1. Các trường hợp phát sinh cọc chịu kéo nhổ
Cọc chịu nhổ (Tension Piles) thường xuất hiện trong 4 nhóm công trình thực tế sau:
- Nhà cao tầng có tầng hầm sâu: Chịu áp lực đẩy nổi Archimedes của mực nước ngầm cao khi tổng tải trọng đứng của công trình (đặc biệt trong giai đoạn thi công hầm) không đủ để giữ móng.
- Nhà công nghiệp 1 tầng vượt nhịp lớn, mái nhẹ: Tĩnh tải kết cấu (khung thép, mái tôn) quá nhỏ không đủ triệt tiêu lực bốc gió mái (Wind Uplift) và mômen chân cột lớn do gió bão, làm phát sinh phản lực kéo nhổ lớn tại móng.
- Công trình tháp mảnh chịu tải trọng ngang lớn: Tải trọng gió hoặc động đất tạo mômen lật cực đại ở chân vách cứng, tháp viễn thông, trụ điện gió, trụ cầu, silô và ống khói.
- Công trình ngầm và kết cấu neo đặc thù: Bể ngầm rỗng, tường chắn giữ hố đào sâu, móng neo giữ kết cấu mái dây căng hoặc mái bạt.
Nguyên lý làm việc cơ bản
2. Xác định sức chịu tải kéo nhổ theo đất nền (TCVN 10304:2025)
Theo TCVN 10304:2025 (Điều 7.2.2.4 cho cọc đóng/ép ma sát & Điều 7.2.3.4 cho cọc khoan nhồi), tính toán cọc chịu kéo có hai điểm khác biệt cốt lõi so với cọc chịu nén:
- Bỏ qua sức kháng mũi cọc: Sức chịu kéo chỉ được tạo thành từ ma sát bên dọc thân cọc (triệt tiêu hoàn toàn qbAb = 0).
- Hệ số điều kiện làm việc γc suy giảm: Trong khi cọc chịu nén lấy γc = 1,0 thì cọc chịu kéo chỉ lấy 0,6 ÷ 0,8 do khi kéo, đường kính thân cọc co hông làm giảm áp lực đất xung quanh và khi ma sát thành cọc trượt hết, cọc sẽ bị nhổ tuột đột ngột (không có mũi cọc giữ lại).
Trong đó:
- Rk: Giá trị tiêu chuẩn của sức chịu tải kéo theo đất nền (kN).
- u: Chu vi tiết diện thân cọc (m).
- fi: Cường độ ma sát bên tiêu chuẩn của lớp đất thứ i tiếp xúc với thân cọc (kPa).
- hi: Chiều dày lớp đất thứ i tiếp xúc với thân cọc (m).
- γR,f: Hệ số điều kiện làm việc của đất đối với ma sát bên (tra bảng TCVN).
- γc: Hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất khi chịu kéo (Điều 7.2.2.4):
- γc = 0,6 – khi chiều sâu hạ cọc < 4 m.
- γc = 0,8 – khi chiều sâu hạ cọc ≥ 4 m.
Xét trọng lượng bản thân cọc
3. Hệ số an toàn của cọc chịu kéo
TCVN 10304:2025 quy định hệ số độ tin cậy về đất (γk) cho cọc chịu kéo phụ thuộc vào số lượng cọc trong móng:
| Số cọc trong móng | γk (Tính toán lý thuyết) | γk (Xác định bằng thử tĩnh / CPT) |
|---|---|---|
| 1–5 cọc | 1,75 | 1,60 |
| 6–10 cọc | 1,65 | 1,50 |
| 11–20 cọc | 1,55 | 1,40 |
| ≥ 21 cọc | 1,40 | 1,25 |
4. Kiểm tra sức chịu tải kéo theo vật liệu cọc (Rd,tm)
Khi chịu kéo, bỏ qua hoàn toàn khả năng chịu kéo của bê tông. Toàn bộ lực kéo dọc trục phải do cốt thép dọc đảm nhận:
Trong đó:
- Rd,tm: Sức chịu tải tính toán chịu kéo theo vật liệu (kN hoặc Tấn).
- Rs: Cường độ chịu kéo tính toán của cốt thép dọc (MPa).
- As: Tổng diện tích tiết diện cốt thép dọc thân cọc (mm²).
Lưu ý đối với cọc ly tâm ứng lực trước (PHC)
5. Chiều dài neo cốt thép đầu cọc vào đài móng (Lan)
Cốt thép đầu cọc ngàm vào đài móng phải đủ chiều dài neo chịu kéo cơ bản (Lan) theo TCVN 5574:2018 để truyền an toàn lực kéo từ cọc vào đài bê tông. Với lực nhổ lớn, nên kết hợp uốn móc cốt thép đầu cọc để tăng cường chống tuột.
| Nhóm cốt thép | Cấp độ bền bê tông (Mác bê tông đài móng) | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| B15 M200 | B20 M250 | B22.5 M300 | B25 M350 | B30 M400 | B35 M450 | B40 M500 | B45 M600 | |
| CB240-T | 46.7d | 38.9d | 35.0d | 33.3d | 30.4d | 26.9d | 25.0d | 23.3d |
| CB300-T | 57.8d | 48.1d | 43.3d | 41.3d | 37.7d | 33.3d | 31.0d | 28.9d |
| CB300-V | 34.7d | 28.9d | 26.0d | 24.8d | 22.6d | 20.0d | 18.6d | 17.3d |
| CB400-V | 46.7d | 38.9d | 35.0d | 33.3d | 30.4d | 26.9d | 25.0d | 23.3d |
| CB500-V | 58.0d | 48.3d | 43.5d | 41.4d | 37.8d | 33.5d | 31.1d | 29.0d |
6. Một số lưu ý kỹ thuật quan trọng khác khi thiết kế cọc chịu kéo nhổ
Khi tính toán cọc chịu nhổ trong thực tế thiết kế, kỹ sư cần đặc biệt chú ý 4 vấn đề kỹ thuật sau:
1. Kiểm tra nứt theo sơ đồ Kéo – Uốn (thay vì Nén – Uốn)
Khác với cọc chịu nén (lực nén dọc trục giúp khép kín vết nứt), lực kéo nhổ làm tăng nhanh ứng suất kéo và đẩy sớm thời điểm nứt bê tông. Bề rộng khe nứt (acrc) phải được tính toán kiểm tra theo bài toán cấu kiện bê tông cốt thép chịu kéo lệch tâm (kéo uốn) theo TCVN 5574:2018 nhằm bảo vệ cốt thép khỏi nguy cơ ăn mòn trong đất và nước ngầm.
2. Kiểm tra điều kiện làm việc đồng thời Kéo và Uốn (Nt – M)
Không kiểm tra tách rời riêng rẽ lực kéo dọc trục (Nt ≤ Rd,tm) và mômen uốn (M ≤ Mu). Lực kéo dọc trục làm suy giảm rất nhanh khả năng chịu mômen uốn của tiết diện. Kỹ sư bắt buộc phải kiểm tra cặp nội lực đồng thời (Nt, M) nằm trong biểu đồ tương tác uốn – kéo thực tế của cọc.
3. Kiểm tra mối nối đốt cọc chịu kéo và uốn kéo
Với cọc ghép nối nhiều đoạn đốt, mối nối (bản mã hàn, chốt cơ khí hoặc bích nối) phải chịu được toàn bộ lực kéo dọc trục và mômen uốn tại cao độ mối nối. Đường hàn và chi tiết thép nối phải được tính toán kiểm tra chịu kéo theo TCVN 5575 để phòng ngừa nguy cơ đứt gãy mối nối làm tuột đoạn cọc bên dưới.
4. Kiểm tra chiều dài lồng thép neo nhồi lòng cọc ly tâm (PHC)
Đối với cọc bê tông ly tâm ứng lực trước (PHC), lực kéo từ đài móng truyền sang cọc thông qua lồng thép râu neo được đổ bù bê tông nhồi lòng cọc (Plug Concrete). Kỹ sư cần tính toán kiểm tra 2 điều kiện ngàm neo:
- Chiều sâu lồng thép cắm vào lòng cọc: Phải đủ chiều dài truyền lực bám dính giữa khối bê tông nhồi lòng và bề mặt thành trong cọc ly tâm để chống tuột lõi.
- Chiều dài neo cốt thép nhô lên đài móng: Phải thỏa mãn đủ chiều dài neo kéo Lan theo TCVN 5574:2018.