Cọc khoan nhồi là gì? Quy trình thi công và nghiệm thu cọc

Khi các công trình chung cư cao tầng phát triển thì kèm theo đó chúng ta thường bắt gặp móng cọc khoan nhồi đi kèm theo nó. Cọc khoan nhồi được áp dụng ngay cả những công trình nhà phố hay chung cư mini với tải trọng nhỏ, bài viết dưới đây giúp chúng ta cùng tìm hiểu những vấn đề như:

• Cọc khoan nhồi là gì? ưu và nhược điểm
• Cấu tạo cọc khoan nhồi
• Quy trình thi công và nghiệm thu cọc khoan nhồi

Cọc khoan nhồi là gì

Cọc khoan nhồi (tên tiếng anh là Bored) là một loại móng sâu được thi công bằng cách đổ bê tông tươi vào một hố ( hay lỗ ) khoan trước đó.

Cọc khoan nhồi có lịch sử ra đời tương đối mới. Năm 1908 đến 1920 các lỗ khoan cọc nhồi cỡ nhỏ (đường kính 0,3m dài 6 – 12m), được thi công bằng các máy khoan lỗ chạy bằng hơi nước. Cuối thập kỷ 40 và đầu thập kỷ 50 công nghệ khoan cọc nhồi đã khá phát triển. Cọc khoan nhồi hiện đại được giới thiệu vào Việt Nam đầu thập kỷ 90. Kích thước phổ biến của cọc nhồi ở Việt Nam là: đường kính 1m-2m và chiều dài 40m-70m. Hiện nay cọc khoan nhồi đang dần phổ biến ngay cả những công trình tải trọng nhỏ như nhà phố, biệt thự, chung cư mini, đường kính cọc khoảng 400mm cho đến 800mm

Các dạng cọc khoan nhồi

Cọc khoan nhồi đơn giản: tiết diện hình trụ và không thay đổi trên suốt chiều dài cọc

Cọc khoan nhồi mở rộng đáy và thân: có hình trụ bình thường nhưng đến khi gần đáy thì dung gầu đặc biệt hoặc thuốc nổ để mở rộng đáy hố khoan

Cọc barrette: là loại cọc nhồi có tiết diện chữ nhật, chữ I, chữ L, chữ H, hay là một loại tườn trong đất bằng BTCT

Ưu nhược điểm cọc khoan nhồi

Ưu điểm

Cọc khoan nhồi có ưu điểm là sức chịu tải lớn, khi thi công không gây chấn động mạnh và tiếng ồn lớn

Thuận tiện trên mọi địa hình phức tạp, độ an toàn trong thiết kế và thi công cao

Rút ngắn thời gian đúc cọc, dễ dàng điều chỉnh kích thước đường kính cũng như chiều dài cọc cho phù hợp với thực tế thi công

Cho phép kiểm tra trực tiếp mẫu đất ngay trong quá trình khoan cọc, từ đó đánh giá chính xác điều kiện địa chất công trình

Nhược điểm

Tuy nhiên cọc khoan nhồi có nhược điểm lớn nhất là giá thành cao, việc kiểm tra chất lượng phức tạp

Trong quá trình thi công cọc nằm sâu dưới lòng đất nên dễ xảy ra các khuyết tật như: hẹp cục bộ, co thắt, bê tông thân cọc bị rửa trôi, rỗ mặt cọc…không thể kiểm tra được

Chi phí thí nghiệm cọc cao, thi công lầy lội bởi việc khoan cọc, ảnh hưởng đến môi trường xung quanh, thi công bị ảnh hưởng do thời tiết

>> Xem thêm bài viết:

Bảng Định mức Cấp phối bê tông & vữa xây-Mới nhất

Kinh nghiệm bố trí thép dầm, đơn giản chính xác

Cấu tạo cọc khoan nhồi công trình cao tầng

1. Kích thước cọc thường dùng cho nhà cao tầng

Đường kính cọc thường có các kích thước như 600mm, 800mm, 1000mm, 1200mm, 1400mm. Chiều dài cọc tùy theo điều kiện địa chất công trình từng địa điểm xây dựng. Ví dụ khu vực Hà Nội cọc thường cắm sâu vào tầng địa chất cát lẫn cuội sỏi ở độ sâu 40m-50m. Còn ở khu vực TP Hồ Chí Minh thì cọc nhồi thường cắm vào vùng đất sét pha nửa cứng ở độ sâu 30m-50m

2. Bê tông cọc khoan nhồi

Bê tông phải có mác tối thiểu R ≥ 250#, và thường dùng mác R=300#, dùng khoảng 425kg cho 1m3 bê tông, độ sụt bê tông thông thường khoảng 12-17

3. Cấu tạo cốt thép trong cọc nhồi

Cốt thép được quy định theo đúng tiêu chuẩn dưới đây

Cốt thép được bố trí theo tính toán

Nếu cọc chịu nén đúng tâm thì cốt thép chỉ cần bố trí đến 1/3 chiều dài cọc ( ở phía trên đầu cọc)

Nếu cọc chịu uốn, chịu kéo, chịu nhổ thì cần phải bố trí thép hết chiều dài cọc

Cọc chịu nén có hàm lượng cốt thép dọc chịu lực µ ≥ 0,2% đến 0,4%

Cọc chịu uốn, chịu kéo, chịu nhổ thì hàm lượng thép dọc chịu lực µ ≥ 0,4% đến 0,65%

Cốt thép dọc chịu lực bố trí theo chu vi cọc có đường kính tối thiểu d ≥12mm

Đối với cốt đai đường kính 6mm ÷10mm, khoảng cách đai 200mm-300mm, có thể dùng cốt đai đơn hoặc vòng xoắn liên tục, ( vòng xoắn liên tục dùng cho loại cọc nhỏ 600mm và 800mm )

Nếu lồng cốt thép dài hơn 4mm, thì cứ cách nhau mỗi đoạn 2m thì cần bổ sung một thép đai có đường kính lớn hơn (như Ø12 hoặc Ø14), để tăng cường cho lồng thép, đồng thời để gắn các miếng kê bảo vệ cốt thép bằng bê tông

Lớp bê tông bảo vệ cốt thép không được nhỏ hơn 5cm, thông thường là 7cm

Khoảng cách giữa các cốt thép dọc, thép chủ không được nhỏ hơn 10cm

Nếu tiết diện của cọc nhỏ hơn 0,5m2 thì hàm lượng cốt thép dọc không được nhỏ hơn 0,5%. Nếu tiết diện cọc từ 0,5m2 đến 1m2, thì hàm lượng cốt thép dọc thường là khoảng 0,25%

Để chống đẩy trồi lồng thép khi đổ bê tông ( bằng phương pháp vữa dâng ) thì cần bố trí hai khung thép hình ở đầu mũi cọc cách nhau 2m

Nối cốt thép cọc nhồi không được hàn hơi, chỉ được buộc hoặc hàn chấm bằng điện

Buộc nối ống dẫn dầu thu và phát siêu âm ( để kiểm tra chất lượng bê tông cọc nhồi) vào thép chủ, số lượng ống siêu âm được bố trí tùy theo tiết diện cọc như sau:

Cọc có đường kính D ≤ 1m thì bố trí 3 ống

Cọc có đường kính D = 1m – 1,3m thì bố trí 4 ống

Cọc có đường kính D = 1,3m – 1,5m thì dùng 5 ống

Cọc có đường kính D ≥ 1,5m thì dùng 6 ống

Các phương pháp thi công cọc khoan nhồi

Có rất nhiều công nghệ và phương pháp thi công cọc khoan nhồi trên thế giới, tuy nhiên có 2 nguyên lý được sử dụng trong tất cả các phương pháp thi công đó là: cọc khoan nhồi sử dụng ống vách, cọc khoan nhồi không sử dụng ống vách

1. Cọc khoan nhồi sử dụng ống vách

Thường được sử dụng khi thi công những cọc nằm sát với công trình có sẵn hoặc do điều kiện địa chất đặc biệt

Ưu điểm: không lo vấn đề sập thành hố khoan, không gây bẩn vì không sử dụng bentobite, chất lượng cọc cao

Nhược điểm: máy thi công phải lớn, khi thi công gây ra tiếng ồn và khó thi công với cọc dài trên 30m

2. Cọc khoan nhồi không sử dụng ống vách

Đây được cho là công nghệ khoan phổ biến. Phương pháp này thích hợp với các loại đất sét mềm, nửa cứng nửa mềm, đất cát mịn, cát thô hoặc có lẫn sỏi, cỡ hạt từ 20 đến 100mm. Có 2 phương pháp dung cọc khoan nhồi không dùng vách đó là:

Phương pháp khoan thổi rửa ( phản tuần hoàn ), và phương pháp khoan gầu

Phương pháp khoan thổi rửa

Máy đào sử dụng guồng xoắn để phá đất, bơm bentonite xuống để giữ vách hố đào, dung dịch mùn khoan được máy bơm áp lực đẩy từ đáy hố khoan lên chứa vào bể lắng để lọc Bentonite để tái sử dụng lại

Ưu điểm: phương pháp này có giá thiết bị rẻ, thi công đơn giản

Nhược điểm: tốc độ khoan chậm, chất lượng và độ tin cậy chưa cao

Phương pháp khoan gầu

Gầu khoan có dạng thùng xoay, cắt đất và đưa ra ngoài, vách hố khoan được giữ ổn định bằng dung dịch bentonite

Ưu điểm: thi công nhanh, kiểm tra chất lượng dễ dàng, đảm bảo vệ sinh an toàn và ít ảnh hưởng đến công trình lân cận bên cạnh

Nhược điểm: giá thành cao, đòi hỏi quy trình công nghệ rất chặt chẽ, cán bộ kỹ thuật và công nhân có tay nghề cao, ý thức kỷ luật tốt

Quy trình thi công và nghiệm thu cọc khoan nhồi

Quy trình thi công cọc khoan nhồi, toàn bộ quá trình trải qua 8 bước:

• Công tác chuẩn bị
• Công tác định vị tim cọc
• Hạ ống vách, khoan và bơm dung dịch bentonite
• Xác định độ sâu hố khoan và vệ sinh hố khoan
• Công tác chuẩn bị hạ lồng thép
• Lắp ống đổ bê tông
• Đổ bê tông và rút ống thép
• Kiểm tra chất lượng cọc

Bước 1: Công tác chuẩn bị

Kiểm tra đầy đủ các phương án và lộ trình di chuyển

Kiểm tra mặt bằng có đầy đủ diện tích để lắp đặt thiết bị

Phải có biện pháp giảm tiếng ồn và chấn động như: giảm tiếng ồn động cơ nổ, xây tường bao quanh hiện trường…

Bước 2: Định vị vị trí tim cọc

Căn cứ vào bản vẽ và hiện trường thực tế định vị tim cọc, sử dụng máy kinh vĩ để định vị tim cọc chính xác

Bước 3: Công tác hạ ống vách, khoan và bơm dung dịch bentonite

Công tác hạ ống vách:

+ Ống vách có nhiệm vụ:

Định vị và dẫn hướng cho ống khoan

Giữ ổn định cho bề mặt hố khoan và chống sập thành phần trên hố khoan

Bảo vệ để đất đá, thiết bị không bị rơi xuống hố khoan

Làm sàn đỡ tạm và thao tác để buộc nối và lắp dựng cốt thép, lắp dựng và tháo dỡ ống đổ bê tông

Sau khi đổ bê tông xong, ống vách sẽ được rút lên và thu hồi lại

+ Phương pháp hạ ống vách

Phương pháp rung: là sử dụng loại búa rung thông thường, để đạt được độ sâu 6m phải mất khoảng 10 phút

Phương pháp ép: là sử dụng máy ép để ép ống vách xuống độ sâu cần thiết

Phương pháp sử dụng chính máy khoan để hạ ống vách: đây là phương pháp phổ biến hiện nay, người ta lắp vào gầu khoan thêm một đai sắt để mở rộng hố đào khoan đến hết độ sâu của ống vách thì dùng cần cẩu hoặc máy đào đưa ống vách vào vị trí và hạ xuống sộ sâu thiết kế, dùng cần gõ nhẹ lên ống vách để điều chỉnh độ thẳng đứng.

Khoan và bơm dung dịch bentonite

Lấy đất ra khỏi lòng cọc được thực hiện bằng thiết bị khoan đặc biệt, đầu khoan lấy đất có thể là loại guồng xoắn cho lớp đất sét hoặc là loại thùng cho lớp đất cát

Cần khoan có dạng ăng ten gồm 3 ống lồng vào nhau và chuyền được chuyển động xoay, ống trong cùng gắn với gầu khoan và ống ngoài cùng gắn với động cơ xoay của máy khoan

Cao trình dung dịch bentonite ít nhất phải cao hơn cao trình mực nước ngầm từ 1-2m, thông thường lên giữ cho cao trình dung dịch bentonite cách mặt trên của ống vách là 1m

Bước 4: Xác định độ sâu hố khoan và vệ sinh hố khoan

Để đo độ sâu hố khoan ta dùng quả rọi buộc dây thả xuống hố khoan hoặc đo chiều dài cần khoan để xác định độ sâu

Các bước vệ sinh hố khoan:

Phương pháp thổi rửa dung khí nén: dùng ống PVC hoặc kim loại (Ø60-100mm), đưa xuống đáy hố khoan, dung khí nén bơm ngược bùn tự nhiên trong đáy hố khoan ra ngoài cho đến khi không còn cặn lắng

Phương pháp luân chuyển bentonite: dùng cáp thả máy bơm có công suất 45-60m3/h xuống hố khoan. Sử dụng ống Ø80-100mm gắn vào đầu trên máy bơm, có nhiệm vụ đưa dung dịch bùn bentonite về bồn lọc. Trong quá trình bơm dung dịch bentonite luôn được bổ sung vào hố khoan cho đến khi đạt yêu cầu về độ lắng (≤ 10cm)

Bước 5: Công tác chuẩn bị hạ lồng thép

Cần căn cứ vào bản vẽ để gia công thép cho cọc, cốt thép được buộc sẵn và đưa lên gần giá hố khoan

Công tác này phụ thuộc vào phương pháp thi công, kết cấu công trình, thiết bị và mặt bằng mà người ta chia đoạn lồng thép dao động khoảng 8-12m

Cốt thép được đưa xuống hố khoan từng lồng một bằng cần trục, lưu ý khi hạ cốt thép phải tiến hành cẩn thận từ từ, giữ cho lồng luôn thẳng đứng để tránh va vào thành hố khoan

Sử dụng con kê định vị lồng thép, để đảm bảo lớp bê tông bảo vệ. Con kê có thể bằng thép bản hay xi măng cát dày 5cm đến 7cm

Bước 6: Lắp ống đổ bê tông

Ống bê tông có thể được lắp ngay sau khi khoan hố xong, để thổi rửa đáy hố khoan nhưng cũng có thể được lắp sau khi đã làm sạch đáy hố khoan

Ống đổ bê tông là ống thép được chế thành từng đoạn để có thể lắp tùy ý. Ống đổ được lắp thành từng đoạn từ dưới lên

Có 2 cách nối ống hiện nay: là nối ống bằng cáp và nối ống bằng ren. Nối bằng cáp là biện pháp sử dụng rộng rãi hơn cả, chỗ nối thường có gioăng cao su

Bước 7: Công tác đổ bê tông và rút ống vách

Bê tông thường có độ sụt từ 13-18cm, tỷ lệ cát khoảng 45%, lượng xi măng 370kg/m3. Tỷ lệ nước xi măng nhỏ hơn 50%. Người ta thường sử dụng bê tông đá sỏi vì nó dễ chảy hơn bê tông đá dăm. Ngoài ra có thể sử dụng phụ gia cho bê tông

+ Công tác đổ bê tông

Tốc độ đổ bê tông nên cố gắng càng nhanh càng tốt, kinh nghiệm cho thấy tốc độ đổ bê tông khoảng 0,6m3/ phút

Thời gian đổ bê tông 1 cọc chỉ nên khống chế trong khoảng 4h. Ngoài ra phải chú ý theo phương pháp ống dẫn thì khoảng 1,5h từ khi bắt đầu trộn đổ bê tông phải đổ cho kỳ hết

Trong quá trình đổ bê tông thì ống đổ được rút lên dần sao cho ống luôn luôn ngập trong vữa bê tông từ 2-9m

+ Rút ống vách

Tháo dỡ các sàn thao tác, giá đỡ, cốt thép treo vào ống thép.

Ống vách được kéo lên từ từ bằng cần cẩu, lưu ý kéo thẳng đứng để tránh xê dịch tim đầu cọc

Sau khi rút ống vách phải lấp cát vào hố cọc nếu cọc sâu, lấp hố thu bentonite và rào chắn tạm bảo vệ cọc

Không được phép rung động hoặc khoan cọc khác trong vòng 24h kể từ khi kết thúc đổ bê tông cọc trong phạm vi 5 lần đường kính cọc

Bước 8: Kiểm tra chất lượng cọc khoan nhồi

+ Kiểm tra bằng phương pháp tĩnh

Phương pháp gia tải tĩnh: đây là phương pháp phổ biến và đáng tin cậy để kiểm tra khả năng chịu tải của cọc, có thể sử dụng các vật nặng để chất tải, hoặc sử dụng khoan neo xuống

+ Kiểm tra bằng phương pháp động

Phương pháp đo âm dội: nguyên lý là sử dụng lý thuyết từ hiện tượng âm dội. Người ta gõ một búa vào đầu cọc khoan nhồi, một thiết bị ghi gắn ngày trên đầu cọc để ghi các hiệu ứng về âm dội, kết quả đo đạc sẽ được máy tính xử lý và cho ra kết quả về chất lượng cọc

Phương pháp rung: cọc thí nghiệm được rung cưỡng bức với biên độ không đổi trong khi tần số rung được thay đổi trong một dải khá rộng. Tần số cộng hưởng ghi được sẽ cho ta biết các khuyết tật của cọc như tiết diện bị giảm yếu, cường độ bê tông bị thay đổi

Phương pháp biến dạng lớn: xung chấn động được tạo bởi búa có trọng lượng đủ lớn (15-20T) để huy động toàn bộ khả năng chịu tải của đất nền. Người ta ghi sóng gia tốc và sóng biến dạng cho mỗi nhát búa. Kết quả sẽ được xử lý bằng các chương trình máy tính

Phương pháp tĩnh động: áp dụng nguyên tắc hoạt động của động cơ tên lửa, thiết bị thí nghiệm được gắn vào đầu cọc, cùng với thiết bị gậy nổ để tạo ra phản lực trên đầu cọc. Khi nổ các thông số về biến dạng, gia tốc và chuyển vị đầu cọc sẽ được thiết bị thí nghiệm ghi lại và nhờ các chương trình về truyền sóng cho ta biểu đồ quan hệ giữa tải trọng tác dụng và chuyển vị, từ đó xác định được tải trọng giới hạn của cọc

Trên đây là một số thông tin tổng hợp về cọc khoan nhồi, ưu nhược điểm và ứng dụng của cọc, cấu tạo và quy tình thi công và kiểm tra chất lượng cọc, hy vọng sẽ đem đến cho các bạn kiến thức bổ ích phục vụ cho công việc của mình.