Bộ giáo dục và đào tạo Bộ xây dựng
Trờng đại học kiến trúc hà nội PHM C MNH
KHểA: 2008-2011 LP: CH08X
ứNG dụng cọc khoan nhồi đờng kính nhỏ trong
thi công tầng hầm các công trình xây chen
trong phố tại Hà Nội Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
CHUYấN NGNH XY DNG DN DNG V CễNG NGHIP
M số: 60.58.20
NGI HNG DN KHOA HC
TS. Lấ ANH DNG
Hà Nội - 2011 lời cảm ơn

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đối với TS. Lê Anh Dũng Bộ
Xây dựng, ông Tạ Minh Hoàng giám đốc Công ty TNHH Xử lý Nền móng Công
trình Đất Việt những ngời đã tận tình giúp đỡ, hớng dẫn, cung cấp tài liệu và đa
ra nhiều ý kiến quý báu, cũng nh tạo điều kiện thuận lợi động viên tác giả trong
quá trình thực hiện luận văn.
Tác giả xin trân trọng cảm ơn các thầy giáo cô giáo, các cán bộ của khoa
Sau đại học, khoa Xây dựng trờng Đại học Kiến trúc Hà Nội đã tận tình hỗ trợ,
giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu.
Tác giả
1. Lý do nghiên cứu 1
2. Mục đích của đề tài 2
3. Phạm vi & phơng pháp nghiên cứu 2
4. ý nghĩa thực tiễn của đề tài 3
Chơng 1 - Tổng Quan về công nghệ cọc khoan nhồi
đờng kính nhỏ & thi công hố đào sâu 4
1.1 Tổng quan về thi công các hố đào sâu 4
1.1.1 Một số phơng pháp gia cố thành hố đào phổ biến hiện nay 5
1.1.2 Một số sự cố và nguyên nhân của sự cố khi thi công hố đào 16
1.1.3 Vấn đề thi công tầng hầm công trình xây chen tại Hà Nội 18
1.2 Tổng quan về cọc khoan nhồi đờng kính nhỏ 19
1.2.1 Khái niệm 19
1.2.2 Lịch sử phát triển 19
1.2.3 Phạm vi ứng dụng 20
1.2.4 Lịch sử ứng dụng công nghệ cọc khoan nhồi đờng kính nhỏ ở Việt Nam 23
Chơng 2 - Cơ sở khoa học của việc ứng dụng cọc khoan
nhồi đờng kính nhỏ trong thi công tầng hầm các công
trình xây chen trong phố tại Hà Nội 27
2.1 Đặc điểm điều kiện địa chất thủy văn tại Hà Nội 27
2.2 Cơ sở lý thuyết cho việc ứng dụng công nghệ 29
2.2.1 Xác định tải trọng tác dụng lên t
ờng chắn 29
2.2.2 Tính toán kết cấu chắn giữ bằng cọc hàng kiểu conson 30
2.2.3 Tính toán kết cấu chắn giữ bằng cọc hàng với một tầng chống 40
2.2.4 Tính toán kết cấu chắn giữ bằng cọc hàng với nhiều tầng chống 41
2.2.5 Thiết kế tờng bằng phơng pháp số 43
2.3 Các phơng pháp khoan tạo lỗ khi thi công cọc khoan nhồi 44
2.3.1 Thi công cọc khoan nhồi bằng khoan khô 44 3.5.6 Công tác thổi rửa đáy hố khoan 73
3.5.7 Công tác đổ bê tông 75
3.5.8 Kiểm tra chất lợng cọc 76
3.5.9 Thi công hố đào 77
3.6 Các sự cố thờng gặp khi thi công cọc khoan nhồi đờng kính nhỏ làm tờng
cọc vây 80
3.7 Các phơng pháp thực nghiệm để quản lý chất lợng khi thi công hố tầng hầm
công trình xây chen sử dụng cọc khoan nhồi đờng kính nhỏ 80
3.8 Giới thiệu ví dụ thiết kế biện pháp thi công hố đào tầng hầm cho công trình sử
dụng cọc khoan nhồi đờng kính nhỏ làm cọc vây tại Hà Nội 81
Kết luận và kiến nghị 91
1. Kết luận 91
2. Kiến nghị 91
3. Hớng nghiên cứu phát triển đề tài 92
Tài liệu tham khảo 93
Phụ lục tính toán DANH MụC CáC BảNG BIểU


Hình 1.1 Cọc cừ Larssen 6
Hình 1.2 Cọc cừ dạng thép hình I 6
Hình 1.3 Gia cố thành hố đào sử dụng hệ tờng cừ thép 7
Hình 1.4 Tờng cọc xi măng đất 9
Hình 1.5 Tờng cọc bản bê tông cốt thép 10
Hình 1.6 Tờng chắn bằng cọc khoan nhồi 12
Hình 1.7 Thi công tờng cọc khoan nhồi 13
Hình 1.8 Tờng chắn Barrette cho một hố đào sâu 14
Hình 1.9 Thi công tờng chắn Barrette 15
Hình 1.10 Nứt công trình liền kề do thi công hố móng (Hàng Mã - Hà Nội) 16
Hình 1.11 Lún công trình liền kề do thi công hố móng trung tâm đào tạo Trờng đại
học Kinh tế Quốc dân-Hà Nội 16
Hình 1.12 Sụp đổ công trình Viện KHXH do thi công hố móng của công trình cao ốc
Pacific (43-45-47 Nguyễn Thị Minh Khai - Q1-HCM) 17
Hình 1.13 Móng cọc khoan nhồi đờng kính nhỏ tại Hà Nội 20
Hình 1.14 Tờng cọc khoan nhồi 21
Hình 1.15 Tờng cọc khoan nhồi kiểu dãy cột 21
Hình 1.16 Tờng cọc hàng liên tục (hard/solf) 22
Hình 1.17 Tờng cọc hàng liên tục (hard/firm) 22
Hình 1.18 Tờng cọc hàng tổ hợp 22
Hình 1.19 Mẫu tờng cọc thi công trong thực tế 22
Hình 1.20 Phơng án tăng khả năng chống giữ của tờng cọc 23
Hình 1.21 Kết quả thi công trong thực tế 23
Hình 1.22 Tờng cọc khoan nhồi tại một công trình xây chen trong phố tại Hà Nội 24
Hình 2.1 Sơ đồ phân khu địa chất công trình lãnh thổ Hà Nội theo mức độ thuận lợi
đối với xây dựng 28
Hình 2.2 Tính cọc conson bằng phơng pháp cân bằn tĩnh 30
Hình 2.3 Sơ đồ chuyển dịch của cọc bản conson và phân bố áp lực đất 32


Hình 2.32 Máy thi công cọc đờng kính nhỏ Clo Zironi CR18 55
Hình 2.33 Máy thi công cọc đờng kính nhỏ Clo Zironi CR18 55 Hình 2.34 Máy thi công cọc đờng kính nhỏ Clo Zironi CR14 56
Hình 2.35 Máy thi công cọc đờng kính nhỏ Casagrande C6 56
Hình 2.36 Máy thi công cọc đờng kính nhỏ Stealth T15000 58
Hình 2.37 Máy khoan cọc nhồi đờng kính nhỏ sử dụng ở Việt Nam 58
Hình 3.1 Mặt bằng biện pháp thi công - Nhà máy gia công thiết bị điện tử tin học
phần mềm chuyên dụng và thiết bị điện - Công ty Coteccons Cầu Giấy Hà Nội 60
Hình 3.2 Mặt bằng biện pháp thi công tầng hầm công trình văn phòng 159 Triệu
Việt Vơng Hà Nội 60
Hình 3.3 Mặt bằng biện pháp thi công tầng hầm công trình khách sạn 39 Thợ
Nhuộm Hà Nội 61
Hình 3.4 Mặt bằng biện pháp thi công 2 tầng hầm công trình Văn phòng cho thuê
135-137 Bùi Thị Xuân Hà Nội theo phơng pháp bán Top-down 61
Hình 3.5 Mặt bằng biện pháp thi công cọc vây công trình nhà ở kết hợp văn phòng
Công ty CP INOX Hòa Bình-132 Nguyễn Thái Học Hà Nội 62
Hình 3.6 Hố đào 2 tầng hầm trong điều kiện xây chen công trình nhà ở kết hợp văn
phòng Công ty CP INOX Hòa Bình-132 Nguyễn Thái Học Hà Nội 63
Hình 3.7 Thi công phá đầu cọc trong hố đào 63
Hình 3.8 Định vị tim cọc 69
Hình 3.9 Hạ ống chống và khoan tạo lỗ 70
Hình 3.10 Gia công cốt thép tại hiện trờng 72
Hình 3.11 Công tác hạ lồng thép 73
Hình 3.12 Hạ ống đổ và đổ bê tông 73
Hình 3.13 Thổi rửa vệ sinh cọc bằng khí nén - Tuần hoàn nghịch 74
Hình 3.14 Bơm tuần hoàn thuận thổi rửa vệ sinh hố khoan 75
Hình 3.15 Đổ bê tông t
ơi mác 300 độ sụt 18+/-2 76

đợc sử dụng để giải quyết những vấn đề này tuy nhiên các sự cố khi thi công công
trình xây chen trong phố ảnh hởng đến các công trình lân cận vẫn thờng xuyên
xảy ra làm thiệt hại không nhỏ về tài sản, uy tín của chủ đầu t, nhà thầu và các bên
liên quan. Thực tiễn đã đặt ra cho những nhà thầu xây dựng Việt Nam một vấn đề
mới, đòi hỏi những nghiên cứu chặt chẽ về lý thuyết và kinh nghiệm thực tế để hạn
chế các sự cố, rui ro này.
Cọc khoan nhồi đờng kính nhỏ (Small diameter bored piles) đã đợc nghiên
cứu, ứng dụng từ rất lâu trên thế giới trong xử lý nền móng các công trình dân dụng
hay các công trình ngầm. Tuy nhiên ở Việt Nam công nghệ này mới chỉ đợc quan
tâm ứng dụng nhiều trong những năm gần đây và nó đã nhanh chóng chứng tỏ là
một giải pháp có hiệu quả cho các công trình xây chen tại một số đô thị lớn nh Hà
Nội, Hải Phòng, Thành phố Hồ Chí Minh với rất nhiều những u điểm nh:
- Thiết bị thi công nhỏ gọn có thể thi công trong điều kiện chật hep;
- Cọc khoan nhồi đờng kính nhỏ có sức chịu tải lớn độ an toàn khi thi công
cao;
- Giá thành thi công khá cạnh tranh;
2
Bên cạnh đó việc ứng dụng loại cọc này trong thực tế nớc ta còn bị hạn chế
nhiều bởi một số lý do sau:
- Hệ thống tiêu chuẩn qui phạm xây dựng phục vụ cho việc thiết kế và thi
công cha có;
- Cha có nhiều nghiên cứu về việc ứng dụng công nghệ này vào các bài toán
thực tế;
- Số lợng nhà thầu mạnh dạn ứng dụng công nghệ này còn cha nhiều, hệ
thống máy móc thiết bị phục vụ thi công còn cha hoàn thiện.
Tuy nhiên với những u thế vợt trội về hiệu quả kinh tế kỹ thuật so với các
phơng án khác cọc khoan nhồi đờng kính nhỏ sẽ là lựa chọn hiệu quả của chủ đầu
t, các nhà thầu thiết kế trong hiện tại và tơng lai cho các công trình xây chen
trong phố tại Hà Nội.
Từ năm 2004 trở lại đây một số nhà thầu qua việc nghiên cứu đặc điểm các

các kết luận và kiến nghị cụ thể cho việc ứng dụng giải pháp công nghệ này trong
thực tế.
ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Kết quả nghiên cứu của luận văn sẽ là cơ sở tin cậy :
- Cho các nhà đầu t, các đơn vị t vấn lựa chọn ứng dụng giải pháp công
nghệ cọc khoan nhồi đờng kính nhỏ trong thi công tầng hầm các công trình xây
chen;`
- Cho các cơ quan quản lý công trình xây dựng thẩm tra, thẩm định và phê
duyệt các dự án tơng tự;
- Cho các nhà thầu thi công có đợc biện pháp thi công an toàn với hiệu quả
kinh tế cao khi thi công tầng hầm các công trình xây chen trong phố tại Hà Nội.
4
Chơng 1 - Tổng Quan về công nghệ cọc khoan nhồi đờng
kính nhỏ & thi công hố đào sâu

1.1. Tổng quan về thi công các hố đào sâu [5,10,12]
Khi thi công tầng hầm cho các công trình, việc chống giữ, gia cố thành hố đào là
một vấn đề hết sức quan trọng và phức tạp. Theo số liệu thống kê các sự cố khi thi
công hố đào ở Anh cho đến 1980 thì các nguyên nhân chính bao gồm:
+ Thi công hố đào không có chống giữ: Chiếm 63%;
+ Tiến hành thi công phía trên kết cấu chắn giữ: Chiếm 20%;
+ Kết cấu chắn giữ không đảm bảo khả năng chịu lực: Chiếm 14%;
+ Mái dốc mất ổn định: Chiếm 3%;
Việc lựa chọn phơng án gia cố thành hố đào cần đáp ứng một số nguyên tắc sau:

và đợc ứng dụng trên toàn thế giới với các đặc tính về khả năng chịu lực ngày càng
đợc cải thiện. Ngoài cọc ván thép có mặt cắt ngang dạng chữ U, Z thông thờng
còn có loại mặt cắt ngang Omega (W), dạng tấm phẳng (straight web) cho các kết
cấu tờng chắn tròn khép kín, dạng hộp (box pile) đợc cấu thành bởi 2 cọc U hoặc
4 cọc Z hàn với nhau. Tùy theo mức độ tải trọng tác dụng mà tờng chắn có thể chỉ
dùng cọc ván thép hoặc kết hợp sử dụng cọc ván thép với cọc ống thép (steel pipe
pile) hoặc cọc thép hình H (King pile) nhằm tăng khả năng chịu mômen uốn.
Phạm vi áp dụng: Phơng pháp đợc sử dụng rộng rãi hiện nay cho nhiều loại công
trình khác nhau từ các công trình thủy công nh cảng bờ kè, cầu tàu, đê chắn, công
trình cải tạo dòng chảy đến các công trình giao thông nh
các công trình cầu, hầm,
bãi đậu xe ngầm.Trong xây dựng công trình dân dụng nó đợc sử dụng phổ biến
trong việc gia cố thành các hố đào có độ sâu từ 3-6m;
Bảng 1.1: Một số loại cừ đợc sử dụng phổ biến ở Việt Nam hiện nay [22]
TT Qui cách Trọng lợng
(kg/m)
Vật liệu ứng dụng
1
400mmx100mmx
10.5mm x 12m;
48KG/M
JIS A5528
SY295; SY295
Công trình dân
6
dông vµ c«ng
nghiÖp

2
400mmx125mmx

27.6mmx12m;
120KG/M
JIS A5528
SY295; SY390
C«ng tr×nh
giao th«ng, bê
®ª, c¶ng biÓn
H×nh 1.1: Cäc cõ Larssen [20] H×nh 1.2: Cäc cõ d¹ng thÐp h×nh I [22]

7

Hình 1.3: Gia cố thành hố đào sử dụng hệ tờng cừ thép [10]
Ưu điểm:
- Khả năng chịu ứng suất động khá cao (cả trong quá trình thi công lẫn trong quá
trình sử dụng);
- Khả năng chịu lực lớn trong khi trọng lợng khá bé;
- Thiết kế đơn giản, có tính định hình cao;
- Cọc ván thép có thể nối dễ dàng bằng mối nối hàn hoặc bulông nhằm gia tăng
chiều dài;
- Cọc ván thép có thể sử dụng nhiều lần, do đó có hiệu quả kinh tế cao;
- Chất lợng của vật liệu làm cọc bản tin cậy do đợc chế tạo trong nhà máy;
- Thi công nhanh, thuận tiện và tơng đối đơn giản trong tầng đất yếu;
- Khả năng ngăn nớc tơng đối tốt;
Nhợc điểm:
- Khi thi công ép, đóng vào trong đất dễ gây ảnh hởng đến công trình bên cạnh;
- Bị ăn mòn trong quá trình sử dụng;
- Chiều sâu hố đào không lớn;

- Giảm ảnh hởng chấn động đến công trình lân cận;
- Tránh hiện tợng biến loãng (hóa lỏng) của đất rời;
- Cô lập phần đất bị ô nhiễm;
9

Hình 1.4: Tờng cọc xi măng đất [22]
- ổn định thành hố đào;
- Ngăn đợc nớc thấm vào hố đào;
- Khi dùng phơng án tờng chắn bằng cọc trộn dới sâu thờng không sử dụng hệ
thanh chống, tạo điều kiện thi công hố móng rất thông thoáng;
- Qui trình thi công đơn giản, nhanh chóng;
- Giá thành rẻ hơn so với các phơng án gia cố khác;
- Tính tự động hóa trong thi công cao;
- Khi thi công không ảnh hởng đến các công trình bên cạnh.
Nhợc điểm:
- Phơng pháp cha thực sự phổ biến trong xử lý hố đào cho các công trình dân
dụng;
- Khả năng chịu tải của cọc thấp nên chiều sâu hố đào không cao;
- Cọc sau khi sử dụng làm cọc biện pháp không tận dụng đợc làm cọc chịu tải cho
công trình hay có thể thu hồi sử dụng lại;
- Do máy thi công hiện có trên thị trờng có kích thớc lớn nên cọc không phù hợp
khi áp dụng cho các công trình xây chen có qui mô nhỏ.
c/ Sử dụng cọc bản bê tông cốt thép, bê tông cốt thép ứng lực trớc [12]
10
Nội dung của phơng pháp: Đây là phơng pháp gia cờng hố đào sử dụng cọc bản
bê tông cốt thép dài 6-12m đợc đóng hoặc ép xuống đất tạo thành hệ tờng chắn
giữ cho hố đào. Tùy thuộc vào tiết diện của cọc sau khi ép có thể phải xử lý loại bỏ
phần đất tại vị trí tiếp giáp giữa hai cọc rồi đổ bê tông bù;

Hình1.5: Tờng cọc bản bê tông cốt thép [22]

hạn chế nở hông của đất đắp bên trong.
- Kết cấu sau khi thi công xong đảm bảo độ kín, khít. Với bề rộng cọc lớn sẽ phát
huy tác dụng chắn các loại vật liệu, ngăn nớc. Phù hợp với các công trình có chênh
lệch áp lực trớc và sau khi đóng cọc nh ở mố cầu và đờng dẫn.
Nhợc điểm:
- Công nghệ chế tạo phức tạp hơn cọc đóng thông thờng. Thi công đòi hỏi độ chính
xác cao, thiết bị thi công hiện đại hơn (búa rung, búa thuỷ lực, máy cắt nớc áp
lực );
- Giá thành cao hơn cọc đóng truyền thống có cùng tiết diện. Ma sát âm (nếu có) tác
dụng lên cọc tăng gây bất lợi khi dùng cọc ván chịu lực nh cọc ma sát trong vùng
đất yếu;
- Khó thi công theo đ
ờng cong có bán kính nhỏ, chi tiết nối phức tạp làm hạn chế
độ sâu hạ cọc;
- Khi thi công dễ ảnh hởng đến các công trình lân cận.
12
d/ Sử dụng tờng cọc khoan nhồi [1]
Nội dung của phơng pháp: Sử dụng các cọc khoan nhồi đợc khoan sát nhau trên
đỉnh của tờng cọc thờng đổ 1 dầm bo bê tông cốt thép tạo thành dãy tờng chắn
đất trong thi công các hố đào sâu;

Hình 1.6: Tờng chắn bằng cọc khoan nhồi [22]
Khái quát về tình hình ứng dụng công nghệ: Tờng cọc khoan nhồi (bored pile
retaining wall) đã đợc sử dụng từ rất lâu trên thế giới trong gia cố thành các hố đào
sâu. ở Việt Nam việc sử dụng công nghệ này còn cha đợc phổ biến, hiện tại giải
pháp đã và đang đợc áp dụng cho một số công trình có qui mô nhỏ và vừa tại một
số đô thi lớn nh Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh.
Phạm vi áp dụng: Phơng án gia cố này thích hợp với các hố đào có độ sâu từ 6-13m
trong trờng hợp các hố đào sâu hơn có thể kết hợp sử dụng neo hoặc hệ chống thép
hình ;