Bộ giáo dục và đào tạo bộ xây dựng
Trờng đại học kiến trúc hà nội

Lê công minh
Nghiên cứu phơng pháp tính toán ứng dụng
cọc siêu nhỏ trong điều kiện việt nam
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Chuyên ngành: Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp
H N
I
- 2011
Bộ giáo dục và đào tạo bộ xây dựng
Trờng đại học kiến trúc hà nội

Lê công minh
Khóa: 2008-2011 lớp: 2008x
Nghiên cứu phơng pháp tính toán ứng dụng
cọc siêu nhỏ trong điều kiện việt nam
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Chuyên ngành: Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp
Mã số: 60.58.20
Ngời hớng dẫn khoa học: PGS.TS. đoàn thế tờng
H N
I
- 2011
ii
Lời cam đoan
Tôi xin cam đoan số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là
trung thực và cha hề đợc sử dụng để bảo vệ một học vị nào.
Tôi xin cam đoan mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã
đợc cảm ơn và các thông tin trích dẫn đã đợc chỉ rõ nguồn gốc.

khác nhau. Một trong số các loại cọc đã đợc sử dụng khá hiệu quả khi xây
dựng các công trình quy mô nhỏ trong điều kiện địa chất phức tạp là cọc siêu
nhỏ. Đây là loại cọc có đờng kính tiết diện dới 300 mm đối với cọc nhồi và
dới 150 mm đối với cọc đóng [1]. Trên thế giới, cọc siêu nhỏ đã đợc ứng
dụng rộng rãi trong xây dựng mới và gia cố các công trình. Cọc siêu nhỏ đợc
sử dụng rộng rãi tại nhiều nớc châu Âu, Mỹ v.v. từ những năm 50 của thế kỷ
XX.
Tại Việt Nam, cọc siêu nhỏ cũng đã đợc sử dụng trong các công trình
xây dựng vừa và nhỏ nhng chủ yếu dới dạng cọc chế sẵn thi công bằng
phơng pháp đóng, ép còn loại cọc đổ tại chổ thi công bằng phơng pháp
khoan nhồi đến nay vẫn cha đợc sử dụng do chúng ta cha có một chỉ dẫn
kỹ thuật nào để làm căn cứ áp dụng trong tính toán thiết kế và thi công loại
cọc này.
Trong điều kiện này, việc nghiên cứu phơng pháp tính toán ứng dụng
cọc siêu nhỏ trong điều kiện Việt Nam là cấp thiết. Các nghiên cứu này bớc
đầu có thể cung cấp cơ sở cho việc xây dựng phơng pháp tính toán và thiết kế
cọc siêu nhỏ trong điều kiện Việt Nam. Giải quyết vấn đề trên đây sẽ giúp
hoàn thiện thêm lý thuyết tính toán móng cọc tại Việt Nam, đồng thời tăng
2
thêm sự lựa chọn cho ngời thiết kế về các giải pháp móng khi thiết kế các
công trình xây dựng.
Xuất phát từ yêu cầu trên việc nghiên cứu phơng pháp tính toán ứng
dụng cọc siêu nhỏ vào điều kiện Việt Nam để xử lý, gia cố nền móng các
công trình xây dựng là rất cần thiết.
* Mục đích nghiên cứu:
Nghiên cứu phơng pháp tính toán cọc siêu nhỏ khi xây dựng, xử lý,
gia cố các công trình trên nền đất yếu hoặc trong các điều kiện thi công khó
khăn. Trên cơ sở đó đa ra những kiến nghị về phơng pháp tính toán ứng
dụng cọc siêu nhỏ phù hợp với điều kiện Việt Nam.
* Đối tợng và phạm vi nghiên cứu:

+ Phơng pháp tính toán chuyển vị của cọc đơn, Trờng Đại học Kiến trúc
Hà Nội.
+ Micropile - Design and Construction Guidelines Manual, US Department of
Transportation Federal Highway.
+ Một số tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam về thiết kế và thi công móng cọc.
+ Phần mềm tính toán cọc LSPILE và VSPILE của công ty TNHH phần mềm
SSISOFT Việt Nam.
4
Chơng i: tổng quan về móng cọc và cọc SIÊU NHỏ
1.1. Tổng quan về móng cọc
1.1.1. Định nghĩa và phân loại
Móng cọc là loại móng dùng trong xây dựng công trình trên nền đất
yếu với nguyên lý cơ bản là sử dụng các cọc để truyền tải trọng từ công trình
xuống các lớp đất chịu lực nằm phía dới hoặc cải thiện tính chất cơ lý của lớp
đất yếu dới đế móng
Các loại cọc hiện nay khá đa dạng về mặt vật liệu, kích thớc và biện
pháp thi công. Mỗi loại cọc đều có những u điểm, nhợc điểm và phạm vi áp
dụng khác nhau.
Theo vật liệu làm cọc ngời ta chia ra: Cọc gỗ, cọc tre, cọc bê tông, cọc
bê tông cốt thép, cọc thép . . .[5]
Theo phơng thức làm việc cọc đợc phân ra:
- Cọc chống: Là cọc có sức chịu tải chủ yếu do lực chống của đất, đá tại
mũi cọc [10]
- Cọc ma sát: Là cọc có sức chịu tải chủ yếu do ma sát của đất và cọc
tại mặt bên cọc [10]
- Cọc hỗn hợp: Là cọc có sức chịu tải kết hợp của hai loại trên [10]
Theo phơng thức hạ cọc đợc phân ra:
- Cọc đóng: Là cọc chế tạo sẵn, đợc đóng xuống đất bằng búa máy
hoặc hạ xuống đất bằng máy rung [5].
- Cọc ép: Là cọc chế tạo sẵn, đợc hạ xuống đất bằng thiết bị ép thủy

phổ biến trong các dạng tờng cừ và thi công hố móng.
2. Cọc ép: Trong nhóm giải pháp này, cọc ép BTCT là loại cọc đợc sử dụng
phổ biến nhất tại Việt Nam khi xây chen công trình trên nền đất yếu. Theo
công nghệ này cọc đợc hạ vào nền đất nhờ lực ép từ một vài chục tấn và có
thể tới 100 tấn, tùy theo kích thớc tiết diện và điều kiện đất nền. Sức chịu tải
của cọc khá lớn, có thể đạt tới 50-60 tấn song phổ biến nhất là ở mức 10-20
tấn đối với cọc tiết diện 20x20 cm và 30-45 tấn đối với cọc tiết diện 25x25
6
cm. Để tăng khả năng chịu lực cọc ép BTCT thờng đợc thiết kế chống vào
các tầng đất chịu lực. Độ tin cậy của giải pháp cọc ép cao do sức chịu tải của
cọc có thể đợc đánh giá thông qua giá trị lực ép trong quá trình thi công.
Nhợc điểm:
- Năng suất thi công tơng đối thấp, thiết bị thi công cồng kềnh nên
gặp nhiều hạn chế khi thi công trên mặt bằng chật hẹp.
- Sử dụng cọc ép tại các khu vực có chiều dày lớp đất yếu lớn thì có
hiệu quả kinh tế thấp do chiều dài cọc tơng đối lớn, số lợng mối nối nhiều
nên chi phí cho mỗi đơn vị tải trọng khá cao.
Một trong các biến thể của cọc ép BTCT để sửa chữa sự cố công trình là
cọc Mega với kính thớc nhỏ, chiều dài mỗi đoạn cọc từ 0,6 - 1,2 m cho phép
vận chuyển, lắp dựng và ép trong điều kiện thi công rất chật hẹp.
3. Cọc nhồi: Cọc nhồi trong những năm gần đây đã đợc áp dụng nhiều trong
xây dựng nhà cao tầng, cầu lớn và nhà công nghiệp có tải trọng lớn. So với cọc
chế tạo sẵn, việc thi công cọc nhồi có nhiều phức tạp hơn, do đó phơng pháp
và cách giám sát, kiểm tra chất lợng phải làm hết sức chu đáo, tỷ mỷ với
những thiết bị kiểm tra hiện đại. Trong qúa trình sử dụng, nhiều công nghệ thi
công thích hợp đã đợc áp dụng nhằm nâng cao sức mang tải của cọc nhồi và
làm giảm đáng kể giá thành của móng. Có thể kể ra đây các bớc phát triển
sau:
+ Cọc khoan nhồi: là cọc nhồi mà lỗ cọc đợc thi công bằng các
phơng pháp khoan khác nhau nh khoan gầu, khoan rửa ngợc,. . .

qua các chớng ngại vật nh đá, đất cứng bằng cách sử dụng các dụng cụ nh
khoan choòng, máy phá đá, nổ mìn
- Có khả năng tận dụng hết khả năng làm việc của cọc, giảm số cọc
trong móng và có thể bố trí cốt thép phù hợp với khả năng chịu lực dễ dàng
hơn.
8
- Cho phép kiểm tra trực tiếp các lớp đất lấy mẫu từ các lớp đất đào lên,
có thể đánh giá chính xác điều kiện đất nền, khả năng chịu lực của đất nền
dới đáy lỗ khoan.
- Cho phép chế tạo cọc có đờng kính lớn và độ sâu lớn, phù hợp với
các công trình cầu lớn.
- Không gây tiếng ồn và tác động đến đô thị, phù hợp để xây dựng các
công trình lớn trong đô thị.
Nhợc điểm
Bên cạnh những tính năng vợt trội của cọc khoan nhồi trình bày phía
trên, cọc khoan nhồi cũng có những nhợc điểm chính sau đây :
- Sản phẩm trong suốt quá trình thi công đều nằm sâu trong lòng đất,
các khuyết tật dễ xảy ra
- Đỉnh cọc khoan nhồi thờng kết thúc ỏ trên mặt đất nền, có thể kéo
dài thần cọc lên phía trên nhng phải làm vòng vây ngăn nớc do đó gây tốn
kém khi thi công móng cọc đài cao
- Do công tác thi công cọc tại chỗ, nên dễ xảy ra các khuyết tật ảnh
hởng tới chất lợng cọc nh:
+ Hiện tợng co thắt, hẹp cục bộ thân cọc hoặc thay đổi kích thớc tiết
diện khi cọc xuyên qua các lớp đất khác nhau
+ Bê tông xung quanh thân cọc dễ bị rửa trôi lớp xi măng khi mặc nớc
ngầm hoặc gây ra rỗ mặt thân cọc
+ Lỗ khoan nghiêng lệch, sụt vách lỗ khoan
+ Bê tông đổ thân cọc dễ không đồng nhất và phân tầng
- Quá trình thi công cọc khoan nhồi là tại công trờng ngoài trời nên

đóng xuống rồi đóng lên nh vậy ống đợc nâng lên 2 2,5cm, sau khi nâng
ống chống vách lên đợc 1/4 chiều dài của nó thì đổ mẻ bêtông thứ hai và quá
10
trình đợc lặp lại nh vậy. Búa đợc dùng ở đây là loại búa máy có thể thực
hiện 60 80 nhát đập/ 1 phút [5].
Cọc Franki
Dùng ống thiết bị đóng xuống đất đến độ sâu thiết kế. Đổ bê tông vào
ống đến độ cao 0,8 1m. hạ búa vào trong ống và đóng mạnh làm bê tông nén
vào đất tạo thành đế mở rộng. Sau đó đặt khung cốt thép vào và đổ bê tông rồi
đầm bằng búa, đồng thời rút ống lên. Vì đất quanh thân cọc đợc nén chặt nên
đờng kính cọc tăng 10 20% so với đờng kính ống thiết bị [5].
Cọc Raimond
Đây là loại cọc nhồi có vỏ thép để lại trong đất đợc các công ty xây
dựng của Mỹ sử dụng. ở đây vai trò của ống thiết bị đợc thay thế bởi vỏ thép
rất mỏng dạng hình nón đợc tăng độ cứng bằng các sờn hình sang và cốt
xoắn. Vỏ bao gồm nhiều đoạn đợc lồng vào nhau, ở giữa có lõi bằng gỗ. Lõi
gỗ có đờng kính lớn hơn đờng kính của đoạn vỏ dới cùng. Dùng búa đóng
lõi gỗ xuống đất, các đoạn vỏ sẽ nối tiếp nhau xuống theo. Khi đạt đến độ sâu
thiết kế, nhổ lõi gỗ ra, bỏ khung cốt thép vào và tiến hành nhồi bê tông [5].
1.1.2. Dự báo sức chịu tải của cọc
Theo tiêu chuẩn xây dựng TCXD 205: 1998- Móng cọc Tiêu chuẩn
thiết kế. để dự báo sức chịu tải của cọc ngời ta có thể dùng các phơng pháp
sau:
- Theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền (theo SNIP 2.20.03.85)
- Theo chỉ tiêu cờng độ của đất nền
- Theo kết quả các thí nghiệm xuyên
- Theo công thức động
- Theo kết quả nén tĩnh cọc
1.1.3. Dự báo độ lún của móng cọc
11

nhà và công trình tởng niệm lịch sử mà đã bị h hỏng qua thời gian dài, đặc
biệt là trong Chiến tranh thế giới lần 2. Một hệ thống chống đỡ vững chắc
đợc yêu cầu để đỡ các tải trọng kết cấu với độ chuyển vị tối thiểu và để thi
công trong các điều kiện hạn chế ra vào với sự tác động thấp nhất đối với kết
cấu hiện tại. Một nhà thầu chuyên nghiệp ở I-ta-li-a là Nhà thầu Fondedile,
mà Dr. Fernando Lizzi là giám đốc kỹ thuật, đã phát triển cọc palo radice, hay
còn gọi là cọc siêu nhỏ để ứng dụng vào xây móng. Cọc palo rudice là loại
cọc có đờng kính nhỏ, đợc khoan, đổ bê tông tại chỗ, ít vữa và cốt thép[19].
Việc sử dụng cọc siêu nhỏ triển khai tại I-ta-li-a trong suốt những năm
1950. Nhà thầu Fondedile đã giới thiệu công nghệ này tại Anh vào năm 1962
trong quá trình thi công móng của một số công trình lịch sử, và đến năm 1965,
công nghệ này cũng đợc áp dụng tại Đức trong kế hoạch giao thông ngầm tại
các đô thị [19].
Ban đầu, đa số các ứng dụng của cọc siêu nhỏ là đợc sử dụng vào việc
xây móng kết cấu tại các môi trờng đô thị. Bắt đầu từ năm 1957, có thêm
13
nhiều các nhu cầu kỹ thuật bắt nguồn từ việc giới thiệu hệ thống cọc siêu nhỏ
dạng mắt lới. Các hệ thống này bao gồm nhiều loại cọc siêu nhỏ dạng thẳng
đứng và dạng nghiêng kết hợp với mạng lới ba chiều, tạo ra một kết cấu phức
hợp hạn chế chuyển vị ngang. Mạng lới cọc siêu nhỏ dạng mắt lới đợc ứng
dụng vào quá trình làm ổn định độ dốc, gia cố tờng bờ, kè, bảo vệ các kết
cấu chôn ngầm, các móng đỡ kết cấu và mặt đất khác [19].
Nhà thầu Fondedile đã giới thiệu cách sử dụng cọc siêu nhỏ tại Bắc Mỹ
vào năm 1973 thông qua một số ứng dụng trong thi công xây móng tại các
khu vực ở New York và Boston. Hiện nay, chi phí xây dựng và nhu cầu kỹ
thuật tại các nớc trên thế giới là tơng đối giống nhau và do đó, tiếp tục thúc
đẩy sự phát triển của nhu cầu sử dụng cọc siêu nhỏ.
1.2.2 Ưu, nhợc điểm của cọc siêu nhỏ
Ưu điểm
- Sử dụng tốt trong điều kiện chật hẹp

dụng với toàn bộ khối đất gia cố, nh đối với các cọc đơn. Cọc siêu nhỏ loại 2
đợc gia cố nhẹ, do các cọc này không phải chịu tải trọng đơn lẻ nh các cọc
15
lo¹i 1. M¹ng líi ®iÓn h×nh cña cäc siªu nhá d¹ng m¾t líi ®îc minh häa
trong H×nh 1.5.
H×nh 1.3: Cäc siªu nhá lo¹i 2–M¹ng líi cäc d¹ng líi víi khèi ®Êt gia cè
®îc chÊt t¶i hoÆc ®îc kÕt hîp [19]
H×nh 1.4: Bè trÝ cäc siªu nhá lo¹i 1 [19]
16
Hình 1.5: Bố trí cọc siêu nhỏ loại 2 [19]
2. Phân loại theo phơng pháp đổ bê tông
Phơng pháp đổ vữa cọc có ảnh hởng rất lớn đến khả năng chịu tải của
liên kết vữa/đất. Khả năng chịu tải của liên kết vữa/đất thay đổi trực tiếp với
phơng pháp đổ vữa. Phần thứ hai của phân loại cọc mini bao gồm cách đặt
tên theo chữ cái (từ A đến D), chủ yếu dựa trên phơng pháp thay thế và tạo ra
áp lực trong quá trình sử dụng vữa để thi công cọc. Việc sử dụng ống vách và
cốt thép đã xác định rõ các phơng pháp phân loại cọc siêu nhỏ. Phơng pháp
phân loại đợc thể hiện bằng sơ đồ trong Hình 1.6.
Loại A: Loại A thể hiện là loại vữa chỉ đợc đổ trong cột nớc trọng lực. Vữa
xi măng-cát, cũng nh vữa xi măng thuần túy, cũng có thể đợc sử dụng, bởi
vì cột vữa không bị tạo áp. Hố khoan cọc có thể đợc khoét rộng bên dới để
tăng khả năng chịu kéo, mặc dù kỹ thuật này cũng không thông dụng hoặc
không đợc sử dụng đối với các loại cọc khác.
17
Hình 1.6: Phân loại cọc dựa trên phơng pháp đổ bê tông [19]
Loại B: Loại B thể hiện là vữa xi măng thuần túy đợc đổ vào hố khoan dới
áp lực khi rút ống vách tạm thời bằng thép lên. áp lực phun vữa nằm trong
khoảng từ 0,5 đến 1 MPa, và đợc giới hạn để tránh phun nớc dới áp lực cao
đối với nền đất xung quanh hoặc gây ra việc đổ quá nhiều vữa, và để giữ làm
kín xung quanh ống vách trong quá trình rút ống vách lên, tại những vị trí có

kiện độ cao, trên không và khoan nhỏ cho phép làm việc ở các độ cao thấp
hơn và khó tới hơn. Trụ khoan có thể đợc lắp dựng trên một khung, cho phép
làm việc trong một khu vực trên không thấp và tiếp cận hạn chế nh là xây
dựng các tầng hầm. Một khung khoan đợc dựng, có thể đợc nối với vòi
phun dài tới một đơn vị máy chạy điện thủy lực tách rời. Điều này cho phép
việc đặt thiết bị điện bên ngoài khu vực làm việc, giảm các yêu cầu về diện
tích, tiếng ồn trong khu vực làm việc và các vấn đề về xả chất thải. Khung
khoan có thể đợc di chuyển và đỡ bởi một xe nâng hoặc di chuyển bằng tay
bằng dây tời và đỡ do bắt vít vào một nền bê tông hoặc chân cầu hoặc giằng từ
trần hoặc mặt vòm của cầu [19]
19
Hình1.7: Một số thiết bị khoan thủy lực [17]
2. Các kỹ thuật khoan
Phơng pháp khoan đợc lựa chọn với mục đích để các phiền phức gây
ra đợc giảm thiểu thấp nhất hoặc việc trơng nở lên nền và cấu trúc đợc
giảm tối đa, trong khi là phơng tiện xuyên qua đáng tin cậy, kinh tế và hiệu
quả nhất [17]. Các móng cọc siêu nhỏ phải thờng xuyên đợc xuyên qua
một tầng vật liệu yếu để tới đợc một tầng chịu lực tốt hơn. Do đó, đặc trng
yêu cầu kỹ thuật khoan các tầng để xuyên qua và hỗ trợ cho các tầng đất
không chặt, yếu và đắp đất. Thêm vào đó, ngoại trừ các tầng chịu áp lực là vật
liệu tự đỡ nh là đá và đất kết dính, hố khoan có thể cần chống đỡ tạm thời
cho toàn bộ chiều dài, ví dụ, thông qua việc sử dụng ống chống tạm thời và
20
dung dịch khoan phù hợp. Nếu vật liệu tự đỡ có trong toàn bộ chiều sâu của
móng cọc, hố khoan có thể đợc hình thành bằng cách mở các hố kỹ thuật,ví
dụ, không cần các hố khoan tạm thời bằng ống chống khoan hoặc tay quay
đầu khoan ngắn.
Một phơng pháp khoan khác có thể đợc sử dụng trớc hết để xuyên
qua cấu trúc hiện tại. Các kỹ thuật khoan lõi bê tông có thể đợc sử dụng để
cung cấp một hố rộng ngoại cỡ trong các phiến đá và móng hiện có, và cho

yêu cầu một đầu khoan có năng lợng va đập và xoay thực chất.
Khoan đôi kiểu va đập (Lệch tâm hoặc mất vòng khuyên): Ban đầu đợc xem
nh là một hệ thống khoan lớp đá lệch tâm (ODEX), phơng pháp này liên
quan đến việc sử dụng khoan kiểu va đập kết hợp với một đầu khoan mở rộng
lệch tâm. Đầu khoan lệch tâm cắt phía dới ống chống khoan, sau đó có thể
đợc đẩy vào hố khoan ngoại cỡ với năng lợng xoay ít hơn nhiều hoặc lực
chống đẩy cần có phơng pháp đồng tâm đợc yêu cầu nh mô tả ở trên.