Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên
Nội dung đề tài:
Khảo sát khả năng chịu lực của cạo khoan nhồi
có kể đến ảnh hởng của khuyết tật trong bêtông
Thực hiện đề tài : Nhóm sv lớp 47xf
- Nguyễn Duy Hiếu
- Nguyễn Văn Nhân
- Nguyễn Hoàng Phơng
- Lê Việt Tiến
Thầy hớng dẫn : PGS.TS Hoàng Nh Tầng
KS Nguyễn Thanh Quang

1
1
Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên
I. Đặt vấn đề
Những năm gần đây, trong ngành Xây dựng dân dụng và công nghiệp cũng
nh ngành Cầu đờng, công nghệ thi công cọc khoan nhồi đã đợc phát triển hiệu
quả ở nớc ta. Nhờ những tính năng u việt của móng cọc khoan nhồi so với các
loại móng cọc khác nh: có khả năng chịu đợc tải trọng lớn, có khả năng mở
rộng đờng kính, chiều sâu chôn cọc và không gây ảnh hởng chấn động đến
các công trình lân cận, đảm bảo vệ sinh môi trờng khi thi công nên hiện nay
cọc khoan nhồi hầu nh chiếm vị trí độc tôn trong xây dựng cầu và nhà cao
tầng. Cọc khoan nhồi có đờng kính từ 1 đến 2,5 m, chiều sâu từ 40-60m, thậm
chí 80-100m đang là giải pháp chủ yếu để giải quyết vấn đề kỹ thuật móng
sâu trong nền địa chất phức tạp, nơi mà các loại cọc đóng, cọc ống thép không
thực hiện đợc hoặc giá thành xây dựng quá cao hơn nữa tiến độ thi công kéo
dài đồng thời không đảm bảo độ chất lợng.
Lần đầu tiên ngành xây dựng cầu đã ứng dụng công nghệ cọc khoan nhồi
đờng kính 1,4m hạ sâu 30m khi thi công cầu Việt Trì.Từ đó đến nay đã có rất
nhiều công trình áp dụng công nghệ thi công cọc khoan nhồi , có thể kể ra đây

Chúng ta sẽ xem xét khả năng làm việc của cọc có kể đến những khuyết tật
này,trên cơ sở đố có thể đánh giá mức độ h hỏng và đề xuất những giảI pháp
khắc phục.
II. Những sự cố thờng gặp khi thi công cọc khoan
nhồi
1.Sự cố lồng thép bị trồi khi đang đổ bêtông
a.Nguyên nhân
-Trờng hợp 1:Do ống đổ bêtông ngập quá sâu trong bề mặt bêtông làm cho lực
ma sát giữa phần bêtông tính từ đáy đổ đến mặt bêtông và cốt thép lớn,dẫn
đến lồng thép bị trồi lên khi đang đổ bêtông
-Trờng hợp 2:Do ống đổ bêtông bị mắc vào lồng thép nên khi nhồi bêtông sẽ
kéo cả lồng thép lên.
b.Biện pháp xử lý:
Khi phát hiện lồng thép bị trồi lên trong khi đang đổ bêtông thì cần thiết phảI
dừng ngay việc đổ bêtông lại,xác định chính xác nguyên nhân gây nên việc
trồi lồng thép để đề ra biện pháp xử lý thích hợp.
-Trờng hợp 1:Tiến hành hàn lại thép chông trồi lồng thép vào đỉnh ống
vách,cắt bớt ống đổ bêtông chỉ để ống ngập vào bêtông khoảng 2m,sau đó tiếp
tục tiến hành đổ bêtông bình thờng.
-Trờng hợp 2:Xoay ống đổ bêtông cho đến khi không bị mắc vào lồng
thép,hàn lại thép chỗng trồi và tiếp tục đổ bêtông.
2.Sự cố thành vách bị sạt trong khi khoan:
Khi đang khoan mà thấy hiện tợng khoan không xuống (độ sâu không đổi) mà
trong gầu khoan vẫn có mùn khoan có địa chất không nguyên dạng,không
đồng nhất thì xảy ra hiện tợng sập vách hố khoan.
a.Nguyên nhân
+Khoan vào tầng địa chất yếu :cát chảy,bùn nhão, dung dịch Bentonite
không đủ khả năng giữ ổn định thành vách hố khoan.
+Do cha kiểm soát kỹ chất lợng của Bentonite trớc khi khoan,chất lợng
Bentonite,hàm lợng Bentonite trong dung dịch.

nhanh,tạo ra áp lực quán tính lớn trong phần bêtông đang bị tắc trong ống đổ
bêtông.Nếu áp dụng biện pháp nêu trên mà vẫn không thông đợc bêtông trong
ống thì phảI kéo ống đổ bêtông lên,tiến hành thông ống,sau đó hạ ống đổ sát
bề mặt bêtông,cắt cầu lại và đổ bêtông tiếp.Sau khi đã đẩy hết dung dịch trong
ống đổ bêtông ra ngoài thì tiến hành nối thêm ống đổ và hạ sâu vào trong lòng
bêtông có chất lợng,tiếp tục đổ bêtông bình thờng.Bêtông cọc này đợc đổ cao
hơn so với các cọc khác để đảm bảo rằng phần bêtông xấu đã đợc đẩy toàn bộ
lên cao độ cắt cọc.
III. Định lợng khuyết tật bằng thực nghiệm trên mô
hình cọc khoan nhồi
Trong quá trình thực hiện đề tàI, nhóm chúng tôI đợc tham gia thí nghiệm
đúc và siêu âm mô hình cọc khoan nhồi có bố trí khuyết tật ,một phần trong
luận văn Thạc sĩ của kỹ s Nguyễn Thanh Quang do PGS.TS Hoàng Nh Tầng
hớng dẫn.Thí nghiệm đợc thực hiện tại phòng thí nghiệm và kiểm định công
trình LAS-XD125.
1.Đúc mô hình cọc thí nghiệm
Mô hình cọc mẫu đợc đúc với kích thớc:
D = 0,8 m
L = 2,0 m
Do D < 1m nên theo TCXD 358-2005 ,bố trí 3 ống siêu âm
Dạng, vị trí, và vật liệu của khuyết tật đợc bố trí nh hình vẽ:
+Mô hình cọc TN 1:
4
4
Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên
bt m100 không đầm
bt m100, đầm dùi
bt m200, đầm dùi
phần bt khuyết tật chiếm 15%
diện tích tiết diện

phần bt khuyết tật chiếm 40%
diện tích tiết diện
phần bt khuyết tật chiếm 100%
diện tích tiết diện
1 1
2 2
3 3
4 4
1-1 2-2
3-3 4-4
2.Thí nghiệm siêu âm trên mô hình
Sử dụng thiết bị siêu âm cọc khoan nhồi : Cross-Hole Analyzer (CHA)
của Mỹ
3.Định lợng khuyết tật từ kết quả siêu âm
Trong quá trình đúc cọc mẫu, ta tiến hành đúc 4 tổ mẫu 15 X 15X 15
ứng với mỗi cọc.
Sau 28 ngày, tiến hành thí nghiệm siêu âm và nén các mẫu này để đánh
giá mối tơng quan giữa vận tốc siêu âm và cờng độ vật liệu.Kết quả thu
đợc ghi theo các bảng dới đây :
Cọc TN số 2:

TO 1
MAU 1 MAU 2 MAU 3
TT T V Vtb Rn TT T V Vtb Rn TT T V Vtb Rn
mS m/s m/s Mpa mS m/s m/s Mpa mS m/s m/s Mpa
1 33.4 4491 4491 24.9 1 33.8 4438 4481 24.6 1 34.4 4360 4356 20.57
2 33.8 4438 2 32.6 4601 2 34.6 4335
3 33.5 4478 3 33.2 4518 3 34 4412
4 33 4545 4 34.2 4386 4 34.5 4348
5 33.2 4518 5 33.7 4451 5 34.1 4399

5 45.3 3311 5 41.1 3650 5 47 3191
6 46.7 3212 6 46.5 3226 6 49.7 3018
7 43.7 3432 7 43.4 3456 7 50.4 2976
8 44 3409 8 46.5 3226 8 48.9 3067
9 44.6 3363 9 43.5 3448 9 54 2778
10 46.8 3205 10 42.9 3497 10 50.1 2994
TO 4
MAU 1 MAU 2 MAU 3
TT T V Vtb Rn TT T V Vtb Rn TT T V Vtb Rn
mS m/s m/s Mpa mS m/s m/s Mpa mS m/s m/s Mpa
1 45.4 3304 3223 5.57 1 48.6 3086 3152 5.36 1 51.9 2890 2828 5.16
2 44 3409 2 45 3333 2 52.2 2874
3 47.1 3185 3 45.8 3275 3 46 3261
4 45.1 3326 4 47.3 3171 4 45.6 3289
5 50.1 2994 5 49.9 3006 5 46 3261
6 49 3061 6 50 3000 6 48.3 3106
7 49.6 3024 7 45.9 3268 7 50.2 2988
8 45.6 3289 8 49.1 3055 8 4703 31.9
9 44.5 3371 9 48.2 3112 9 46.7 3212
10 45.9 3268 10 46.7 3212 10 44.6 3363
7
7
B¸o c¸o nghiªn cøu khoa häc sinh viªn
Cäc TN sè 3
TO 1
MAU 1 MAU 2 MAU 3
TT T V Vtb Rn TT T V Vtb Rn TT T V Vtb Rn
mS m/s m/s Mpa mS m/s m/s Mpa mS m/s m/s Mpa
1 34 4412 4309 15.6 1 35.2 4261 4362 16 1 33.5 4478 4524 16.04
2 35.1 4274 2 36.4 4121 2 33.3 4505

5 67.3 2229 5 73.2 2049 5 73.8 2033
6 70.5 2128 6 70.8 2119 6 68.2 2199
7 71.9 2086 7 67.4 2226 7 65.1 2304
8 69.2 2168 8 65 2308 8 65.2 2301
9 70.5 2128 9 70.2 2137 9 63.9 2347
10 64.5 2326 10 68.7 2183 10 61.3 2447
8
8
Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên
TO 4
MAU 1 MAU 2 MAU 3
TT T V Vtb Rn TT T V Vtb Rn TT T V Vtb Rn
mS m/s m/s Mpa mS m/s m/s Mpa mS m/s m/s Mpa
1 43.1 3480 3315 8.55 1 46 3261 3238 8.03 1 47 3191 3186 7.81
2 45.3 3311 2 45.4 3304 2 46.1 3254
3 44.8 3348 3 45.9 3268 3 50.1 2994
4 46.7 3212 4 46.4 3233 4 47.8 3138
5 47.4 3165 5 47.1 3185 5 47.9 3132
6 44.7 3356 6 47 3191 6 49.4 3036
7 44.8 3348 7 47.5 3158 7 47.4 3165
8 44.4 3378 8 43.6 3440 8 44.7 3356
9 45 3333 9 47.4 3165 9 47.1 3185
10 46.6 3219 10 47.2 3178 10 44 3409
Quan he van toc sieu am va cuong do
0
5
10
15
20
25

P = R
u
.A + R
an
.F
a

- R
u
: Cờng độ tính toán bêtông cọc nhồi đợc xác định nh sau :
+ Đối với cọc đổ bêtông dới nớc hoặc dd bentonite : R
u
= R/4,5
&
60 kg/cm
2
+ Đối với cọc đổ bêtông trong lỗ khoan khô :
R
u
= R/4 & 70 kg/cm
2
- R
an
: Cờng độ tính toán cốt thép đợc xác
định nh sau :
+ d < 28 R
an
= R/1,5 & 2200 kg/cm
2
+ d > 28 R

ap
: Sức chịu tảI cực hạn do mũi cọc
+ Q
as
: Sức chịu tảI cực hạn do ma sát bên
+ P : Chu vi cọc
11
Lớp
đất
Lớp
đất
Lớp
đất
Lớp
đất
Lớp
đất
n
n-1
i
2
1
L
D
Qas Qas
Qap
tL2LiLn-1Ln
11
Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên
+W

năng chiu tải của cọc mà chỉ thông qua tỷ lệ h hỏng của cọc để đa ra quyết
định là có sử dụng tiếp cọc hay tiến hành thay thế.
Các trờng hợp khuyết tật:
1.Cọc bị khuyết tật ở đầu mũi:
12
12
Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên
Khi thi công cọc khoan nhồi thờng xảy ra trờng hợp cọc bị khuyết tật
phần mũi cọc ,tuỳ theo mức độ h hỏng mà giảm nhiều hay ít sức chịu tảI
của cọc, dẫn đến việc phảI thay thế hay có biện pháp gia cố.
Bằng phơng pháp siêu âm , xác định đợc chiều cao vùng bêtông phần
đầu cọc có lẫn mùn khoan làm giảm mác thiết kế là h.
Bằng phơng pháp khoan lõi lấy mẫu ta xác định đợc bêtông ở mũi cọc
có môđun đàn hồi E và cờng độ R
u
nhỏ hơn so với thiết kế .
Khi tính toán ,nếu bỏ qua sức chống mũi cọc Q
ap
= 0 và sức kháng bên
của đoạn khuyết tật thì sức chịu tảI của cọc chỉ do sức kháng bên chịu :
Q
as
= P.
i
.N
i
.L

đất
lớp
đất
lớp
đất
lớp
đất
n
n-1
i
N'
N
tk
13
Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên
-Nếu Q
as
<N
tk
,

tức là khi đã huy động hết sức kháng bên thì bắt đàu tính
đến sự làm việc của mũi cọc bị khuyết tật .
Tải trọng truyền xuống đến phần mũi cọc bị khuyết tật :
N = N
tk
Q
as
Lúc này cờng độ bêtông phần mũi cọc bị khuyết tật chỉ còn R
U

asap
EA
L
QQ
d
.
) (
100

++=
d - đờng kính cọc,m
- Hệ số phụ thuộc vào quy luật phân bố ma sát ở cấp tảI trọng thiết kế
E
P
- Môdun đàn hồi của vật liệu cọc,T/m
2
-Nếu Q
VL
<N phảI có biện pháp gia cố hợp lý hoặc phảI thay thế bằng
cọc mới.
2. Khuyết tật ở thân cọc loai 1

14
14
Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên Một đoạn cọc ở giữa thân cọc bị thắt lại do sập thành vách hay hiện tợng
rửa trôI bêtông tơi.Tuỳ theo mức độ khuyết tật mà ta đánh giá lại sức chịu
tảI của cọc.

2
(1 arcos [(R-x)/R]/180 ) + (R-x).
])([
22
xRR
Với R= d/2
15
I I
I-I
d
x
L
y
h
1
2
i
n-1
n
N
tk
N'
Q
as
lớp
đất
lớp
đất
lớp
đất

'
'
max
xeR
I
eN
A
N
++=

-Nếu
max
<R
U
thì cọc vẫn có thể làm việc bình thờng.
-Nếu
max
>R
U
thì cọc bị phá hoại.
Trong trờng hợp này ta có thể tính lại sức chịu tải của
cọc

:

as
Q
I
xeRe
A

Qua kết quả siêu âm cho thấy có 1 đoạn cọc có chiều cao h (m) nằm
dới độ sâu y(m) và mác bêtông giảm còn R
u
Khi đó, ma sát bên còn lại tính từ vùng khuyết tật trở nên là:
Q
as
= P.
i
.N
i
.L
i
-W
p
Với W
p
= y.A.(
bt
-
đ
)
-Nếu Q
as
>N
tk
thì cọc vẫn đủ khả năng chịu tải và coi nh không kể đến
sự làm việc của phần dới.
Tuy nhiên trờng hợp này chỉ thờng xảy ra khi vùng khuyết tật nằm khá
sâu phía mũi cọc.
-Nếu Q

1
d
I I
N'
N
tk
17
Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên
Khi đó sức chịu tải của cọc đợc tính lại chỉ còn N
*

N
*
= R
u
. A + Q
as

Sức chiụ tải còn lại tơng đối :
%
*
N
NN
+Nếu điều kiện bền đợc đảm bảo
Khi đó cọc vẫn có khả năng làm việc nhng độ lún tổng thể sẽ lớn hơn
do biến dạng của đoạn cọc này:

AE
hN
.

Nh vậy tuỳ vào khả năng chịu tải còn lại của cọc hay độ biến dạng
cho phép theo yêu cầu của thiết kế mà có thể sử dụng tiếp hay thay thế
cọc.

V.Kiến nghị giải pháp xử lý
1.Xử lý mũi cọc bị khuyết tật
Tuỳ theo mức độ và vị trí không đồng nhất của bê tông mà có các ph-
ơng pháp thích hợp. Các phơng pháp chỉ ra sau đây chỉ áp dụng cho cọc
có phần bê tông không đồng nhất ở mũi cọc.
Thực tế nếu nhật ký thi công cho thấy không có sự cố nào xảy ra trong
quá trình thi công nh sập vách, tắc ông bơm bê tông thì phần chất lợng
bê tông không đồng nhất thờng rơi vào phần chân cọc do quá trình làm
sạch trớc khi đổ bê tông không đợc tốt.
- Đối với trờng hợp chân cọc có chất lợng bê tông không tốt trong
khoảng chiều cao dới 1m có thể áp dụng phơng pháp bơm vữa xuống tận
phần chân cọc để gia cố cọc.
Trong trờng hợp cọc đã có sẵn các ống siêu âm đặt dọc trong thân cọc thì
có thể tận dụng luôn những ống siêu âm đó để bơm vữa sửa chữa chân
cọc. Bơm vữa áp lực cao qua các ống siêu âm xuống tận chân cọc, phần
bê tông không đồng nhất ở chân cọc sẽ đợc gia cố.
18
18
Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên
Việc tận dụng này có u điểm là thao tác nhanh, không mất thời gian
khoan cọc cũng nh không làm ảnh hởng tới thân cọc, đảm bảo vữa đợc
bơm xuống đến tận chân cọc.
Các thí nghiệm nh khoan lõi, thử tĩnh đã đợc tiến hành để kiểm chứng
cho phơng pháp này, mẫu khoan lõi lấy lên đợc đem đi nén. Kết quả cho
thấy cờng độ nén mẫu khoan lõi tơng đơng thậm chí còn lớn hơn cờng độ
bê tông cọc (290kg/cm

này. Đáy khối vữa dự định gia cố sẽ thấp hơn chân cọc thực tế 0,5m.
Đỉnh khối vữa dự định gia cố sẽ cao hơn đỉnh của phần bê tông không
đồng nhất từ 1,0~2,0m Phơng pháp 3: Phơng pháp thay thể hoàn toàn
cọc mới, thi công thêm cọc khoan nhồi ở bên cạnh, mở rộng đài cọc. Ph-
ơng pháp này dành cho các cọc hỏng ở chân cọc với chiều cao của vùng
bê tông không đồng nhất lớn hơn 5m
2.Xử lý khuyết tật ở thân cọc
19
19
Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên
v. ví dụ tính toán xử lý cọc khoan nhồi có kể đến
khuyết tật
1.Khuyết tật ở mũi cọc
+ Số liệu cọc :
- Đờng kính cọc : d = 1500 mm
- Chiều dài cọc : L = 60 m
- Mác thiết kế của bêtông cọc : M = 300 kg/cm
2
- Số thanh cốt thép dọc : n = 20
- Đờng kính cốt thép : =25 mm
- Cờng độ giới hạn chảy của thép : R
a
= 2700 kg/cm
2
- Phơng pháp thi công cọc : Có dd bentonite
- TảI trọng thiết kế : 1000 T
+ Số liệu địa chất :
Lớp
đất
Chiều

1
1 1
Đất
lấp 0 0 0
0.883
5
2
2.5 1.5
Dính 0.4
3 6 18.235
2.208
8
3
6 3.5
Dính 0.4
3 11 78.007 5.301
4
19 13
Rời 0.1
5 9 82.696
16.78
7
5
38 19
Rời 0.1
5 19 255.15
33.57
3
6
42.5 4.5

as
- W
p
= 1,5.N
tb
.A
P
+ P..N
i
.L
i
-W
p
+ Diện tích tiết diện cọc : A = d
2
/4 = 1,767 (m
2
)
+ Chu vi cọc : P = d = 4,712 (m)
+ N
tb
= 50 (T/m
2
) (chỉ số xuyên tiêu chuẩn của đất nền dới mũi cọc
>50 (T/m
2
), lấy bằng 50)
+ Sức kháng mũi : Q
ap
= 1,5 . 50. 1,767 = 132 (T)

an
.F
a

+ R
u
= 300/4,5 = 66,7 kg/cm
2
> 60 ,cọc đổ trong dd bentonite ,
lấy R
u
= 60 kg/cm
2
= 600 T/m
2
+ d=25 mm < 28 , R
an
= 27000/1,5 = 18000 T/m
2
<2200 ,
lấy R
an
=18000 T/m
2
+ Tiết diện cọc : A = 1,767m
2
+ Diện tích cốt thép : F
a
= 20.4,909.10
-4

mùn khoan làm giảm mác thiết kế có chiều cao h =2m
21
21
Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên
Dựa vào kết quả siêu âm,đánh giá mác bêtông còn lại của vùng
khuyết tật theo biểu đồ quan hệ giữa vận tốc siêu âm và cờng độ ở trên .
Giả sử xác định đợc R
u
= 150 T/m
2

Khi bỏ qua sức chống mũi cọc Q
ap
= 0 và sức kháng bên của đoạn
khuyết tật
Thì sức chịu tảI của cọc chỉ do sức kháng bên chịu :
Q
as
= P..N
i
.L
i
= 870 (T)
W
p
= L . A
p
. (
bt
-



= .
.
'

=
2. Khuyết tật ở thân cọc loai 1
22
22
Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên
Tơng tự ví dụ trên nhng xảy ra khuyết tật ở thân cọc ,1 đoạn thân cọc bị
thắt lại .
Bằng phơng pháp siêu âm ,xác định đợc độ sâu và chiều cao vùng bị
khuyết tật :
y= 40 m
x = 0,6m
h = 1 m
Ta tính toán đoạn cọc này nh một cấu kiện chịu nén lệch tâm.
Lực tính toán tại đoạn cọc khuyết tật là :
N = N
tt
Q
as

Lúc này ,sức kháng bên đợc huy động từ phần khuyết tật trở lên:
Q
as
= 483 (T)
N = 1000 483 = 517 T

23
Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên
Diện tích :
A = R
2
(1 arcos [(R-x)/R]/180 ) + (R-x).
])([
22
xRR
Với R= d/2
=
222
)6,075,0(75,0).6,075,0()
180
)
75,0
6,075,0
cos(
1.(75,0.14,3 +


ar
=1,1 m
2
Độ lệch tâm
e = Sx/A
Sx =
322
])([
3

R
Rx
0,126m
4

=++=++= )6,024,075,0.(
125,0
24,0.398
1,1
398
).(
.
max
xeR
I
eN
A
N

907T/m
2
>600
T/m
2
Cọc sẽ bị phá hoại ta tính lại sức chịu tảI của cọc theo vật liệu.
Sức chịu tải mà cọc có thể chịu là:

TQ
I
eRe

B¸o c¸o nghiªn cøu khoa häc sinh viªn
Y(m) 55 50 45 40 35 30 25
X(m)
0.1 184 244.8 294.2 366.3 423.9 467.3 510
0.2 225 299.5 359.9 448.2 518.6 571.8 625
0.3 279 370.7 445.6 554.8 642 707.9 773.7
0.4 341 453.4 544.9 678.6 785.2 865.7 946.3
0.5 405 539.3 648.1 807.1 933.9 1030 1125
0.6 466 620.7 746 928.9
0.7 524 697.2 837.9 1043
0.8 585 778.4 935.6 1165
0.9 663 882.8 1061 1321
1 781 1039 1249 1556
3,KhuyÕt tËt ë th©n cäc lo¹i 2
25
h
L
5
4
3
2
1
d
I I
N'
N
tk
25