Móng cọc là gì? Khi nào cần sử dụng móng cọc?

Móng cọc là nền tảng vững chắc, nâng đỡ toàn bộ công trình. Đặc biệt, khi xây dựng trên đất yếu hay công trình cao tầng, móng cọc đảm bảo sự an toàn và tuổi thọ lâu dài. Cùng Công ty Nguyên Phú khám phá những điều cần biết về móng cọc này nhé!

1. Móng cọc là gì?

Móng cọc một loại móng nhà đặc biệt là một loại móng sâu, được tạo thành từ các trụ dài hay gọi là cọc được đóng, ép hoặc khoan sâu vào lòng đất, kết nối với nhau bằng một hệ thống dầm hoặc bản gọi là đài cọc ở phía trên. Các cọc này sẽ truyền tải trọng của công trình xuống các lớp đất sâu hơn, có khả năng chịu lực tốt hơn so với lớp đất bề mặt.

2. Cấu tạo của móng cọc

Móng cọc không chỉ đơn thuần là những chiếc cọc cắm xuống đất. Cấu tạo của nó bao gồm hai thành phần chính, phối hợp nhịp nhàng để đảm bảo sự ổn định cho cả công trình: đó là cọc và đài cọc.

Phần cọc có thể hình dung như những chiếc trụ dài, được thi công sâu vào lòng đất. Chức năng quan trọng là gánh chịu toàn bộ tải trọng từ công trình bên trên và truyền xuống các lớp đất sâu, nơi có khả năng chịu lực tốt hơn. Nhờ đó, công trình chống lại hiện tượng lún, nghiêng đặc biệt là trên những nền đất yếu. Cọc thường được làm từ bê tông cốt thép (phổ biến nhất), thép, cừ tràm hoặc các vật liệu khác. Hình dạng của cọc cũng đa dạng như tròn, vuông, chữ nhật hoặc chữ H tùy thuộc vào yêu cầu thiết kế.

Phần đài móng là một khối bê tông cốt thép có vai trò liên kết tất cả các cọc lại với nhau, tạo thành một hệ thống chịu lực thống nhất. Quan trọng hơn, đài móng nhận tải trọng từ các cấu kiện của công trình (cột, tường…) và phân phối đều lực này xuống từng chiếc cọc bên dưới. Hình dạng của đài móng thường là hình vuông, chữ nhật hoặc tròn tùy vào số lượng và cách bố trí cọc mà có hình dạng phù hợp.

Nguyên lý hoạt động của móng cọc dựa vào hai cơ chế chính: cơ chế chịu lực trực tiếp từ cọc và cơ chế chịu lực qua đất. Cọc truyền tải trọng từ công trình xuống đất thông qua ma sát bên giữa bề mặt cọc và đất xung quanh, và chịu tải trực tiếp qua đầu cọc khi tiếp xúc với nền đất hoặc đá cứng phía dưới. Cơ chế ma sát bên giúp cọc chịu tải qua diện tích tiếp xúc dài, trong khi cơ chế chịu tải đầu cọc tập trung lực vào phần nền cứng. Cả hai cơ chế kết hợp đảm bảo cọc có khả năng chịu lực hiệu quả và ổn định cho công trình.

3. Các loại móng cọc

3.1. Theo cao độ đài móng

• Móng cọc đài thấp là loại móng mà đài móng được đặt trực tiếp trên hoặc gần với mặt đất tự nhiên hoặc cốt sàn tầng trệt. Thỉnh thoảng, đài móng có thể được đào chôn một phần nhỏ dưới mặt đất. Do đó, không gian dưới sàn tầng trệt hầu như không có hoặc rất hạn chế. Cấu trúc cột, vách trên công trình thường được kết nối trực tiếp với đài móng hoặc qua các dầm móng thấp. Phương pháp thi công này đơn giản và tiết kiệm chi phí hơn so với móng cọc đài cao. Móng cọc đài thấp thường được sử dụng cho các công trình có tải trọng không lớn và nền đất không quá phức tạp.
• Móng cọc đài cao là loại móng có đài móng được đặt cao hơn đáng kể so với mặt đất tự nhiên hoặc cốt sàn tầng trệt. Các cọc sẽ nhô lên một đoạn trước khi kết nối với đài móng, tạo ra một khoảng không gian giữa đài móng và mặt đất, khoảng không này có thể được tận dụng cho nhiều mục đích khác nhau. Kết nối giữa các cấu kiện bên trên và đài móng thường được thực hiện qua hệ thống cột hoặc vách cao. Quá trình thi công móng cọc đài cao phức tạp và tốn kém hơn vì cần sử dụng nhiều vật liệu và công đoạn. Loại móng này thường được áp dụng cho các công trình có tải trọng lớn, xây dựng trên nền đất yếu, khu vực có địa hình phức tạp, hoặc khi cần tạo không gian trống dưới sàn tầng trệt.

3.2. Theo vật liệu

• Móng cọc bê tông cốt thép là loại móng sử dụng cọc bê tông cốt thép với bê tông chịu lực nén trong khi cốt thép chịu lực kéo và uốn, mang lại độ bền và chắc chắn. Ưu điểm của cọc này là khả năng chịu tải lớn, bền trong môi trường đất nước thông thường, giá thành hợp lý, dễ chế tạo với nhiều kích thước và thi công bằng nhiều phương pháp. Tuy nhiên, cọc có khối lượng lớn, khó vận chuyển thi công, khả năng chịu kéo hạn chế và dễ bị ăn mòn trong môi trường đất nhiễm phèn, mặn nếu không bảo vệ đúng cách.
• Móng cọc thép là loại móng sử dụng cọc thép, thường có dạng ống tròn, chữ H (hay I) hoặc ván. Có cường độ chịu lực cao, khả năng xuyên qua đất cứng tốt, nhẹ, dễ vận chuyển và thi công. Tuy nhiên, cọc thép thường có giá cao hơn cọc bê tông, dễ bị ăn mòn trong môi trường ẩm ướt, cần bảo vệ chống ăn mòn, và độ ổn định ngang có thể kém nếu không thiết kế liên kết tốt.
• Móng cọc gỗ là loại móng sử dụng cọc gỗ tự nhiên, thường làm từ các loại gỗ bền như lim, táu, cừ tràm. Có ưu điểm giá rẻ, dễ thi công và chịu tải tốt trong môi trường ngập nước. Tuy nhiên, cọc gỗ hạn chế khả năng chịu tải, dễ mục nát, mối mọt và bị giới hạn chiều dài bởi kích thước cây gỗ. Hiện nay, cọc gỗ ít được sử dụng trong các công trình lớn và hiện đại.
• Móng cọc composite là loại móng sử dụng cọc composite, làm từ sợi thủy tinh hoặc carbon kết hợp với nhựa polymer, có khả năng chống ăn mòn tốt, trọng lượng nhẹ, bền và dễ thi công, có thể được thiết kế với các đặc tính cơ học tùy chỉnh. Tuy nhiên, giá thành cao, công nghệ sản xuất còn mới và việc kiểm tra, sửa chữa có thể phức tạp hơn so với cọc truyền thống.

3.2. Theo phương pháp thi công

Móng cọc ép sử dụng phương pháp ép cọc bằng lực ép tĩnh từ hệ thống kích thủy lực để đưa cọc xuống đất, cho đến khi đạt sức chịu tải hoặc gặp lớp đất cứng thường thấy là ép cọc bê tông. Ưu điểm gồm ít tiếng ồn, dễ kiểm tra sức chịu tải, thích hợp cho khu vực đô thị đông đúc, và chất lượng cọc được kiểm soát. Tuy nhiên, phương pháp này khó thi công trên nền đất cứng, giới hạn chiều dài cọc và năng suất thi công chậm hơn phương pháp đóng cọc.

Móng cọc đóng sử dụng búa máy (diesel, thủy lực, rung) tạo lực va đập liên tục để đóng cọc xuống đất cho đến khi đạt độ sâu thiết kế hoặc số nhịp quy định. Phương pháp này có năng suất cao, thi công được cọc với nhiều kích thước, thiết bị thi công đơn giản, nhưng gây tiếng ồn và chấn động lớn, khó kiểm soát sức chịu tải của cọc, và có thể làm hư hỏng đầu cọc nếu gặp vật cản cứng.

Móng cọc khoan nhồi là phương pháp khoan lỗ trong lòng đất, sau đó đặt lồng thép và đổ bê tông vào để tạo thành cọc. Phương pháp này ít gây tiếng ồn và chấn động, thích hợp cho khu vực đô thị và gần công trình nhạy cảm. Nó có thể thi công cọc với đường kính và chiều dài lớn, chịu tải cao, phù hợp với nhiều loại địa chất phức tạp. Tuy nhiên, quá trình thi công phức tạp, yêu cầu kỹ thuật cao và kiểm soát chất lượng chặt chẽ, thời gian thi công dài và chi phí cao hơn so với các phương pháp khác. Chất lượng cọc phụ thuộc vào quá trình thi công tại hiện trường.

Ngoài ra, còn có các móng cọc thi công theo phương pháp khác như cọc khoan dẫn, cọc vít.

4. Quy trình thi công móng cọc

Quy trình thi công móng cọc sẽ khác nhau tùy thuộc vào phương pháp thi công được lựa chọn (ép, đóng, khoan nhồi,…). Tuy nhiên, dưới đây là một quy trình thi công móng cọc ép một phương pháp phổ biến. Đặc biệt ở các khu vực đô thị do ít gây tiếng ồn và chấn động. Dưới đây là quy trình chi tiết:

4.1. Chuẩn bị

Chuẩn bị mặt bằng

• San lấp và dọn mặt bằng: Dọn dẹp cây cối, chướng ngại vật, san lấp những chỗ lồi lõm để tạo mặt bằng thi công bằng phẳng.
• Định vị tim cọc: Sử dụng máy móc trắc đạc để xác định và đánh dấu chính xác vị trí tim của từng cọc theo bản vẽ thiết kế. Các tim cọc thường được đánh dấu bằng cọc tre, mốc thép hoặc vạch sơn.
• Tập kết cọc: Vận chuyển cọc bê tông cốt thép đã được đúc sẵn và kiểm tra chất lượng đến công trường, tập kết ở vị trí thuận tiện cho việc di chuyển đến vị trí ép.
• Kiểm tra cọc: Đảm bảo cọc không bị nứt vỡ, đúng kích thước, chiều dài và số lượng theo thiết kế. Kiểm tra dấu hiệu nghiệm thu chất lượng của nhà sản xuất.
• Bố trí đường di chuyển: Lập kế hoạch và tạo đường di chuyển an toàn cho máy ép cọc và các thiết bị hỗ trợ khác.

Lắp dựng hệ thống máy ép cọc

• Chọn loại máy ép: Tùy thuộc vào tải trọng ép yêu cầu, kích thước cọc và điều kiện mặt bằng để lựa chọn máy ép phù hợp.
• Lắp dựng khung máy: Lắp dựng khung máy ép đảm bảo ổn định, cân bằng và đúng vị trí tim cọc cần ép.
• Lắp đặt đối trọng (nếu cần): Đối với các máy ép không neo, cần sử dụng các khối bê tông đối trọng để tạo lực ép. Tính toán và bố trí đối trọng đảm bảo ổn định cho máy ép.

4.2. Thi công ép cọc

• Dựng cọc C1 cẩn thận vào giá đỡ, cần đảm bảo cọc được dựng thẳng đứng và đúng vị trí đã định. Mũi cọc phải chính xác theo thiết kế và không bị nghiêng. Đầu trên của cọc phải được gắn chặt vào thanh định hướng của thiết bị để đảm bảo cọc ép theo đúng hướng và an toàn. Áp lực gia tăng từ từ để cọc C1 xuyên sâu vào đất. Nếu phát hiện cọc bị nghiêng do sự cố kỹ thuật, cần dừng ngay và tiến hành điều chỉnh.
• Tiếp theo, tiếp tục ép các đoạn cọc tiếp theo (C2 nối với C1) cho đến khi đạt độ sâu thiết kế. Kiểm tra và làm phẳng bề mặt hai đầu cọc, đảm bảo rằng tâm của đoạn cọc phải trùng khớp với trục mũi cọc, và độ nghiêng không vượt quá 1%. Áp lực gia tải lên cọc phải được thực hiện một cách từ từ và cẩn thận, sau đó hàn nối đúng quy định thiết kế. Quá trình ép cọc C2 cũng phải diễn ra từ từ, giữ vận tốc ổn định.
• Lưu ý không để mũi cọc dừng quá lâu trong lớp đất sét dẻo cứng, để tránh ảnh hưởng đến mối hàn. Khi mũi cọc gặp lớp đất cứng hơn và lực nén tăng đột ngột, cần giảm tốc độ và ép từ từ, giữ lực ép trong giới hạn cho phép.
• Một số vấn đề có thể phát sinh khi lực nén tăng mạnh, chẳng hạn như: mũi cọc gặp lớp đá cứng, gặp vật cản, cọc bị nghiêng hoặc mũi cọc chạm vào gờ nối của cọc bên cạnh. Trong những trường hợp này, nhà thầu cần nhanh chóng thông báo cho đơn vị thiết kế để có phương án xử lý kịp thời.
• Khi ép đến đoạn cọc cuối cùng gần mặt đất, lắp đặt đoạn cọc lõi thép lên đầu cọc và tiếp tục ép cho đến độ sâu thiết kế.
• Sau khi hoàn thành việc ép cọc tại một vị trí, thiết bị máy móc sẽ được di chuyển đến các vị trí tiếp theo để tiếp tục công việc. Các bước thi công móng cọc sẽ được thực hiện tương tự như tại vị trí ban đầu.

4.3. Kiểm tra và nghiệm thu cọc ép

Khi ép cọc, cần kiểm tra và xác nhận các yếu tố quan trọng để đảm bảo chất lượng công trình.

• Kiểm tra lại vị trí tim cọc sau khi ép, đảm bảo sai lệch nằm trong phạm vi cho phép theo tiêu chuẩn kỹ thuật.
• Kiểm tra độ nghiêng của cọc sau khi ép.
• Kiểm tra cao độ đầu cọc sau khi ép so với cao độ thiết kế.
• Ghi nhận lực ép cuối cùng khi cọc đạt độ sâu thiết kế hoặc không thể ép sâu hơn.
• Kiểm tra đầy đủ các thông số ép cọc đã được ghi chép trong nhật ký ép cọc suốt quá trình thi công.

Sau khi hoàn tất các bước kiểm tra, tiến hành:

• Lập biên bản nghiệm thu từng cọc đã ép, có xác nhận của các bên liên quan (chủ đầu tư, tư vấn giám sát, nhà thầu).
• Hồ sơ nghiệm thu bao gồm: bản vẽ thi công, nhật ký ép cọc, kết quả kiểm tra vị trí, độ thẳng đứng, cao độ cọc, lực ép cuối cùng và các tài liệu liên quan khác.

4.4. Gia công cốt thép

• Cốt thép được kiểm tra, sửa thẳng và làm sạch gỉ sắt để đảm bảo chất lượng và độ bền của vật liệu.
• Cắt và uốn thép theo hình dáng yêu cầu của móng cọc, đảm bảo phù hợp với thiết kế.
• Tiến hành nối thép đúng theo yêu cầu kỹ thuật, đảm bảo các mối nối chắc chắn và hoàn thiện hệ thống khung cốt thép, đáp ứng tiêu chuẩn về sức chịu tải.

4.5. Lắp dựng cốp pha

• Sau khi nối, khung cốt thép cần đảm bảo độ bền, không bị biến dạng hoặc hư hỏng dưới tác động của tải trọng bê tông.
• Ván khuôn cần đáp ứng đầy đủ tiêu chuẩn về hình dáng và kích thước, được lắp ráp chính xác để hỗ trợ quá trình đổ bê tông.
• Cần có biện pháp để ngăn ngừa tình trạng mất nước xi măng trong quá trình lắp đặt ván khuôn.
• Chân đỡ phải đáp ứng tiêu chuẩn về mật độ và cách lắp đặt, đảm bảo khả năng nâng đỡ ván khuôn và cốt thép trong suốt quá trình thi công.

4.6. Đổ bê tông móng cọc

• Đổ lớp bê tông lót có độ dày khoảng 10 cm để làm phẳng và sạch đáy móng, tạo nền vững chắc cho quá trình đổ bê tông chính.
• Bê tông cần được trộn đúng tỷ lệ, thời gian trộn phải chuẩn xác và tuân thủ các tiêu chuẩn chất lượng. Chất lượng bê tông sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến độ bền và độ ổn định của móng.
• Mặt cắt của bê tông thường có hình thang với mái dốc nhẹ, giúp phân bổ đều lực tác động lên móng.
• Sau khi đổ bê tông, sử dụng các thiết bị đầm (như đầm bàn hoặc đầm dùi) để gia tăng độ kết dính và độ chặt của bê tông, đảm bảo không có khoảng trống.
• Trong quá trình đổ bê tông, cần có biện pháp chống ngập nước cho hố móng để không làm ảnh hưởng đến chất lượng bê tông.
• Sau khi đổ, cần thực hiện bảo dưỡng bê tông theo đúng quy trình để đảm bảo bê tông đạt cường độ tối ưu và không bị nứt hoặc hư hỏng.

5. Ưu và nhược của móng cọc

5.1. Ưu điểm

• Móng cọc có khả năng truyền tải trọng công trình xuống các lớp đất sâu, giúp phân tán lực hiệu quả. Nhờ đó, móng cọc đặc biệt thích hợp cho các công trình cao tầng và có tải trọng lớn.
• Trên nền đất yếu, móng cọc có tác dụng giảm thiểu đáng kể hiện tượng lún và lún lệch, đảm bảo công trình luôn ổn định và bền vững trong suốt thời gian sử dụng.
• Móng cọc có thể thi công trên nhiều loại đất, từ đất yếu, đất rời đến những khu vực có đất pha lẫn đá (tùy phương pháp thi công), mang lại sự linh hoạt trong lựa chọn vị trí và phương án thi công.
• Số lượng, kích thước và vị trí của các cọc có thể được điều chỉnh dễ dàng, phù hợp với yêu cầu tải trọng và kiến trúc của công trình, tạo sự tối ưu cho cả quá trình thi công và sử dụng.
• So với các loại móng nông, móng cọc đòi hỏi khối lượng đào đất ít hơn rất nhiều, giúp giảm thiểu chi phí và rút ngắn thời gian thi công.
• Với thiết kế đặc biệt, móng cọc có thể chịu được các lực ngang mạnh mẽ như gió bão hay động đất, đảm bảo sự an toàn cho công trình trong mọi tình.

5.2. Nhược điểm

• So với các loại móng nông như móng đơn hay móng băng, chi phí thi công móng cọc thường cao hơn, đặc biệt là đối với các công trình quy mô nhỏ. Điều này chủ yếu do yêu cầu về vật liệu, thiết bị và công nghệ thi công phức tạp hơn.
• Việc thi công móng cọc đòi hỏi tay nghề cao, sự hỗ trợ của các máy móc chuyên dụng và đội ngũ công nhân lành nghề. Điều này làm cho quy trình thi công trở nên phức tạp và yêu cầu sự chính xác cao.
• Tùy thuộc vào số lượng cọc, phương pháp thi công và điều kiện địa chất, thời gian thực hiện móng cọc có thể dài hơn đáng kể so với móng nông, ảnh hưởng đến tiến độ thi công chung của công trình.
• Các phương pháp đóng cọc có thể tạo ra tiếng ồn và rung động mạnh, ảnh hưởng đến các công trình xung quanh. Điều này cần được cân nhắc kỹ lưỡng, đặc biệt khi thi công trong khu vực dân cư hoặc khu vực có công trình lân cận.
• Việc vận chuyển, lắp đặt và vận hành các máy móc thi công cọc có thể gặp khó khăn lớn khi thi công ở các khu vực có diện tích hạn chế, khiến công tác thi công trở nên phức tạp và tốn kém.
• Để thiết kế và thi công móng cọc hiệu quả và an toàn, việc khảo sát địa chất là yếu tố không thể thiếu. Các thông tin về cấu trúc đất và các yếu tố địa chất khác sẽ giúp tối ưu hóa phương án thiết kế và thi công.
• Việc kiểm tra chất lượng cọc sau khi thi công là một thách thức lớn, nhất là đối với các loại cọc khoan nhồi, khi thân cọc nằm sâu dưới lòng đất và khó kiểm soát.
• Trong quá trình thi công, đặc biệt là phương pháp ép và đóng cọc, có thể gặp phải các vật cản ngầm như đá hoặc công trình cũ chưa được xử lý, điều này không chỉ làm chậm tiến độ mà còn tăng thêm chi phí phát sinh.

6. Khi nào nên sử dụng móng cọc cho nhà dân

• Nền đất yếu: Khi xây dựng trên nền đất yếu như đất bùn, đất sét nhão, hoặc đất lấp ao hồ, móng cọc giúp truyền tải trọng xuống các lớp đất cứng, tránh hiện tượng lún, nứt.
• Công trình tải trọng lớn: Với công trình lớn, nhiều tầng, hoặc sử dụng vật liệu nặng, móng cọc đảm bảo khả năng chịu lực tốt hơn so với móng nông.
• Mực nước ngầm cao: Móng cọc không bị ảnh hưởng bởi nước ngầm, giúp công trình ổn định và tránh thấm dột.
• Địa hình phức tạp: Trên đất dốc hoặc địa hình chênh lệch cao, móng cọc là lựa chọn tối ưu, giúp nền móng vững chắc mà không cần san lấp phức tạp.
• Yêu cầu ổn định cao: Móng cọc là giải pháp đảm bảo độ ổn định, hạn chế lún, ngay cả khi nền đất không yếu.
• Gần công trình hiện hữu: Móng cọc ép hoặc khoan nhồi ít gây tiếng ồn và chấn động, bảo vệ các công trình lân cận.

Móng cọc là giải pháp nền móng quan trọng, đặc biệt cho công trình trên đất yếu hoặc chịu tải trọng lớn. Dù đòi hỏi kỹ thuật và chi phí, móng cọc đảm bảo sự vững chắc và tuổi thọ lâu dài cho mọi công trình xây dựng.