Thiết kế cọc nhồi là cọc được thi công xây dựng tạo lỗ trước trong đất, sau đó lỗ được lấp đầy bằng bê tông có hoặc không có cốt thép. Việc tạo lỗ được thực  hiện bằng phương pháp khoan, đóng ống hay các phương pháp đào khác. Cọc nhồi có đường kính bằng và nhỏ hơn 600mm được gọi là cọc nhồi có đường kính nhỏ, cọc nhồi có đường kính lớn hơn 600mm được gọi là cọc nhồi đường kính lớn.

Ưu điểm của cọc nhồi thiết kế xây dựng nhà ở:

Sử dụng được cho mọi loại địa tầng khác nhau.

Sức chịu tải lớn do tạo được cọc có tiết diện, chiều dài lớn.

Độ lún nhỏ do mũi cọc được hạ vào lớp đất có tính nén rất nhỏ.

Không gây tiếng ồn và tác động đến công trình nhà ở lân cận, phù hợp thiết kế xây dựng các công trình lớn trong đô thị.

Rút bớt được công đoạn đúc cọc, do đó không cần các khâu xây dựng bãi đúc, lắp dựng ván khuôn...

Cho phép kiểm tra trực tiếp các lớp đất lấy mẫu từ các lớp đất đào lên, có thể đánh giá chính xác điều kiện đất nền.

Nhược điểm của cọc nhồi:

Sản phẩm trong quá trình thi công đều nằm sâu trong lòng đất khó kiểm soát chất lượng bê tông cọc.

Cọc đổ tại chỗ, nên dễ xảy ra các khuyết tật ảnh hưởng tới chất lượng cọc như:

+ Hiện tượng co thắt, hẹp cục bộ thân cọc hoặc thay đổi kích thước tiết diện khi cọc xuyên qua các lớp đất khác nhau

+ Bê tông xung quanh thân cọc bị rửa trôi gây ra rỗ mặt thân cọc

+ Lỗ khoan nghiêng lệch, sụt vách lỗ khoan

+ Bê tông đổ thân cọc không đồng nhất và phân tầng

Quá trình thi công cọc khoan nhồi là tại công trường ngoài trời nên phụ thuộc nhiều vào thời tiết như mưa bão..., mặt bằng thi công lầy lội ảnh hưởng đến môi trường.

Chi phí kiểm tra thí nghiệm với cọc khoan nhồi tốn kém

Vật liệu làm cọc:

Bê tông dùng cho cọc khoan nhồi là các loại bê tông thông thường B ≥ 15. Ngoài điều kiện về cường độ, bê tông phải có độ sụt lớn để đảm bảo tính liên tục của cọc trong quá trình thi công.

Thiết kế thi công độ sụt của bê tông cọc nhồi

Đổ tự do trong nước, cốt thép có khoảng cách lớn cho phép bê tông dịch chuyển dễ dàng; 7,5 ÷ 12,5

Khoảng cách cốt thép không đủ lớn, để cho phép bê tông dịch chuyển  dễ dàng, khi  cốt  đầu  cọc nằm trong  vùng vách tạm. Khi đường kính dọc nhỏ hơn 600mm: 10  ÷ 17,5

Khi bê tông được đổ dưới nước hoặc trong dung dịch sét ben-tô-nit qua ống đổ (tremie): >15

Thông thường bê tông của cọc nhồi có hàm lượng xi măng không nhỏ hơn 350kg/m3. Để tránh sự phân tầng do bê tông có độ sụt lớn hoặc bê tông bị mất nước trong điều kiện mùa hè, nên sử dụng các loại phụ gia thích hợp.

Cốt thép dọc của cọc nhồi xác định theo tính toán, đồng thời phải thoả mãn một số yêu cầu cấu tạo sau :

Trong trường hợp cọc nhồi chịu kéo, cốt thép dọc cần được bố trí theo suốt chiều dài cọc. Khi cốt thép dọc được nối cần phải hàn theo yêu cầu chịu lực. Khi lực nhổ là nhỏ, cốt thép dọc được bố trí đến độ sâu cần thiết để lực kéo được triệt tiêu hoàn toàn thông qua ma sát cọc.

Đối với cọc chịu nén dọc trục, hàm lượng cốt thép không nên nhỏ hơn 0,2 ÷ 0,4%. Đường kính cốt thép không nhỏ hơn 10mm và bố trí đều theo chu vi

cọc. Đối với cọc chịu tải trọng ngang, hàm lượng cốt thép không nhỏ hơn 0,4 ÷ 0,65%.

Cốt đai cọc nhồi thường là f 6 ÷ f 10, khoảng cách 200 ÷ 300mm. Có thể dùng đai hàn vòng đơn hoặc đai ốc xoắn chưa liên tục. Nếu chiều dài lồng thép lớn hơn 4m, để tăng cường độ cứng tính toàn khối thì bổ sung thép đai f12 cách nhau 2m, đồng thời các cốt đai này được sử dụng để gắn các miếng kê tạo lớp bảo vệ cốt thép.

Chiều dày lớp bảo vệ cốt thép dọc của cọc nhồi không nhỏ hơn 50mm.

Thông thường cọc nhồi được tạo lỗ từ cao độ mặt đất, đất trong lòng cọc được lấy ra. Hiện tượng dãn đất trong quá trình thi công sẽ gây ra ứng suất kéo cho cọc và nó tồn tại đến khi cọc được tải đủ. Do đó cốt thép cọc cần được bố trí đủ để chịu lực kéo để trên cho đến khi giá trị lực kéo này bị triệt tiêu do tải trọng của công trình truyền xuống.

Kiểm tra chất lượng cọc khoan nhồi

Phương pháp siêu âm kiểm tra mức độ đồng nhất, phát hiện khuyết tật của bê tông cọc

Thí nghiệm thử động biến dạng nhỏ PIT (Pile Integrity Test) kiểm tra độ toàn vẹn của cọc

Thí nghiệm thử động biến dạng lớn PDA (Pile Dynamic Analysis) xác định sức chịu tải của cọc

Thí nghiệm nén tĩnh xác định sức chịu tải của cọc chẳng hạn thí nghiệm Osterberg (áp dụng nhiều ở công trình cầu : Cầu Mỹ Thuận, Cầu Cần Thơ,...) tuy nhiên chi phí thí nghiệm này khá tốn kém.

Hình 4.7 Cấu tạo cọc khoan nhồi

Cọc Barret

Thiết kế cọc barret trong xây dựng nhà ở dân dụng như loại cọc bê tông cốt thép đổ tại chỗ như cọc nhồi, có yêu cầu về bê tông, cốt thép tương tự. Tiết diện ngang thân cọc hình chữ nhật có thể lên tới 1,5m x 1,5m đến 2,5m x 4m.

Quy trình thi công cọc Barret cơ bản giống với cọc nhồi, khác ở thiết bị thi công đào hố và hình dạng lồng thép. Thi công cọc khoan nhồi thì dùng lưỡi khoan hình tròn, cọc barret thì dùng gàu ngoạm hình chữ nhật.

Thiết kế xây dựng cọc thép cho nhà ở dân dụng

Cọc thép thường có tiết diện hở như cọc chữ H, chữ X hoặc có tiết diện kín như hình tròn, hình hộp... Tỉ lệ giữa đường kính ngoài và chiều dày thành ống không lớn hơn 100. Chiều dày nhỏ nhất của thành ống là 8mm.

Ưu điểm của cọc thép là thể tích nhỏ không gây ra hiện tượng nâng nền khi hạ cọc trong khi diện tích tiếp xúc giữa thân cọc và đất vẫn lớn huy động được sức kháng ma sát đáng kể. Cọc thép còn có trọng lượng nhẹ dễ trong vận chuyển cẩu lắp, dễ nối cọc.

Nhược điểm của cọc thép là giá thành cao, dễ bị ăn mòn. Trong trường hợp có khả năng xuất hiện hiện tượng ăn mòn vật liệu thép, cần phải có biện pháp chống ăn mòn, theo như tiêu chuẩn quy định trong tiêu chuẩn chống ăn mòn kim loại. Chiều dày của thép được xác định dựa vào tốc độ ăn mòn, tuổi thọ dự kiến của công trình và tăng thêm dự trữ ăn mòn là 2mm.

Đối với các cọc có tiết diện hở không đòi hỏi phải có mũi. Trong trường hợp các cọc được đóng vào lớp đất cứng, thời gian đóng cọc dài, mũi cọc cần được gia cường bằng thép bản để tăng độ cứng. Khi cọc được đóng vào đá phải có mũi đặc biệt.

Cọc thép sử dụng hiệu quả trong các trường hợp gia cố, sửa chữa móng, nhất là trường hợp thay đổi phương án móng nông của công trình đã có sang phương án móng cọc.

Thiết kế xây dựng cọc ống thép nhồi bê tông xây dựng nhà ở dân dụng

Dạng cọc này thường sử dụng cho các công trình cầu dẫn, cầu trung, hoặc các công trình trên biển, đường kính ống có thể tới 0,9 -1,0m, chiều sâu hạ cọc có thể tới 35 - 40m.

Các bước thi công cọc có thể tóm tắt như sau :

Chế tạo cọc ống thép

Đóng cọc ống thép bịt kín mũi xuống độ sâu thiết kế,

Đặt cốt thép vào lòng cọc

Đổ bê tông lấp lòng cọc

Kiểm tra chất lượng cọc và thử tải cọc

Cọc được thi công bằng phương pháp đóng bằng búa rơi. Cọc ống thép được sản xuất tại nhà máy theo công nghệ hàn xoắn ốc, thép thành cọc có chiều dày từ 12-14mm, mũi cọc được bịt kín, cọc được chia thành từng đoạn 15-20m và được nối lại bằng các mặt bích khi hạ xuống. Sau khi hạ cọc xuống độ cao thiết kế, tiến hành làm sạch, lắp cốt thép và đổ bê tông cấp độ bền B25 hoặc B30 lấp lòng cọc. Loại cọc này có chất lượng tốt, có khả năng chịu lực cao phát huy được khả năng làm việc của vật liệu thép chịu kéo còn bê tông chịu nén, tuy vậy giá thành cọc còn cao (loại cọc này đã được thi công ở cầu Bính với 231 cọc, dài 40m).

Thiết kế xây dựng cọc mở rộng chân nhà ở dân dụng

Đây là một trong những biện pháp làm tăng sức kháng mũi cọc qua đó tăng sức chịu tải của cọc. Việc mở rộng chân cọc có thể sử dụng nhiều biện pháp như nổ phá, khoan, hoặc nhiều biện pháp cơ học khác. Trong đó, nổ phá được sử dụng rộng rãi nhất.