Ưu và nhược điểm của phương pháp Khoan cọc nhồi là gì?

Việc hiểu rõ về cọc khoan nhồi đóng vai trò quan trọng trong ngành xây dựng, giúp những chuyên gia trong lĩnh vực này đưa ra những quyết định có tính logic cao. Phương pháp này được coi là một giải pháp hiệu quả cho việc xử lý đất nền và có khả năng khắc phục những hạn chế của phương pháp cọc ép. Để có thông tin chi tiết về loại cọc này, hãy đồng hành cùng Tân Đức qua bài viết dưới đây

Mục lục

Cọc khoan nhồi là gì?

Cọc khoan nhồi là một phương pháp xây dựng móng cốt thép bằng cách đổ bê tông trực tiếp vào lỗ khoan trên mặt đất. Để tạo ra các lỗ khoan, có thể sử dụng phương pháp đào truyền thống hoặc sử dụng các thiết bị khoan hiện đại.

Đặc điểm nổi bật của cọc khoan nhồi là độ sâu lớn và có đường kính đa dạng, thông thường từ 60-300cm, tùy thuộc vào yêu cầu của công trình. Các cọc có đường kính nhỏ hơn 80cm được xem là cọc nhỏ, trong khi cọc có đường kính lớn hơn 80cm được xem là cọc lớn.

Phương pháp này đã được áp dụng rộng rãi trong khoảng 10 năm gần đây trong các công trình xây dựng. Nhờ sự hỗ trợ của các thiết bị hiện đại, việc thi công cọc khoan nhồi ở các độ sâu và đường kính khác nhau đã trở nên dễ dàng hơn.

Phương pháp cọc khoan nhồi được coi là một trong những phương pháp xây dựng móng hiệu quả, giúp khắc phục nhược điểm của các phương pháp khác về khả năng chịu tải và an toàn. Loại cọc này giúp gia cố và duy trì sự ổn định cho các công trình, đặc biệt là các công trình cao tầng.

Cọc khoan nhồi được cấu tạo như thế nào?

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

Cốt thép dọc:

Cốt thép dọc được bố trí theo yêu cầu và tính toán của thiết kế. Đường kính và số lượng cốt thép dọc được chọn sao cho phù hợp. Đường kính tối thiểu của cốt thép dọc là d12, và hàm lượng thép dao động từ 0.2-0.4% cho cọc chịu nén và từ 0.4-0.65% cho cọc chịu uốn, kéo, và nhổ. Khoảng cách giữa các cốt thép dọc ít nhất là 10cm. Trong trường hợp cọc chịu nén đúng tâm, chỉ cần bố trí cốt thép ở 1/3 đầu cọc. Thông thường, cốt thép được tăng dần từ đầu cọc và giảm dần xuống phía chân cọc để đảm bảo độ bền cho công trình.

Cốt thép đai:

Cốt thép đai có đường kính dao động từ d6-d12 và khoảng cách giữa các đai là 200-300mm. Đường kính và khoảng cách cốt thép đai có thể điều chỉnh linh hoạt tuỳ theo yêu cầu thiết kế.

Thép đai tăng cường:

Thép đai tăng cường được bố trí trong lòng cọc khoan nhồi nhằm tăng cường sự chắc chắn và ổn định trong quá trình thi công. Đường kính của thép đai dao động từ d8-d20, và các đoạn thép đai được bố trí cách nhau khoảng 2m.

Con kê bảo vệ cốt thép:

Con kê được sử dụng để tạo lớp bảo vệ cốt thép. Trong quá trình lắp đặt thép gai, con kê bằng xi măng có lỗ hình tròn ở giữa được sử dụng để tạo lớp bảo vệ bê tông có độ dày từ 5-7cm.

Ống thăm dò:

Số lượng ống thăm dò phụ thuộc vào tiết diện của cọc khoan. Thông thường, cọc có đường kính dưới 1m sử dụng 3 ống thăm dò, cọc đường kính 1-1.3m sử dụng 4 ống, và cọc đường kính lớn hơn 1.3m cần sử dụng 5 ống trở lên. Ống thăm dò có thể được làm bằng thép hoặc nhựa, tuy nhiên, ống thăm dò bằng thép thường được sử dụng cho cọc có đường kính lớn hơn 1.5m hoặc chiều dài lớn hơn 25m để đảm bảo độ chắc chắn. Ống thăm dò được hàn vào vành đai thép hoặc sử dụng thanh thép kẹp lên vành đai.

Một số loại cọc khoan nhồi phổ biến hiện nay

Đúng, với sự phát triển của ngành xây dựng, đã có nhiều loại cọc khoan được thiết kế và sử dụng để đáp ứng các yêu cầu và điều kiện khác nhau trong các công trình. Dưới đây là một số loại cọc khoan phổ biến khác:

Cọc khoan cói (Secant Pile):

Loại cọc này được hình thành bằng cách khoan các lỗ cọc gần nhau, và giữa các lỗ cọc được đổ bê tông hoặc vật liệu khác để tạo thành một hàng rào liên kết. Cọc khoan cói thường được sử dụng trong các công trình diện tích hạn chế và yêu cầu tính toàn vẹn kết cấu.

Cọc khoan với vật liệu gia cố (Augered Cast-in-Place Piles with Casing):

Loại cọc này được hình thành bằng cách khoan lỗ cọc bằng gầu khoan, trong quá trình khoan, vật liệu gia cố như thép, nhựa, hoặc bê tông thường được đưa vào lỗ cọc thông qua ống vỏ. Cọc khoan với vật liệu gia cố thường được sử dụng trong địa hình đất yếu hoặc bãi cát.

Cọc khoan tròn với cọc bê tông đúc sẵn (Drilled Shafts with Prefabricated Concrete Piles):

Loại cọc này được hình thành bằng cách khoan lỗ cọc tròn và sau đó đặt cọc bê tông đúc sẵn vào lỗ cọc. Cọc khoan tròn với cọc bê tông đúc sẵn thường được sử dụng để chịu tải trọng lớn và trong các công trình cầu, tầng hầm, và nhà cao tầng.

Cọc khoan biến dạng (Displacement Piles):

Loại cọc này tạo ra một lỗ cọc bằng cách đẩy đất xung quanh lỗ đi xa, thay thế bằng cọc thép hoặc cọc bê tông. Cọc khoan biến dạng thường được sử dụng để chịu tải trọng lớn và trong địa hình đất yếu hoặc đất cát.

Cọc khoan xoắn ốc (Screw Piles):

Loại cọc này có dạng vít và được xoắn vào đất bằng cách sử dụng thiết bị xoắn cơ hoặc xoắn điện. Cọc khoan xoắn ốc thường được sử dụng trong các công trình như nhà ở, cầu, và biển cả.

Các loại cọc khoan trên được lựa chọn dựa trên yêu cầu kỹ thuật, tính chất địa chất, và tải trọng của công trình.

Ưu điểm và nhược điểm của móng cọc khoan nhồi

Đây là là giải pháp xử lý đất nền được sử dụng rộng rãi, sở hữu nhiều ưu điểm mà các phương pháp khác không có được. Tuy nhiên, chúng cũng có những nhược điểm, gây khó khăn trong quá trình thiết kế. Cụ thể ưu và nhược điểm của loại cọc này như sau:

Ưu điểm:

Khả năng chịu tải tốt: Cọc khoan nhồi có khả năng chịu tải cao và có thể được thiết kế để chịu được tải trọng lớn. Điều này làm cho nó trở thành một giải pháp lý tưởng cho các công trình cần độ bền và chịu tải cao.
Độ chính xác và linh hoạt trong thiết kế: Cọc khoan nhồi có thể được điều chỉnh về đường kính và độ sâu để đáp ứng yêu cầu thiết kế. Điều này mang lại sự linh hoạt và khả năng tùy chỉnh cao cho các công trình xây dựng.
Khả năng làm việc trên đất yếu: Một ưu điểm quan trọng của cọc khoan nhồi là khả năng làm việc trên đất yếu hoặc đất có độ cứng thấp. Qua quá trình nhồi cọc, đất xung quanh cọc được nén chặt lại, tạo ra một móng vững chắc.
Tiết kiệm diện tích: Với cọc khoan nhồi, không cần có diện tích rộng để đặt cọc. Do đó, nó là một giải pháp tốt cho các công trình có không gian hạn chế.
Ít gây ảnh hưởng đến công trình xung quanh: Quá trình thi công cọc khoan nhồi tạo ra ít chấn động và rung động, giúp giảm thiểu ảnh hưởng đến các công trình xung quanh.

Nhược điểm:

Chi phí thi công cao: Thi công cọc khoan nhồi yêu cầu sử dụng thiết bị và công nghệ chuyên dụng, do đó, chi phí thi công thường cao hơn so với các phương pháp khác.
Độ khó trong việc kiểm soát chất lượng: Việc kiểm soát chất lượng cọc khoan nhồi đòi hỏi sự chuyên môn và kỹ thuật cao. Khi không được kiểm soát tốt, có thể ảnh hưởng đến tính toàn vẹn và chịu tải của cọc.
Khó khăn trong việc cắt, nối hoặc thay đổi cọc: Khả năng cắt, nối hoặc thay đổi cọc khoan nhồi khá hạn chế. Điều này có thể gây khó khăn trong việc thay đổi thiết kế hoặc sửa chữa sau khi cọc đã được nhồi.

Mặc dù có nhược điểm nhất định, cọc khoan nhồi vẫn là một giải pháp rất phổ biến và hiệu quả trong xử lý đất nền và xây dựng các công trình.

Máy móc sử dụng trong thi công cọc khoan nhồi

Các thiết bị và máy móc hỗ trợ được sử dụng trong quá trình thi công cọc khoan nhồi có vai trò quan trọng để đạt được kết quả tốt. Dưới đây là một số thiết bị hỗ trợ thường được sử dụng:

Mũi khoan xoắn:

Mũi khoan xoắn có đa dạng đường kính khác nhau để phù hợp với yêu cầu thiết kế của cọc. Chúng được sử dụng để khoan lỗ trước khi nhồi cọc và đảm bảo đường kính và độ sâu chính xác cho cọc.

Gầu khoan:

Gầu khoan được sử dụng để xúc đất hoặc vật liệu khác từ lỗ khoan. Chúng giúp làm sạch lỗ khoan và tạo điều kiện cho quá trình nhồi cọc.

Búa đập đá:

Trong trường hợp cần thiết, búa đập đá có thể được sử dụng để đập vỡ hoặc nén chặt các tầng đá cứng để tạo điều kiện cho quá trình nhồi cọc.

Máy tách cát:

Máy tách cát được sử dụng để loại bỏ cát và tạp chất từ dung dịch bentonite sau quá trình nhồi cọc. Điều này giúp tăng cường khả năng chịu tải của cọc và đảm bảo tính toàn vẹn của cọc.

Bơm bentonite:

Bentonite là một loại khoáng chất được sử dụng để tạo dung dịch nhồi cọc. Bơm bentonite được sử dụng để cung cấp và truyền dung dịch bentonite vào lỗ khoan, tạo môi trường ổn định và hỗ trợ quá trình nhồi cọc.

Các thiết bị và máy móc này đã được phát triển và cải tiến theo thời gian, giúp nâng cao hiệu suất và đảm bảo chất lượng trong quá trình thi công cọc khoan nhồi. Sự tiến bộ trong công nghệ và thiết bị này đã đóng góp vào việc tăng cường khả năng và sự phổ biến của phương pháp cọc khoan nhồi trong ngành xây dựng.

Phụ Gia Khoan Nhồi

Sử dụng Bentonit khoan cọc nhồi đang là phương pháp hữu hiệu nhất

Chỉ tiêu thí nghiệm Bentonite:

	Yêu cầu	Kết quả thí nghiệm		Phương pháp thí nghiệm
	Yêu cầu	Bentonite Sec 9, Sec 11	Bentonite P20	Phương pháp thí nghiệm
Ngoại quan		Bột, nâu nhạt	Bột, nâu nhạt	Quan sát
Khối lượng riêng (g/cm3)	1.05 – 1.15	1.05 – 1.15 g/cm³	1.05- 1.15g/cm³	Tỷ trọng kế hoặc Bome kế
Độ pH	7 – 9	9	9	Giấy thử pH
Độ nhớt biểu kiến, phễu 500ml, giây	18 – 45	41	28	Phễu 500/700cc
Tỷ lệ chất keo,%	> 95%	99%	98	Đong cốc
Lượng mất nước, ml/phút	< 30 ml/30 phút	16	25	Dụng cụ đo lượng mất nước
Độ dày áo sét, %	1-3 mm/30 phút	2	2	Dụng cụ đo lượng mất nước
Độ ẩm, %, max	10	10	10
Lực cắt tĩnh	1 phút: 20-30 mg/cm2	22	22	Lực kế cắt tĩnh
Tính ổn định	< 0.03 mg/cm2	0.02	0.02
Hàm lượng cát, %	< 6%	0.5	0.5	Dụng cụ đo hàm lượng cát
Kết quả thí nghiệm với lượng pha trộn 50 kg/m3 nước ngâm 24 giờ.

Đặc điểm nổi bật của Bentonite trong khoan cọc nhồi

Bentonite phù hợp với nhiều dạng địa chất
Dễ trộn và nhanh chóng đạt được độ nhớt cao
Tính ổn định cao và có tính hút bám vào vách khoan tuyệt vời
Đảm bảo về môi trường, phù hợp cho công tác khoan giếng nước sinh hoạt

Hướng dẫn sử dụng Bentonite hiệu quả nhất

Tùy theo tính chất của nước, địa chất và kỹ thuật khoan mà lượng sử dụng có thể từ 40 ÷ 65 kg trong 01 m3 dung dịch khoan.
Nên trộn với nước sạch và ngâm trước khi sử dụng từ 12÷24 giờ để đạt được hiệu quả cao nhất.
Nếu nước trộn có độ cứng cao thì cần sử dụng Soda (Na2CO3) với lượng sử dụng 1-3 kg trong 1m3 nước để làm giảm độ cứng của nước trộn. Trường hợp nước có độ cứng quá cao thì có thể dùng xút NaOH có nồng độ pha 0,5 – 1,5 kg/m3 nước để xử lý
Lưu ý: Sử dụng các phương tiện bảo vệ cơ thể để tránh tiếp xúc trực tiếp như găng tay, mặt nạ lọc bụi, quần áo bảo hộ.

Các phương pháp thi công cọc nhồi

Có hai phương pháp chính được đề cập trong câu hỏi của bạn: cọc khoan nhồi sử dụng ống vách và cọc khoan nhồi không sử dụng ống vách. Dưới đây là đặc điểm chi tiết của hai phương pháp này:

Cọc khoan nhồi sử dụng ống vách:

Phương pháp này được ưu tiên sử dụng khi thi công cọc ở gần công trình hiện có hoặc trong điều kiện địa chất đặc biệt.
Trong quá trình khoan cọc, sử dụng ống vách thép để ngăn chặn sự sập thành hố khoan, giúp quá trình thi công thuận lợi hơn.
Phương pháp này cũng giảm thiểu lượng bụi bẩn do không sử dụng dung dịch bentonite.
Tuy nhiên, máy thi công trong phương pháp này thường có kích thước lớn và cồng kềnh. Nó tạo ra tiếng ồn và rung động mạnh, làm hạn chế khả năng thi công các cọc có độ dài trên 30m.

Cọc khoan nhồi không sử dụng ống vách:

Phương pháp này là công nghệ khoan phổ biến và hiện đại, thường được sử dụng trong đất sét mềm, nửa cứng và nửa mềm, đất cát mịn hoặc cát thô có lẫn sỏi.
Các phương thức trong phương pháp này bao gồm khoan thổi rửa (phản tuần hoàn) và khoan gầu.
Trong khoan thổi rửa, máy đào sử dụng guồng xoắn để phá đất và tạo lỗ với tiết diện theo thiết kế. Dung dịch mùn khoan được bơm xuống để giữ vách hố đào, và sau đó, dung dịch này được bơm áp lực từ đáy hố khoan lên và lọc bentonite để tái sử dụng.
Ưu điểm của phương pháp này là thi công đơn giản và chi phí thấp.
Tuy nhiên, tốc độ khoan chậm và chất lượng, độ tin cậy chưa cao là nhược điểm của phương pháp này.

Đó là những đặc điểm chi tiết của hai phương pháp cọc khoan nhồi mà bạn đã đề cập. Việc lựa chọn phương pháp phụ thuộc vào yêu cầu thiết kế, điều kiện địa chất và các yếu tố khác của công trình cụ thể.