌC TRONG CƠNG TÁC XỬ LÝ NỀN
1.1. Q trình phát triển của móng cọc
Móng cọc đã được sử dụng rất sớm từ khoảng 1200 năm trước, những người
dân của thời ký đồ đá mới của Thụy Sỹ đã biết sử dụng các cọc gỗ cắm xuống các
hồ nông để xây dựng nhà trên các hồ cạn (Sower, 1979), cũng trong thời kỳ này
người ta đóng cọc gỗ xuống các vùng đầm lầy để chống quân xâm lược, đóng cọc
gỗ để làm đê quai chắn đất, người ta dùng thân cân, cành cây để làm móng nhà
.v.v…
Ngày nay, móng cọc là một trong những loại móng được sử dụng rộng rãi
nhất. Người ta có thể đóng, hạ những cây cọc lớn xuống tầng đất sâu, nhờ đó làm
tăng khả năng chịu tải trọng lớn cho móng. Cùng với tiến bộ về khoa học kỹ thuật
nói chung móng cọc ngày càng được cải tiến, hoàn thiện, đa dạng về chủng loại
cũng như phương pháp thi công, phù hợp với yêu cầu cho từng loại nền móng
cơng trình.

Hiện nay ở Việt Nam, móng cọc được ứng dụng rộng rãi nhất trong việc xử
lý nền cơng trình khi phải xây dựng trên nền đất yếu.
1.2. Các loại móng cọc
1.2.1. Khái niệm chung về móng cọc
Móng cọc là một loại móng sâu, thường dùng khi tải trọng cơng trình lớn có
lớp đất tốt nằm sâu dưới lòng đất. Hai loại cọc phố biến dùng trong móng cọc là
cọc chế sẵn và cọc khoan nhồi, ngồi ra cịn có cọc khoan trộn sâu.
Cọc chế sẵn có thể làm bằng bê tơng cốt thép đúc sẵn hoặc thép.
Cọc đổ tại chỗ, thường gọi là cọc nhồi, có dạng hình trịn. Đường kính cọc
nhồi khoảng 0,6 ÷5,0 m, với kích thước thường gặp ở Việt Nam hiện nay là 1,0
÷2,0 m. Một dạng cọc đổ tại chỗ khác là cọc Barrette, thường có dạng hình chữ


4

nhật và thường được dùng làm móng cơng trình có tải trọng rất lớn.
Móng cọc gồm có hai bộ phận chớnh l: i cc v múng cc.
Công trình bên trên

Đài cọc

Cọc
Mặt phẳng mũi cọc
(Đáy móng)

Hỡnh 1.1: Cỏc b phn chớnh của móng cọc
- Đài cọc: Là kết cấu dùng để liên kết các cọc lại với nhau và phân bố tải
trọng của cơng trình lên các cọc phía dưới đài.
- Cọc: Là kết cấu có chiều dài lớn so với bề rộng tiết diện ngang, được
đóng hay thi cơng tại chỗ vào lịng đất, đá để truyền tải trọng cơng trình

xuống các tầng đất, đá dưới sâu.
1.2.2. Phân loại cọc
Hiện nay có nhiều cách phân loại cọc dùng để sử dụng làm móng cọc. Sau
đây là một số cách phân loại cọc thường gặp:
1. Dựa vào vật liệu chế tạo cọc:
+ Cọc gỗ: Vật liệu sử dụng là gỗ, chiều dài từ 5-7m, đường kính 20-30m.
+ Cọc tre: Dử dụng các loại tre đặc chắc.
+ Cọc bê tông: Vật liệu là bê tông, sử dụng cho cọc chịu nén.
+ Cọc bê tông và bê tông cốt thép: loại cọc này được sử dụng nhiều nhất.


5

+ Cọc thép: Loại cọc này dễ bị rỉ khi tiếp xúc với nước.
+ Cọc xi măng đất: Dùng xi măng phụt vào môi trường đất, tạo ra hỗn hợp xi
măng - đất có tính chất cơ lý cao.
2. Dựa vào hình dạng mặt cắt ngang của cọc:
+ Cọc có mặt cắt vng.
+ Cọc có mặt cắt lục giác - bát giác.
+ Cọc có mặt cắt trịn.
+ Cọc có mặt cắt hình vành khun.
3. Dựa vào phương pháp thi cơng cọc:
+ Cọc hạ bằng búa: Là cọc chế tạo sẵn, được hạ xuống bằng búa treo hoặc
búa Diezel hoặc hạ xuống bằng búa máy rung, ép hoặc xoắn.
+ Cọc hạ bằng phương pháp xói nước: Thường gặp đối với các cọc có tiết
diện lớn, cọc hạ qua các lớp đất cứng, biện pháp hạ cọc gặp khó khăn khi dùng
biện pháp thông thường.
+ Cọc xoắn: Cọc được hạ xuống đất nhờ thiết bị quay đặc biệt quay bằng
động cơ điện và nhờ hệ thống bánh răng truyền động làm cho cọc bị xoay và
xuyên vào đất.

+ Loại cọc hạ bằng máy chấn động: Chủ yếu là cọc bê tông cốt thép, hạ vào
đất nhờ tác dụng rung của máy chấn động.
+ Cọc đổ tại chỗ.
4. Dựa vào khả năng chịu lực của cọc:
+ Cọc chống.
+ Cọc ma sát (cọc treo).
+ Cọc chống ma sát (chống là chính).


6

+ Cọc ma sát - chống (ma sát là chính).
5. Dựa vào công năng sử dụng của cọc:
+ Cọc chịu lực nén dọc theo chiều thẳng đứng.
+ Cọc chịu lực ngang.
+ Cọc vừa chịu lực đứng vừa chịu lực ngang.
6. Dựa theo hình dáng, vị trí của đài cọc:
+ Cọc đài thấp, cọc đài cao.
+ Móng băng cọc, móng bè cọc.
7. Dựa theo chiều dài cọc:
+ Cọc ngắn: Chiều dài dưới 6m.
+ Cọc vừa: Chiều dài khoảng 20 ÷ 25m.
+ Cọc dài: Trên 25m có thể tới 50 ÷ 60m hoặc hơn nữa.
8. Dựa theo cách chế tạo cọc:
+ Cọc bê tông cốt thép đúc sẵn và cọc bê tông cốt thép đổ tại chỗ.
+ Cọc khoan trộn sâu.
1.3. Tình hình thiết kế và thi cơng móng cọc hiện nay
Hiện nay, do việc phát triển của khoa học và công nghệ cũng như các biện
pháp thi công tiên tiến, việc thiết kế và thi cơng móng cọc đã đạt được những
bước tiến nhất định. Đã có rất nhiều loại cọc khác nhau dùng để xử lý nền đất yếu

vì vậy việc thiết kế và thi cơng cũng có những khó khăn và thuận tiện khác nhau
đối với mỗi phương pháp.
Với các loại cọc như cọc gỗ (cọc tre và cọc cừ tràm) nó có lịch sử phát triển
rất lâu đời, hiện nay việc thiết kế và thi công loại cọc này cũng đã tương đối hồn
thiện, đã có những quy phạm, tiêu chuẩn để áp dụng cho việc tính tốn thiết kế,


7

triển khai thi công và kiểm tra chất lượng. Việc thi công cọc gỗ rất đơn giản thuận
tiện, trước đây chủ yếu thi công bằng thủ công, gần đây việc thi cơng đã được sử
dụng máy móc, tốc độ thi cơng nhanh và đảm bảo chất lượng cơng trình.
Việc thiết kế và thi công cọc cát cũng khá phát triển ở Việt Nam, cọc cát
được sử dụng khá nhiều trong việc xử lý nền đất yếu, ví dụ như: Dự án chỉnh trị
hạ lưu sông Tắc - Quán Trường - Khánh Hồ; Cơng trình xử lý nền đường cao tốc
thành phố Hồ Chí Minh; Tiêu biểu nhất là dự án mở rộng đường Láng - Hoà Lạc Hà Nội v.v…Hiện ở Việt Nam đã có tiêu chuẩn riêng để áp dụng cho việc thiết
kế, thi công, giám sát, kiểm tra chất lượng của cọc cát. Cọc cát là một giải pháp xử
lý nền được áp dụng phổ biến đối với các trường hợp cơng trình có tải trọng
khơng lớn trên địa tầng có dạng cơ bản với chiều dầy lớp đất yếu tương đối lớn.
Nó được áp dụng nhiều nhất ở đất yếu của vùng đồng bằng Bắc Bộ, Nam Bộ và
việc xử lý nền đường cơng trình đường bộ.
Cọc khoan nhồi so với các loại cọc khác mới phát triển gần đây, nhưng được
phát triển rất nhanh và được áp dụng rộng rãi ở Việt Nam. Nó thường được sử
dụng để gia cố nền đất yếu có chiều sâu và tải trọng cơng trình tương đối lớn, như
các nhà cao tầng, khu chung cư, các trình cơng cộng có chiều cao lớn, các cơng
trình cầu lớn v.v...
Cọc khoan trộn sâu hay còn gọi là cọc xi măng đất cũng mới phát triển gần
đây, chủ yếu được ứng dụng cho các cơng trình khơng địi hỏi đài cọc vì cọc này
khơng có cốt thép.
Cọc bê tơng cốt thép: Là loại cọc được sử dụng rộng rãi và phố biến nhất ở

Việt Nam hiện nay. Có rất nhiều các cơng ty, cơ sở sản xuất được thành lập để
cung cấp, thi công cọc bê tông cốt thép đúc sẵn. Cọc bê tông cốt thép đúc sẵn áp
dụng tốt nhất cho các cơng trình có tải trọng khơng lớn, và chiều sâu lớp đất yếu
không sâu.


8

1.4. Những tồn tại trong thiết kế và thi công móng cọc
1.4.1. Một số ưu điểm của móng cọc
Móng cọc sử dụng hợp lý đối với các cơng trình chịu tải trọng lớn mà lớp đất
tốt nằm dưới sâu, giảm được biến dạng lún và lún khơng đều.
Khi dùng móng cọc làm tăng tính ổn định cho các cơng trình có chiều cao
lớn, tải trọng ngang lớn như các nhà cao tầng, tháp v.v...
Móng cọc với nhiều phương pháp thi cơng đa dạng như: cọc đóng, cọc ép,
cọc khoan nhồi .v.v.... nên móng cọc có thể sử dụng làm móng cho các cơng trình
có điều kiện địa chất, địa hình phức tạp mà các loại móng nơng khơng đáp ứng
được như vùng có nền đất yếu hoặc cơng trình trên sơng v.v...
Hiện nay móng cọc được sử dụng rộng rãi trong các ngành xây dựng dân
dụng và công nghiệp, cầu đường Giao thông, Thủy lợi - Thủy điện.
1.4.2. Những tồn tại trong thiết kế và thi cơng móng cọc
Nước ta là một nước thuộc nhóm các nước đang phát triển, vì vậy việc thiết
kế, thi cơng các cơng trình xử lý nền bằng móng cọc nói riêng và việc xử lý nền
đất yếu nói chung cịn tồn tại nhiều vấn đề cần phải giải quyết, sau đây là một số
tồn tại cơ bản trong quá trình xử lý nền đất yếu bằng móng cọc:
- Về khảo sát: đội ngũ khảo sát còn chưa chuyên nghiệp, tài liệu khảo sát
nhiều chỗ cịn chưa chính xác, chưa đánh giá hết thực trạng và ứng sử của đất nền.
Do đó đưa ra những chỉ tiêu cơ lý đất nền nhiều khi còn chưa chính xác dẫn đến
người thiết kế đánh giá sai thực trạng địa chất và đưa ra những giải pháp chưa hợp
lý.

- Về thiết kế: cịn có một số sai sót do trình độ chun mơn chưa cao, đa số
các cơng trình lớn đều phải th chun gia nước ngồi (như cầu vượt Thanh Trì,
hầm đường bộ Kim Liên, v.v....) Đội ngũ thiết kế có trình độ ngoại ngữ hạn chế


9

do đó chưa thường xun cập nhật những cơng nghệ tiên tiến của nước ngoài.
Ngoài ra việc áp dụng các phần mềm ứng dụng vào trong quá trình thiết kế cịn
hạn chế dẫn đến độ chính xác chưa cao.
- Về thi cơng:
+ Nhân lực: trình độ thi cơng cịn thấp, đội ngũ công nhân chủ yếu là công
nhân chưa được đào tạo qua trường lớp, nếu có chỉ là đào tạo rất sơ lược hoặc vừa
làm vừa đào tạo. Vì vậy dễ dẫn đến sai sót trong q trình thi công, sản phẩm tạo
ra thường chưa được như mong muốn.
+ Một số nguyên vật liệu phụ trợ phục vụ thi cơng như các phụ gia cịn phải
nhập từ nước ngồi, do đó chưa chủ động được trong cơng tác thi cơng.
+ Cán bộ giám sát thi cơng lực lượng cịn mỏng, kinh nghiệm ít, ít được đào
tạo bài bản, khơng kiểm sốt được hết các tình huống, khi có sự cố thì việc xử lý
chậm trễ gây ảnh hưởng đến chất lượng cơng trình.
1.5. Kết luận chương 1
Hiện nay nhân loại đang chứng kiến sự phát triển như vũ bão của khoa
học kỹ thuật và công nghệ. Nhiều loại công nghệ mới ra đời và được ứng
dụng rộng rãi trong thực tiễn, trở thành động lực thúc đẩy sự phát triển kinh tế
và xã hội của nhiều quốc gia. Vào cuối thế kỷ XX, công nghệ xử lý nền đất
yếu bằng móng cọc với các cơng nghệ thi cơng mới như khoan trộn sâu,
khoan nhồi ra đời như một sự kết hợp hài hòa, nhuần nhuyễn giữa các giải
pháp về kết cấu, vật liệu xây dựng và công nghệ thi cơng trong lĩnh vực thiết
kế và thi cơng móng cọc. Với hiệu quả kinh tế, kỹ thuật và tiến độ thi công
nhanh giá thành thấp, các công nghệ xử lý nền bằng móng cọc đã nhanh

chóng được cơng nhận và áp dụng vào thực tiễn trên khắp thế giới.
Việt Nam đã xây dựng nhiều cơng trình Thủy lợi-Thủy điện, Giao thơng,
Xây dựng và Cơng nghiệp có quy mơ vừa và lớn. Nhiều cơng trình đó đã


10

được xử lý nền bằng móng cọc một cách có hiệu quả và kinh tế. Hiện nay, với
trình độ kỹ thuật và điều kiện kinh tế cho phép, xu hướng xử lý nền bằng các
loại móng cọc hiện đại cho các cơng trình xây dựng ngày càng nhiều, hàng
loạt các cơng trình sử dụng cơng nghệ xử lý nền đất yếu bằng móng cọc đã và
đang được triển khai như cầu Thanh Trì, cầu Vĩnh Tuy, hầm đường bộ Kim
Liên; các cầu vượt trên đường cao tốc Láng Hoà Lạc thành phố Hà Nội .v.v..
Tuy nhiên đối với công nghệ xử lý nền bằng các loại móng cọc hiện đại
ở nước ta mới chỉ đang ở giai đoạn đầu của sự phát triển. Phần lớn là dựa vào
kinh nghiệm thiết kế và thi cơng của nước ngồi, chưa có những tổng kết,
đánh giá mang tính hệ thống đầy đủ, đặc biệt là đối với các cơng trình lớn
phải có sự tham gia của các chuyên gia nước ngoài trong việc thiết kế thi
cơng. Chính vì vậy để áp dụng cơng nghệ xử lý nền bằng các loại cọc hiện đại
vào Việt Nam một cách an tồn, nhanh chóng, rộng rãi và hiệu quả thì cần
phải có những nghiên cứu sâu sắc, phù hợp với điều kiện tự nhiên và xã hội
của Việt Nam.


11

CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ
NỀN MĨNG CƠNG TRÌNH BẰNG MÓNG CỌC
2.1. Cơ sở và nguyên tắc chung xử lý nền có sức chịu tải yếu
Theo TCXD 245-2000, 22TCN 262-2000 thì đất yếu được định nghĩa và

có các đặc trưng như sau: Đất yếu nếu ở trạng thái tự nhiên, độ ẩm của chúng
gần bằng hoặc cao hơn giới hạn chảy, hệ số rỗng lớn, lực dính C theo kết quả
cắt nhanh khơng thốt nước từ 0.15daN/cm2 trở xuống, góc nội ma sát từ 00 P

P

P

P

100 hoặc lực dính từ kết quả cắt nhanh hiện trường Cu ≤ 0.35daN/cm2.
P

P

R

R

P

P

Phần lớn các nước trên thế giới thống nhất về định nghĩa nền đất yếu
theo sức kháng cắt khơng thốt nước S u và trị số xuyên tiêu chuẩn N như sau:
R

R

+ Đất yếu: S u ≤ 12.5 kPa hoặc N ≤ 2;

R

R

+ Đất rất yếu: S u ≤ 25 kPa hoặc N ≤ 2;
R

R

Nền đất có sức chịu tải yếu (nền đất yếu) là nền đất không đủ sức chịu
tải, không đủ độ bền và biến dạng, do vậy không thể làm nền thiên nhiên cho
cơng trình xây dựng.
Khi xây dựng các cơng trình dân dụng, cầu đường, thường gặp các loại
đất yếu, tùy thuộc vào tính chất của lớp đất yếu, đặc điểm cấu tạo của cơng
trình mà người ta dùng phương pháp xử lý nền móng cho phù hợp để tăng sức
chịu tải của nền đất, giảm độ lún, đảm bảo điều kiện khai thác bình thường
cho cơng trình.
Trong thực tế xây dựng, có rất nhiều cơng trình bị lún, sập, hư hỏng khi
xây dựng trên nền đất yếu do khơng có những biện pháp xử lý phù hợp,
khơng đánh giá chính xác được các tính chất cơ lý của nền đất. Do vậy việc
đánh giá chính xác và chặt chẽ các tính chất cơ lý của nền đất yếu để làm cơ
sở đề ra các giải pháp xử lý nền móng phù hợp là một vấn đề hết sức khó
khăn, nó địi hỏi sự kết hợp chặt chẽ giữa kiến thức khoa học và kinh nghiệm


12

thực tế để giải quyết, giảm được tối đa các sự cố, hư hỏng cơng trình khi xây
dựng trên nền đất yếu.
Một số đặc điểm của nền đất yếu:

+ Thuộc loại nền đất yếu thường là đất sét có lẫn nhiều hữu cơ.
+ Sức chịu tải bé (0,5-1kG/cm2).
+ Đất có tính nén lún lớn (a>0,1cm2/kG).
+ Hệ số rỗng e lớn (e>1).
+ Độ sệt lớn (B>1).
+ Mô đun biến dạng bé (E<50kG/cm2).
+ Khả năng chống cắt, khả năng thấm nước bé.
+ Hàm lượng nước trong đất cao, độ bão hòa nước G>0.8, dung trọng bé.
Các phương pháp xử lý nền bằng móng cọc khi xây dựng cơng trình trên
nền đất yếu được xây dựng dựa chủ yếu vào các môn khoa học cơ bản, các
giáo trình, tài liệu có liên quan đến tính tốn về móng cọc, các phần mềm ứng
dụng liên quan, các tiêu chuẩn và quy phạm hiện hành. Ngồi ra cịn dựa vào
các tài liệu thiết kế và thi cơng móng cọc của các cơng trình đã và đang thi
công.
2.2. Các phương pháp xử lý nền đất yếu bằng móng cọc
Hiện nay, do khoa học cơng nghệ phát triển nên có rất nhiều phương
pháp được áp dụng vào việc xử lý nền đất yếu bằng móng cọc, tuỳ vào từng
loại cơng trình (cấp cơng trình, địa hình, địa chất, mật độ dân cư, các cơng
trình liền kề...) mà ta chọn phương pháp xử lý nền đất yếu bằng loại cọc nào
cho thích hợp. Sau đây là một số phương pháp chính:
- Xử lý nền bằng cọc tre, cọc tràm, cọc gỗ.
- Xử lý nền bằng cọc bê tông và bê tông cốt thép.


13

- Xử lý nền bằng cọc thép.
- Xử lý nền bằng cọc cát.
- Xử lý nền bằng cọc xi măng đất.
- Xử lý nền bằng cọc nhồi.

2.3. Nghiên cứu các giải pháp xử lý móng sâu
Như đã nêu ở phần 2.2, hiện nay có rất nhiều phương pháp xử lý nền đất
yếu bằng móng cọc. Ở đây, tác giả đề cập đến một số phương pháp chính hay
được sử dụng để xử lý các cơng trình trạm bơm.
1. Xử lý nền bằng cọc cát.
2. Xử lý nền bằng cọc xi măng đất.
3. Xử lý nền bằng cọc bê tông và bê tông cốt thép.
2.3.1. Xử lý bằng cọc cát
Cọc cát là loại cọc được tạo ra bằng cách ấn một ống thép rỗng có bịt
đáy vào trong đất, đến độ sâu cần thiết để tạo ra lỗ rỗng theo phương thẳng
đứng. Cát được đưa vào ống và làm chặt trong khi ống được rút lên. Cách thi
công như vậy một phần nén chặt đất ra xung quanh, một phần làm giảm hệ số
rỗng ban đầu của đất tự nhiên và do vậy làm giảm được độ lún của nền dưới
tác dụng của tải trọng cơng trình. Mặt khác trụ cát thẳng đứng có mặt trong
đất làm tăng góc ma sát trong của đất nền do đó làm tăng được cường độ
chung của nền. Đồng thời nhờ thoát nước kẽ rỗng nên đất nền có cố kết
nhanh.
Tác dụng chính của cọc cát là:
+ Tăng nhanh tốc độ cố kết của đất nền, do đó làm cho cơng trình xây
dựng ở trên nhanh chóng đạt được sự ổn định về lún, cũng có nghĩa là làm
cho nền đất có khả năng biến dạng đồng đều.


14

+ Làm tăng độ chặt của đất nền dẫn đến sức chịu tải của nền tăng lên.
Khi xây dựng công trình chịu tải trọng lớn trên nền đất yếu có chiều dày
lớn, thì nén chặt đất bằng cọc cát là một phương pháp đem lại hiệu quả cao
cho cơng trình. Khi chiều dày lớp đất yếu lớn hơn 2,0 m có thể dùng cọc cát
để nén chặt đất trong nền.

a) Ứng dụng của cọc cát trong việc xử lý nền.
Cọc cát là một giải pháp xử lý nền được áp dụng phổ biến đối với các
trường hợp công trình có tải trọng không lớn trên địa tầng có dạng cơ bản với
chiều dầy lớp đất yếu tương đối lớn.
Cọc cát có một số đặc điểm sau:
+ Có tác dụng làm cho độ rỗng, độ ẩm của nền giảm đi, trọng lượng thể
tích, mơ đun biến dạng, lực dính và góc ma sát trong tăng lên do vậy biến
dạng của nền giảm và cường độ nền tăng.
+ Khi xử lý nền bằng cọc cát, nền đất được nén chặt lại, do đó sức chịu
tải của nền được tăng lên, độ lún và biến dạng không đồng đều của nền đất
dưới đế móng các cơng trình giảm đi một cách đáng kể.
+ Dưới tác dụng của tải trọng, cọc cát và vùng đất được nén chặt xung
quanh cọc cùng làm việc đồng thời; đất được nén chặt đều trong khoảng cách
giũa các cọc.
+ Khi dùng cọc cát, quá trình cố kết của nền đất diễn biến nhanh hơn
nhiều so với nền đất thiên nhiên hoặc nền đất dùng cọc cứng.
+ Vật liệu cát dùng làm cọc là loại vật liệu rẻ hơn nhiều so với các loại
vật liệu làm các loại cọc cứng như: gỗ, thép, bê tông, bê tông cốt thép và
khơng bị ăn mịn nếu nước ngầm có tính xâm thực.
+ Về mặt thi cơng, cọc cát có phương pháp thi công tương đối đơn giản,


15

khơng địi hỏi những thiết bị phức tạp.
Do những ưu điểm nêu trên nên có thể nói rằng giá thành xây dựng cọc
cát thường rẻ hơn so với một số các phương án cọc khác như gỗ, bê tông, bê
tông cốt thép.
Thông qua những kết quả nghiên cứu về mặt lý thuyết và thực tế xây
dựng, người ta thấy rằng cọc cát là phương pháp áp dụng thích hợp và đem lại

hiệu quả nén chặt cho các lớp đất yếu có chiều dày lớn như các loại đất cát
nhỏ, cát bụi rời ở trạng thái bão hoà nước, các đất cát có xen kẽ những lớp
bùn mỏng, các loại đất dính yếu (sét, sét pha cát và cát pha sét) cũng như các
loại đất bùn và than bùn.
b) Thiết kế thi cơng cọc cát.
1. Thiết kế cọc cát.
Việc tính tốn và thiết kế cọc cát là hết sức quan trọng, kích thước của
cọc cát ảnh hưởng đến tính kinh tế và kỹ thuật của cơng trình. Sau đây là trình
tự tính tốn và thiết kế cọc cát:
+ Xác định hệ số rỗng nén chặt ε nc của đất nền sau khi được nén chặt
R

R

bằng cọc cát.
Khi dùng cọc cát, nền đất sẽ được nén chặt lại, tuy nhiên đất không thể
nén chặt đến độ chặt tuỳ ý. Nhiều kết quả nghiên cứu cho thấy rằng, hệ số
rỗng nén chặt ε nc của đất cát sau khi được nén chặt bằng đất cát có thể lấy
R

RP

P

tương ứng với độ chặt tương đối D vào khoảng 0,7 đến 0,8 và được xác định
theo công thức sau:
ε nc = ε max – D( ε max - ε min )
R

R

R

R

R

R

R

(2.1)

R

hoặc: ε nc = εmax – (0,7 ÷ 0,8)( ε max - ε min )
R

R

R

R

R

R

R

R

(2.2)

Trong đó ε max , ε min là hệ số rỗng của cát ở trạng thái rời nhất và chặt
R

R

R

R