Cọc khoan nhồi là gì? Phương pháp có ưu và nhược điểm là gì?

Nắm bắt thông tin sâu, rộng về cọc khoan nhồi sẽ giúp những người hoạt động trong ngành xây dựng đưa ra các quyết định mang tính hợp lý cao. Bởi đây là phương án xử lý đất nền hiệu quả cao và giúp khắc phục được các điểm yếu của phương án cọc ép. Cùng VRO Group tìm hiểu thông tin chi tiết về loại cọc này trong bài viết này nhé!

Cọc khoan nhồi là gì?

Cọc khoan nhồi là một loại bê tông cốt thép được đổ tại chỗ trong các lỗ trên đất. Để tạo ra các lỗ khoan người ta có thể áp dụng các phương pháp đào công hoặc sử dụng các máy khoan, thiết bị để đào lỗ.

Đặc điểm nổi bật loại cọc khoan nhồi là có độ sâu lớn, đường kính các cọc có kích thước từ nhỏ đến lớn, đường kính trung bình từ 60-300cm, tùy thuộc công trình. Trong đó những loại cọc có đường kính nhỏ <80cm thì được xem là cọc nhỏ. Ngược lại, cọc có đường kính >80cm thì được xem là cọc loại lớn.

Trong khoảng 10 năm gần đây phương pháp này được ứng dụng rộng rãi tại các công trình xây dựng. Với sự hỗ trợ đắc lực của các thiết bị hiện đại, việc thi công cọc khoan nhồi ở nhiều độ sâu với các đường kinh khác nhau đã trở nên dễ dàng hơn.

Hiện phương pháp này là một trong những giải thi công móng cọc hiệu quả, khắc phục điểm yếu của các phương pháp khác về độ chịu tải, độ an toàn,… Loại cọc này giúp gia cố và giữ ổn định cho công trình, đặc biệt là các công trình cao tầng rất tốt.

Cấu tạo của cọc khoan nhồi

Cấu tạo của cọc khoan này nổi bật với các đặc điểm chắc chắn, có tính ứng dụng cao. Các bộ phận của cọc bao gồm:

Cốt thép dọc

Tùy vào yêu cầu và tính toán của bên thiết kế, đường kính và số lượng cốt thép dọc sẽ được bố trí sao cho phù hợp. Trong đó đường kính tối thiểu là d12, hàm lượng dao động của cọc chịu nén cốt thép dọc là khoảng 0.2 – 0.4%. Hàm lượng thép có trong cọc chịu uốn, chịu kéo, chịu nhổ là khoảng 0.4 – 0.65%.

Giữa các cọc thép dọc, khoảng cách nhỏ nhất là 10cm. Nếu cọc khoan nhồi chịu nén đúng tâm thì chỉ cần bố trí cốt thép đến 1/3 chiều dài ở phía đầu cọc. Thông thường khi xây dựng, các kỹ sư sẽ bố trí 100% thép ở đầu cọc và giảm dần số lượng ở phía chân cọc để đảm bảo độ bền cho công trình. Lưu ý cần bổ trí đồng đều thép trong các loại cọc chịu uốn, chịu kéo và chịu nhổ trên toàn bộ chiều dài cọc.

Cốt thép đai

Về cơ bản đường kính của cốt thép gai sẽ dao động trong khoảng d6-d12 với khoảng cách nhỏ nhất là 200 – 300mm. Tuy nhiên, đường kính và khoảng cách cọc có thể được thiết kế linh hoạt, phù hợp với yêu cầu của thiết kế.

Thép đai tăng cường cho cọc khoan nhồi

Thép đai này có đường kính dao động từ d8-d20, được bố trí trong lòng thép để đảm bảo sự chắc chắn và ổn định trong quá trình thi công. Các bố trí thép đai này sẽ là cứ mỗi đoạn sẽ được lắp đặt cách nhau 2m.

Con kê bảo vệ cốt thép

Con kê được sử dụng để tạo ra lớp bảo vệ cốt thép bền bỉ. Tại các cọc khoan nhồi với lớp bê tông bảo vệ có độ dày từ 5 – 7cm, người ta sử dụng con kê bằng xi măng có lỗ hình tròn ở giữa và luồn vào trong quá trình lắp đặt thép gai.

Ống thăm dò

Tùy vào tiết diện của cọc khoan mà sẽ có số lượng ống thăm dò khác nhau. Nếu đường kính cọc <1m thì sẽ dùng đến 3 ống thăm dò, cọc có đường kính là 1-1.3m sẽ dùng 4 ống, đường kính cọc lớn hơn 1.3m sẽ cần đến 5 ống trở lên.

Thông thường, ống thăm dò sẽ được làm bằng thép hoặc nhựa. Tuy nhiên, ống thăm dò bằng thép sẽ được cần được dùng cho các cọc khoan nhồi có đường kính > 1.5m hoặc chiều dài lớn hơn 25m để đảm bảo chắc chắn. Ống dò sẽ được hàn trực tiếp vào vành đai thép hoặc sử dụng thanh thép hàn kẹp lên vành đai. Đối với ống thăm dò có đường kính 114m, chân lồng thép phải đặt thấp hơn 1m sao cho đảm bảo không trùng với vị trí cốt thép chủ.

Lưu ý:

• Vị trí ống thăm dò cần lắp đặt đúng vị trí trên bản thiết kế để đảm bảo độ chắc chắn.
• Số lượng ống được đặt tối thiểu là 50% tổng lượng cọc hạn chế tình trạng bê tông đất đá làm tắc.
• Cần bịt kín đầu dưới của ống thăm dò, đầu trên có nắp đậy.

Móc treo cọc khoan nhồi

Để đảm bảo móc treo có độ chắc chắn cao thì cần được làm, từ chất liệu cốt thép chuyên dụng và vị trí móc được gia công theo đúng thiết kế từ trước. Cần bố trí các móc treo sao cho đảm bảo sẽ không có biến dạng quá nhiều khi cầu lồng thép lên.

Các lồng cốt thép được làm thành từng đoạn để nhằm giúp cho quá trình cấu lắp được diễn ra thuận lợi và dễ dàng hơn. Thép chủ của lồng thép nối với nhau bằng 50% cóc nối và 50% nối buộc.

Một số loại cọc khoan nhồi phổ biến hiện nay

Cùng với sự phát triển của ngành xây dựng, các phương pháp cọc khoan cũng được sản xuất với nhiều loại để đáp ứng nhiều công trình khác nhau. Một số loại cọc khoan có thể kể đến như:

• Cọc khoan thường: gồm các lỗ cọc được tạo ra bằng phương pháp khoan rửa ngược, khoan gầu.
• Cọc khoan nhồi mở rộng đáy: Thông thường, cọc khoan này sẽ có đường kính đáy lớn hơn thân cọc. Khả năng chịu tải trọng của cọc lớn hơn 5÷10% so với các loại cọc khoan thông thường.
• Cọc barrette: Thường được thiết kế với các tiết diện hình chữ nhật, hình chữ thập, chữ H, chữ I… Để tạo lỗ cho loại cọc này người ta dùng gầu khoan, sức chịu tải trọng tăng lên 30% do tăng sức mang tải bên.
• Cọc khoan này có cói rửa và bơm vữa xi măng gia cường đáy: Là loại móng cọc hiện đại nhất hiện nay, loại cọc này có sức chịu tải tăng lên đến 200 ÷ 300%, có thể sử dụng tối đa độ bền của bê tông cọc.

Ưu điểm và nhược điểm của móng cọc khoan nhồi

Đối với công trình xây dựng, móng cọc khoan nhồi là một giải pháp xuất sắc. Dưới đây là những ưu điểm và nhược điểm của loại cọc này:

Ưu điểm

Về mặt kết cấu hay thi công, cọc khoan này đều sở hữu ưu điểm nổi trội:

• Đối với kết cấu:
  • Có khả năng chịu tải tốt, cao gấp 1-2 lần so với những phương pháp khác.
  • Có thể điều chỉnh linh hoạt đường kính và độ sâu của cọc tùy theo yêu cầu thiết kế.
  • Cọc có thể được nhồi ở những lớp đất cứng, đá cứng, nơi mà cọc đóng không đạt tới được.
  • Giúp tối ưu chi phí thi công hiệu quả trên nhiều loại địa chất phức tạp.
  • Độ chấn rung khi thi công rất nhỏ, nhờ đó có thể ngăn chặn được tình trạng cọc chắn và đất bị trồi lên xung quanh hai bên. Các công trình liền kề không bị tác động, ảnh hưởng.
  • Móng vững chắc nhờ khả năng chịu trọng tải ngang của cọc khoan rất lớn.
  • Thi công cọc khoan nhồi là đúng bê tông liền khối nên không cần phải hàn nối như cọc đóng, do đó cho độ bền ổn định và khả năng chịu lực tốt hơn.

Nhược điểm

Bên cạnh những ưu điểm vượt trội, cọc khoan còn tồn đọng một số nhược điểm:

• Dễ xảy ra các vấn đề như: co thắt, hẹp cục bộ thân cọc, thay đổi tiết diện cọc khoan, bê tông bị rửa trôi,… Nguyên nhân gây ra là thường do quá trình khảo sát không được thực hiện kỹ càng, tiến độ thi công không đảm bảo.
• Quá trình thi công bị phụ thuộc nhiều vào thời tiết. Đặc biệt mùa mưa bão, nước mưa chảy xuống khiến công trình bị úng nước, gây hỏng hóc, hao phí tiền của, thời gian và công sức xây dựng.

Máy móc sử dụng trong thi công cọc khoan nhồi

Với những lợi ích vượt trội mà cọc khoan mang lại, phương pháp này đã được các nhà thiết kế ưu tiên ứng dụng lựa chọn cho các công trình. Bên cạnh đó, khoa học phát triển, các thiết bị máy móc hỗ trợ cho việc thi công cọc này cũng được cải tiến ngày một hiện đại hơn. Một trong các thiết bị hỗ trợ đắc lực nhất để thi công cọc khoan nhồi có thể kể đến như:

• Mũi khoan xoắn với đa dạng đường kính khác nhau.
• Gầu khoan.
• Búa đập đá.
• Máy tách cát.
• Bơm bentonite.

Các phương pháp thi công cọc nhồi

Hiện nay có rất nhiều công nghệ và thiết bị giúp thi công cọc. Tuy nhiên phương pháp thi công cọc nhồi sử dụng ống vách và không sử dụng được sử dụng hơn cả. Đặc điểm chi tiết của các phương pháp này như sau:

Cọc khoan nhồi sử dụng ống vách

Đây là phương pháp được ưu tiên sử dụng khi thi công những cọc cọc nằm kề sát với công trình có sẵn hoặc do những điều kiện địa chất đặc biệt. Khi khoan cọc sẽ sử dụng ống vách thép để đảm bảo ngăn chặn việc sập thành hố khoan, giúp quá trình thi công thuận lợi hơn. Bên cạnh đó, thi công loại cọc này cũng tạo ra ít bụi bẩn hơn vì không phải sử dụng dung dịch Bentonite.

Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp khoan này là máy thi công có kích thước quá lớn, cồng kềnh. Khi hoạt động, thiết bị tạo ra tiếng ồn và độ rung lớn, khó để có thể thi công những cọc có độ dài trên 30m.

Cọc khoan nhồi không sử dụng ống vách

Đây là công nghệ khoan phổ biến và hiện đại. Chúng được sử dụng tại các nơi có địa chất đất sét mềm, nửa cứng và nửa mềm, đất cát mịn, cát thô hoặc có lẫn sỏi, cỡ hạt cát từ 20 đến 100mm. Không dùng cọc sẽ bao gồm các phương thức như: 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 tạo thành lỗ với tiết diện tương ứng với thiết kế. Tiến hành bơm bentonite xuống để giữ vách hố đào. Sau đó, sử dụng 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 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:

• Thi công cọc khoan nhồi đơn giản, chi phí thấp.

Nhược điểm:

• Tốc độ khoan chậm, chất lượng và độ tin cậy chưa cao.

Phương pháp khoan gầu

Sử dụng gầu khoan dạng thùng cát đất và đưa chúng ra ngoài. Sau đó, dùng gầu khoan có dạng ăng ten, chuyển động xoay từ máy dài xuống gầu đào nhờ hệ thống rãnh. Đổ dung dịch bentonite vào vách hố cọc khoan nhồi nhằm đảm bảo tính ổn định và thực hiện quá trình tạo lỗ ngay sau đó.

Ưu điểm:

• Thời gian thi công nhanh chóng.
• Độ ồn thấp, không gây ảnh hưởng đến khu dân cư xung quanh.
• Môi trường được đảm bảo vệ sinh tốt nhất.

Nhược điểm:

• Cần sử dụng thiết bị chuyên dụng nên giá thành khá cao.
• Trong quá trình thi công đòi hỏi phải tuân thủ chặt chẽ quy định, cán bộ tham gia phải có kinh nghiệm, trình độ chuyên môn cao.

Quy trình thi công cọc khoan nhồi

Để cọc khoan đạt chất lượng tốt nhất thì quy trình đóng vai trò quan trọng, là yếu tố quyết định. Dưới đây là quy trình thiết kế chuẩn, bạn có thể tham khảo như sau:

1. Chuẩn bị định vị tìm cọc và đài cọc khoan nhồi

Chuẩn bị là khâu quan trọng để có thể tiến hành các bước tiếp theo. Bạn cần phải được thực hiện đầy đủ, kỹ lưỡng trước khi tiến hành thi công.

• Đầu tiên, cần định vị chính xác các vị trí của các trục, tim đường của công trường, vị trí chính xác nhất của các giao điểm,… Bên cạnh đó, cần xác định được chính xác vị trí của các giao điểm, tim cốt của từng cọc khác nhau trên hồ sơ thiết kế.
• Giác móng: Tìm và xác định các vị trí trục chi tiết trung gian để đưa chúng ra ngoài phạm vi thi công của cọc khoan nhồi. Thực hiện chôn sau các cột bê tông dưới đất để cố định mốc.
• Xác định tim cọc: Là phương pháp đóng các cọc tiêu thép D14 với góc cọc có chiều dài là 1,5m vuông góc với nhau.

2. Rung hạ ống vách, khoan tạo lỗ

Ống vách có tác dụng định vị, dẫn hướng cho máy khoan đi, giữ độ ổn định cho bề mặt của hố cọc khoan nhồi, chống sập trên hố. Đồng thời, chúng sẽ giúp bảo vệ để đất đá, thiết bị rơi xuống hố khoan. Hạ ống vách được thực hi