Thuyết trính cọc khoan nhồi

Sức chịu tải của cọc Tùy điều kiện địa chất, kích thước, độ dài, hình dáng cọc mà sức chịu tải của cọc có thể đạt từ 600 tấn đến... - Chiều sâu khảo sát phải vượt qua chiều sâu chịu nén

THUYẾT TRÌNH

CỌC BARRETTE

Nhóm 10

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

GVHD: TS.Trần Văn Tiếng

MỤC LỤC

Tính toán độ lún cho cọc barrette

Tính toán cọc barrette dưới tác dụng đồng thời của tải trọng đứng, ngang và momen

Tính toán sức chịu tải Khảo sát địa chất

Khái niệm chung

Một số chú ý về ma sát âm Thiết kế cọc Barrette

Thi công cọc Barrette Kiểm tra chất lượng cọc barrette

Ví dụ tính toán cọc barrette

1.Khái niệm chung

1.1 Định nghĩa cọc barrette

- Là một loại cọc khoan nhồi được thi công bằng gầu

ngoạm

- Mặt cắt ngang thường có dạng hình chữ nhật, có cạnh ngắn từ 0,6m đến 1,5m, cạnh dài từ 2,2m đến 6,0m

- Tùy theo địa chất và tải trọng công trình, cọc có thể dài

từ vài chục mét đến một trăm mét hoặc hơn

- Cọc còn có thể có nhiều loại tiết diện khác nhau như: chữ thập, chữ T, chữ I, chữ L, hình ba chạc,

1.2 Tóm tắt về thi công cọc barrette

Thi công giống như cọc khoan nhồi

- Dùng gầu ngoạm có kích thước bằng cỡ cọc để đào hố

- Bơm dung dịch bentonite vào hố để giữ thành đào

- Đặt lồng thép vào hố rồi đổ bê tông theo phương pháp vữa dâng

- Thu hồi dung dịch bentonite để xử lí và tái xử dụng

- Bê tông đông cứng => chế tạo xong cọc barrette

1.Khái niệm chung

1.3 Sức chịu tải của cọc

Tùy điều kiện địa chất, kích thước, độ dài, hình dáng cọc mà sức chịu tải của cọc có thể đạt từ 600 tấn đến

Một số công trình sử dụng cọc barrette tại Việt Nam

Trung tâm điều hành và thông tin viễn thông điện lực Việt Nam

- Địa điểm : 11 Cửa Bắc, quận Ba Đình, Hà Nội

- Quy mô : gồm 3 tầng hầm, khối đế 4 tầng, 2 tòa tháp 33 tầng và 29 tầng cao tối đa 147m và tọa lạc trên một diện tích đất hơn 1,5 hecta

1.Khái niệm chung

- Địa điểm: 3 Tháng2-Lê Đại Hành, Q.11,TP Hồ Chí Minh

- Quy mô: The EverRich cao 112m gồm 2 tầng hầm và 20 tầng bên trên

The EverRich

1.Khái niệm chung

2 Khảo sát địa chất công trình

cho móng cọc Barrette

2.1 Chọn điểm khảo sát

Xác định các điểm khảo sát trong phạm vi xây dựng công trình với khoảng cách giữa các điểm ≤ 30m

2.2 Chiều sâu khảo sát

- Phải tìm được lớp đá hoặc đất tốt để tựa mũi cọc vào

- Chiều sâu khảo sát phải vượt qua chiều sâu chịu nén cực hạn của các lớp đát dưới mũi cọc tối thiểu là 2m

- Một số chỉ tiêu xác định lớp đất tốt:

Đất có modul tổng biến dạng E0 ≥ 300kG/cm2; ϕ ≥ 400; chỉ số xuyên tiêu chuẩn SPT ≥ 50; sức chống xuyên tĩnh đầu mũi qc ≥ 110kG/cm2

(đất cát); sức chống xuyên tĩnh đầu mũi qc ≥ 50kG/cm2 (đất sét)

Nếu gặp đá thì cần khoan 3 điểm vào đá với độ sâu 6m

2.3 Số lượng điểm khảo sát

Không ít hơn 3 điểm

2.4 Các số liệu chính yếu cho thiết kế và thi công

- Hố khoan hình trụ, mặt cắt địa chất

- Các kết quả thí nghiệm hiện trường: chỉ số N của thí nghiệm SPT, qc và fs của thí nghiệm CPT, giá trị sức chống cắt không thoát nước cu

- Các kết quả thí nghiệm trong phòng: phân tích thành phần hạt, γw , γs , W , WL , Wp , IL , e0 , K , ϕ , c , α , E0 , R (đá)

- Chế độ nước ngầm và tính ăn mòn của nó

2 Khảo sát địa chất công trình

cho móng cọc Barrette

2.5 Khảo sát công trình lân cận

Cần khảo sát và đánh giá hiện trạng các công trình lân cận để tìm giải pháp thi công bảo đảm yêu cầu kỹ thuật, không ảnh

hưởng đến các công trình này và tiết kiệm chi phí

2.6 Trách nhiệm về khảo sát

Chủ đầu tư có trách nhiệm thuê tư vấn thiết kế lựa chọn đơn vị khảo sát chuyên nghiệp

2 Khảo sát địa chất công trình

cho móng cọc Barrette

3 Xác định sức chịu tải cọc

3.1 Xác định sức chịu tải theo vật liệu làm cọc

Pv = ϕ(m1m2RbFb + RaFa)

Trong đó:

m1 : hệ số điều kiện làm việc khi đổ bê tông qua ống chuyển

dịch thẳng đứng, m1 = 0,85

m2 : hệ số đổ bê tông trong bentonite, m2 = 0,7

Rb: cường độ chịu nén của bê tông

Ra : cường độ tính toán của cốt thép

Fb: diện tích tiết diện ngang của cọc

Fa: diện tích tiết diện cốt thép trong cọc

ϕ : hệ số uốn dọc của cọc, ϕ ∈ Ltt / b

Ltt : chiều dài tính toán của cọc

b: cạnh ngắn của tiết diện cọc

3.2 Xác định sức chịu tải trọng nén của cọc chống

- Cọc chống vào đá gốc, vào đất hòn lớn (cuội, sỏi, dăm, sạn) hoặc sét cứng có modul biến dạng ≥ 500kG/cm2

Pc = mRF

Trong đó:

m : hệ số điều kiện làm việc, m = 1

F : diện tích tiết diện ngang của phần chân cọc

R : cường độ tính toán của đất, đá dưới chân cọc

(R = 2000 T/m2)

3 Xác định sức chịu tải cọc

• Khi cọc ngàm vào đá gốc không ít hơn 0,5m thì R:

Trong đó :

Rn : cường độ tiêu chuẩn chịu nén tạm thời theo 1 trục của mẫu

đá khi chịu nén trong điều kiện bão hòa nước

Kđ : hệ số an toàn đối với đất, Kđ = 1,4

hn: độ sâu tính toán cọc ngàm vào đá

dn: đường kính ngoài của phần cọc ngàm vào đá, với cọc

barrette lấy d = cạnh ngắn b

3 Xác định sức chịu tải cọc

3.3 Xác định sức chịu tải của cọc ma sát

Khi cọc không chống vào được lớp đất tốt có E0 > 500kG/cm 2 thì

Sức chịu tải của cọc ma sát = sức chống đầu mũi cọc + ma sát thành

Trong đó :

F : diện tích tiết diện ngang ở mũi cọc.

u : chu vi tiết diện ngang của cọc.

m : hệ số điều kiện làm việc Khi cọc tựa lên đất sét có độ no nước

G < 0,85 thì m = 0,8, trường hợp khác m = 1.

mR : hệ số điều kiện làm việc của đất dưới mũi cọc, mR = 1.

mfi : hệ số điều kiện làm việc của đất ở mặt bên cọc, mfi = 0,6.

fi: ma sát hông của cọc ở lớp đất thứ i.

li : chiều dày lớp đất thứ i mà cọc xuyên qua.

R : cường độ chịu tải của đất dưới cọc.

3 Xác định sức chịu tải cọc

a Giá trị R khi đất dưới mũi cọc là cát thô lẫn sạn sỏi, cát thô và cát trung.

Trong đó :

p, A 0

K , a, B 0

K : các hệ số không thứ nguyên.

γ ’1 : trị số tính toán của trọng lượng thể tích đất dưới mũi cọc.

γ1 : trị số tính toán trung bình của trọng lượng thể tích đất theo các lớp

nằm phía trên mũi cọc.

L : chiều dài mũi cọc.

b Giá trị R khi đất dưới mũi cọc là đất sét

3 Xác định sức chịu tải cọc

3.4 Xác định sức chịu tải theo kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh

Trong đó:

Pmũi: sức chịu tải của đất tại mũi cọc

Pxq: lực ma sát của đất thành bên của cọc

qC: sức cản trung bình ở mũi xuyên của đất trong phạm vi 3b phía

trên chân cọc và 3b phía dưới chân cọc

F: diện tích tiết diện ngang ở chân cọc

u: chu vi tiết diện cọc

qsi: lực ma sát đơn vị của thành cọc ở lớp đất i có chiều dày hi

qCi: sức cản mũi xuyên ở lớp đất thứ i

K, ai: hệ số tra bảng

- Sức chịu tải cho phép của cọc:

3 Xác định sức chịu tải cọc

3.5 Xác định sức chịu tải theo thí nghiệm xuyên động

Sức chịu tải của cọc ma sát được xác định theo công thức Nhật Bản:

Trong đó:

a: hệ số phụ thuộc vào phương pháp thi công,(cọc barrétte a =15) N: số SPT của đất dưới chân cọc

NS: số SPT trung bình của các lớp đất mà cọc xuyên qua

LS: chiều dài cọc cắm trong đất cát

c: lực dính không thoát nước của đất sét

LC: chiều dài cọc cắm trong đất sét a: cạnh dài của tiết diện cọc b: cạnh ngắn của tiết diện cọc

F: diện tích tiết diện ngang dưới chân cọc

3 Xác định sức chịu tải cọc

3.6 Xác định sức chịu tải bằng phương pháp nén tĩnh tại hiện trường

- Dùng cho cọc có sức chịu tải không lớn (ví dụ: P < 700T/cọc).

- Thường dùng kích thủy lực để gia tải Đối trọng là các khối BT hoặc neo trong đất.

- Quy trình thí nghiệm được lựa chọn bởi tư vấn thiết kế Căn cứ số liệu gia

tải để thiết lập biểu đồ nén tĩnh cọc.

1- Biểu đồ của cọc ma sát Pth thường được xác định tại điểm có độ lún là 20 mm.

2- Biểu đồ của cọc chống Pth thường được xác định tại điểm có độ lún là 8 mm.

- Sức chịu tải thiết kế:

Ptk = Pth /(2 ^3) Khi thí nghiệm chỉ cần gia tải đến cấp độ bằng 2 lần tải tính toán cho thiết kế.

3 Xác định sức chịu tải cọc

3.7.Xác định sức chịu tải bằng phương pháp Qsterberg

3.7.1 Nguyên lý thí nghiệm

- Hộp Osterberg là 1 loại kích thủy lực lớn được lắp vào đáy cọc

- Khi bê tông đạt cường độ thì bơm dầu vào hộp đẩy phần trên thân cọc và ép mũi cọc

- Đối trọng chính là trọng lượng bản thân cọc và ma sát hông

- Xác định được sức chống của đất nền lên mũi cọc và ma sát của đất lên thành cọc => sức chịu tải của cọc bằng tổng của sức chống mũi và ma sát hông

- Chỉ gia tải đến cấp tải bằng 2 lần sức chịu tải tính toán dùng để thiết kế

3 Xác định sức chịu tải cọc

• Bơm cao áp và hệ thống ống dẫn.

• Hệ thống đo chuyển vị tại đầu

3.7.2 Hộp Osterberg

- Hộp Osterberg là 1 loại kích thủy lực có tiết diện hình tròn, hình

vuông hay chữ nhật Trọng tải thiết kế có thể từ 200T đến 3000T do công ty Loadtest (Mỹ) độc quyền

- Thiết bị khác gồm :

3 Xác định sức chịu tải cọc

3.7.3 Quy trình thí nghiệm

- Bước 1: Hàn các bản gia cường đỡ hộp tải trọng với tất cả thép dọc của cọc Hàn hộp vào khung gia cường Hàn các ống áp lực và trang thiết bị đo => lắp xong hộp + thiết bị vào khung thép

- Bước 2: Đặt hệ trên vào hố đào đã có bentonite Xác định và cố định hệ vào đúng

vị trí Có thể đổ trước 1 lớp bê tông vào đáy hố

- Bước 3: Tiến hành đổ bê tông toàn cọc

- Bước 4: Sau 28 ngày, tiến hành thí nghiệm theo quy trình ASTM D-1143 Hệ thống nhận

và xử lý số liệu vào

- Bước 5: Phun vữa lấp đầy khoảng trống do đặt hộp và nối liền 2 đoạn cọc => cọc có thể làm việc bình thường

3 Xác định sức chịu tải cọc

3.7.4 Xác định sức chịu tải của cọc theo biểu đồ nén lún

- Biểu đồ chuyển vị đạt đến ma sát hông giới hạn

3 Xác định sức chịu tải cọc

- Biểu đồ chuyển vị đạt đến sức chống mũi giới hạn

3 Xác định sức chịu tải cọc

- Từ biểu đồ chuyển vị đạt đến ma sát hông giới hạn:

Xác định điểm giới hạn đàn hồi tuyến tính (điểm 4) => Pms

th Từ điểm này (4) => Pmũi

th

- Từ biểu đồ chuyển vị đạt đến sức chống mũi giới hạn:

Xác định điểm giới hạn đàn hồi tuyến tính (điểm 4) => pmũi

th Từ điểm này (4) => pms

th

So sánh (a) và (b) lấy min(a,b) là trị số thiết kế

3 Xác định sức chịu tải cọc

P P

P P

=> =

4.Tính cọc Barrette dưới tác dụng đồng thời của tải trọng đứng, ngang và moment

Eb: modul đàn hồi của bê tông

I: moment quán tính tiết diện ngang của cọc

L0: chiều dài cọc từ đáy đài cao đến mặt đất ∆n: chuyển vị ngang đầu cọc, ∆n < ∆ngh

∆ngh : chuyển vị ngang giới hạn

4.1 Đối với móng cọc đài thấp

Chuyển vị ngang đầu cọc:

Y0 = H0 δHH + M0 δHM

H0: giá trị tính toán của lực cắt, H0 = H

M0: giá trị tính toán của moment, M0 =M+ Hl0

lo : chiều dài cọc từ đáy đài đến mặt đất

δHH: chuyển vị ngang đầu cọc (m/T) bởi H0 =1

δHM: chuyển vị ngang đầu cọc (m/T) bởi M0 =14.Tính cọc Barrette dưới tác dụng đồng

thời của tải trọng đứng, ngang và moment

4.Tính cọc Barrette dưới tác dụng đồng thời của tải trọng đứng, ngang và moment

bc: chiều rộng quy ước của cọc, được lấy như sau:Khi b ≥ 0,8m thì bc = b + 1m

Khi b < 0,8m thì bc = 1,5b + 0,5m K: hệ số tỷ lệ T/m4

A0, B0 : Hệ số không thứ nguyên, phụ thuộc vào chiều

sâu tính đổi của phần cọc trong đất Lc, Lc = αbd.L

5 .

.

c bd

b

K b

E I

4.Tính cọc Barrette dưới tác dụng đồng

thời của tải trọng đứng, ngang và moment

4.Tính cọc Barrette dưới tác dụng đồng

thời của tải trọng đứng, ngang và moment

5 Tính toán độ lún cho cọc barrette

5.1 Nguyên tắc chung

- Không cần tính lún cho móng cọc chống

- Chỉ tính lún cho cọc ma sát

- Tính lún cho nhóm cọc là tính lún cho “móng khối quy ước” đặt trên nền đất dưới đầu mũi cọc

- Độ lún cuối cùng của mỗi móng

và độ lún chênh lệch giữa các móng gần nhau phải nằm trong giới hạn cho phép theo quy

phạm

5.2 Tính lún cho móng cọc

- Từ mép ngoài cọc, bên dưới đáy đài dựng góc mở ϕtb/4

Với ϕtb là giá trị trung bình các góc ma sát trong của lớp đất mà cọc xuyên qua

- Khối móng quy ước có kích thước B x H x L

- Vẽ σbt và σgl Với σgl = KoP

- P : áp lực do tải trọng công trình và khối móng quy ước gây ra, T/m2 hoặc kPa

- K0 : hệ số góc tại tâm diện tích tải trọng, tra bảng

5 Tính toán độ lún cho cọc barrette

Trong đó :

hi : chiều dày lớp đất thứ i

aoi : hệ số nén tương đối của lớp đất thứ i

σZi : ứng suất gây lún tại lớp đất thứ i

Eoi : modul tổng biến dạng của lớp đất thứ i

- Tính lún theo phương pháp chia lớp trong vùng chịu nén cực hạn Ha:

- Kiêm tra độ lún lệch giữa các móng

S1 : độ lún của móng 1

S2 : độ lún của móng 1

l : khoảng cách giữa 2 tim móng.

5 Tính toán độ lún cho cọc barrette

6 Một số chú ý về ma sát âm

- Cọc xuyên qua các lớp đất yếu như than bùn, bùn, sét dẻo nhão.

- Lớp tôn nền quy hoạch có chiều dày trên 1m.

- Phụ tải trên nền kho lớn hơn 20kPa.

- Sự giảm thể tích do đất hữu cơ bị phân hủy.

- Sự tăng ứng suất hữu hiệu trong đất do nước ngầm bị hạ thấp.

- Sự tăng độ chặt của đất rời dưới tác dụng của động lực.

- Sự lún ướt của đất khi bị tăng độ ẩm do ngập nước.

Trong các trường hợp này thì ma sát giữa đất và thành cọc được xác định như sau:

• Đối với than bùn, bùn thì fs = 0.

• Đối với các loại đất khác có độ sệt IL < 1 thì fs lấy dấu âm.

Để giảm tác hại của ma sát âm, có thể quét bitum vào đoạn cọc có

ma sát âm.

Ma sát âm làm giảm khả năng chịu tải của cọc barrette, các trường hợp cần chú́ ý :

7 Thiết kế cọc Barrette

7.1 Vật liệu cơ bản

- Bê tông M250 - M350

- Thép chủ: φ16 - φ32 loại AII

- Thép đai: φ12 - φ16 loại AI hoặc AII

7.2 Tiết diện chữ nhật thường dùng và các tiết diện tham khảo

7 Thiết kế cọc Barrette

- Cọc thường chịu cả lực dọc N, moment

M, lực cắt Q nên bố trí cốt thép cho toàn

bộ chiều dài cọc

- Cốt dọc: φ = (16 ÷ 22), thép AII, µ ≥ (0,4 ÷ 0,65) %, thường a = 200

- Cốt đai: φ = (12 ÷ 16), thép AI hoặc AII, thường a = 300

- Cốt giằng: φ = (12 ÷ 16), thép AI hoặc AII, thường a ≥ 300

- Lồng thép: mỗi đoạn dài từ 6 ÷12m Thép nối được buộc chặt bằng thép dây Chỉ

dùng hàn điện để định vị

7.3 Bố trí cốt thép

- Con kê: tiết diện vành

khuyên bằng bê tông, được

suốt chiều dài cọc Đặt ống

đối xứng qua chiều rộng và

cách khoảng nhỏ hơn 1,5m

theo chiều dọc

7 Thiết kế cọc Barrette

7.4 Thiết kế đài cọc

7.4.1 Bố trí cọc và đài cọc

a Bố trí cọc đơn

Công trình Harbour View

Tower, 35 Nguyễn

Huệ,Quận 1,Sài Gòn, cao 19

tầng, cọc sâu 44.5 ÷ 46.5m.

Công trình Harbour View Tower

198 Trần Quang Khải ,Hà Nội

Cao 22tầng, 2 tầng hầm.Cọc sâu 55m

7 Thiết kế cọc Barrette

b Bố trí đài cọc của nhóm cọc

b Bố trí đài cọc

dạng móng bè

7 Thiết kế cọc Barrette

7.4.2 Thiết kế đài cọc đơn

Thép đài được cấu tạo bởi 2 khung lưới rồi nối với nhau

7.4.2 Thiết kế đài cọc đôi

Mặt hông, thép ngang, dùng φ=(16 ÷ 32), loại All, a ~ 300mm

Thép đài được cấu tạo bởi 2 khung lưới rồi nối với nhau

7 Thiết kế cọc Barrette

7.4.2 Thiết kế đài có 3 cọc

hđ ≥ 2b cho cọc có b = 1m và b = 1,5m.

A ≥ a + 2(250 ÷ 300)mm

B ≥ 7b + 2(250 ÷ 300)mm

c Bố trí cốt thép Mặt trên và dưới đài, dùng φ =(12 ÷ 32), loại AII, a ~ 200mm.

Mặt hông, thép ngang, dùng φ =(12 ÷

32), loại All, a ~ 300mm.

Thép đài được cấu tạo bởi 2 khung lưới rồi nối với nhau.