Cọc khoan nhồi là loại cọc tiết diện tròn được thi công bằng cách khoan tạo lỗ trong đất, sau đó hạ lồng cốt thép và đổ bê tông lấp đầy lỗ khoan. Đây là giải pháp móng phổ biến cho nhà cao tầng, cầu và cả nhà phố xây chen nhờ chịu tải lớn và ít gây rung cho công trình lân cận. Bài viết này giải thích cấu tạo cọc, đặc biệt là phần lồng thép, quy trình thi công và các chỉ tiêu kiểm tra theo tiêu chuẩn TCVN 9395:2012 “Cọc khoan nhồi – Thi công và nghiệm thu”, cùng cách ước tính khối lượng thép cho một lồng cọc.
Cọc khoan nhồi là gì?
Theo định nghĩa trong TCVN 9395:2012, cọc khoan nhồi (bored pile) là “loại cọc tiết diện tròn được thi công bằng cách khoan tạo lỗ trong đất sau đó lấp đầy bằng bê tông cốt thép”. Khác với cọc ép hay cọc đóng được đúc sẵn rồi đưa vào đất, cọc khoan nhồi được tạo hình ngay tại vị trí: đất được lấy lên, lỗ khoan được giữ ổn định bằng ống vách hoặc dung dịch khoan, sau đó lồng thép được hạ xuống và bê tông được đổ từ đáy lên.
Vì kích thước cọc do máy khoan quyết định, cọc khoan nhồi có thể đạt đường kính và chiều sâu lớn hơn nhiều so với cọc đúc sẵn, cắm được vào các lớp đất tốt ở sâu.
Phân loại cọc khoan nhồi
| Tiêu chí | Loại | Đặc điểm |
|---|---|---|
| Theo đường kính | Cọc nhồi nhỏ (cọc nhồi mini) | Đường kính khoảng 300 đến 600 mm, máy nhỏ gọn, dùng cho nhà phố, nhà trong ngõ, xây chen |
| Cọc nhồi đường kính lớn | Từ khoảng 800 mm trở lên, dùng cho nhà cao tầng, cầu, công trình tải trọng lớn | |
| Theo cách giữ thành | Dùng ống vách | Ống thép chống tạm giữ thành lỗ, rút lên sau khi đổ bê tông |
| Dùng dung dịch khoan | Dung dịch bentonite hoặc polime tạo màng giữ thành hố khoan | |
| Theo cách làm việc | Cọc chống | Mũi cọc tựa vào lớp đất rất cứng hoặc đá, sức chịu tải chủ yếu ở mũi |
| Cọc ma sát kết hợp chống | Chịu tải bằng cả ma sát thân cọc và sức kháng mũi |
Ngoài cọc tròn, còn có cọc barrette tiết diện chữ nhật thi công bằng gầu ngoạm, thường dùng cho công trình rất lớn hoặc kết hợp tường vây tầng hầm.
Cấu tạo lồng thép cọc khoan nhồi
Lồng thép là phần quyết định khả năng chịu lực uốn, kéo của cọc và cũng là hạng mục vật tư thép chính trong thi công móng cọc nhồi. Theo TCVN 9395:2012, một lồng thép gồm:
- Cốt thép chủ: các thanh thép vằn chạy dọc thân cọc, đường kính và số lượng theo thiết kế.
- Cốt đai: đai tròn hoặc đai xoắn (lò xo) bao quanh cốt chủ, giữ vị trí cốt chủ và chịu lực cắt.
- Thép gia cường: vòng thép tròn đặt phía trong cốt chủ để tăng độ cứng của lồng khi vận chuyển và lắp dựng. Tiêu chuẩn nêu cốt gia cường thường cùng đường kính với cốt chủ, đặt cách nhau từ 2,5 m đến 3,0 m, liên kết với cốt chủ bằng hàn đính và dây buộc.
- Con kê: bằng thép bản hàn vào cốt chủ hoặc viên tròn xi măng – cát, dùng định tâm lồng trong lỗ khoan; kích thước theo chiều dày lớp bê tông bảo hộ, thông thường là 5 cm.
- Móc treo: thép chuyên dùng làm móc cẩu, đủ để treo cả lồng vào ống chống tạm mà không tuột xuống đáy.
- Ống siêu âm: thường là ống thép đường kính 60 mm buộc chặt vào cốt chủ, đáy bịt kín, dùng để kiểm tra chất lượng bê tông sau này. Số lượng thường là 2 ống cho cọc đường kính 60 cm, 3 ống cho cọc từ 60 đến 100 cm và 4 ống cho cọc lớn hơn 100 cm.
Các đoạn lồng thép được nối với nhau chủ yếu bằng dây buộc, chiều dài mối nối theo thiết kế; cọc dài cần gia cường mối nối để tránh tụt lồng khi hạ. Nguyên tắc chồng nối cốt thép nói chung có trong bài quy định nối cốt thép dầm. Ống siêu âm là ống thép tròn có quy cách theo thiết kế, cần nối kín để nước xi măng không lọt vào làm tắc ống.
Sai số cho phép khi chế tạo lồng thép
| Hạng mục | Sai số cho phép (mm) |
|---|---|
| Khoảng cách giữa các cốt chủ | ±10 |
| Khoảng cách cốt đai hoặc cốt lò xo | ±20 |
| Đường kính lồng thép | ±10 |
| Độ dài lồng thép | ±50 |
Nguồn: Bảng 4, TCVN 9395:2012 (tham khảo; sai số cụ thể do thiết kế quy định).
Cách ước tính khối lượng thép cho một lồng cọc
Khi dự trù vật tư, có thể ước tính khối lượng thép của một lồng cọc từ bản vẽ bằng khối lượng danh nghĩa của thép theo đường kính. Ví dụ minh họa (số liệu giả định, không thay cho thiết kế): một đoạn lồng dài 11,7 m, đường kính lồng khoảng 0,5 m, gồm 10 cây cốt chủ D18, cốt đai xoắn Ø8 bước 150 mm và 4 vòng gia cường D18:
- Cốt chủ: 10 cây × 23,40 kg/cây (D18 dài 11,7 m) = 234 kg.
- Cốt đai: số vòng khoảng 11,7 ÷ 0,15 ≈ 78 vòng; chiều dài mỗi vòng khoảng π × 0,5 ≈ 1,57 m; tổng khoảng 122,5 m × 0,395 kg/m (Ø8) ≈ 48,4 kg.
- Vòng gia cường: 4 vòng × 1,57 m × 2,00 kg/m (D18) ≈ 12,6 kg.
- Tổng: khoảng 295 kg cho một đoạn lồng, chưa tính mối nối, con kê, móc treo, ống siêu âm và hao hụt cắt.
Nhân với số đoạn lồng của mỗi cọc và số cọc sẽ ra tổng khối lượng thép phần cọc. Khối lượng từng đường kính lấy theo bảng barem thép tròn theo TCVN; khối lượng này được tính từ khối lượng riêng của thép 7.850 kg/m³. Mác thép cho cốt chủ, cốt đai theo bản vẽ; ý nghĩa các ký hiệu như CB300-V, CB400-V được giải thích trong bài ký hiệu mác thép CB300-V, CB400-V trong bản vẽ.
Quy trình thi công cọc khoan nhồi theo TCVN 9395:2012
- Chuẩn bị: khảo sát địa chất, thủy văn; kiểm tra vật liệu (thép, xi măng, dung dịch khoan) cùng chứng chỉ chất lượng; định vị tim cọc; chuẩn bị hệ thống trộn, bể lắng dung dịch. Với công trình quan trọng, phải làm cọc thử và thí nghiệm nén tĩnh trước khi thi công đại trà.
- Hạ ống chống tạm (casing): ống thép thường dài 6 đến 10 m, dày 6 đến 16 mm, đỉnh ống cao hơn mặt đất hoặc mực nước cao nhất tối thiểu 0,3 m; bảo vệ miệng lỗ và dẫn hướng khoan.
- Khoan tạo lỗ: bằng gầu xoay, gầu ngoạm hoặc choòng đập đá tùy địa chất; cao độ dung dịch khoan trong lỗ nên cao hơn mực nước ngầm ít nhất 1,5 m để tránh sập thành. Khi đất no nước và các lỗ gần nhau dưới 1,5 m, nên khoan cách quãng và chỉ khoan lỗ nằm giữa hai cọc vừa đổ sau ít nhất 24 giờ.
- Đo độ lắng: khi khoan đến cao độ thiết kế, đo chênh lệch chiều sâu lúc khoan xong và sau 30 phút.
- Hạ lồng thép: cẩu từng đoạn, nối và hạ chính tâm nhờ con kê; treo lồng vào ống chống tạm.
- Làm sạch đáy lỗ: nếu cặn lắng vượt quy định, thổi rửa bằng khí nâng (air lift) hoặc bơm hút, đồng thời bổ sung dung dịch tươi.
- Đổ bê tông: qua ống đổ (tremi) đường kính khoảng 219 đến 273 mm, đổ liên tục từ đáy lên; đáy ống đổ luôn ngập trong bê tông không ít hơn 1,5 m.
- Rút ống vách và hoàn trả mặt bằng: rút ống chống tạm sau khi đổ bê tông 15 đến 20 phút; sau 1 đến 2 giờ lấp lỗ, cắm biển báo bảo vệ đầu cọc và ống siêu âm.
Các chỉ tiêu kỹ thuật quan trọng
Dung dịch bentonite
| Chỉ tiêu (dung dịch ban đầu) | Yêu cầu theo TCVN 9395:2012 |
|---|---|
| Khối lượng riêng | 1,05 đến 1,15 g/cm³ |
| Độ nhớt | 18 đến 45 giây (phễu 500/700 cm³) |
| Hàm lượng cát | Dưới 6% |
| Tỷ lệ chất keo | Trên 95% |
| Lượng mất nước | Dưới 30 mL/30 phút |
| Độ pH | 7 đến 9 |
Trước khi đổ bê tông, nếu mẫu dung dịch lấy cách đáy khoảng 0,5 m có khối lượng riêng vượt 1,25 g/cm³, hàm lượng cát trên 8% hoặc độ nhớt quá 28 giây thì phải thổi rửa đáy lỗ khoan.
Bê tông và cặn lắng
- Độ sụt bê tông: từ 18 cm đến 20 cm, ngoài yêu cầu cường độ của thiết kế; có thể dùng phụ gia tăng độ sụt và kéo dài thời gian ninh kết.
- Đổ liên tục: trong thời gian dung dịch còn giữ được thành hố, thông thường khoảng 4 giờ; dừng đổ khi bê tông cao hơn cao độ cắt cọc khoảng 1 m để loại bỏ phần bê tông lẫn dung dịch.
- Khối lượng bê tông thực tế so với thể tích lỗ theo lý thuyết không vượt quá 20%; tổn thất lớn hơn phải kiểm tra lại biện pháp giữ thành.
- Cặn lắng đáy cọc: không quá 5 cm với cọc chống và không quá 10 cm với cọc ma sát kết hợp chống.
Kiểm tra chất lượng cọc khoan nhồi
Mỗi cọc lấy 3 tổ mẫu bê tông ở phần đầu, giữa và mũi cọc. Chất lượng bê tông thân cọc được đánh giá bằng các phương pháp không phá hủy, kết hợp từ hai phương pháp trở lên. Với công trình dân dụng và công nghiệp thông thường, khối lượng kiểm tra tối thiểu tham khảo:
| Phương pháp | Tỷ lệ tối thiểu (% số cọc) |
|---|---|
| Siêu âm, tán xạ gamma qua ống đặt sẵn | 10 đến 25 |
| Phương pháp động biến dạng nhỏ | 50 |
| Khoan lấy lõi (nếu cần) | 1 đến 2 |
| Khoan kiểm tra tiếp xúc mũi cọc – đất | 1 đến 3 |
Thí nghiệm siêu âm theo TCVN 9396:2012, thí nghiệm động biến dạng nhỏ theo TCVN 9397:2012. Khi cọc dài hơn 30 lần đường kính, kiểm tra qua ống đặt sẵn là phương pháp chủ yếu. Sức chịu tải cọc đơn do thiết kế xác định và kiểm tra bằng thí nghiệm theo quy định của thiết kế.
Ưu điểm và nhược điểm của cọc khoan nhồi
| Tiêu chí | Cọc khoan nhồi | Cọc ép, cọc đóng |
|---|---|---|
| Rung chấn, tiếng ồn | Thấp, phù hợp xây chen | Đóng cọc gây rung lớn; ép cọc ít rung hơn nhưng có thể gây đẩy trồi đất |
| Sức chịu tải | Lớn, đường kính và độ sâu linh hoạt | Giới hạn bởi kích thước cọc đúc sẵn |
| Địa chất | Khoan qua được lớp cứng, cắm vào lớp tốt ở sâu | Khó xuyên qua lớp cứng, thấu kính cát chặt |
| Kiểm soát chất lượng | Bê tông đổ dưới dung dịch, khó quan sát, cần kiểm tra siêu âm | Cọc đúc sẵn kiểm tra được trước khi hạ |
| Mặt bằng thi công | Phát sinh bùn đất, dung dịch cần xử lý | Sạch hơn |
| Chi phí | Thường cao hơn với công trình nhỏ | Thường kinh tế hơn với tải trọng vừa phải |
Khi nào nên chọn cọc khoan nhồi?
- Xây chen, nhà liền kề cũ yếu: cần hạn chế rung, lún ảnh hưởng nhà bên cạnh; tiêu chuẩn yêu cầu có biện pháp quan trắc công trình lân cận.
- Công trình tải trọng lớn: nhà cao tầng, cầu, nhà xưởng có tải nặng.
- Địa chất phức tạp: lớp đất tốt nằm sâu, có lớp cứng mà cọc ép không xuyên qua được.
- Mặt bằng hẹp: với cọc nhồi đường kính nhỏ, máy gọn hơn thiết bị ép cọc tải lớn.
Việc chọn loại cọc, đường kính, chiều sâu và cốt thép phải do kỹ sư thiết kế quyết định dựa trên khảo sát địa chất và tải trọng công trình.
Khi làm tầng hầm, hố móng thường được chắn bằng cừ thép. Quy cách và cách tính có trong bài cừ Larsen 1 m nặng bao nhiêu kg.
Câu hỏi thường gặp về cọc khoan nhồi
Lớp bê tông bảo vệ cốt thép cọc khoan nhồi dày bao nhiêu?
Theo TCVN 9395:2012, con kê định tâm lồng thép có kích thước theo chiều dày lớp bê tông bảo hộ, thông thường là 5 cm; giá trị cụ thể theo thiết kế.
Cọc khoan nhồi cần bao nhiêu ống siêu âm?
Thường 2 ống cho cọc đường kính 60 cm, 3 ống cho cọc từ 60 đến 100 cm và 4 ống cho cọc lớn hơn 100 cm.
Vì sao phải đổ bê tông cao hơn cao độ cắt cọc?
Phần bê tông trên cùng bị lẫn dung dịch khoan và cặn, chất lượng kém; tiêu chuẩn yêu cầu đổ cao hơn cao độ cắt cọc khoảng 1 m rồi đập bỏ phần này khi thi công đài cọc.
Mua thép cho lồng cọc cần lưu ý gì?
Đúng đường kính, mác thép theo bản vẽ; có chứng chỉ chất lượng theo lô vì tiêu chuẩn yêu cầu kiểm tra vật liệu trước khi thi công. Bạn có thể tham khảo giá thép xây dựng các hãng để dự trù chi phí phần cốt thép.