Một số giải pháp thiết kế móng trên nền castơ

40 T„P CHŠ KHOA H“C KI¦N TR”C - XŸY D¼NG
KHOA H“C & C«NG NGHª
Một số giải pháp thiết kế móng trên nền castơ
Some solutions for foundation design based on Karst
Nguyễn Thị Thanh Hương
Tóm tắt
Castơ là một hiện tượng địa chất phức 
tạp tiềm ẩn nhiều rủi ro cho nền móng 
công trình. Thiết kế nền móng công 
trình trong vùng castơ luôn là thách thức 
đòi hỏi các kỹ sư thiết kế phải có kinh 
nghiệm. Do vậy, bài báo sẽ trình bày các 
dạng nền castơ ở Việt Nam và tổng kết 
một số giải pháp móng trên nền castơ.
Từ khóa: castơ, nền móng
Abstract
Karst is a complex geological phenomenon 
that poses many risks to the building. 
Designing foundations in Karst region 
is a challenge that requires experienced 
engineers. Thus, the paper is to present 
Karst formation in Vietnam and summarize 
solutions of foundation based on Karst.
Key words: karst, foundation
ThS. Nguyễn Thị Thanh Hương
Bộ môn Địa kỹ thuật, Khoa Xây dựng 
Email: huongkxd@yahoo.com 
ĐT: 0983695880
Ngày nhận bài: 04/05/2017 
Ngày sửa bài: 15/05/2017 
Ngày duyệt đăng: 22/10/2019
1. Đặt vấn đề
Castơ là một hiện tượng địa chất, là sản phẩm của nhiều hoạt động địa chất như 
của dòng chảy ngầm và dòng chảy mặt trên các đá dễ hòa tan như đá vôi CaCO3, 
dolomit CaMg(CO3)2, thạch cao CaSO4 và Halit (đá muối NaCl) kết hợp với hoạt động 
nâng hạ kiến tạo vỏ trái đất để tạo thành các hang động. Cơ chế hình thành castơ trên 
đá carbonat là hòa tan kết tủa theo phản ứng thuận nghịch: 
H2C03+CaC03 → Ca(HC03)2 → CaC03 ↓ + H20 + C02 ↑
Trong đó H2C03 được hình thành từ CO2 trong tự nhiên, chủ yếu trong khí quyển 
cùng với nước và phân ly trong nước theo phản ứng:
H20+C02 →H2C03 → H+ + HC03-
Quá trình phản ứng diễn ra theo hai chiều thuận nghịch phụ thuộc vào tương quan 
hàm lượng C02 và CaC03 kết tủa. Nếu CaC03 tăng quá nồng độ bão hòa phản ứng 
sẽ diễn ra chiều ngược lại. Do đó, nước không vận động quá trình hòa tan sẽ dừng 
lại castơ không phát triển. Nồng độ bão hòa phụ thuộc vào điều kiện nhiệt độ, áp suất 
môi trường. Sự hòa tan kết tủa các đá diễn ra theo thời gian địa chất, trong quãng thời 
gian đó nó luôn bị chi phối bởi các hoạt động khác làm thay đổi các điều kiện hòa tan.
Do đặc điểm hinh thành castơ phụ thuộc vào nhiều yếu tố nên trong tự nhiên có 
nhiều dạng castơ rất khác nhau, với chiều sâu và quy mô phân bố đa dạng. Thực tế, 
nhiều công trình xây dựng trên nền castơ từ vài trăm năm trước đây nay vẫn tồn tại, 
bên cạnh đó nhiều công trình phải xây dựng với chi phí tốn kém để xử lý nền castơ 
như Bỉm sơn, Tam điệp, hoặc gần đây xuất hiện các hố sụt lớn ở Ký Phú Đại Từ Thái 
Nguyên, Quốc Oai Hà Nội, Cẩm Phả Quảng Ninh. Do đó, cần phải tìm hiểu và đưa ra 
những giải pháp nền móng hợp lý cho công trình xây dựng trên nền castơ.
2. Phân loại castơ
Theo đặc điểm phân bố của đá bị castơ hoá, castơ được phân chia thành hai loại 
là castơ trần và castơ phủ. Castơ trần là đá bị castơ hoá nằm ngay trên mặt. Castơ 
phủ là đá bị castơ hoá bị che phủ bởi các lớp đất đá không hoà tan, không thấm nước 
hoặc đất đá không hoà tan có thấm nước, nằm trong lòng đất.
Đối với việc thiết kế nền móng công trình thì castơ được phân loại thành castơ 
sống và castơ chết.
Castơ sống: Đó là các hang hốc castơ, rãnh, mạch ngầm... vẫn đang trong quá 
trình castơ hóa, tức là vẫn có nước tích tụ hoặc lưu thông trong hang, rãnh, tiếp tục 
hòa tan đá để phát triển hệ thống hang rãnh này. Biểu hiện là lòng hang có thể là 
mạch nước hoặc bùn sét, hữu cơ...
Castơ chết: Là hệ thống hang, rãnh, mương đã kết thúc quá trình castơ hóa, biểu 
hiện là lòng hang khô hoặc được nhét đầy đất đá.
3. Đặc điểm phân bố castơ ở Việt Nam
Ở Việt Nam, đá vôi (địa hình castơ) chiếm gần 20% diện tích lãnh thổ phần đất 
liền, tức là khoảng 60.000 km2. Đá vôi tập trung hầu hết ở miền Bắc, phân chia thành 
6 khu vực.
Khu vực 1: Quần đảo núi sót castơ nổi lên trên mặt các vũng vịnh khu vực Hải 
Phòng- Quảng ninh và một phần ở Hà Tiên. Đá cacbonát có thành phần chủ yếu là đá 
vôi khối lớn hoặc phân lớp dầy tương đối thuần khiết, đôi chỗ đá vôi nằm xen kẹp với 
các đá trầm tích khác: cuội kết, cát kết, bột kết, sét kết. Đá vôi có tuổi Đêvôn, cácbon 
và Permi. Quá trình castơ vẫn đang phát triển mạnh, các núi sót không có lớp phủ tàn 
tích, các hang động có kích cỡ lớn, có giá trị du lịch.
Khu vực 2: Vùng đồng bằng ven biển Hải Phòng-Quảng Ninh, Ninh Bình-Thanh 
Hoá, Hà Tiên và một diện tích nhỏ ở Tây Ninh, có cao độ tuyệt đối biến đổi trung bình 
từ 0.5 ÷ 1.0m đến 8 ÷ 10m. Đá cácbonát bị phủ bởi các trầm tích đệ tứ có chiều dày từ 
1 ÷ 2m đến 10 ÷ 15m hoặc sâu hơn, đôi chỗ nổi lên trên mặt đất tạo thành các núi sót 
castơ đơn độc. Đá cácbonát có thành phần chủ yếu là đá vôi Cacbon-Permi. Castơ 
phát triển trong đá vôi ở khu vực Hải Phòng-Quảng Ninh, Ninh Bình-Thanh Hoá đến 
41 S¬ 36 - 2019
độ sâu 70 ÷ 80m, hình thành các tầng hang động phát triển 
theo chiều ngang và chiều sâu rất phức tạp. Khảo sát địa 
chất công trình trong khu vực này gặp nhiều khó khăn, đặc 
biệt cho các công trình quan trọng với tải trọng lớn như nhà 
máy xi măng,..
Khu vực 3: Vùng đồi núi mềm mại cấu thành chủ yếu 
bởi các đá phi cácbonát, xen kẹp các đồi núi sót castơ có 
kích cỡ khác nhau, phân bố rộng khắp ở các tỉnh Nghệ An, 
Sơn La, Lai Châu, Tuyên Quang, Hà Giang. Đá cácbonát 
trong khu vực này chủ yếu là đá hoa và đá vôi hoa hoá 
tuổi Proterozoi và paleozoi. Do sự phân bố hạn chế của đá 
cácbonat trong khu vực này mà castơ không ảnh hưởng 
nhiều đến quy hoạch phát triển kinh tế và xây dựng.
Khu vực 4: Bề mặt bóc mòn của các khối đá vôi lớn 
thuần khiết tuổi Cacbon-Permi có cao độ tuyệt đối từ 100 
÷ 200m đến 800 ÷ 900m, phát triển tương đối tập trung tại 
Quảng Bình, Nghệ An, Thái Nguyên, Cao Bằng. Castơ trong 
khu vực này phát triển mạnh cả dưới ngầm và trên bề mặt, 
tạo thành các hang động lớn ở phía dưới và địa hình hiểm 
trở, phân cắt mạnh ở phía trên. Xây dựng các công trình lớn 
như hồ chứa nước sẽ gặp rất nhiều khó khăn. Khảo sát địa 
chất công trình trong khu vực này ít gặp khó khăn, bởi vì 
trong khu vực hầu như không có lớp phủ.
Khu vực 5: Bề mặt bóc mòn-xâm thực của các khối đá vôi 
lớn nằm trong đới cà nát và nâng mạnh tân kiến tạo, phân 
bố ở khu vực Hà Giang và Lai Châu. Cao độ bề mặt khối đá 
có thể đạt tới 1000 ÷ 1900m, địa hình hiểm trở, không có 
lớp phủ sườn- tàn tích. Đá vôi ở Hà Giang có tuổi Cambri-
Ordovic, ở Lai châu có tuổi Đêvôn, chúng bị phân cách rất 
mạnh bởi các thung lũng và các khe trũng sâu. Castơ bề 
mặt trong khu vực này phát triển mạnh hơn castơ ngầm. 
Quá trình xâm thực đóng vai trò quan trọng trong thành tạo 
địa hình. Khai thác sử dụng lãnh thổ khu vực này gặp nhiều 
khó khăn.
Hình 1 - Sự hình thành castơ
Hình 2 - Hang castơ
Hình 3 - Sơ đồ phân bố đá cácbonat và phát triển 
castơ lãnh thổ Việt Nam
Hình 4 - Hố sụt tại thôn 2, xã Quý Lộc, huyện Yên 
Định, Thanh Hóa
42 T„P CHŠ KHOA H“C KI¦N TR”C - XŸY D¼NG
KHOA H“C & C«NG NGHª
Khu vực 6: Bề mặt san bằng và phân thuỷ, tạo thành đới 
hẹp chạy suốt từ Lai Châu về Ninh Bình, cao độ tuyệt đối địa 
hình biến đổi từ 200 ÷ 250m đến 1800 ÷ 2000m. Đá cácbonát 
trong khu vực này là đá vôi trias dạng khối và phân lớp dày. 
Đây là khu vực đặc trưng cho castơ trưởng thành, ở đây có 
thể bắt gặp tất cả các loại hình castơ như: thung lũng khô 
khép kín, cánh đồng xâm thực-hoà tan, các dòng chảy ẩn 
hiện, hang động castơ, hố sập và phễu castơ,...Chiều dầy 
của lớp phủ sườn - tàn tích từ 1 ÷ 2m đến 10 ÷ 15m. Phát 
triển kinh tế trong khu vực này tương đối thuận lợi, nhưng 
khảo sát và xây dựng công trình sẽ gặp khó khăn.
4. Các dạng địa hình castơ
Dòng chảy của nước mặt và nước ngầm xói mòn đá qua 
nhiều năm tạo thành các dạng địa hình rất phong phú trên 
bề mặt nền đá cũng như bên trong tầng đá. Những hang hốc 
trong lòng đá (hang castơ) có thể phát triển lớn đến mức trần 
hang không chịu nổi sức nặng của các lớp đất bên trên và 
sập xuống, tạo thành các hố sụt. Đây là hiện tượng địa chất 
gây nguy hiểm cho nền móng công trình.
Hố sụt có thể phân chia làm 3 loại:
• Sụt lở - castơ là hiện tượng sập mặt đất do hang castơ 
ở độ sâu không lớn, trần hang yếu. 
• Xói sụt lở - castơ là hiện tượng sập mặt đất do dòng 
nước mang các vật liệu của tầng phủ nằm trên đưa xuống 
hang gây sập lớp phủ bên trên (dòng thấm đi xuống).
• Sụt lở - xói sụt lở - castơ là tổ hợp của cả 2 loại hình 
nêu trên.
Ngoài hố sụt, nền địa chất đá vôi còn có các dạng khác 
như gai đá, bướu đá, đá mồ côi, hang hốc, bề mặt đá có độ 
dốc lớn, nền đá phong hóa nứt nẻ theo phương đứng, chủ 
yếu ảnh hưởng đến quá trình thi công các loại móng cọc ép, 
cọc đóng và cọc khoan nhồi.
5. Thiết kế móng trên nền địa chất có castơ
Có thể thấy, địa chất trong vùng có hang castơ rất phức 
tạp. Quá trình thiết kế và thi công nền móng công trình trong 
vùng địa chất castơ gặp nhiều khó khăn, thường xuyên phải 
tiến hành xử lý trước khi có thể đặt móng an toàn. Xây dựng 
móng trong vùng castơ là sự kết hợp chặt chẽ, liên tục, lặp 
đi lặp lại giữa công tác khảo sát địa chất, địa hình, thủy văn 
với thiết kế và thi công. Chi phí xây dựng móng cũng cao 
hơn thậm chí cao hơn rất nhiều so với các khu vực địa chất 
thông thường. Giải pháp móng cần được nghiên cứu kỹ và 
việc lựa chọn giải pháp móng cần đặt yếu tố an toàn lên hàng 
đầu nhưng vẫn phải đảm bảo tính kinh tế của giải pháp ở một 
mức độ nhất định. Dưới đây giới thiệu một số giải pháp móng 
đã được áp dụng ở vùng địa chất có castơ.
a) Khoan phụt vữa xi măng bịt hang castơ
Phương pháp này thường dùng cho giải pháp đặt phía 
trên hang castơ (móng nông hoặc móng cọc có mũi cọc đặt 
phía trên hang castơ) và địa chất bị điểm lỗ chỗ bởi những 
hang castơ kích thước nhỏ và dễ dàng khoan phụt vữa xi 
măng vào trong hang. Khả năng chịu lực của các hang sẽ 
Hình 5 - Các dạng địa hình khác của đá trong vùng castơ
Hình 6 - Khoan phụt vữa bịt hang castơ
43 S¬ 36 - 2019
tăng lên, tính nén lún giảm xuống nhờ việc phụt vữa xi măng 
vào một số lượng lớn các hang. Nhờ khoan phụt vữa nên 
giảm bớt và ngăn chặn sự phát triển của hiện tượng xói sụt 
của các lớp đất phủ phía trên vào trong hang. Tuy nhiên, 
thông thường không phải tất cả các hang đều được bịt đầy. 
Về mặt giá thành, phương pháp khoan phụt là phương án 
có giá thành cao bởi các yếu tố như phải số lượng lỗ khoan 
phụt nhiều (phụ thuộc số lượng hang cần xử lý), tồn tại vấn 
đề một số lượng vữa xi măng nhất định bị chảy sang những 
vùng không cần xử lý. Phương pháp này cũng có ảnh hưởng 
đối với dòng chảy nước ngầm do dòng chảy ban đầu trong 
đất qua các hang rãnh phải tìm hướng chảy khác.
Đối với móng cọc xuyên qua hang castơ xuống tầng đá 
còn nguyên vẹn ổn định bên dưới, đôi khi vẫn phải dùng 
phương án khoan phụt vữa để giữ trần hang hoặc đất trong 
hang ổn định tạm thời trong quá trình thi công.
Các bước thực hiện phương án khoan phụt vữa bịt hang 
castơ bao gồm:
Bước 1: Thăm dò hang
Sử dụng các máy khoan thăm dò chuyên dụng để xác 
định vị trí cũng như chiều sâu hang castơ. Chiều sâu thăm dò 
phải hơn 10m vào trong đá đặc chắc. Nếu tiếp tục gặp hang 
phải khoan tiếp đến hang cuối cùng và sâu tiếp vào đá liền 
khối thêm 10m.
Bước 2: Khoan phụt vữa
Trên cơ sở của kết quả khoan thăm dò, tiến hành các 
bước xử lý khoan phụt vữa như sau:
• Nếu có nhiều lỗ khoan phụt vữa, thông thường công 
tác phụt vữa được tiến hành ở vùng biên của khu vực khoan 
phụt xử lý và hướng dần về tâm. Mỗi lỗ khoan tiến hành phụt 
vữa xong mới di chuyển sang lỗ khoan phụt tiếp theo.
• Nếu trong một lỗ khoan phụt vữa có nhiều hang chồng 
lên nhau, công tác phụt vữa cần được tiến hành từ hang 
dưới cùng và chỉ sau khi hoàn thành mới được di chuyển lên 
hang phía trên.
• Trong trường hợp cần thiết, các vật liệu bịt khe có thể 
được đưa xuống để ngăn ngừa việc vữa xi măng chảy qua 
các hang khác. Mỗi lỗ khoan phụt vữa cần đi kèm với tối thiểu 
một lỗ thông khí hoặc một lỗ giảm áp có cùng đường kính và 
chiều sâu.
Bước 3: Kiểm tra kết quả khoan phụt vữa
Điều kiện để chấp nhận kết quả khoan phụt xử lý đối với 
nền móng cọc như sau:
• Chỉ số Nspt của các điểm kiểm tra trong khu vực đất nền 
xử lý không nhỏ hơn 20. Giá trị trung bình của Nspt của tất cả 
Hình 7 - Khe nứt thẳng đứng của nền đá phong hóa và sự cố mũi cọc
Hình 8 - Một số sự cố cọc khoan nhồi và giải pháp xử lý
a) Kẹt búa b) Búa khoan kéo tụt ống vách c) Đổ đá hộc vào hố khoan để phá 
vỉa đá nghiêng
Hình 9 - Bố trí cọc ngang giữa móng và hang castơ
44 T„P CHŠ KHOA H“C KI¦N TR”C - XŸY D¼NG
KHOA H“C & C«NG NGHª
các điểm kiểm tra không nhỏ hơn 25.
• Không còn gặp bất kỳ lỗ hổng nào trong quá trình kiểm 
tra.
• Cường độ chịu nén có nở hông của mẫu đất đã xử lý lấy 
được trong quá trình kiểm tra (nếu có yêu cầu) phải lớn hơn 
2MPa hoặc lớn hơn giá trị thiết kế đề ra.
b) Móng sâu đặt trên nền đá còn nguyên vẹn
Móng sâu đặt trên nền đá còn nguyên vẹn được xem xét 
khi lớp đất phía trên mặc dù khá dày nhưng không đủ khả 
năng chịu tải trọng phía trên hoặc không thỏa mãn điều kiện 
độ lún. Phương án này cũng được xem xét khi khả năng lún 
sụt của trần hang cao hoặc mặt trên của trần hang không đủ 
khả năng chịu tải. Khi đó, tiến hành đào đất đến trần hang 
castơ, phá trần hang và đặt móng vào mặt đá dưới đáy hang. 
Trên một góc độ nhất định, móng sâu là giải pháp tốt nhất 
khi phải xử lý địa chất lún sụt. Tuy nhiên cũng có những vấn 
đề và nguy cơ khi sử dụng giải pháp móng sâu, chẳng hạn 
như chiều sâu chôn móng phụ thuộc vào chiều sâu hang, khi 
móng quá sâu sẽ làm tăng chi phí và rủi ro thi công. Ngoài ra, 
việc không thể kiểm soát vùng tới hạn của móng có những 
khó khăn và đôi khi không thực hiện được. Những vùng tới 
hạn này bao gồm phần móng tiếp xúc với đá, phần nền đá 
xung quanh móng và ngay dưới móng, vùng nền đá sâu hơn 
nhưng vẫn trong phạm vi của ứng suất đáy móng.
c) Móng cọc đóng hoặc cọc ép
Hầu như tất cả các loại cọc đóng hoặc ép đang dùng cho 
nền móng hiện nay đều được áp dụng cho vùng địa chất có 
hang castơ. Đối với các vị trí không có hang castơ hoặc có 
những hốc nhỏ, có thể đặt mũi cọc trên mặt nền đá. Có thể 
xử lý hang bằng phương pháp khoan phụt vữa để tăng sức 
chịu tải của nền dưới mũi cọc. Khi hang castơ lớn, trần hang 
không đủ khả năng chịu tải từ mũi nhóm cọc truyền tới, cần 
tiến hành khoan dẫn xuyên qua hang và hạ mũi cọc vào mặt 
đá còn nguyên vẹn. Trong một số trường hợp, đóng hoặc ép 
cọc phá hỏng vòm trên của hang và gây ra hiện tượng sập 
hang.
Ngoài sự xuất hiện của hang castơ, trong quá trình thi 
công cọc đóng và cọc ép trong vùng đá vôi còn phải quan 
tâm đến một số vấn đề khác như bề mặt đá dốc không bằng 
phẳng (có trường hợp độ dốc mặt đá rất lớn), sự xuất hiện 
của đá mồ côi, các gai đá, bướu đá, khe nứt nẻ thẳng đứng... 
Một trong những sự cố khi sử dụng cọc đóng hoặc ép trên 
nền đá có độ dốc lớn là mũi cọc dễ bị trượt xuống, dẫn đến 
hoặc bị cong vênh hoặc gẫy, thậm chí đôi khi bị cong ngược 
lên (Hình 5).
Khi gặp bề mặt đá dốc, một số giải pháp cần được xem 
xét bao gồm:
• Khi gặp bề mặt đá dốc, chiều dài các cọc trong cùng một 
đài cọc có thể không giống nhau. Biến dạng đàn hồi giữa các 
cọc trong cùng một đài cọc khác nhau làm lực tác dụng lên 
đài cọc phân bố không đồng đều giữa các cọc. Mô men phụ 
phát sinh trong đài tiếp tục làm tăng lực tác dụng lên cọc. Khi 
đó, cần bổ sung thêm cọc để đảm bảo hệ cọc mới chịu được 
tải trọng tăng thêm.
• Trong trường hợp lớp đất ngay trên bề mặt đá quá yếu, 
sử dụng mũi cọc Oslo (mũi thép) để tránh hiện tượng mũi 
cọc bị trượt trong quá trình thi công và để đảm bảo mũi cọc 
được cắm chắc chắn vào đá khi chịu tải. Độ cứng của thép 
làm mũi cọc cần lớn hơn 300 (độ cứng Brinell) và giới hạn 
chảy không được nhỏ hơn 760MPa. Mũi cọc bằng thép được 
tính toán để chịu toàn bộ lực tiếp xúc giữa cọc và nền đá và 
cần được giám sát cẩn thận trong quá trình chế tạo để đảm 
bảo tính chất của mũi thép không bị thay đổi do công tác hàn 
hoặc các công tác khác.
Hình 10 - Sơ đồ máy khoan Auger
Hình 11 - Mũi khoan
45 S¬ 36 - 2019
• Đối với cọc đóng hoặc ép có khoan dẫn tạo hốc mũi cọc 
trong đá, cần dựa kết quả thi công trực tiếp trên công trường 
để cập nhật thông tin về bề mặt đá, từ đó liên tục liên tục điều 
chỉnh vị trí cọc cũng như vị trí hốc mũi cọc để luôn đảm bảo 
hốc mũi cọc được đặt vào vùng an toàn, đặc biệt trong khu 
vực bề mặt đá độ dốc lớn hoặc có gai đá hay vách đá dựng 
đứng.
Khe nứt nẻ thẳng đứng của đá cũng có thể ảnh hưởng 
gây phá hoại mũi cọc.
d) Cọc khoan nhồi
Công trình chịu tải đứng và ngang lớn thường dùng kết 
cấu móng bằng cọc khoan nhổi. Cọc khoan nhồi có thể thi 
công đến độ sâu rất lớn nên có thể xuyên qua hệ thống hang 
hốc castơ đến tận tầng đá còn nguyên vẹn, nhờ đó kết cấu 
móng rất an toàn. Tuy nhiên, thi công cọc khoan nhồi trong 
vùng địa chất có hang castơ vẫn khó khăn hơn nhiều so với 
địa chất thông thường, khi thi công hay xảy ra sự cố. Sự xuất 
hiện của các hang hốc trong đá làm chiều dài thực tế của cọc 
thay đổi nhiều, thậm chí có trường hợp các cọc cạnh nhau có 
thể chênh nhau hàng chục mét. Có những công trình do tính 
phức tạp của địa tầng đã phải yêu cầu tiến hành khoan thăm 
dò hang castơ cho từng cọc.
Một ví dụ điển hình về sự phức tạp của địa hình castơ 
trong thiết kế, thi công nền móng cọc khoan nhồi là công 
trình nhà máy xi măng Tam Điệp. Trong quá trình khảo sát 
địa chất, phát hiện rất nhiều hang hốc castơ chứa nhiều bùn 
sét. Hang castơ có chiều cao vòm từ 0,3 đến 3,2m. Trong 
số 99 hang castơ thì 77 hang castơ sống, còn lại là hang 
castơ chết. Phương án móng cọc khoan nhồi đã được sử 
dụng. Trong số 175 cọc thì có đến 64 cọc xuyên qua hang 
castơ. Chiều dài cọc khác nhau nhiều, số tầng hang xuyên 
qua cũng khác nhau, từ xuyên qua một tầng hang đến trường 
hợp xuyên qua năm tầng hang [4].
Ống vách thép để giữ thành hố khoan khi tạo lỗ và đổ bê 
tông được sử dụng thường xuyên khi gặp các hang castơ 
lớn, rỗng hoặc nước trong hang có vận tốc. Ống vách khoan 
cọc và ống vách làm cốp pha khi đổ bê tông có thể chung làm 
một hoặc tách thành hai ống vách riêng. Trường hợp tách 
riêng, khi khoan cọc dùng một ống vách dày để bảo vệ thành 
hố khoan. Chế tạo ống vách mỏng khác hàn vào lồng thép 
cọc và hạ vào bên trong ống vách thành lỗ. Khi đổ bê tông 
ống vách dày được rút dần lên. Trường hợp phải khoan qua 
nhiều tầng hang thì phải dùng nhiều ống vách bảo vệ thành 
cọc lồng vào nhau. Ống vách thép để lại sẽ làm tăng đáng kể 
chi phí hoàn thiện cọc khoan nhồi.
Vẫn có thể không sử dụng ống vách để giảm chi phí cọc 
khoan nhồi trong những trường hợp sau:
• Castơ chết có đất đá bên trong.
• Castơ chết, rỗng hoặc castơ sống kích thước nhỏ, nước 
trong hang không có vận tốc. Giải pháp tạo thành hố khoan là 
thả đất sét bịt kín hang sau khi khoan thủng trần hang.
• Castơ sống có bùn nhão, không có hiện tượng nước 
ngầm lưu thông nhưng được xử lý bịt kín trước bằng cách 
bơm bê tông xi măng xuống nhồi trong hang
• Với hang castơ kích thước nhỏ có thể đổ thừa bê tông 
(lượng bê tông lớn hơn thiết kế) bịt kín toàn bộ hang castơ.
Trong vùng địa chất có hang castơ nên dùng máy khoan 
đập cáp hoặc máy khoan xoay để tạo lỗ cọc khoan nhồi. Tuy 
nhiên, khi đá vôi có cường độ lớn thì phương pháp khoan 
xoay không hiệu quả. Kết quả thi công thực tế của Cầu Trạ 
Ang cho thấy, do đá có cường độ lớn, đạt đến 1400kG/cm2, 
nên dùng máy khoan xoay tạo lỗ cọc tốc độ rất chậm, một 
ngày khoan chỉ được 20cm.
Khi thi công cọc khoan nhồi trong vùng có hang động 
castơ, ngoài các sự cố thông thường của cọc khoan nhồi, 
còn có những sự cố khác như:
• Sự cố mất mũi khoan: Xảy ra khi khoan vào đá nứt nẻ, 
mũi khoan bị trượt kẹt vào hốc đá. Có thể giải quyết bằng 
cách hút nước để lỗ khoan khô rồi cho người xuống xử lý thủ 
công. Tuy nhiên cần chú ý khí độc có thể có trong hang ảnh 
hưởng đến sự an toàn của công nhân thao tác.
• Sự cố trượt búa, tụt ống vách: Xảy ra khi dưới hố khoan 
có mặt đá dốc. Trong quá trình hạ ống vách bằng búa, đáy 
ống vách bị xé rách, quăn lại và trượt theo mặt đá. Khi búa 
khoan đập đá hạ xuống sẽ tiếp tục đập vào ống vách và 
kéo ống vách tụt xuống. Khi gặp hiện tượng này, cần cho 
tiến hành hút nước, kiểm tra khí độc, đưa công nhân xuống 
cắt phần ống vách bị xé rách và quăn. Sau đó xử lý mặt đá 
nghiêng bằng cách bỏ đá hộc vào trong đáy hố khoan rồi 
dùng búa đập để phá vỉa đá nghiêng. Khi đã tạo phẳng tương 
đối mặt đá dưới đáy lỗ thì tiến hành khoan bình thường.
• Cọc bị nghiêng: Búa khoan đập đất đá và đóng ống 
chống bị trượt theo mặt đá và nghiêng theo mặt đá làm lệch 
vị trí cọc hoặc làm tim cọc bị nghiêng một góc theo phương 
thẳng đứng.
• Mất dung dịch khoan: Với phương pháp thi công cọc 
khoan nhồi bằng khoan lỗ phản tuần hoàn, dùng dung dịch 
giữ thành vách, sự cố xảy ra nhiều hơn phương pháp thi 
công dùng ống vách. Khi gặp hang castơ chết thông nhau 
hoặc hang castơ sống có dòng chảy, dung dịch khoan có thể 
thất thoát qua các kẽ thông nhau này. Trường hợp gặp hang 
castơ sống có bùn nhão có thể xảy ra hiện tượng trái ngược 
là sự dâng cao đột ngột của dung dịch khoan.
• Mất bê tông: Trường hợp kết quả khoan địa chất không 
đủ chính xác để phản ánh hết đặc điểm của địa chất castơ 
hoặc độ nứt nẻ của đá vôi quá lớn, khi đổ bê tông xảy ra hiện 
tượng mất bê tông so với lượng bê tông tính theo lý thuyết. 
Cá biệt có thể một số cọc khi đang đổ bê tông thì bê tông tươi 
tụt xuống rất nhanh, khối lượng bê tông thực tế và lý thuyết 
chênh nhau rất nhiều. Ngay cả với trường hợp có sử dụng 
ống vách để giữ thành hố khoan cũng có thể xảy ra sự cố mất 
bê tông. Khi rút ống vách lên, nếu dưới là hang castơ sống, 
đặc biệt các hang có nước có lưu tốc thì bê tông sẽ bị thất 
thoát. Để xử lý vấn đề này, khi rút ống vách lên, cần dùng ống 
vách phụ để làm cốp pha đổ bê tông. Ống vách phụ sẽ được 
để lại sau khi đổ bê tông xong.
• Không hạ ống chống đến cao độ yêu cầu hoặc khoan 
không xuống: Do gặp đá mồ côi và các vật cản khác.
• Không rút được ống vách: Đây là hiện tượng khá phổ 
biến trong phương pháp thi công cọc có ống vách, vì việc 
rút ống vách lên phụ thuộc vào chất đất ống vách đi qua và 
thao tác rút ống vách. Ngoài ra, do bề mặt đá bị nghiêng lệch 
hoặc gặp các hang hốc castơ làm tim cọc bị nghiêng lệch 
khiến thiết bị nhổ ống vách không thể phát huy hết năng lực. 
Bên cạnh đó, có những nền đá rất cứng mài mòn lưỡi khoan 
nhanh làm đường kính lỗ khoan nhỏ đi từ đó dẫn đến việc 
khó xoay và rút ống vách hơn.
• Vòm rỗng trong bê tông cọc: Khi rút ống vách lên kéo 
theo cả khối bê tông và phần cọc dưới ống vách cũng bị lồng 
thép kéo lên theo hoặc tạo thành vòm rỗng trong bê tông.
e) Vải địa kỹ thuật
Vải địa kỹ thuật thường được dùng trong các công trình 
đường giao thông. Đây là giải pháp kinh tế hơn so với việc 
thiết kế tấm bê tông gia cố khi khả năng nền bị xói mòn mới 
46 T„P CHŠ KHOA H“C KI¦N TR”C - XŸY D¼NG
KHOA H“C & C«NG NGHª
chỉ mang tính tiềm ẩn. Vải địa kỹ thuật có thể được trải trong 
quá trình thi công lớp nền để che phủ mọi vùng có khả năng 
xảy ra lún sụt.
f) Cọc ngang
Giải pháp gia cố bằng cọc ngang được thực hiện bằng 
cách khoan tạo lỗ nằm ngang tại độ sâu nhất định phía dưới 
móng và sau đó đổ đầy bằng bê tông. Ứng suất dưới đế 
móng sẽ được phân bố lại khi gặp hệ thống cọc ngang đặt 
phía trên hang castơ hoặc các vùng đất yếu xen kẹp.
Có nhiều kỹ thuật có thể sử dụng để tạo lỗ ngang mà 
không phá hoại lớp đất phủ, bao gồm khoan gầu ngang, 
khoan dẫn hướng đường kính nhỏ, khoan dẫn hướng đường 
kính lớn, đào hầm nhỏ, kích đẩy, đào hầm thông thường. 
Thi công cọc ngang xử lý móng chủ yếu sử dụng giải pháp 
thứ nhất, tức sử dụng các thiết bị khoan để khoan tạo các 
hầm nhỏ người không chui lọt. Trong thực tế được chia làm 
2 phương pháp: Phương pháp Auger (khoan tạo lỗ guồng 
xoắn) và phương pháp Slurry (khoan trong dung dịch).
Phương pháp khoan tạo lỗ guồng xoắn là quá trình vừa 
khoan vừa đặt ống vách ngang đồng thời vận chuyển đất 
thừa trong lòng ống vách bằng hệ thống guồng xoắn quay 
liên tục. Hệ thống guồng xoắn được vận hành bởi nguồn điện 
ở lối vào, thông qua đó vận hành lưỡi cắt. Khi lưỡi cắt quay, 
đất phía trước lưỡi cắt bị chia nhỏ, vận chuyển ra ngoài thông 
qua guồng xoắn, đồng thời kích đẩy phía sau đẩy toàn bộ hệ 
thống tiến lên. Các đoạn bổ sung được thêm vào sau mỗi 
quãng đường khoan nhất định đến khi toàn bộ mũi khoan 
lộ ra ở hố thoát đầu còn lại. Lưỡi cắt tại một đầu của ống 
vách có khả năng điều chỉnh góc khoan và được kết hợp với 
thiết bị nhận dạng độ nghiêng nên có thể khống chế được độ 
nghiêng của lỗ khoan.
Ống vách có tác dụng bảo vệ thành lỗ khoan khi đất thải 
được vận chuyển đi. Đường kính ống vách từ 10cm đến hơn 
2m. Chiều dài lỗ khoan có thể đạt tới 180m. 
Phương pháp Slurry sử dụng một mũi khoan và ống giữ 
thành thay cho lưỡi cắt và guồng xoắn. Dung dịch khoan 
dùng để giữ cho mũi khoan sạch và hỗ trợ việc vận chuyển 
đất mùn, không có tác dụng trong việc hình thành mặt cắt lỗ 
khoan.
Sau khi khoan tạo lỗ, bê tông được bơm vào trong để 
hình thành nên cọc ngang.
Kết quả tính toán bằng phần tử hữu hạn cho thấy, khả 
năng chịu tải của đất nền sau khi gia cố bằng cọc ngang có 
thể tăng từ 45% đến 60% so với khi chưa gia cố, tùy thuộc 
vào từng tình huống cụ thể [1]. 
5. Kết luận
Có thể thấy, địa hình castơ rất phong phú, khó kiểm soát, 
với rất nhiều hình thái từ hang động, mặt đá dốc, gồ ghề, chất 
đá cứng đến các đặc điểm phức tạp của thủy văn, gây ảnh 
hưởng tới tất cả các loại móng, từ móng nông đến móng sâu. 
Nhiều giải pháp móng được đưa ra nhưng nhìn chung đều 
phải tốn nhiều công xử lý làm chi phí tăng cao, thời gian thi 
công kéo dài. Sự tách rời giữa khâu thiết kế và khâu thi công 
nền móng trong vùng địa chất castơ là không hợp lý. Thiết 
kế phải liên tục bám sát quá trình thi công ở hiện trường, 
cập nhật thông tin địa chất, địa hình thu thập được từ kết 
quả thi công thực tế và đưa ra những quyết định thay đổi kịp 
thời. Bên cạnh đó, khâu khảo sát cũng vô cùng quan trọng. 
Phương án khảo sát cần được nghiên cứu kỹ lưỡng để có 
thể dự báo chính xác đặc điểm địa tầng. Nói chung, mật độ 
khảo sát sẽ dày hơn nhiều so với các khu vực địa chất thông 
thường và chiều sâu khảo sát phải đủ lớn để xuyên qua các 
hang động (nếu có) để tìm đến tầng đá nguyên vẹn. Trong 
các phương án móng, cọc nhồi là giải pháp an toàn nhất vì 
mũi cọc đặt vào tầng đá nguyên vẹn, không chịu ảnh hưởng 
của địa hình castơ phía trên nhưng chi phí tốn kém, thi công 
cũng có nhiều khó khăn, nên dùng cho các công trình có tải 
trọng lớn. Móng cọc ép kinh tế hơn nhưng lại khó khăn trong 
vấn đề xử lý mũi cọc, đồng thời có rủi ro khi kiểm soát không 
tốt nền đá dưới mũi cọc. Phương án móng sâu cũng khá an 
toàn nhưng yêu cầu khảo sát phải kỹ cả phần đá bên dưới và 
xung quanh vị trí đặt móng. Móng nông trong vùng castơ thực 
tế đã thực hiện nhiều cho các công trình thấp tầng, thường 
mang tính tự phát, không có khảo sát địa chất kỹ càng nên 
tiềm ẩn nguy cơ mất an toàn. Đối với những công trình được 
tiến hành khảo sát địa chất đầy đủ, nên áp dụng các giải 
pháp xử lý như khoan phụt vữa gia cố hang rãnh castơ để 
đảm bảo sự làm việc bình thường của kết cấu móng.
Việc lựa chọn giải pháp móng trong vùng địa chất castơ 
phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó cần đặt yếu tố an toàn 
lên hàng đầu. Người thiết kế phải có kinh nghiệm tổng hợp 
và hiểu biết sâu về công tác thiết kế móng trên nền castơ. Bài 
báo đã trình bày được một số giải pháp móng thông dụng, 
những khó khăn có thể gặp trong thi công và phương hướng 
xử lý. Vấn đề tính toán móng trong vùng castơ sẽ được trình 
bày trong các bài báo khác./.
T¿i lièu tham khÀo
1. Baus, R.L and M.C. Wang. “Bearing Capacity of strip footings 
above void”, Journal of Geotechnical Engineering, v 109, n 1, 
(1983): 1-14
2. Sowers, G.F. Building on sinkholes: design and construction of 
foundations in castơ terrain. New York, NY: American Society of 
Civil Engineers, 1996
3. Rafael L. Arosemena, Effect of horizontal piles on the soil 
bearing capacity for circular footing above cavity, B.S. Peruvian 
University of Applied Sciences, 2007
4. Nguyễn Viết Trung. “Cọc khoan nhồi trong vùng có hang động 
castơ”, Nhà xuất bản xây dựng, 2004
5. TCXDVN 366:2004 Chỉ dẫn kỹ thuật công tác khảo sát địa chất 
công trình cho xây dựng trong vùng castơ