Tạp chí VẬt liệU & XÂy dựng thiết bị thi công cọc khoan nhồI ĐƯỜng kính nhỏ

TẠP CHÍ VẬT LIỆU & XÂY DỰNG
THIẾT BỊ THI CÔNG CỌC KHOAN NHỒI ĐƯỜNG KÍNH NHỎ
Nguyễn Văn Mạnh
Khoa Cơ khí Xây dựng – Trường Đại học Xây dựng
Nhận ngày 12/9/2020, chỉnh sửa ngày 07/11/2020, chấp nhận đăng 21/12/2020
Tóm tắt:
Thiết bị thi công cọc khoan nhồi đa dạng về chủng loại, tính năng, phương pháp cắt đất, lấy phoi đất và đặc biệt có nhiều nhà sản
xuất cung cấp thiết bị thi công. Tuy nhiên thiết bị thi công cọc khoan nhồi đường kính nhỏ phục vụ cho giải pháp gia cố nền móng
trong các công trình xây chen tại các khu đô thị lớn với diện tích nhỏ và hạ tầng kỹ thuật giao thông tiếp cận công trình không thuận
tiện thì rất ít nhà sản xuất quan tâm. Tốc độ đô thị hóa lớn, nhu cầu xây mới thay thế các công trình cũ và xuống cấp tại các đô thị lớn
ngày càng gia tăng, việc lựa chọn một giải pháp công nghệ thi công phù hợp đảm bảo yêu cầu kỹ, mỹ thuật, đáp ứng được các chỉ
tiêu kinh tế là một bài toán tổng thể. Bài báo giới thiệu về thiết bị thi công “cọc nhồi đường kính nhỏ” phục vụ cho công tác thi công
cọc chịu lực, tường vây chắn đất, phù hợp với điều kiện mặt bằng thi công chật hẹp.
Từ khóa:
Cọc nhồi đường kính nhỏ, thiết bị thi công, cọc chịu lực, tường chắn đất, không gian chật hẹp.
Summary:
Bored pile construction equipment has a variety of types, features, methods of cutting soil, taking soil chips and especially many
manufacturers provide construction equipment. However, the equipment for construction of bored piles with small diameter serves the
solution of reinforcing foundations in crowded constructions in large urban areas with small area and technical infrastructure of poor
access to the work. Very few manufacturers care about. The speed of urbanization is large, the need to build new and replace old and
degraded works in big cities is increasing, the selection of a suitable construction technology solution to ensure technical an, artistic
requirements and meeting economic targets is an overall problem. The article introduces construction equipment "small diameter
bored piles" for the construction of bearing piles, earth retaining wall, suitable for narrow construction site conditions. Including the
process of selecting basic equipment, working equipment, drilling rods, concrete pouring pipes and supporting equipment system for
construction work.
Keywords:
Small diameter bored pile, construction equipment, load bearing bored pile, soil retaining wall, narrow construction space
1. Giới thiệu
TCXDVN 205:1997 - móng cọc - Tiêu chuẩn thiết kế, có
đề cập đến cọc khoan nhồi đường kính nhỏ bằng việc định
nghĩa trong mục 3.3.6 Cọc nhồi "Cọc nhồi là cọc được thi công
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 khoan nhồi đường kính nhỏ, cọc có đường kính lớn hơn
600mm được gọi là cọc khoan nhồi đường kính lớn".
Cọc khoan nhồi đường kính nhỏ được sử dụng đầu tiên tại
TP Hồ Chí Minh và được nhân rộng triển khai tại Hà Nội, Hải
Phòng…. từ đầu những năm 2000, (hình 1.a, hình 1.b), bước
đầu đã được thực tiễn thị trường xây dựng chấp nhận sử dụng,
nhân rộng phát triển. Đến thời điểm hiện tại, công nghệ xử lý
nền móng bằng cọc khoan nhồi đường kính nhỏ đã được các
đơn vị tư vấn thiết kế đưa vào áp dụng cho khá nhiều công trình
xây dựng dân dụng có qui mô vừa và nhỏ, những công trình có
chiều cao tầng phổ biến từ (09-12) tầng, có từ (01-03) tầng hầm.
Cọc khoan nhồi đường kính nhỏ có các ưu điểm của cọc
khoan nhồi đường kính lớn như: thi công nhanh, đảm bảo chất
lượng khi được giám sát chặt chẽ. Bê tông cọc được đổ liên tục
từ đáy hố khoan lên trên nên tránh được tình trạng chắp nối giữa
các đoạn cọc và do không có khớp nối như cọc ép nên đảm bảo
truyền tải trọng đúng tâm. Nhờ có tháp dẫn hướng nên độ
nghiêng lệch của cọc đảm bảo nằm trong giới hạn cho phép…
Ngoài những ưu điểm trên, cọc khoan nhồi đường kính nhỏ còn
có các ưu điểm riêng: Thiết bị thi công nhỏ gọn, có thể thi công
trong điều kiện xây dựng chật hẹp. Hạn chế ảnh hưởng đến các
công trình liền kề. Có thể thi công cọc sát mép gianh giới đất.
Về yếu tố kinh tế, giá thành thi công cọc rẻ hơn so với các
phương pháp móng cọc khác, nhờ vào khả năng chịu tải trên
mỗi đầu cọc lớn nên tổng số lượng cọc trong hệ móng giảm.
Hình 1.a: Thi công cọc
khoan nhồi đường kính
nhỏ làm cọc chịu lực
Hình 1.b: Sử dụng cọc khoan nhồi
đường kính nhỏ làm tường chắn đất
Một số báo cáo chỉ ra địa chỉ ứng dụng, phạm vi ứng dụng của
cọc đường kính nhỏ trên thế giới có thể tìm thấy trong [17], [18],

TẠP CHÍ VẬT LIỆU & XÂY DỰNG
Hình 2.a: Thiết bị thi công cọc khoan nhồi – mũi khoan kiểu gầu
Hình 2.b: Thiết bị thi công cọc khoan nhồi – mũi khoan kiểu guồng xoắn
[19]-[22]…. Tuy nhiên mới chỉ ứng dụng cọc đường kính
nhỏ trong việc làm tường chắn đất trong khi thi công hố đào,
chống sụt lở thành đất cho công trình. Các dạng cọc này có thể
là cọc khoan nhồi có thép hoặc không có thép, cọc xi măng trộn
đất…. Các loại thiết bị để thi công cọc đường kính nhỏ do các
nhà sản xuất như Bauer…dạng mũi khoan cắt đất thường là ruột
gà hoặc dạng gầu ít thấy các tài liệu đề cập tới mũi khoan dạng
vành, cũng như chi phí đầu tư mua sắm thiết bị còn khá lớn.
Thiết bị thi công cọc khoan nhồi đường kính nhỏ trong nước đa
phần được sản xuất chế tạo dựa trên kinh nghiệm, do đó hầu hết
thiết bị đưa vào thi công chưa được các cơ quan chuyên môn
đánh giá, kiểm định.
Mục tiêu của bài báo là xây dựng qui trình tính toán thiết
bị thi công cọc khoan nhồi đường kính nhỏ, nhằm phổ biến thiết
bị theo qui chuẩn, tạo đà và bước đệm để các đơn vị thi công
cọc khoan nhồi đường kính nhỏ có thể vận dụng tiến hành sản
xuất chế tạo trong thực tế, các cơ quan chuyên môn có tài liệu
tham khảo trong công tác đánh giá, kiểm định thiết bị trước khi
đưa vào vận hành.
2. Tổng quan về thiết bị phục vụ công tác thi công cọc
khoan nhồi
2.1. Thiết bị thi công cọc khoan nhồi
Thiết bị thi công cọc khoan nhồi rất phổ biến, được các
nhà sản xuất trên thế giới sản xuất và chuyển giao tới hầu hết
các quốc gia trong đó có Việt Nam. Thiết bị làm việc với nguyên
lý khoan khác nhau như: Thiết bị khoan xoay, thiết bị khoan va
đập, thiết bị khoan xoay kết hợp va đập… để tạo lỗ cho cọc
khoan nhồi. Theo công nghệ tạo lỗ và công dụng thì máy khoan
tạo lỗ cho cọc khoan nhồi được chia thành 02 nhóm chính đó là
thiết bị tạo lỗ dạng tròn thiết bị tạo lỗ cho cọc barret. Để tạo lỗ
cho cọc khoan nhồi tiết diện tròn, có thể dùng ba loại thiết bị
khoan xoay. Đó là máy khoan xoay kiểu gầu, máy khoan xoay
kiểu guồng xoắn và máy khoan xoay vận hành ngược (Hình 2.a
và hình 2.b) [8].
Những thiết bị này đã và đang đóng góp cho công cuộc
xây dựng nền móng trong các công trình nhà cao tầng, trong hệ
thống giao thông, thủy lợi, thủy điện trên khắp mọi miền tổ
quốc. Bên cạnh đó giá thành của thiết được cho là vẫn còn lớn
với một số đơn vị sản xuất trong nước vì thiết bị nhập khẩu. Mặc
dù sự phát triển của công nghệ 4.0 mạnh mẽ, thương mại điện
tử đang có những bước đi vào thực tế đời sống, giao thương
thuận tiện, tuy nhiên ngoài chi phí thiết bị các đơn vị đầu tư
mua sắm còn phải chi trả thêm các chi phí cho đội ngũ chuyên
gia nước ngoài trong việc lắp ráp, vận hành, bảo trì, bảo dưỡng,
thay thế. Mặt khác khuôn khổ kích thước của thiết bị do các
hãng sản xuất phục vụ thi công cọc khoan nhồi đường kính lớn
không đáp ứng được điều kiện về mặt bằng thi công chật hẹp…
Do đó nếu làm chủ được công nghệ về thiết bị phục vụ thi công
cọc khoan nhồi đường kính nhỏ, tận dụng được các điều kiện về
mặt kỹ thuật, công nghệ và nhân lực trong nước sẽ thúc đẩy
công tác thi công xây dựng, góp phần đóng góp cho sự nghiệp
công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước.
Cọc khoan nhồi đường kính nhỏ được định hướng sẽ sử
dụng trong các công trình có qui mô vừa và nhỏ làm cọc chịu
tải, cọc chắn đất hoặc cọc biện pháp do vậy điều kiện mặt bằng,
không gian thi công chật hẹp. Nguồn động lực để cung cấp cho
cơ cấu công tác khoan cắt đất và thực hiện các thao tác trong
quá trình thi công cọc khoan nhồi đường kính nhỏ cần đảm bảo
tiêu chí: Đủ công suất, nhỏ gọn, vận chuyển dễ dàng, tháo lắp
đơn giản…
2.2. Bộ phận công tác
Bộ phận công tác có vai trò quan trọng trong việc cắt đất,
hiện nay các nhà sản xuất có các dạng thiết bị công tác có thể
kể đến sau: Gầu khoan, đầu khoan xoắn có răng ở mũi xoắn, có
răng ở vành xoắn và mũi khoan dạng vành gắn lưỡi cắt (Hình
3a, hình 3b, hình 3c, hình 3.d).

TẠP CHÍ VẬT LIỆU & XÂY DỰNG
Hình 3.a: Gầu khoan
Hình 3.b: Đầu khoan xoăn có răng ở mũi xoắn
2
3
1
5
4
Hình 3.c: Đầu khoan có răng ở vành xoắn
Hình 3.d: Đầu khoan dạng vành gắn lưỡi cắt
1: Ống thép tiện ren trong; 2: Vành răng của lưỡi cắt; 3: Thanh
tăng cứng; 4: Lưỡi cắt; 5: Răng cắt
1
4
5
6
7
9
8
11
12
13
3
2
10
8
1
2
3
4
5
7
6
9
10
Hình 4a: Thiết bị cọc khoan nhồi đường kính nhỏ - dẫn động thủy lực
1: Puli đầu cần; 2: Giá đỡ mô tơ thủy lực; 3: Ống bơm dung dịch giữ
thành vách 4: Tháp dẫn hướng; 5: Đường ống thủy lực; 6: Cần khoan; 7:
Giá đỡ tháp dẫn hướng; 8: Cụm xilanh cân bằng cần đỡ chính; 9: Giá
kẹp cần khoan; 10: Gầu khoan dạng vành gắn răng cắt; 11: Xilanh điều
chỉnh cần đỡ chính; 12: Máy cơ sở; 13: Tang cuốn cáp;
Hình 4b: Thiết bị cọc khoan nhồi đường kính nhỏ - dẫn
động điện
1: Khớp nối cần; 2: Cụm dẫn động đầu khoan; 3: Cáp
nâng hạ cần khoan; 4: Tháp dẫn hướng; 5: Cáp nâng hạ
tháp dẫn hướng; 6: Ổn trọng; 7: Cơ cấu di chuyển; 8: Ray
dẫn hướng; 9: Cơ cấu nâng hạ cần khoan; 10: Cơ cấu
nâng hạ hộp dẫn hướng
Địa chất là yếu tố được xem xét đầu tiên khi thiết kế thiết
bị thi công cọc khoan nhồi đường kính nhỏ, nó tác động trực
tiếp tới bộ phận công tác của thiết bị, quyết định tới chi tiết cấu
tạo của bộ phận công tác cũng như thông số kỹ thuật của máy
cơ sở được chọn. Việt Nam là một đất nước trải dài từ địa đầu
Lũng Cũ tới mũi Nam - Phú Quốc, do đó địa hình, địa vật và địa
chất khá đa dạng phong phú. Để thiết kế bộ phận công tác có
khả năng vận hành trong nhiều địa hình, địa chất trải dài và
phức tạp nhóm tác giả lựa chọn cột địa chất có khả năng bao
hàm địa chất có nhiều vùng miền. Khi thi công khoan cọc nhồi,
gầu khoan có thể gặp những dạng đất đá khác nhau. Nhóm tác
giả lựa chọn bộ phận công tác cho thiết bị khoan nhồi đường
kính nhỏ là đầu khoan dạng vành gắn lưỡi cắt để tính toán cho

TẠP CHÍ VẬT LIỆU & XÂY DỰNG
thiết bị khoan là phù hợp với công nghệ và trình độ gia công chế
tạo trong nước.
3. Sơ đồ khối và các thông số cơ bản của thiết bị thi công
cọc khoan nhồi đường kính nhỏ
3.1. Thiết bị thi công cọc khoan nhồi đường kính nhỏ
Thiết bị thi công cọc khoan nhồi đường kính nhỏ có 2
dạng nguồn dẫn động: dẫn động thủy lực (năng lượng cần thiết
sử dụng cho quá trình thi công cọc được trích ra từ máy cơ sở)
và dẫn động điện. Cấu tạo của thiết bị thi công cọc khoan nhồi
đường kính bé được mô tả trên (hình 4.a và hình 4.b) [7]
Thiết bị thi công cọc khoan nhồi đường kính nhỏ, sử dụng
hệ thống di chuyển của máy kéo bánh xích - dẫn động thủy lực,
có một số ưu điểm nổi bật kể đến bao gồm: Khả năng cơ động
cao, di chuyển được trên mọi địa hình phức tạp, lầy lội, làm
việc bền bỉ, ổn định, hiệu suất làm việc cao, không phụ thuộc
vào nguồn điện lưới. Moomen dẫn động đầu khoan lớn nên thiết
bị có khả năng khoan thủng các địa tầng cứng, phức tạp, chiều
sâu khoan lớn. Nhờ với nhiều ưu điểm đó nên thiết bị thi công
dạng này được sử dụng phổ biến để thi công cọc khoan nhồi
đường kính nhỏ trong thực tiễn sản xuất.
Thiết bị thi công cọc khoan nhồi đường kính nhỏ, sử dụng
hệ di chuyển trên ray – dẫn động điện, có ưu điểm đó là thiết bị
có thể di chuyển một cách dễ dàng, nhẹ nhàng và ổn định. Dễ
dàng vận hành, không đòi hỏi trình độ cao của công nhân vận
hành. Có cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo, chi phí đầu tư thiết bị rẻ
hơn rất nhiều so với sử dụng hệ thống di chuyển trên các máy
đào làm máy cơ sở. Tuy nhiên phụ thuộc vào nguồn điện lưới,
bị hạn chế về kích thước tiết diện và chiều sâu khoan cọc. Thiết
bị dạng này chủ yếu sử dụng trong các công trình bị hạn chế về
hệ thống giao thông, ngõ sâu, hẹp, có sẵn lưới điện vì dạng thiết
bị này có thể tháo lắp di động.
Mô tả qui trình tính toán thiết kế thiết bị thi công cọc
khoan nhồi đường kính nhỏ thông qua sơ đồ khối sau:
Trong bài báo này, nhóm tác giả trình bày qui trình tính toán
thiết kế thiết bị thi công cọc khoan nhồi đường kính nhỏ chung
cho cả 2 dạng nguồn dẫn động điện và thủy lực với bộ phận
công tác.
Khi thi công khoan tạo lỗ cọc khoan nhồi đường kính nhỏ
không sử dụng cần kelly như những thiết bị thi công cọc khoan
nhồi đường kính lớn mà sử dụng các đoạn cần khoan nối lại với
nhau bởi liên kết ren trong. Cần khoan có cấu tạo dạng ống có
đường kính (0.075-0.09)m rỗng, ở hai đầu có tiện ren để liên kết
với lưỡi cắt và nối các đoạn cần với nhau, khi khoan người vận
hành nối từng đoạn cần cho tới khi đạt cao độ thiết kế.
3.2. Xác định lực cần thiết, chiều dày phoi đất cắt, tốc độ
khoan và công suất động cơ dẫn động để lưỡi cắt xâm nhập vào
nền đất tạo chiều dầy phoi cắt.
Lực cắt phá vỡ đất của răng gầu phụ thuộc vào loại đất đá
khoan, vào đặc điểm cấu tạo của dụng cụ cắt và phương pháp
phá vỡ đất, vì vậy tìm ra phương pháp để tính lực cắt đất phù
hợp để từ đó xác định được mô men xoắn cần thiết của đầu
khoan và lưạ chọn được công suất của động cơ dẫn động thiết
bị khoan hợp lý là một điều rất cần thiết. Khi khoan, các răng
gầu thực hiện quá trình cắt đất đá dưới tác dụng của lực dọc
trục F
ao
và Mômen xoắn M truyền qua cần khoan đến gầu khoan
dạng vành lưỡi cắt.
Lực dọc trục F
ao
được tạo ra nhờ trọng lượng bản thân gầu,
cần khoan và lực ấn của tời thông qua pa lăng cáp. Khi này lực
dọc trục F
a0
phải khắc phục lực kháng của đất đá tác dụng lên
phần diện tích mặt đầu của lưỡi cắt khi lưỡi cắt ấn vào đất.
Mômen xoắn M cần phải vượt qua lực cản ở phần trước của lưỡi
cắt để làm vỡ đất đá (Hình 5: Sơ đồ lực tác dụng lên răng gầu
khi ấn mũi dao cắt vào nền đất).
Dưới tác dụng của lực F
a0
, lưỡi cắt bị ấn vào nền đất với độ
sâu h
o
.. Sự thâm nhập của lưỡi cắt vào nền đất chỉ xảy ra khi: [8]
Hình 5: Sơ đồ tác dụng lên răng gầu khi ấn mũi dao cắt vào nền đất
s
.
0
o
a
S
F >
(1)
Trong đó
S
o
- Diện tích bề mặt của răng cắt điển hình:
o
b
l
S
.
0
>
l
- Chiều dài của dao cắt (hình 6);
b
o
- Chiều rộng của dao cắt tiếp xúc với nền đất;
s
- giới hạn bền nén của đất đá;
Khi cho trước lực ấn lưỡi cắt F
a0
, có thể xác định được chiều sâu
phoi cắt [8]
q
s tg
l
F
h
ao
o
.
.
.
1,
1
=
(2)
Lực ấn F
a
được phân đều ra các dao cắt trên gầu khoan. Khi đó
lực ấn lên mỗi lưỡi cắt trên gầu khoan phải đảm bảo điều kiện:
s
.
0
o
a
a
S
m
F
F
>
=
(3)

TẠP CHÍ VẬT LIỆU & XÂY DỰNG
Theo [8], quãng đường quãng đường, chiều sâu phoi cắt và
vận tốc khoan được xác định bằng các biểu thức sau:
Quãng đường lưỡi cắt thâm nhập vào nền đất sau 01 vòng
quay
là:
m
h
h
o
av
.
=
(cm)
(4)
Chiều sâu H của lưỡi cắt thâm nhập vào nền đất là:
t
n
m
h
H
o
.
.
.
=
(cm)
(5)
Độ ấn sâu của gầu vào nền đất sau một vòng quay sẽ là:
n
m
V
h
tt
.
=
(cm/vòng)
(6)
Trong đó:
n
- Tốc độ quay gầu khoan (v/ph);
Theo [8], Công suất cần thiết để khoan được xác định theo
biểu thức:
h
)
(
4
3
2
1
P
P
P
P
P
f
+
+
+
=
(kW)
(7)
Trong đó:
P
1
: Công suất cần thiết để phá vỡ đất;
P
2
: Công suất cần thiết để thắng lực cản ma sát giữa bộ
phận công tác với nền đất;
P
3
: Công suất cần thiết để quay cần và gầu khoan khắc
phục lực cản của dung dịch khoan;
P
4
: Công suất cần thiết để thắng các lực cản do quá trình
đưa phoi đất vào gầu;
STT
Công suất
cần thiết
Biểu thức xác định
Đơn
vị
1
Công
suất
cần thiết để
phá vỡ đất
1
4
.
.
45.10
tt
o
p
AV
P
k k
=
KW
2
Công
suất
cần thiết để
thắng
lực
cản ma sát
giữa bộ phận
công tác với
nền đất
2
. . . . .
900000
a
k n D F
P
p m
=
KW
3
Công
suất
cần thiết để
quay cần và
gầu
khoan
khắc
phục
lực cản của
dung
dịch
khoan
3
2
3
.
.
.
.
.
n
n
d
L
P
g
a
=
KW
4
Công
suất
cần thiết để
thắng các lực
cản do quá
trình
đưa
phoi đất vào
gầu
42
41
4
P
P
P
+
=
41
5
. . .
. . .
18.10
p
n m D
P
h k tg
p
f
=
2
2
42
1
4
. . .
. . .
. .
.
180.10
g
d
g
n m D
P
h H
k
H
p
g
g
é
ù
=
+
ë
û
KW
Trong đó:
k
P
- Lực cản cắt riêng của đất (daN/cm
2
);h- Chiều sâu ấn
của lưỡi cắt vào nền đất (cm); D- Đường kính ứng với mép
ngoài của lưỡi cắt (cm);
4
.
2
D
A
p
=
k
0
- hệ số điều chỉnh, kể đến sự không đồng nhất của nền
đất k
0
>1
m
- Hệ số ma sát giữa dao và nền đất ;
F
a
- Lực ấn gầu khoan vào nền đất tương ứng với chiều sâu
ấn dao là h;
v- là vận tốc tiếp tuyến tại điểm đặt lực;
g
- Tỷ trọng của dung dịch khoan, phụ thuộc vào môi
trường khoan, (g/cm
3
);
L - Chiều dài của cần khoan ngập trong môi trường thủy
lực, (m);
d- Đường kính ngoài của cần khoan, (cm);
n - Tốc độ quay cần khoan (vòng/ ph);
a
- Hệ số thực nghiệm: Khoan có ống vách, a = 2.0*10
-8
;
Khoan thăm dò, a = 0.9 *10
-6
[9]
j
1
- Góc ma sát trong của đất;
3.3. Cấu tạo một số chi tiết điển hình
Cấu tạo của mũi khoan dạng vành gắn lưỡi cắt và cần
khoan (hình 6.a và hình 6.b) [7]
Cấu tạo mũi khoan dạng vành gắn lưỡi lưỡi cắt (hình 6.a)
[7] bao gồm vành răng tròn bằng thép 2, xung quanh vành răng
thép hàn các răng cắt 5. Vành răng thép 2 được hàn cố định với
lưỡi cắt 4, lưỡi cắt 4 có hai lưỡi nhỏ xòe sang hai bên ngược
chiều nhau nhằm tạo ra lực cắt đất tốt nhất khi xoay lưỡi cắt. Ở
giữa 2 lưỡi cắt 4 được hàn cố định với ống thép được tiện ren
trong nhằm mục đích liên kết với cần khoan để truyền moomen
xoắn khi khoan. Để lưỡi cắt có độ cứng vững hơn thanh tăng
cứng bằng thép 3 được hàn cố định giữa ống thép 1 và lưỡi cắt 4.
Cơ cấu lấy mùn khoan (lưỡi vét) có cấu tạo gồm hai lưỡi
cắt 4, trên lưỡi cắt hàn các răng cắt 3, lưỡi cắt và răng cắt được
liên kết hàn với vành răng lưỡi vét 2. Ống thép có tiện ren trong
(7) có nhiệm vụ nối với cần khoan.Trên vành răng lưỡi cắt có 2
cánh vét 1 được liên kết bằng bản lề có tác dụng mở ra khi lưỡi
vét được hạ xuống hố khoan và được đóng lại khi kéo phoi đất,
mùn khoan (hình 7) [7]
Để tiến hành khoan cắt đất nguồn động lực được trích từ
bơm của máy cơ sở điều khiển moto thủy lực gắn trên giá đỡ
cần dẫn hướng tạo ra momen quay cần khoan, làm quay mũi
khoan, mũi khoan xoay và tiến hành cắt đất bởi các răng cắt
cùng với đó là sự tương hỗ của bơm dẫn dung dịch khoan làm
mềm lớp đất cắt. Dung dịch giữ thành hố khoan được bơm đẩy
thông qua hệ thống đường ống vào thân cần khoan. Do trọng
lượng bản thân của hệ thống đầu khoan, lực ấn của hệ cáp neo
đưa lưỡi cắt tiến sâu vào nền đất tạo thành phoi đất cắt và mùn
khoan.
Quá trình khoan kết thúc khi mũi khoan đạt độ sâu thiết
kế, mũi khoan dạng vành lưỡi cắt được đưa lên và thay bằng
lưỡi vét mùn khoan. Phoi đất, mùn khoan trong hố khoan được
đưa lên nhờ kết hợp lực đẩy tuần hoàn của bơm dung dịch giữ
thành vách bentonite và lực kéo cáp treo trên giá đỡ moto thủy
lực.

TẠP CHÍ VẬT LIỆU & XÂY DỰNG
2
3
1
5
4
080
0 55
Hình 6.a: Cấu tạo mũi khoan dạng vành gắn lưỡi cắt
1: Ống thép tiện ren trong; 2: Vành răng của lưỡi cắt; 3:
Thanh tăng cứng; 4: Lưỡi cắt; 5: Răng cắt
Hình 6.b: Cấu tạo cần khoan
Hình 8a: Sơ đồ tính toán ổn định thiết bị thi công cọc khoan nhồi đường
kính nhỏ trong trường hợp vét mùn khoan
Hình 8b: Sơ đồ lực tính toán ổn định thiết bị thi công
cọc khoan nhồi đường kính nhỏ trong trường hợp hạ
lồng thép
A
A
1
3
4
2
6
7
5
5
3
2
A-A
TL 1:2,5
Hình 7: Cấu tạo cơ cấu lấy mùn khoan (Lưỡi vét)
1: Cánh vét; 2: Vành răng lưỡi vét; 3: Răng cắt; 4: Lưỡi cắt; 5:
Bản lề; 6: Thanh gia cường; 7: Ống thép tiện ren trong
Tính bền cho lưỡi vét trong trường hợp nguy hiểm nhất là
khi kéo mùn khoan lên. Khi kéo lưỡi cắt lên thời điểm dừng bơm
dung dịch khoan giữ thành vách để tháo đoạn cần khoan,
thời điểm này lưỡi vét chịu trọng lượng của toàn bộ cột mùn
khoan tác dụng đều lên cánh vét.
4. Tính toán ổn định thiết bị thi công cọc khoan nhồi
đường kính nhỏ
Thiết bị thi công cọc khoan nhồi được tính toán ổn đinh
trong trường hợp làm việc ở trạng thái làm việc nguy hiểm nhất
đó là: Khi đang tiến hành kéo mùn khoan, phoi đất ở chiều sâu
lớn nhất và khi tiến hành sử dụng thân tháp hạ lồng thép.
Trường hợp này có các lực tác dụng: S
p
: Trọng lượng của
puly; S
c
: Lực căng cáp lớn nhất ; P: Trọng lượng hệ thanh
chống; Q: Trọng lượng bệ máy khoan; R
1
: Trọng lượng cơ cấu
nâng hạ cần khoan; R
2
: Trọng lượng cơ cấu nâng hạn cần hộp
dẫn hướng; W
g
: Tải trọng gió tác dụng lên máy khoan; W
g1
: Tải
trọng gió tác dụng lên 10m đầu cần hộp; W
g2
: Tải trọng gió tác
dụng lên 2,74m cuối cần hộp; P
đt
: Trọng lượng của đối trọng.
Trong cả 2 trường hợp thiết bị thiết kế làm việc ổn định.
5. Qui trình lắp dựng thiết bị
Thiết lập qui trình lắp dựng thiết bị đối với thiết bị thi công
cọc khoan nhồi di chuyển trên ray, sử dụng hệ dẫn động gầu
khoan bằng điện. Để vận chuyển thiết bị tới công trường thi

TẠP CHÍ VẬT LIỆU & XÂY DỰNG
công: cần hộp dẫn hướng, bệ giá khoan và đầu khoan, cần
khoan, ống đổ…được tháo thành từng đoạn và vận chuyển bằng
các thiết bị chuyên dùng. Khi thiết bị được vận chuyển tới công
trường quá trình lặp đặt tuân thủ các bước sau:
Bước 1: Lắp hệ thống đường ray và bệ giá khoan
Hệ thống ray có nhiệm vụ dẫn hướng di chuyển cho máy
khoan di chuyển trong quá trình làm việc trên công trường vì thế
lắp đặt ray di chuyển là bước đầu tiên, là bước rất quan trọng
trong lắp dựng máy khoan. Hệ thống ray được lắp đặt trên vị trí
dọc theo sơ đồ di chuyển máy khoan, trước khi lắp ray cần phải
dọn dẹp, làm sạch, làm bằng phẳng vị trí đặt ray để sao cho ray
đặt phải cân bằng để máy làm việc và di chuyển ổn định.
Khoảng cách đặt 2 thanh ray cần đảm bảo chính xác để khi đặt
bệ giá khoan lên hệ thống ray khớp với bánh ray của cơ cấu di
chuyển của máy khoan. Lắp bệ giá khoan lên ray sao cho bánh
ray khớp với hệ thống ray đã đặt trước đó, ray được cố định bởi
kẹp ray.
Bước 2: Lắp cơ cấu nâng bệ giá khoan
Sử dụng thiết bị nâng đơn giản tiến hành nâng hộp dẫn
hướng đặt trên bệ giá khoan, tổ đội công nhân sử dụng chi tiết
liên kết cố định cơ cấu nâng lên bệ giá khoan.
Bước 3: Lắp hộp dẫn hướng lên bệ giá khoan
Hộp dẫn hướng được lắp ráp gồm 02 đoạn cần hộp lớn và
nhỏ lồng vào nhau, sau đó lắp giá đỡ đầu khoan vào ray di
chuyển trên hộp dẫn hướng. Tổ chức nâng hộp dẫn hướng tới vị
trí lắp trên bệ giá khoan cố định hộp dẫn hướng bằng các chốt
liên kết. Tiếp theo tiến hành lắp thanh chống vào 2 tai gắn trên
hộp dẫn hướng bằng chốt, 2 thanh chống cũng được liên kết với
hộp dẫn hướng bằng liên kết khớp. Đưa cáp vào vị trí puly đầu
cần, vào hệ thống nâng hộp dẫn hướng.
Sử dụng cơ cấu nâng, tiến hành nâng hộp dẫn hướng lên
cao dần với vận tốc chậm, khi gần tới độ cao thẳng đứng, tổ
chức để tổ đội liên kết thanh chống và cố định thanh chống vào
bệ giá khoan cố định 2 thanh chống vào bệ giá khoan.
Bước 4: Lắp đầu khoan và giá kẹp cần khoan lên hộp dẫn hướng
Lắp đặt đầu khoan: Sử dụng cơ cấu nâng đầu khoan lên giá
đỡ đầu khoan rồi sử dụng các chi tiết liên kết cố định đầu khoan
vào giá khoan. Lắp giá kẹp cần khoan lên máy khoan: Tiến hành
lắp đặt giá kẹp cần khoan lên hộp dẫn hướng của thiết bị khoan.
Các bộ phận của giá kẹp được liên kết với hộp dẫn hướng bằng
liên kết bản lề.
Bước 5: Lắp đối trọng lên bệ giá khoan hoàn thành công
tác lắp dựng.
Lắp đặt các thiết bị phụ trợ, kiểm tra chạy thử thiết bị trước
khi tiến hành công tác khoan
6. Kết Luận
Bài báo giới thiệu tình hình phát triển, ứng dụng của cọc
khoan nhồi đường kính nhỏ ở Việt Nam và trên thế giới của cọc
khoan nhồi đường kính nhỏ. Nhóm tác giả xây dựng qui trình
tính toán thiết bị thi công cọc khoan nhồi đường kính nhỏ phục
vụ thi công các công trình có qui mô vừa và nhỏ, trong điều kiện
mặt bằng thi công chật hẹp. Đã xây dựng mô hình tính toán, các
biểu thức xác định lực, mô men cũng như các thông số làm việc
của gầu khoan dạng vành gắn lưỡi cắt được xây dựng dựa trên lý
thuyết khoan xoay kiểu choòng, có chú ý đến đặc điểm cấu tạo,
đặc điểm làm việc của cơ cấu công tác. Xây dựng trình tự lắp
đặt thiết bị khoan nhồi đường kính nhỏ dẫn động điện.
Nghiên cứu này cũng có thể áp dụng làm liệu tham khảo
cho sinh viên khi làm đồ án cũng như cán bộ kỹ thuật khi thiết
kế cải tạo máy hoặc tính toán để lựa chọn chế độ vận hành của
máy.
Tài liệu tham khảo
[1] PGS.TS Trịnh Chất, TS Lê Văn Uyển (2006), Tính toán thiết kế hệ dẫn động 
cơ khí tập 1, Nhà xuất bản Giáo dục. 
[2] Nguyễn Y Tô (1988), Sức bền vật liệu, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ 
thuật. 
[3] PGS.TS Trần Xuân Tuỳ, ThS. Trần Minh Chính, KS. Trần Ngọc Hải (2005), 
Giáo trình hệ truyền động thuỷ khí, Nhà xuất bản xây dựng. 
[4] TCXDVN 356 (2005), Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép tiêu chuẩn thiết 
kế, Nhà xuất bản Xây dựng. 
[5] Phan Quang Minh, Ngô Thế Phong, Nguyễn Đình Cống (2011), Kết cấu 
bê tông cốt thép (phần cấu kiện cơ bản), Nhà xuất bản khoa học và kỹ 
thuật. 
[6] Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 9395:2012 về Cọc khoan nhồi - Thi công và 
nghiệm thu. 
[7] Nguyễn Văn Mạnh (2014), Nghiên cứu thiết kế thiết bị thi công “cọc khoan 
nhồi tiết diện nhỏ” cho phân khúc nhà xây chen, với điều kiện mặt bằng và 
hạ tầng thi công chật hẹp. 
[8] Nguyễn Văn Mạnh (2013), Luận văn thạc sĩ; 
[9] Load Strength, RTH 325 - 89.ST.MIHAILESCU (1983), Masini de constructii 
si pentru prelucrarea agregatelor. Editura didactic¨ si pedagogica-
Bucurestil 1983. 
[10] Nagaratnan Sivakugan, Sajny Kumar Shaceta and Braja M.Das (2013), 
Rock mechanics introducetion, CRC Rress. 
[11] B.H.G. Brady, E.T. Brow (2004), Rock mechanics for under ground mining, 
Kluwer academic Publishers. 
[12]John A. Hudson, John P. Harrison (2000), Engineering rock mechanics an 
Introduction to the Principles, Pergamon. 
[13]Venkata Ramasubbarao GODAVARTHI*, Dineshbabu MALLAVALLI, 
Ramya 
PEDDI, 
Neelesh KATRAGADDA, and Prudhvikrishna MULPURU (2011) 
Contiguous Pile Wall as a Deep Excavation Supporting System, Leonardo 
Electronic Journal of Practices and Technologi 
[14]Nick Wharmby Brian Perry Civil, Hamilton, Waikato, New Zealand (2010),
Development of Secant Pile Retaining Wall Construction in Urban New 
Zealand,
[15]Dr. Elfatih M. A. Ahmed
1
, Dr. Mohamed A. Osman
2
, Mohamed E. M. Ali
3
(2016), Shoring for Deep Excavation in Urban Khartoum, Sudan 
1,2,3Engineering Services & Design (ESD)-Khartoum, Sudan
[16]John Gannon (2015) ,Primary firm secant pile concrete specification, 
Geotechnical Engineering, Proceedings of the Institution of Civil 
Engineers 
[17]M. Korff , A.F. van Tol , E. de Jong (2007), Risks related to CFA- pile walls, 
14th ECSMGE Madrid 2007 
[18]Building Research Establishment, (2004) ‘working platforms for tracked 
plant’, BRE Press, Garston Watford, United Kingdom 
[19]Bustamante, M. and Gianeselli, L. (1998). Installation parameters and 
capacity of screwed piles. Proceedings of the 3rd Int. Geotechnical Seminar 
on Deep Foundations on Bored and Auger Piles, Ghent, Belgium, 19–21 
October 1998, pp. 95–108 
[20]Larisch, M, Poskitt, N, Netterville, H and Dredge S (2013), ‘Advanced 
quality assurance for piling worksfor the WICET project in Gladstone’, AGS 
journal, vol. 48, no. 1, pp. 99–112. 
[21]Nguyen, T, V, Rayamajhi, D, Boulanger, R, W, Ashford, S, A, Lu, J, Elgamal, 
A, and Shao, L, (2013), ’Design of DSM Grids for Liquefaction Remediation’, 
Journal of geotechnical and geoenvironmental engineering, pp. 1923-
1933