Cọc khoan nhồi

Cọc khoan nhồi là một loại cọc bê tông cốt thép được đổ tại chỗ trong các lỗ trên nền đất. Việc tạo ra các lỗ khoan này có thể được thực hiện bằng nhiều phương pháp như đào thủ công, hiện đại hơn có thể sử dụng các loại máy khoan hoặc ống thiết bị để tạo lỗ.

Hay nói cách khác, khoan cọc nhồi là một loại cọc móng sâu với đường kính cọc phổ biến trong khoảng từ 60-300cm tùy thuộc vào từng yêu cầu của công trình. Đường kính cọc <80cm được xem là cọc nhỏ. Còn cọc có đường kính >80cm sẽ được quy ước thuộc loại cọc lớn.

Xuất hiện đã khá lâu nhưng cọc khoan nhồi chỉ mới được ứng dụng rộng rãi trong xây dựng khoảng 10 năm trở lại đây. Cùng với công cụ hỗ trợ đắc lực là máy móc thiết bị hiện đại, việc thi công cọc khoan nhồi ở nhiều độ sâu và đường kính ngày càng trở nên dễ dàng hơn. Hiện cọc khoan nhồi đang là một trong những giải pháp thi công móng cọc được sử dụng phổ biến trong các công trình xây dựng với mục đích gia cố và giữ ổn định cho công trình.

Qua quá trình thi công và đánh giá, phương pháp cọc khoan nhồi có những ưu và nhược điểm như sau:

Giải pháp thi công cọc khoan nhồi được đánh giá cao bởi sở hữu nhiều ưu điểm mà những loại cọc khác không có, trong đó có thể chia thành hai ưu điểm chính là về mặt kết cấu và thi công.

Thi công cọc khoan nhồi có khả năng chịu tải trọng tốt hơn 1-2 lần so với các phương pháp khác.

Giải pháp này cho phép tạo ra những loại cọc có đường kính và độ sâu linh hoạt và lớn hơn.

Cọc khoan nhồi có thể thực hiện được ở những lớp đất cứng, đá cứng, nơi mà cọc đóng không đạt tới được.

Tối ưu chi phí và nhân công thi công trên nhiều loại địa hình, nền đất có địa tầng thay đổi phức tạp.

Độ chấn dung khi thi công nhỏ, nhờ đó hạn chế tình trạng đẩy cọc chắn và trồi đất xung quanh sang hai bên, không làm ảnh hưởng nhiều đến các công trình liền kề.

Sức chịu tải ngang của cọc khoan nhồi rất lớn, tăng độc vững chắc cho móng và khả năng chịu lực của công trình.

Vì thi công cọc khoan nhồi sẽ đổ bê tông liền khối, không cần phải hàn nối như cọc đóng nên khả năng chịu lực và độ bền ổn định hơn.

Ưu điểm về mặt thi công:

Giải pháp cọc khoan nhồi có thể tận dụng tối đa khả năng làm việc của vật liệu nên giảm đáng kể số lượng cọc trong móng. Nhờ đó, giảm chi phí xây dựng công trình ở phần móng khoảng 20 – 30%.

Cọc khoan nhồi có thể thi công ở những khu vực dân cư đông đúc, địa hình khó thi công như các công trình xây dựng sát nhau, nhà ở trong ngõ, hẻm, địa hình chật hẹp…

Với sự trợ giúp từ máy móc hiện đại, thi công cọc khoan nhồi sẽ đảm bảo độ chính xác theo phương thẳng đứng cao và tốt hơn các công nghệ ép cọc khác.

lược  bớt được công đoạn đúc cọc sẵn, nhờ đó tiết kiệm chi phí và thời gian cho công tác vận chuyển và xây dựng kho bãi, ván khuôn

Hạn chế được tiếng ồn và tác động đến môi trường xung quanh trong quá trình thi công.

Tuy nhiên, giải pháp cọc khoan nhồi vẫn tồn tại một số nhược điểm như:

Nếu không khảo sát kĩ và không đảm bảo tiến độ, hiệu quả quá trình thiết kế, thi công thì có thể xảy ra một số vấn đề: co thắt, hẹp cục bộ thân cọc, thay đổi tiết diện cọc khoan, bê tông bị rửa trôi…

Quá trình khoan cọc nhồi và các bước thi công phụ thuộc nhiều vào thời tiết, nhất là mùa mưa bão. Bởi công trường thi công thường hoàn toàn ngoài trời. Vào mùa mưa bão, công trình cũng dễ bị úng nước, làm tăng chi phí phát sinh, hao tốn thời gian và tài nguyên cho công tác thí nghiệm cọc.

Vậy với những đặc điểm tổng quan trên, cọc khoan nhồi có ứng dụng như thế nào trong các công trình hiện nay?

Trải qua nhiều năm ứng dụng trong xây dựng, giải pháp thi công cọc khoan nhồi ngày càng được các chủ dự án ưu tiên lựa chọn cho các công trình. Vì vậy mà các máy móc thiết bị phục vụ công việc thi công cọc cũng ngày càng nhiều và hiện đại hơn. Trong đó phổ biến và quan trọng nhất là máy khoan và các thiết bị hỗ trợ công tác khoan hố như:

Mũi khoan xoắn với nhiều đường kính khác nhau

Gầu khoan

Búa đập đá

Máy tách cát

Bơm bentonite giúp ổn định thành vách hố trong quá trình thi công cọc khoan nhồi

Cấu tạo của một cọc khoan nhồi sẽ bao gồm các bộ phận sau:

Đường kính và số lượng cốt thép dọc sẽ dựa trên yêu cầu và tính toán của bên thiết kế để bố trí. Trong đó đường kính tối thiểu là d12, cọc chịu nén cốt thép dọc có hàm lượng dao động trong khoảng 0.2 – 0.4%. Cọc chịu uốn, chịu kéo, chịu nhổ có hàm lượng thép khoảng từ 0.4 – 0.65%.

Khoảng cách giữa các cốt thép dọc nhỏ nhất là 10cm. Nếu cọc chịu nén đúng tâm thì chỉ cần bố trí cốt thép đến 1/3 chiều dài ở phía đầu cọc. Tuy nhiên để đảm bảo an toàn, kỹ sư sẽ bố trí 100% thép ở đầu cọc và giảm dần số lượng ở phía chân cọc. Đối với các loại cọc chịu uốn, chịu kéo và chịu nhổ, cần bố trí thép đồng đều trên toàn bộ chiều dài cọc.

Cốt thép đai có đường kính và khoảng cách linh hoạt tùy thuộc vào yêu cầu trên thiết kế. Đường kính này thường dao động trong khoảng d6-d12 với khoảng cách nhỏ nhất là 200 – 300mm.

Có thể sử dụng cốt thép đai đơn hoặc vòng xoắn liên tục. Nhưng đai vòng xoắn liên tục thường chỉ phù hợp với các loại cọc khoan nhồi có đường kính nhỏ hơn 80cm.

Thép đai tăng cường thường được bố trí trong lồng thép để gia tăng tính chắc chắn và ổn định của lồng. Loại thép đai này có đường kính dao động từ d8-d20, cứ mỗi đoạn 2m sẽ bố trí một đai.

Con kê bảo vệ cốt thép

Con kê có tác dụng tạo ra lớp bê tông bảo vệ cốt thép. Đối với cọc khoan nhồi, lớp bê tông bảo vệ này có độ dày từ 5 – 7cm, là các con kê bằng xi măng hình tròn có lỗ ở giữa, được bố trí vào cốt thép bằng cách luồn vào trong quá trình lắp đặt thép đai.

Số lượng ống thăm dò cần cho công trình sẽ phù thuộc vào tiết diện cọc khoan nhồi. Nếu đường kính cọc <1m, thường sẽ cần đến 3 ống thăm dò, còn đường kính cọc trong khoảng 1-1.3m sẽ dùng 4 ống, đường kính >1.3m sẽ cần đến 5 ống trở lên.

Ống thăm dò sẽ có chất liệu nhựa hoặc thép. Riêng đối với cọc khoan nhồi có đường kính > 1.5m hoặc chiều dài lớn hơn 25m, cần phải sử dụng ống thăm dò bằng thép. Các ống này được hàn trực tiếp vào vành đai thép hoặc gắn vào bằng các thanh thép hàn kẹp. Riêng đối với ống thăm dò có đường kính 114m phải đặt cao hơn chân lồng thép 1m và không được trùng vào vị trí cốt thép chủ.

Cần lưu ý vị trí gắn ống thăm dò vào các mối nối trên lồng cốt thép phải đúng thiết kế để đảm bảo độ chắc chắn của ống. Số lượng ống được đặt tối thiểu là 50% tổng số lượng cọc để tránh tình trạng bê tông đất đá làm tắc. Đầu dưới ống thăm dò cần được bịt kín, đầu trên có nắp đậy.

Bố trí móc treo sao cho khi cẩu lồng cốt thép lên sẽ không bị biến dạng quá nhiều. Móc treo phải được làm từ cốt thép chuyên dụng và vị trí móc được gia công theo đúng thiết kế đã tính trước.

Để thuận tiện cho quá trình cẩu lắp, lồng cốt thép được sản xuất thành từng đoạn, sau đó các đoạn được tổ hợp lại với nhau khi hạ lồng vào hố khoan. Thép chủ của lồng thép được nối với nhau bằng 50% cóc nối và 50% nối buộc.

Hiện nay cọc khoan nhồi được chia thành nhiều loại khác nhau như:

Cọc khoan nhồi thường: gồm các lỗ cọc được thi công bằng phương pháp khoan rửa ngược hoặc khoan gầu.

Cọc khoan nhồi mở rộng đáy: loai này đáy cọc có đường kính lớn hơn thân cọc, chịu tải trọng lớn hơn 5÷10% so với các loại cọc khoan nhồi thông thường.

Cọc barrette: có tiết diện đa dạng như hình chữ nhật, hình chữ thập, chữ H, chữ I… Loại cọc này sử dụng gầu khoan để tạo lỗ, sức chịu tải trọng tăng lên 30% do tăng sức mang tải bên.

Cọc khoan nhồi có cói rửa và bơm vữa xi măng gia cường đáy: đây là loại cọc khoan nhồi hiện đại nhất hiện nay với sức chịu tải tăng lên đến 200 ÷ 300% và có thể sử dụng tối đa độ bền của bê tông cọc.

Sở hữu nhiều ưu thế đặc biệt, cọc khoan nhồi đang được sử dụng phổ biến trong xây dựng với ứng dụng cụ thể như:

Công trình xây dựng dân dụng: nhà ở, công trình xây dựng trung và cao tầng

Công trình xây dựng công nghiệp có kết cấu và tải trọng lớn: nhà xưởng, nhà máy

Các công trình cầu, cảng: cầu vượt sông, cầu vượt biển, cảng sông, cảng biển

Tuỳ theo ngân sách xây dựng cũng như yêu cầu cụ thể về kỹ thuật của dự án và độ phức tạp của nền đất thi công mà người ta có thể lựa chọn các công nghệ thi công cọc khoan nhồi sau đây:

Thi công cọc khoan nhồi sử dụng ống vách chống một phần hoặc chống toàn bộ chiều sâu thân cọc để giữ thành cọc

Thi công cọc sử dụng dung dịch giữ thành vách hố như Bentonite, Polymer…

Thi công cọc khoan nhồi sử dụng gầu khoan đất, khoan đá, đập đá

Thi công cọc kết hợp công nghệ thổi rửa, phụt đáy, phụt thành cọc để tăng sức chịu tải của cọc

Thi công cọc khoan nhồi tròn và cọc Barrette

Thi công khoan thổi rửa (khoan phản tuần hoàn)

Quy trình thi công cọc nhồi nhà dân sẽ gồm các bước như sau:

Công tác định vị tìm cọc

Hạ ống chống Casing

Khoan tạo lỗ, kiểm tra địa tầng và kiểm tra độ sâu

Lấy phôi khoan

Công tác cốt thép và thả ống đổ

Công tác thổi rửa đáy hố khoan

Đổ bê tông

Tháo ống đổ bê tông

Nếu bạn muốn tìm hiểu chi tiết về các bước trong quy trình thi công cọc khoan nhồi, tham khảo bài viết này: Quy trình thi công cọc khoan nhồi CHUẨN hiện nay.

Các tiêu chuẩn thi công cọc khoan nhồi đã được ban hành và được áp dụng cho công tác thi công, nghiệm thu cọc khoan nhồi bê tông có đường kính lớn hơn hoặc bằng 60cm, ngoại trừ các công trình thi công trên điều kiện địa hình đặc biệt như hang các-tơ, mái đá nghiêng. Cụ thể gồm các tiêu chuẩn sau:

TCVN 5308:1991: Quy phạm kỹ thuật an toàn trong xây dựng.

TCVN 9393:2012: Cọc-Phương pháp thí nghiệm bằng tải trọng tĩnh ép dọc trục.

TCVN 9396:2012: Cọc khoan nhồi – Phương pháp xung siêu âm xác định tính đồng nhất của bê tông.

TCVN 9397:2012: Cọc – Thí nghiệm kiểm tra khuyết tật bằng phương pháp động biến dạng nhỏ.