Móng cọc ống thép dạng giếng

Móng cọc ống thép dạng giếng, còn gọi là móng cọc ống ván thép, là loại kết cấu móng sử dụng chủ yếu cho các công trình cầu, đáp ứng được các yêu cầu đảm bảo chịu lực cho các kết cấu cầu nhịp lớn và trong những điều kiện địa chất phức tạp. Móng cọc ống thép dạng giếng là kết cấu móng có khả năng chịu lực tốt, đặc biệt là khả năng chịu động đất cao. Đồng thời kết cấu móng còn có vai trò như làm vòng vây ngăn nước, đảm bảo thi công các công trình trụ cầu khi đặt trong vùng ngập nước.

Kết cấu móng là tổ hợp các cọc ván ống thép đường kính từ 800mm đến 1500mm, liên kết với nhau bằng hai tai nối ở hai bên cọc, tạo thành một hình khép kín tuỳ ý như hình tròn, hình chữ nhật hay hình ô van. Phần tai nối sẽ được nhồi vữa vào bên trong, phần đầu cọc được liên kết cứng lại bằng việc xây dựng bệ móng sau khi nhồi bê tông một phần vào trong lòng cọc, do đó móng có được sức kháng theo phương thẳng đứng và sức kháng theo phương ngang.

Hình 1: Móng cọc ống thép dạng giếng kiểu kiêm làm vòng vây tạm

Hình 2: Thi công móng cọc thép dạng giếng ở công trình cầu Nhật Tân

Việc áp dụng công nghệ cọc ống thép dạng giếng ở đây có những ưu điểm sau:

• An toàn cho kết cấu ở nơi nước sâu, tầng đất chịu lực sâu và nền đất yếu;
• Kiêm làm vòng vây tạm phục vụ thi công;
• Diện tích thi công chiếm dụng nhỏ;
• Thời gian thi công ngắn và giá thành hợp lý;
• Tính kháng chấn cao.

Móng cọc ống thép dạng giếng đã được áp dụng ở nhiều công trình thuộc nhiều quốc gia trên thế giới. Cụ thể được trình bày trong bảng 1 dưới đây.

Một số dự án sử dụng công nghệ móng cọc ống thép dạng giếng

Đất nước	Dự án	Năm	Dáng vòng vây	Đường kính ống thép (mm)	Kích thước bệ móng (m)	Chiều dài ống (m)
Campuchia	Cầu hữu nghị Campuchia – Nhật Bản	1993	Oval	1000	12,6×6,4	30,0
Zambia -Zimbabwe	Cầu Chirundu	2003	Chữ nhật	1000	12,2×9,8	33,0
Philippines	Cầu Magsaysay	2007	Oval	1000	23,0×10,6	63,5
Việt Nam	Cầu Nhật Tân	2013	Oval	1200	48,7×16,9	50,0
Việt Nam	Cầu Tân Vũ - Lạch Huyện	2018	Chữ nhật	1.200	21,5×12,6	47,5

Có thể phân loại móng cọc ống thép theo hình thức chịu lực, phương pháp thi công hay điều kiện mặt bằng. Theo phương pháp thi công thì có ba phương pháp nhưng nói chung thường chọn phương pháp cọc ống thép kiêm là cọc vòng vây.

Kiểu cọc ống thép kiêm luôn là cọc vòng vây tạm thời: là phương pháp lợi dụng cọc làm luôn tường vòng vây, dựng cọc ống thép đến cao độ mặt nước, nhồi vật liệu ngăn nước vào tai nối trong phạm vi định ra. Sau khi xây dựng bệ móng và thân trụ, phần vòng vây tạm sẽ được cắt đi bằng máy cắt trong nước và rút lên. Kiểu này có thể lợi dụng hệ móng cọc làm vòng vây tạm, do đó nó có ưu điểm là thời gian thi công ngắn hơn so với kiểu phải dùng vòng vây tạm và diện tích thi công cũng nhỏ hơn. Kiểu này được áp dụng rất nhiều cho móng trụ cầu trên sông nước.

Kiểu cọc thật: là phương pháp xây dựng bệ móng và thân trụ trên hệ móng cọc sau khi đã lắp dựng cọc đến cao độ mực nước. Kiểu này được áp dụng cho khu vực trên sông nước hay cảng biển không hạn chế mặt cắt lưu lượng và tĩnh không cho tàu qua lại.

Kiểu vòng vây: là phương pháp xây dựng bệ trụ và thân trụ trong vòng vây thi công là cọc ống thép.

Hình 3: Phân loại theo phương pháp thi công

Về cấu tạo ống tai nối: là ống thép đường kính nhỏ có khe nhỏ hàn hai bên cọc ống thép dọc theo chiều dài của cọc. Qua khe nhỏ, hai ống tai nối được lồng vào nhau tạo liên kết các cọc ống thép với nhau.

a) Sơ đồ ống tai nối thông dụng b) Ống tai nối trước khi nhồi vữa c) Ống tai nối sau khi nhồi vữa

Hình 4: Cấu tạo ống tai nối

Về kích thước cọc: đường kính cọc ống thép từ 800mm đến 1.500mm. Chiều dày cọc ống thép được quyết định dựa trên kiểm tra an toàn kết cấu móng có tính đến chiều dày bị giảm đi do ăn mòn gây ra. Chiều dày tối thiểu là 9mm đối với cọc thi công bằng phương pháp đào và 12mm đối với cọc thi công bằng phương pháp đóng. Chiều dày ăn mòn dự trù cộng thêm thường lấy là 1mm cho kết cấu móng có tuổi thọ 100 năm.

Về phương pháp thiết kế: phụ thuộc vào chiều rộng theo phương gia tải của móng (chiều rộng cạnh bên) B, tỷ lệ giữa chiều dài móng (L) và chiều rộng L/B, tích của giá trị đặc trưng của móng với chiều dài xuyên sâu có hiệu của móng Le ( là giá trị đặc trưng của móng, Le là chiều dài có hiệu của móng,).

Nói chung, móng cọc ống thép dạng giếng thông thường (B≤30m và L/B > 1 và Le > 1) được thiết kế như dầm dài hữu hạn trên nền đàn hồi không xét đến biến dạng cắt giữa các cọc ống thép.

V0: Tải trọng tác dụng theo phương thẳng đứng (kN)

H0: Tải trọng tác dụng theo phương ngang (kN)

M0: Mô men uốn (kN.m)

Le: Chiều dài có hiệu của móng (m)

kHi: Hệ số phản lực nền theo phương ngang của lớp đất thứ i (kN/m3)

kS: Hệ số phản lực nền theo phương ngang ở đáy móng (kN/m3)

kV: Hệ số phản lực nền theo phương đứng ở đáy móng (kN/m3)

Hình 5: Mô hình dầm có chiều dài hữu hạn trên nền đàn hồi

Tài liệu tham khảo

• Nguyễn Thị Tuyết Trinh (chủ biên), Hướng dẫn thiết kế và ví dụ tính toán Móng cọc ống thép dạng giếng theo tiêu chuẩn TCCS03/2012-TCĐBVN, Nhà xuất bản Xây dựng, 2015.
• Bộ Giao thông vận tải, TCCS 03/2012-TCĐBVN, Tiêu chuẩn thiết kế móng cọc ống thép dạng giếng, 2012.