Nghiên cứu phương pháp tính toán ứng dụng cọc siêu nhỏ trong điều kiện Việt Nam

LVTS29 Nghiên cứu phương pháp tính toán ứng dụng cọc siêu nhỏ trong điều kiện Việt Nam Đăng ngày 04082011 07:17:00 AM 598 Lượt xem 980 lượt tải Giá : 0 VND Nghiên cứu phương pháp tính toán ứng dụng cọc siêu nhỏ trong điều kiện Việt Nam Hãng sản xuất : Unknown

Tôi xin cam đoan số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và chưa hề được sử dụng để bảo vệ một học vị nào.

Tôi xin cam đoan mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã

được cảm ơn và các thông tin trích dẫn đã được chỉ rõ nguồn gốc.

Tác giả luận văn

Lê Công Minh

lời cảm ơn

Trước hết tôi xin bày tỏ tình cảm biết ơn chân thành tới tất cả các thầy cô trong Khoa sau đại học - Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội với những chỉ dẫn và giúp đỡ trong quá trình học tập cũng như khi tiến hành làm luận văn Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS Đoàn Thế Tường người trực tiếp hướng dẫn khoa học, các thầy giáo trong Bộ môn Nền móng - Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội đã có những ý kiến đóng góp quý báu cho nội dung của luận văn.

Tôi cũng xin trân trọng cảm ơn gia đình và các bạn đồng nghiệp đã

động viên, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài.

Vì thời gian thực hiện luận văn có hạn nên không thể tránh khỏi những hạn chế và thiếu sót Tôi rất mong nhận được sự đóng góp của quý thầy cô, bạn bè và đồng nghiệp.

Hà Nội, ngày tháng năm 2011

Tác giả

Lê Công Minh

PHầN Mở đầu

* Tính cấp thiết của đề tài

Trong những năm gần đây tốc độ phát triển công nghiệp và đô thị hóangày càng nhanh, nhiều hệ thống giao thông, khu công nghiệp, khu đô thị pháttriển mạnh đòi hỏi phải có nhiều giải pháp xử lý, gia cố nền móng đảm bảohiệu quả ổn định cho công trình xây dựng

Việc lựa chọn giải pháp móng hợp lý trong điều kiện phức tạp cả về địachất và thi công là vấn đề được đặc biệt quan tâm Để gia cố và xây dựngmóng công trình có quy mô vừa và nhỏ trong điều kiện đất nền yếu hay điềukiện thi công khó khăn chật hẹp, người ta thường sử dụng các loại móng cọckhác nhau Một trong số các loại cọc đã được sử dụng khá hiệu quả khi xâydựng các công trình quy mô nhỏ trong điều kiện địa chất phức tạp là cọc siêunhỏ Đây là loại cọc có đường kính tiết diện dưới 300 mm đối với cọc nhồi vàdưới 150 mm đối với cọc đóng [1] Trên thế giới, cọc siêu nhỏ đã được ứngdụng rộng rãi trong xây dựng mới và gia cố các công trình Cọc siêu nhỏ được

sử dụng rộng rãi tại nhiều nước châu Âu, Mỹ v.v từ những năm 50 của thế kỷXX

Tại Việt Nam, cọc siêu nhỏ cũng đã được sử dụng trong các công trìnhxây dựng vừa và nhỏ nhưng chủ yếu dưới dạng cọc chế sẵn thi công bằngphương pháp đóng, ép còn loại cọc đổ tại chổ thi công bằng phương phápkhoan nhồi đến nay vẫn chưa được sử dụng do chúng ta chưa có một chỉ dẫn

kỹ thuật nào để làm căn cứ áp dụng trong tính toán thiết kế và thi công loạicọc này

Trong điều kiện này, việc nghiên cứu phương pháp tính toán ứng dụngcọc siêu nhỏ trong điều kiện Việt Nam là cấp thiết Các nghiên cứu này bước

đầu có thể cung cấp cơ sở cho việc xây dựng phương pháp tính toán và thiết kếcọc siêu nhỏ trong điều kiện Việt Nam Giải quyết vấn đề trên đây sẽ giúphoàn thiện thêm lý thuyết tính toán móng cọc tại Việt Nam, đồng thời tăng

thêm sự lựa chọn cho người thiết kế về các giải pháp móng khi thiết kế cáccông trình xây dựng.

Xuất phát từ yêu cầu trên việc nghiên cứu phương pháp tính toán ứngdụng cọc siêu nhỏ vào điều kiện Việt Nam để xử lý, gia cố nền móng cáccông trình xây dựng là rất cần thiết

* Mục đích nghiên cứu:

Nghiên cứu phương pháp tính toán cọc siêu nhỏ khi xây dựng, xử lý,gia cố các công trình trên nền đất yếu hoặc trong các điều kiện thi công khókhăn Trên cơ sở đó đưa ra những kiến nghị về phương pháp tính toán ứngdụng cọc siêu nhỏ phù hợp với điều kiện Việt Nam

* Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

- Đối tượng nghiên cứu là các công trình xây dựng

- Phạm vi nghiên cứu là phương pháp tính toán ứng dụng cọc siêu nhỏ

đổ tại chổ để đáp ứng yêu cầu ổn định của các công trình xây dựng trong điềukiện Việt Nam

* Nội dung nghiên cứu:

- Thu thập và phân tích kinh nghiệm nước ngoài về sử dụng cọc siêunhỏ trong xây dựng các công trình

- Phương pháp tính toán cọc siêu nhỏ dưới tác dụng của tải trọng đứng

và tải trọng ngang

- áp dụng tính toán cọc siêu nhỏ

* Hướng kết quả nghiên cứu:

Các kết quả nghiên cứu của đề tài luận văn có thể được sử dụng làm tàiliệu tham khảo, nghiên cứu và áp dụng cho việc lựa chọn giải pháp nền móngkhi xử lý, gia cố và xây dựng công trình, và nếu được hoàn thiện thêm, sẽ làcơ sở khoa học để kiến nghị sử dụng rộng rãi cọc siêu nhỏ trong thực tiễn xâydựng các công trình ở Việt Nam

* Cấu trúc luận văn

- Toàn bộ luận văn được trình bày trong 03 chương, phần mở đầu, kếtluận, kiến nghị và hướng nghiên cứu tiếp theo của đề tài dày 99 trang khổ A4.

Chương 1: Tổng quan về móng cọc và cọc siêu nhỏ

Chương 2: Phương pháp tính toán cọc siêu nhỏ

Chương 3: áp dụng tính toán cọc siêu nhỏ

- Luận văn được thực hiện từ 11/10/2010 đến 18/2/2011 tại Khoa sau

đại học - Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội dưới sự hướng dẫn khoa học củathầy giáo: PGS.TS Đoàn Thế Tường

- Các tài liệu cơ bản đã sử dụng cho luận văn gồm:

+ Nền và móng các công trình dân dụng- công nghiệp, Nhà xuất bản Xây

dựng, Hà Nội

+ Cẩm nang dùng cho kỹ sư địa kỹ thuật, Nhàxuất bản Xây dựng, Hà Nội + Phương pháp tính toán chuyển vị của cọc đơn, Trường Đại học Kiến trúc

Hà Nội

+ Micropile - Design and Construction Guidelines Manual, US Department of

Transportation Federal Highway

+ Một số tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam về thiết kế và thi công móng cọc.+ Phần mềm tính toán cọc LSPILE và VSPILE của công ty TNHH phần mềmSSISOFT Việt Nam

đất yếu dưới đế móng

Các loại cọc hiện nay khá đa dạng về mặt vật liệu, kích thước và biệnpháp thi công Mỗi loại cọc đều có những ưu điểm, nhược điểm và phạm vi ápdụng khác nhau

Theo vật liệu làm cọc người ta chia ra: Cọc gỗ, cọc tre, cọc bê tông, cọc

bê tông cốt thép, cọc thép [5]

Theo phương thức làm việc cọc được phân ra:

- Cọc chống: Là cọc có sức chịu tải chủ yếu do lực chống của đất, đá tạimũi cọc [10]

- Cọc ma sát: Là cọc có sức chịu tải chủ yếu do ma sát của đất và cọctại mặt bên cọc [10]

- Cọc hỗn hợp: Là cọc có sức chịu tải kết hợp của hai loại trên [10]Theo phương thức hạ cọc được phân ra:

- Cọc đóng: Là cọc chế tạo sẵn, được đóng xuống đất bằng búa máyhoặc hạ xuống đất bằng máy rung [5]

- Cọc ép: Là cọc chế tạo sẵn, được hạ xuống đất bằng thiết bị ép thủylực [5]

- Cọc nhồi: Là cọc được đổ tại chổ trong các hố khoan hoặc hố tạo bằngcách đóng ống thiết bị [5]

1 Cọc đóng: Bao gồm cọc gỗ, cọc BTCT đúc sẵn, cọc thép

- Cọc gỗ thường được dùng trong những công trình nhỏ hoặc công trìnhtạm với những ưu điểm là trọng lượng bản thân nhỏ, vận chuyển, cẩu lắp, hạcọc dễ dàng, công nghệ chế tạo đơn giản, nhanh chóng Tuy nhiên nó có một

số nhược điểm là sức chịu tải không lớn, bị hạn chế về chiều dài và kích thướcmặt cắt ngang, khả năng chống xâm thực của môi trường kém.

- Cọc bê tông cốt thép (BTCT) đúc sẵn: Là loại cọc được sử dụng phổbiến nhất vì những ưu điểm nổi bật như: Sức chịu tải tương đối lớn; Khônghạn chế về chiều dài và kích thước mặt cắt ngang; Khả năng chống xâm thựcrất tốt Tuy nhiên cọc BTCT vẫn có một nhược điểm lớn là trọng lượng bảnthân lớn gây khó khăn cho việc vận chuyển và hạ cọc Tiết diện ngang cọcBTCT có thể có dạng tam giác, đa giác, tròn, chữ I nhưng loại được dùngphổ biến hơn cả lài loại tiết diện hình vuông Kích thước phổ biến của loại này

là 25x25, 30x30, 35x35, 40x40cm Cọc BTCT không hạn chế về chiều dàinhưng do điều kiện vận chuyển và chiều dài giá búa nên thông thường chiềudài hợp lý của cọc BTCT là khoảng 12-20m Trong trường hợp cần chiều dàilớn hơn thì phải nối cọc

- Cọc thép thường được dùng trong những công trình yêu cầu khả năngchịu lực rất lớn Các ưu điểm chính của cọc thép là khả năng chịu tải rất lớn(chịu lực ngang rất tốt); Công tác vận chuyển và hạ cọc dễ dàng do cọc thanhmảnh; Không hạn chế về chiều dài và mặt cắt ngang, đặc biệt khả năng thay

đổi chiều dài cọc rất linh hoạt Bên cạnh đó cọc thép cũng có những nhược

điểm khiến cho việc sử dụng chúng không phổ biến là giá thành cọc rất cao;Khả năng chống xâm thực của môi trường kém Cọc thép dùng trong móngcọc thường có dạng trụ ống, ngoài ra nó còn có nhiều tiết diện khác I, tiết diệnghép từ 2 thép chữ [, ghép từ 4 thép góc có hàn thêm các thép bản, được dùngphổ biến trong các dạng tường cừ và thi công hố móng

2 Cọc ép: Trong nhóm giải pháp này, cọc ép BTCT là loại cọc được sử dụngphổ biến nhất tại Việt Nam khi xây chen công trình trên nền đất yếu Theocông nghệ này cọc được hạ vào nền đất nhờ lực ép từ một vài chục tấn và cóthể tới 100 tấn, tùy theo kích thước tiết diện và điều kiện đất nền Sức chịu tảicủa cọc khá lớn, có thể đạt tới 50-60 tấn song phổ biến nhất là ở mức 10-20tấn đối với cọc tiết diện 20x20 cm và 30-45 tấn đối với cọc tiết diện 25x25

cm Để tăng khả năng chịu lực cọc ép BTCT thường được thiết kế chống vàocác tầng đất chịu lực Độ tin cậy của giải pháp cọc ép cao do sức chịu tải củacọc có thể được đánh giá thông qua giá trị lực ép trong quá trình thi công.Nhược điểm:

- Năng suất thi công tương đối thấp, thiết bị thi công cồng kềnh nêngặp nhiều hạn chế khi thi công trên mặt bằng chật hẹp

- Sử dụng cọc ép tại các khu vực có chiều dày lớp đất yếu lớn thì cóhiệu quả kinh tế thấp do chiều dài cọc tương đối lớn, số lượng mối nối nhiềunên chi phí cho mỗi đơn vị tải trọng khá cao

Một trong các biến thể của cọc ép BTCT để sửa chữa sự cố công trình làcọc Mega với kính thước nhỏ, chiều dài mỗi đoạn cọc từ 0,6 - 1,2 m cho phépvận chuyển, lắp dựng và ép trong điều kiện thi công rất chật hẹp

3 Cọc nhồi: Cọc nhồi trong những năm gần đây đã được áp dụng nhiều trongxây dựng nhà cao tầng, cầu lớn và nhà công nghiệp có tải trọng lớn So với cọcchế tạo sẵn, việc thi công cọc nhồi có nhiều phức tạp hơn, do đó phương pháp

và cách giám sát, kiểm tra chất lượng phải làm hết sức chu đáo, tỷ mỷ vớinhững thiết bị kiểm tra hiện đại Trong qúa trình sử dụng, nhiều công nghệ thicông thích hợp đã được áp dụng nhằm nâng cao sức mang tải của cọc nhồi vàlàm giảm đáng kể giá thành của móng Có thể kể ra đây các bước phát triểnsau:

+ Cọc khoan nhồi: là cọc nhồi mà lỗ cọc được thi công bằng cácphương pháp khoan khác nhau như khoan gầu, khoan rửa ngược,

+ Cọc khoan nhồi mở rộng đáy : là cọc khoan nhồi có đường kính đáycọc được mở rộng lớn hơn đường kính thân cọc Sức mang tải của cọc này sẽtăng hơn chừng 5-10% do tăng sức mang tải đằng mũi

+ Cọc barret: là cọc nhồi nhưng có tiết diện không tròn với các hìnhdạng khác nhau như chữ nhật, chữ thập, chữ I, chữ H, và được tạo lỗ bằnggầu ngoặm Sức mang tải của cọc này có thể tăng lên tới 30% do tăng sứcmang tải bên

+ Cọc khoan nhồi có xói rửa và bơm vữa xi măng gia cường đáy: là cọckhoan nhồi có áp dụng công nghệ rửa sạch đáy (bằng cách xói nước áp lựccao) và bơm vữa xi măng gia cường đáy (cũng với áp lực cao) Đây là bướcphát triển gần đây nhất trong công nghệ thi công cọc nhồi nhằm làm tăng độtbiến sức mang tải của cọc nhồi (có thể tới 200-300%), cho phép sử dụng tối đa

Các công đoạn chính thi công cọc nhồi bao gồm:

+ Tạo lỗ cọc: có thể bằng khoan, đào;

- Có khả năng tận dụng hết khả năng làm việc của cọc, giảm số cọctrong móng và có thể bố trí cốt thép phù hợp với khả năng chịu lực dễ dànghơn

- Cho phép kiểm tra trực tiếp các lớp đất lấy mẫu từ các lớp đất đào lên,

có thể đánh giá chính xác điều kiện đất nền, khả năng chịu lực của đất nềndưới đáy lỗ khoan

- Cho phép chế tạo cọc có đường kính lớn và độ sâu lớn, phù hợp vớicác công trình cầu lớn

- Không gây tiếng ồn và tác động đến đô thị, phù hợp để xây dựng cáccông trình lớn trong đô thị

- Do công tác thi công cọc tại chỗ, nên dễ xảy ra các khuyết tật ảnhhưởng tới chất lượng cọc như:

+ Hiện tượng co thắt, hẹp cục bộ thân cọc hoặc thay đổi kích thước tiếtdiện khi cọc xuyên qua các lớp đất khác nhau

+ Bê tông xung quanh thân cọc dễ bị rửa trôi lớp xi măng khi mặc nướcngầm hoặc gây ra rỗ mặt thân cọc

+ Lỗ khoan nghiêng lệch, sụt vách lỗ khoan

+ Bê tông đổ thân cọc dễ không đồng nhất và phân tầng

- Quá trình thi công cọc khoan nhồi là tại công trường ngoài trời nênphụ thuộc nhiều vào thời tiết như mưa bão…, mặt khác nó cũng dễ bị lầy lội

ảnh hưởng trực tiếp đến môi trường

- Chi phí kiểm tra thí nghiệm với cọc khoan nhồi khá tốn kém

Hiện nay có 3 cách thi công cọc nhồi [5]:

- Thi công trong hố có ống chống vách và ống này sẽ được rút ra khỏi

ở trong ống một lớp cao đến 1m Dùng đầm để đầm bê tông và từ từ rút ốnglên Khi rút ống lên phải chú ý là lớp bê tông còn lại trong ống chống váchphảI không bé hơn 30  40cm để cho thân cọc khỏi bị phân đoạn Sau đó đổ

mẻ bê tông tiếp theo và công việc lại tiếp tục như vậy [5]

Cọc đầm nhanh

Để thi công cọc đầm nhanh, người ta đóng ống chống vách bằng thépxuống đất Loại ống này có đường kính 35  42cm được bít kín phía dướibằng đế gang Để nước ngầm khỏi chảy vào ống người ta dùng vòng đệm dày12mm để lót giữa ống và đế Sau đó đóng ống thiết bị đến chiều sâu thiết kế,kiểm tra xem nước có vào ống không rồi hạ khung cốt thép vào, khung cốtthép gồm 6  8 thanh 18 với đai xoắn 6 Đổ bêtông M200 vào ống vách

đến 1/3  1/2 chiều cao ống Phần trên của ống vách được gắn một bộ phậnbằng thép nhằm làm chỗ đóng để rút ống lên Muốn rút ống lên người ta đóngvào bộ phận thép đó mấy nhát xuống rồi lại đóng mấy nhát theo chiều ngượclại Khi đóng như vậy ống thiết bị được hạ xuống rồi nâng lên, sau mỗi đợt

đóng xuống rồi đóng lên như vậy ống được nâng lên 2  2,5cm, sau khi nângống chống vách lên được 1/4 chiều dài của nó thì đổ mẻ bêtông thứ hai và quá

trình được lặp lại như vậy Búa được dùng ở đây là loại búa máy có thể thựchiện 60 80 nhát đập/ 1 phút [5].

Cọc Franki

Dùng ống thiết bị đóng xuống đất đến độ sâu thiết kế Đổ bê tông vàoống đến độ cao 0,8 1m hạ búa vào trong ống và đóng mạnh làm bê tông nénvào đất tạo thành đế mở rộng Sau đó đặt khung cốt thép vào và đổ bê tông rồi

đầm bằng búa, đồng thời rút ống lên Vì đất quanh thân cọc được nén chặt nên

đường kính cọc tăng 10 20% so với đường kính ống thiết bị [5]

Cọc Raimond

Đây là loại cọc nhồi có vỏ thép để lại trong đất được các công ty xâydựng của Mỹ sử dụng ở đây vai trò của ống thiết bị được thay thế bởi vỏ théprất mỏng dạng hình nón được tăng độ cứng bằng các sườn hình sang và cốtxoắn Vỏ bao gồm nhiều đoạn được lồng vào nhau, ở giữa có lõi bằng gỗ Lõi

gỗ có đường kính lớn hơn đường kính của đoạn vỏ dưới cùng Dùng búa đónglõi gỗ xuống đất, các đoạn vỏ sẽ nối tiếp nhau xuống theo Khi đạt đến độ sâuthiết kế, nhổ lõi gỗ ra, bỏ khung cốt thép vào và tiến hành nhồi bê tông [5].1.1.2 Dự báo sức chịu tải của cọc

Theo tiêu chuẩn xây dựng TCXD 205: 1998- Móng cọc – Tiêu chuẩnthiết kế để dự báo sức chịu tải của cọc người ta có thể dùng các phương phápsau:

- Theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền (theo SNIP 2.20.03.85)

- Theo chỉ tiêu cường độ của đất nền

- Theo kết quả các thí nghiệm xuyên

- Theo công thức động

- Theo kết quả nén tĩnh cọc

1.1.3 Dự báo độ lún của móng cọc

Theo tiêu chuẩn xây dựng TCXD 205: 1998- Móng cọc – Tiêu chuẩnthiết kế để dự báo sức độ lún của móng cọc người ta có thể dùng các phươngpháp sau:

- Dựa trên quan hệ ứng suất, biến dạng theo lý thuyết bán không gianbiến dạng

- Phương pháp móng khối quy ước

- Theo lý thuyết bài toán phẳng

- Phương pháp lớp biến dạng tuyến tính

1.2 Tổng quan về cọc siêu nhỏ

1.2.1 Khái niệm và lịch sử phát triển của cọc siêu nhỏ

Cọc siêu nhỏ là dạng cọc đường kính nhỏ (đường kính thường nhỏ hơn300mm) được thi công khoan và đổ vữa, đồng thời được gia cố đặc trưng [19].Cọc siêu nhỏ được thi công bằng cách khoan một lỗ khoan, đặt cốt thép vào và

đổ vữa vào hố khoan như minh họa trong Hình 1.1

Hình 1.1: Trình tự thi công cọc siêu nhỏ [19]

Cọc siêu nhỏ có thể chịu được tải trọng dọc trục và tải trọng ngang, nó

có thể được xem là cọc thay thế cho các cọc truyền thống hoặc như là mộtthành phần trong nền đất hỗn hợp tùy thuộc vào khái niệm thiết kế được ứngdụng Các cọc siêu nhỏ được thi công bằng nhiều phương pháp, ít gây ảnhhưởng đối với các kết cấu xung quanh, đối với đất và môi trường Các cọc này

có thể được thi công trong điều kiện môi trường hạn chế ra vào và trong tất cảcác loại đất cũng như tất cả các điều kiện địa chất [19]

Do quy trình thi công gây ra rung chấn, độ ồn tối thiểu và có thể đượcứng dụng với các điều kiện thông khoảng thấp, nên cọc siêu nhỏ thường được

sử dụng để xử lý, gia cố móng các kết cấu hiện có Thiết bị khoan chuyêndụng thường được sử dụng để lắp dựng thi công cọc siêu nhỏ trong các côngtrình tầng hầm, móng hiện có [19]

Khái niêm về cọc siêu nhỏ được hình thành tại I-ta-li-a vào đầu nhữngnăm 1950, để đáp ứng nhu cầu về các kỹ thuật cải tiến khi xây móng các tòanhà và công trình tưởng niệm lịch sử mà đã bị hư hỏng qua thời gian dài, đặcbiệt là trong Chiến tranh thế giới lần 2 Một hệ thống chống đỡ vững chắc

được yêu cầu để đỡ các tải trọng kết cấu với độ chuyển vị tối thiểu và để thicông trong các điều kiện hạn chế ra vào với sự tác động thấp nhất đối với kếtcấu hiện tại Một nhà thầu chuyên nghiệp ở I-ta-li-a là Nhà thầu Fondedile,

mà Dr Fernando Lizzi là giám đốc kỹ thuật, đã phát triển cọcpalo radice, hay

còn gọi là cọc siêu nhỏ để ứng dụng vào xây móng Cọc palo rudice là loại

cọc có đường kính nhỏ, được khoan, đổ bê tông tại chỗ, ít vữa và cốt thép[19]

Việc sử dụng cọc siêu nhỏ triển khai tại I-ta-li-a trong suốt những năm

1950 Nhà thầu Fondedile đã giới thiệu công nghệ này tại Anh vào năm 1962trong quá trình thi công móng của một số công trình lịch sử, và đến năm 1965,công nghệ này cũng được áp dụng tại Đức trong kế hoạch giao thông ngầm tạicác đô thị [19]

Ban đầu, đa số các ứng dụng của cọc siêu nhỏ là được sử dụng vào việcxây móng kết cấu tại các môi trường đô thị Bắt đầu từ năm 1957, có thêm

nhiều các nhu cầu kỹ thuật bắt nguồn từ việc giới thiệu hệ thống cọc siêu nhỏdạng mắt lưới Các hệ thống này bao gồm nhiều loại cọc siêu nhỏ dạng thẳng

đứng và dạng nghiêng kết hợp với mạng lưới ba chiều, tạo ra một kết cấu phứchợp hạn chế chuyển vị ngang Mạng lưới cọc siêu nhỏ dạng mắt lưới được ứngdụng vào quá trình làm ổn định độ dốc, gia cố tường bờ, kè, bảo vệ các kếtcấu chôn ngầm, các móng đỡ kết cấu và mặt đất khác [19]

Nhà thầu Fondedile đã giới thiệu cách sử dụng cọc siêu nhỏ tại Bắc Mỹvào năm 1973 thông qua một số ứng dụng trong thi công xây móng tại cáckhu vực ở New York và Boston Hiện nay, chi phí xây dựng và nhu cầu kỹthuật tại các nước trên thế giới là tương đối giống nhau và do đó, tiếp tục thúc

đẩy sự phát triển của nhu cầu sử dụng cọc siêu nhỏ

1.2.2 Ưu, nhược điểm của cọc siêu nhỏ

Ưu điểm

- Sử dụng tốt trong điều kiện chật hẹp

- Chịu được tải trọng lớn từ 3 – 500 tấn

- Hàm lượng cốt thép từ 3% - 8% do đó có thể chịu được tải trọngngang tốt hơn cọc bê tông thông thường

- Có thể thi công trong mọi loại đất nền

- Có thể gia cường móng theo nhiều cách khác nhau

1.2.3 Phạm vi áp dụng của cọc siêu nhỏ

- Gia cường móng công trình cũ, làm móng mới, chịu tải trọng ngang

- ổn định mái dốc

- Gia tăng sức chịu tải của nền, giảm độ lún của nền

- ổn định kết cấu

1.2.4 Phân loại cọc siêu nhỏ

Cọc siêu nhỏ được phân loại dựa trên hai tiêu chí: Phương pháp thiết kế

và phương pháp đổ bê tông [19]

1 Phân loại theo phương pháp thiết kế

Loại 1: là các cọc được chất tải trực tiếp và tại những nơi mà cốt thép cọc

chịu được đa số các tải trọng áp dụng (Hình 1.2) Có thể được sử dụng để thaythế nhiều loại cọc truyền thống để truyền tải trọng kết cấu sang một địa tầng

ổn định hoặc có đủ khả năng chịu tải hơn, sâu hơn, phù hợp hơn Các cọc này

được thiết kế hoạt động đơn lẻ, mặc dù có thể thi công thành các nhóm cọc.Phương pháp bố trí các cọc loại 1 được mô tả trong Hình 1.4

Hình 1.2: Cọc siêu nhỏ loại 1- Cọc chịu tải trực tiếp [19]

Loại 2: Các chi tiết cọc siêu nhỏ loại 2 giới hạn và gia cố bên trong lớp đất,

tạo thành một khối đất được gia cố mà có thể chịu được tải trọng ứng dụng(Hình 1.3) Đó gọi là mạng lưới cọc dạng lưới Tải trọng kết cấu được ứngdụng với toàn bộ khối đất gia cố, như đối với các cọc đơn Cọc siêu nhỏ loại 2

được gia cố nhẹ, do các cọc này không phải chịu tải trọng đơn lẻ như các cọc

loại 1 Mạng lưới điển hình của cọc siêu nhỏ dạng mắt lưới được minh họatrong Hình 1.5.

Hình 1.3: Cọc siêu nhỏ loại 2–Mạng lưới cọc dạng lưới với khối đất gia cố

được chất tải hoặc được kết hợp [19]

Hình 1.4: Bố trí cọc siêu nhỏ loại 1 [19]

Hình 1.5: Bố trí cọc siêu nhỏ loại 2 [19]

2 Phân loại theo phương pháp đổ bê tông

Phương pháp đổ vữa cọc có ảnh hưởng rất lớn đến khả năng chịu tải củaliên kết vữa/đất Khả năng chịu tải của liên kết vữa/đất thay đổi trực tiếp vớiphương pháp đổ vữa Phần thứ hai của phân loại cọc mini bao gồm cách đặttên theo chữ cái (từ A đến D), chủ yếu dựa trên phương pháp thay thế và tạo ra

áp lực trong quá trình sử dụng vữa để thi công cọc Việc sử dụng ống vách vàcốt thép đã xác định rõ các phương pháp phân loại cọc siêu nhỏ Phương phápphân loại được thể hiện bằng sơ đồ trong Hình 1.6

Loại A: Loại A thể hiện là loại vữa chỉ được đổ trong cột nước trọng lực Vữa

xi măng-cát, cũng như vữa xi măng thuần túy, cũng có thể được sử dụng, bởivì cột vữa không bị tạo áp Hố khoan cọc có thể được khoét rộng bên dưới đểtăng khả năng chịu kéo, mặc dù kỹ thuật này cũng không thông dụng hoặckhông được sử dụng đối với các loại cọc khác

Hình 1.6: Phân loại cọc dựa trên phương pháp đổ bê tông [19]

Loại B: Loại B thể hiện là vữa xi măng thuần túy được đổ vào hố khoan dưới

áp lực khi rút ống vách tạm thời bằng thép lên áp lực phun vữa nằm trongkhoảng từ 0,5 đến 1 MPa, và được giới hạn để tránh phun nước dưới áp lực cao

đối với nền đất xung quanh hoặc gây ra việc đổ quá nhiều vữa, và để giữ làmkín xung quanh ống vách trong quá trình rút ống vách lên, tại những vị trí cóthể

Loại C: Loại C thể hiện quá trình đổ vữa gồm hai bước: 1) Đổ vữa xi măng

thuần túy dưới cột nước trọng lực như đối với Loại A và 2) Trước khi lớp vữa

đầu tiên đông cứng (sau khoảng 15-25 phút), tiến hành đổ cùng một loại vữa

đó thêm lần nữa bằng ống lồng đổ vữa mà không cần dùng đến thiết bị nénvữa (tại giao diện vùng liên kết) ở mức áp suất thấp nhất là 1 MPa Loại cọcnày chỉ được sử dụng tại Pháp và được gọi là IGU (Injection Globale etUnitaire)

Loại D: Loại D thể hiện quá trình đổ vữa gồm hai bước như đối với Loại C,

trong đó có điều chỉnh bước 2 khác chút Vữa xi măng thuần túy được đổ dưới

cột nước trọng lực như đối với loại A và C và có thể được tạo áp như Loại B.Sau khi lớp vữa đầu tiên đông cứng, tiến hành đổ thêm vữa thông qua ống lồng

đổ vữa với áp lực trong khoảng 2-8 MPa Có thể sử dụng thiết bị nén vữa bêntrong ống lồng để các lớp vữa được xử lý qua lại một vài lần, nếu có yêu cầu.Loại cọc này được sử dụng rộng rãi trên thế giới và ở Pháp được gọi là IRS(Injection RepCtitiveet Selective)

1.2.5 Kỹ thuật xây dựng và vật liệu

Việc xây dựng móng cọc siêu nhỏ liên quan đến sự thành công của cácquy trình, trong đó công tác khoan, đặt cốt thép và đổ vữa là quan trọng nhất

Có nhiều hệ thống khoan sẵn có dành cho đá phủ và đá, và nhiều hệ thống

được sử dụng cho xây dựng móng cọc siêu nhỏ Nói chung , thiết bị khoan và

đổ vữa và các kỹ thuật được sử dụng đối với việc xây dựng móng cọc siêu nhỏ

là tương tự như các kỹ thuật được sử dụng để lắp đặt cọc đóng vào đất, neotiếp đất và hố để đổ vữa

1 Các thiết bị khoan

Thiết bị khoan chủ yếu được sử dụng là khoan thủy lực (điện hoặcdiezen) cho phép thi công tiện dụng trên địa hình dốc hoặc khó khăn Cỡ củakhoan có thể là rất khác nhau như trong Hình 1.7, với các khoan cỡ lớn hơncho phép việc sử dụng các phần dài của cần khoan và đổ bê tông ở các điềukiện độ cao, trên không và khoan nhỏ cho phép làm việc ở các độ cao thấphơn và khó tới hơn Trụ khoan có thể được lắp dựng trên một khung, cho phéplàm việc trong một khu vực trên không thấp và tiếp cận hạn chế như là xâydựng các tầng hầm Một khung khoan được dựng, có thể được nối với vòiphun dài tới một đơn vị máy chạy điện thủy lực tách rời Điều này cho phépviệc đặt thiết bị điện bên ngoài khu vực làm việc, giảm các yêu cầu về diệntích, tiếng ồn trong khu vực làm việc và các vấn đề về xả chất thải Khungkhoan có thể được di chuyển và đỡ bởi một xe nâng hoặc di chuyển bằng taybằng dây tời và đỡ do bắt vít vào một nền bê tông hoặc chân cầu hoặc giằng từtrần hoặc mặt vòm của cầu [19]

Hình1.7: Một số thiết bị khoan thủy lực [17]

2 Các kỹ thuật khoan

Phương pháp khoan được lựa chọn với mục đích để các phiền phức gây

ra được giảm thiểu thấp nhất hoặc việc trương nở lên nền và cấu trúc đượcgiảm tối đa, trong khi là phương tiện xuyên qua đáng tin cậy, kinh tế và hiệuquả nhất [17] Các móng cọc siêu nhỏ phải thường xuyên được xuyên quamột tầng vật liệu yếu để tới được một tầng chịu lực tốt hơn Do đó, đặc trưngyêu cầu kỹ thuật khoan các tầng để xuyên qua và hỗ trợ cho các tầng đấtkhông chặt, yếu và đắp đất Thêm vào đó, ngoại trừ các tầng chịu áp lực là vậtliệu tự đỡ như là đá và đất kết dính, hố khoan có thể cần chống đỡ tạm thờicho toàn bộ chiều dài, ví dụ, thông qua việc sử dụng ống chống tạm thời và

dung dịch khoan phù hợp Nếu vật liệu tự đỡ có trong toàn bộ chiều sâu củamóng cọc, hố khoan có thể được hình thành bằng cách mở các hố kỹ thuật,ví

dụ, không cần các hố khoan tạm thời bằng ống chống khoan hoặc tay quay

đầu khoan ngắn

Một phương pháp khoan khác có thể được sử dụng trước hết để xuyênqua cấu trúc hiện tại Các kỹ thuật khoan lõi bê tông có thể được sử dụng đểcung cấp một hố rộng ngoại cỡ trong các phiến đá và móng hiện có, và chophép thân khoan tiếp theo xuyên qua Trong một số trường hợp, các phươngpháp khoan đá thông thường có liên quan đến các kỹ thuật xoay đập có thể

được sử dụng để xuyên qua các chân móng hoặc các cấu trúc với cốt thép nhẹ

Nước là một công cụ thông dụng nhất để làm sạch và xối hố móngtrong khi khoan, tiếp theo là không khí, bùn lỏng và bọt Phải lưu ý khi sửdụng luồng không khí để tránh phun không khí vào nền đất xung quanh, gây

ra nứt và trương nở đất Việc sử dụng bùn nhão bentonit và các hố khoan ngậpnước nói chung sẽ làm yếu khả năng kết dính của nền /vữa do tạo ra một lớp

vỏ đất sét trên bề mặt

3 Các kỹ thuật Khoan qua lớp đá

Trên thế giới hiện nay về cơ bản có sáu phương pháp chung được sửdụng trong lĩnh vực xây dựng kỹ thuật địa chất đặc biệt (ví dụ, các đường kínhnhỏ hơn 300 mm, độ sâu nhỏ hơn 60 m) [19] Sau đây là giới thiệu tóm tắt vềsáu phương pháp này Sáu phương pháp này được thể hiện một cách đơn giảntrong Hình 1.8

Phun rửa bên ngoài bằng ống đơn (rửa hố khoan): Bằng phương pháp này,

mũi của ống chống khoan được lắp vừa với một mũi khoan hoặc một vòng mở,

và ống chống được nâng lên nền bằng xoay đầu khoan Nước xối được bơmliên tục qua ống chống, rửa sạch những vết còn lại ra khỏi vòng

Hình 1.8: Các phương pháp khoan tầng đá (Bruce, 1988) [19]

Xoay hai chiều : Với kỹ thuật xoay hai chiều, cần khoan với mũi khoan phù

hợp được đặt bên trong ống chống khoan Nó được gắn liền với cùng một đầuxoay như ống chống, cho phép dây ống chống và khoan kết hợp được xoay vàtiến lên liên tục Dung dịch xối, thông thường là nước được bơm qua một đầuxuống thông qua cần khoan ở giữa từ các cổng phun của đầu khoan

Khoan đôi kiểu va đập (đồng tâm ): các hệ thống khoan đôi kiểu va đập là

một sự phát triển của các phương pháp xoay hai chiều khi mà các thanh khoan

và ống chống va đập liên tục, xoay và tiến về phía trước Sự va đập được cungcấp do một đầu khoan va đập xoay chiều xoay từ bên trên Phương pháp nàyyêu cầu một đầu khoan có năng lượng va đập và xoay thực chất

Khoan đôi kiểu va đập (Lệch tâm hoặc mất vòng khuyên): Ban đầu được xem

như là một hệ thống khoan lớp đá lệch tâm (ODEX), phương pháp này liênquan đến việc sử dụng khoan kiểu va đập kết hợp với một đầu khoan mở rộnglệch tâm Đầu khoan lệch tâm cắt phía dưới ống chống khoan, sau đó có thể

được đẩy vào hố khoan ngoại cỡ với năng lượng xoay ít hơn nhiều hoặc lựcchống đẩy cần có phương pháp đồng tâm được yêu cầu như mô tả ở trên

Đầu mũi khoan đôi : Với phương pháp đầu mũi khoan đôi, sự phát triển một

kỹ thuật xoay hai chiều tiêu chuẩn, các cán ống chống được xoay bằng các

đầu mũi khoan riêng biệt dựng phía trên mũi khoan khác của cùng một giátrượt Những đầu mũi khoan này cung cấp lực xoắn mạnh nhưng có nhược

điểm là tốc độ quay chậm Đặc điểm của xoay đối chiều là cải thiện độ thẳngcủa hố móng đáng kể, tăng cường khả năng xuyên, thậm chí thi công trongcác điều kiện đất nền khó nhất

Mũi khoan cán nông: Mũi khoan cán nông là hệ thống mũi khoan nhẹ liên tục

với lõi nông, tương tự như những mũi khoan được sử dụng trong khoan móngcọc hoặc đối với khảo sát nền móng Những cọc này được lắp ráp bởi các đầukhoan xoay Khi khoan xuống, lõi nông sát với nắp của mũi khoan Khi hốmóng đã được khoan tới độ sâu, nắp bị bong ra hoặc bị nổ bởi áp suất đổ vữa,cho phép hố móng được hình thành khi rút mũi khoan lên Mũi khoan như vậy

được sử dụng chủ yếu để khoan những vật liệu kết dính hoặc các loại đá rấtmềm

4 Các kỹ thuật khoan hố mở

Khi móng cọc siêu nhỏ được hình thành trong điều kiện ổn định vàkhông có giá đỡ, việc đóng ống chống có thể được dừng lại và hố móng đượctiếp tục khoan tới một độ sâu cuối cùng bởi các kỹ thuật khoan hố mở [19].Các kỹ thuật khoan hố mở có thể được phân loại như sau :

Khoan xoay va đập : Đặc biệt đối với các loại đất đá có độ nén cao, các kỹ

thuật khoan xoay va đập dùng dẫn động phía trên hoặc các búa tạo hố cọcphía dưới được sử dụng Đối với các hố móng có đường kính nhỏ, kỹ thuật sửdụng các cọc siêu nhỏ có hố cọc phía dưới là kinh tế và thông dụng nhất Hỗnhợp khí, nước hoặc bọt khí được sử dụng để xối rửa

Mũi khoan xuyên liên tục lõi cứng: Trong tầng đất đá cứng, đất sét rắn và

trong một số tầng đá yếu, có thể thực hiện khoan với một mũi khoan liên tục.Các kỹ thuật khoan như vậy là nhanh, yên tĩnh và không cần có dụng cụ xối

để chuyển các đất đá đào lên đi Có thể có rủi ro về giảm sức ép thành bên

hoặc tường đắp, mặt tiếp xúc bị bẩn hoặc là có thể có ảnh hưởng bất lợi tới kếtdính đất/ vữa.

Mở rộng hố khoan: Các thiết bị khác nhau đã được triển khai để mở rộng các

hố móng mở trong đất dính và các trầm tích mềm, đặc biệt khi các móng cọc

là để chịu kéo (ví dụ như các cọc truyền phát) Những công cụ này có thể

được kích hoạt về mặt cơ khí hoặc thủy lực và sẽ làm mở rộng hoặc cắt và màimòn hố khoan đơn hoặc nhiều hố khoan

5 Đổ vữa

Các hoạt động đổ vữa có một ảnh hưởng lớn đến khả năng chịu lực củacọc siêu nhỏ và tạo nên sự phân loại cơ bản cốt lõi nhất cho các loại cọc siêunhỏ Các chi tiết của mỗi dạng thao tác đổ vữa trên thế giới là khác nhau, phụthuộc vào xuất xứ của việc thực hiện và chất lượng của các nguồn nguyên liệu

địa phương Tuy nhiên, như đã quan sát chung, có thể ghi nhận rằng:

- Việc đổ vữa được thiết kế để cung cấp độ bền và ổn định cao, nhưngcũng phải bơm được Như được chỉ ra trong Hình 1.9, điều này nói đến các tỷ

lệ nước /xi măng cơ bản trong phạm vi từ 0,40 tới 0,50 theo trọng lượng đổvữa của cọc siêu nhỏ

- Vữa được tạo ra bằng nước có thể uống được, để giảm bớt nguy hiểm

do cốt thép bị ăn mòn

- Dạng xi măng phù hợp được sử dụng và được cung cấp dưới dạng túihoặc là dạng khối phụ thuộc vào điều kiện công trình, qui mô công việc và sựsẵn có nguyên liệu ở địa phương, chi phí

- Nước xi măng nguyên chất trộn vữa được sử dụng thông thường nhất,mặc dù cát cũng là một phụ gia thông dụng ở nhiều nước Bentonite được sửdụng trong các hỗn hợp ban đầu với sự thận trọng đặc biệt trong khi các chấtphụ gia chỉ được giới hạn cho các điều kiện để cải thiện tính có thể bơm đượctrong khoảng cách xa và điều kiện nóng (ví dụ giảm bớt nước trong diệnrộng)

- Thiết kế lực nén từ 28 tới 35 MPa có thể đạt được một mức phù hợpkhi tạo hỗn hợp xi măng, vữa đúng mức.

Hình 1.9:ảnh hưởng của thành phần nước lên độ bền nén của vữa và tính chất

của dòng chảy (Barley và Woodward, 1992) [19]

Điều quan trọng thiết yếu của thao tác đổ vữa là trên thực tế, nơi đổ vữa đượcyêu cầu phục vụ cho một số mục đích:

- Chuyển tải trọng áp đặt giữa cốt thép và nền xung quanh

- Có thể hình thành phần chịu lực cắt chéo của cọc

- Phục vụ bảo vệ cốt thép khỏi bị ăn mòn

- Tác dụng có thể kéo dài các giới hạn của hố khoan bằng thẩm thấu,

đầm nén và/ hoặc mạng đường nứt

Việc đổ vữa , do đó , cần phải có các đặc tính phù hợp về tính lỏng, lực,

độ ổn định , và độ bền Sự cần thiết tính lưu động của vữa có thể dẫn đến việctăng thành phần nước một cách sai lầm; điều này có một ảnh hưởng tiêu cựclên ba đặc tính khác Tất cả các yếu tố ảnh hưởng tới độ lỏng của vữa và các

đặc tính nêu trên, tỉ lệ nước /xi măng là cơ bản

Việc đổ vữa là một thành phần chính yếu của cọc siêu nhỏ, phải chú ýcẩn thận tới sự điều khiển và chất lượng của sản phẩm.

6 Cốt thép

Số lượng của cốt thép được đặt ra trong cọc siêu nhỏ được quyết địnhbởi tải trọng đỡ và độ cứng được yêu cầu với giới hạn của sự chuyển vị đànhồi Cốt thép có thể được bao gồm với thanh cốt thép đơn, một nhóm thanhcốt thép đơn, một đường ống chống bằng thép hoặc thép có cấu trúc tròn [19]

Các thanh cốt thép: Chuẩn mực cốt thép (Bảng 1.1); phù hợp với chuẩn ASTM

A61 YAASHTO M3l và ASTM A706, với độ bền hiệu suất của 420 và 520MPa, điển hình được sử dụng Thanh có đường kính từ 25 mm tới 63 mm.Một thanh đơn được sử dụng là điển hình, nhưng một nhóm thanh cũng cóthể sử dụng Đối với một nhóm, các thanh đơn lẻ có thể được tách rời bằngviệc sử dụng của các vòng đệm hoặc nối vào cốt thép xoắn ốc, để cung cấpdiện tích đổ vữa chảy giữa các thanh và đảm bảo liên kết phù hợp các thanh vàvữa như Hình 1.10 Hoặc các thanh có thể được bó lại, tạo thành một độ dàiphù hợp đối với bó thanh được cung cấp

Đối với các điều kiện trần thấp khi việc thay thế các thanh có toàn bộchiều dài là không khả thi, các nối ghép kỹ thuật có thể được sử dụng [19]

Hình 1.10: Các thanh cốt thép với thanh định vị [19]

Bảng 1.1: Các kích thước, độ bền uốn, độ bền cơ bản của các thanh cốt thép

1 Mác cốt thép 420 tạo nên dự ứng lực f y = 420 MPa và lực kéo f u = 620 MPa.

2 Mác cốt thép 520 tạo nên dự ứng lực f y =520 MPa và lực kéo f u = 690 MPa.

3 Thanh khía ren DSI 63 mm có cường độ chịu uốn tối thiểu f y = 550 MPa.

Các thanh thép ren liên tục: Thanh cốt thép có một độ dài ren liên tục, như là

hệ thống thanh khía ren chuẩn mực quốc tế (DSI) hay thanh khía renWilliams All Hệ thống thanh khía ren DSI cũng được gọi là cọc GEWI (Hình1.11), là một lựa chọn thông dụng trên toàn thế giới cho cốt thép cọc siêu nhỏ.Thanh có một khoảng cách thô, liên tục có gờ ren cuốn vào trong khi sản xuất.Thép có đường kính từ 19 mm đến 63 mm sẵn có phù hợp với ASTMA615/AASHTO M 31, với độ bền uốn là 420,520, và 550 MPa Loạt cỡ từ 44

mm tới 63.5 mm được sử dụng thường xuyên nhất Độ bền lớn hơn, lực củacác thanh thép phù hợp với ASTM A722/AASHTO M 275 với độ bền cơ bản

là 1,035 MPa cũng sẵn có , với các đường kính từ 26,32 và 36 mm

Hình 1.11: Các chi tiết của thanh ren liên tục Dywidag (DSI, 1993) [19]

Các Thanh khía ren Williams sẵn có các loại thép đường kính từ 20

mm tới 53 mm phù hợp với ASTM A615/AASHTO M 31 và thép từ 26 mmtới 45 mm phù hợp với ASTM A722/AASHTO M 275 , với độ bền cơ bản là1,035 MPa Thanh có ren tinh xảo hơn thanh Dywidag [19]

Ren trên các thanh không chỉ đảm bảo gắn kết vữa vào thép mà còn chophép thanh được cắt tại bất kỳ điểm nào và nối với một bộ nối để phục hồitoàn bộ lực nén/ kéo

Các thanh thép ren lõi nông liên tục: Cốt thép với thanh có một lõi nông và

đường ren liên tục bao gồm các thanh cán tròn Dwyidag (Dạng MAI),Ischebeck Titan và Chance IBO Các dạng thanh này có các ưu điểm là rãnhren liên tục và lõi nông cho phép thanh được sử dụng để khoan hố móng Một

đầu khoan được lắp dựng trên đầu thanh và thanh được khoan cùng với vòiphun vữa tới đầu mũi khoan thông qua lõi nông của thanh Như một sự lựachọn một vòi phun khí hoặc nước có thể được sử dụng , với việc đổ vữa đượctiến hành thông qua thanh sau khi khoan tới độ sâu cuối cùng [19]

Việc ren liên tục cho phép thanh được cắt theo chiều dài và kết hợp chophép sử dụng một đai ốc sáu cạnh nối với đỉnh hố móng Hạn chế chính củadạng này là cốt thép có giá cao hơn

Đường ống chống bằng thép : Với xu hướng các cọc siêu nhỏ có thể đỡ tải lớn

hơn với chuyển vị nhỏ và đối với các yêu cầu để chống đỡ các tải phía bên,

đường ống cốt thép đã trở nên thông dụng hơn (Hình 1.12) Đường ống cốtthép có thể cung cấp các phần thép lớn để đỡ tải trọng lớn và góp phần làm

móng cọc chắc chắn, trong khi tạo ra mặt cắt lớn hơn và tính năng uốn phùhợp để chống đỡ tải ở phía bên [19].

Hình 1.12: ống chống bằng thép [20]

Đường ống cốt thép được đặt hoặc bằng cách sử dụng ống chống khoannhư là cốt thép vĩnh viễn, hoặc bằng cách đặt đường ống vĩnh viễn có đườngkính nhỏ hơn bên trong ống chống khoan Việc sử dụng ống chống khoan đốivới toàn bộ chiều dài cốt thép là cơ bản chỉ sử dụng đối với các cọc siêu nhỏ

đóng trong đá, khi mà việc rút ống chống đối với áp suất đổ vữa là không cầnthiết [20]

Đường ống có các cỡ điển hình được dùng trong xây dựng các cọc siêunhỏ bằng sắt sẵn có phù hợp với ASTM A53, A519, A252 và A106 với mộtcường độ điển hình là 241Mpa [19] Các nhược điểm chính khi sử dụng cácloại đường ống này là cường độ tương đối thấp và đơn giá mỗi mét ống rấtcao

ống chống API 5CT hoặc 5L (N-80) có thể được sử dụng Cường độcao 551 MPa hỗ trợ phần lớn khả năng đỡ tải trọng của cọc siêu nhỏ và nângcao độ bền của các mối nối ren được gắn theo cấu trúc vào vách đường ống[19] Các kích thước đường ống và độ bền tạo ra đối với các loại thép khácnhau được thể hiện trong Bảng 1.2

Bảng 1.2: Các kích thước và cường độ của các dạng, cỡ cọc siêu nhỏ thông

2 Diện tích thép được tính là A s = (/4) x (OD 2 –ID 2 )

3 ứng suất đàn hồi danh định đối với thép API N-80 là F y = 551 MPa

4 ứng suất đàn hồi danh định đối với thép ASTM A519 & A106 là F y =

241 MPa

5 Các cỡ đường ống khác được sản xuất nhưng có thể không sẵn có Kiểm tra khả năng thông qua nhà cung cấp

Chương ii: PHƯƠNG PHáP TíNH TOáN CọC SIÊU NHỏ

2.1 Lý thuyết tính toán sức chịu tải của cọc siêu nhỏ

Hiện nay, trong nước chưa có tiêu chuẩn thiết kế cọc siêu nhỏ Do đó,nội dung phần này sẽ trình bày phương pháp thiết kế cọc siêu nhỏ dựa trên chỉdẫn thiết kế và thi công cọc siêu nhỏ FHWA - SA - 97 - 070

2.1.1 Sức chịu tải theo đất nền

Sức chịu tải theo tải trọng cho phép [19]



FS cho đất, đá và nhóm cọc không kể đến động đất

Sức chịu tải theo hệ số tải trọng

 cho nhóm cọc chịu tải trọng động đất

2.1.2 Sức chịu tải theo vật liệu

Trong thiết kế sức chịu tải theo vật liệu của cọc siêu nhỏ nên sử dụngcác tiêu chuẩn theo từng địa phương Việc xem xét đặc biệt của thiết kế cọcsiêu nhỏ có thể không phải luôn được cụ thể hay giải quyết thỏa đáng trongcác quy định và tiêu chuẩn này Trong trường hợp này, việc giải thích hợp lýhoặc ngoại suy là điều cần thiết bởi tất cả các bên, được phản hồi bởi các thí

nghiệm phù hợp Trong phần này, việc thiết kế của các phần khác nhau củacọc siêu nhỏ được kiểm tra theo AASHTO 1996 Cả hai phương pháp SLD(theo tải trọng cho phép ) và LFD ( theo hệ số tải trọng) được trình bày.

Việc thiết kế cọc siêu nhỏ theo vật liệu dựa trên cấu tạo gồm hai phầncủa cọc: phần trên là ống casing gắn liền với cọc, cốt thép gia cường tại tâm;phần dưới bao gồm bầu neo và cốt thép gia cường tại tâm như trên Hình 2.1

Hình 2.1: Cấu tạo cọc siêu nhỏ [19]

Bảng 2.1: Tóm tắt các trị số tiêu biểu  b (kết dính giữa vữa và đất nền) đối với

thiết kế cọc siêu nhỏ cơ bản đã sử dụng trong thực tiễn [19]

Mô tả loại đất/đá Miền giá trị điển hình của lực dính kết (kPa)

chặt

95-215 120-360 145-360 145-385

Sỏi (pha cát) chặt vừa đến rất chặt 95-265 120-360 145-360 145-385

Đá cuội (pha mùn, cát, sỏi) chặt vừa

đến rất chặt

95-190 95-310 120-310 120-335

1 Phần cọc có ống casing

Sức chịu tải kéo và nén cho phép (SLD) và sức chịu tải thiết kế (LFD)

được trình bày trong các biểu thức dưới đây cho phần phía trên của cọc siêunhỏ Do phần phía trên của cọc thường được đặt trong các lớp đất yếu nên cần

kể đến ổn định của cọc trong tính toán sức chịu tải theo phương đứng Cọcthường được bao quanh bởi đất nền, do đó không có chiều dài tính toán vàkhông bị suy giảm sức chịu tải đứng do mất ổn định trừ khi cọc được kéo dàilên trên mặt đất, cọc xuyên qua hang động, hoặc qua các lớp đất có thể bị hóalỏng

Sức chịu tải theo tải trọng cho phép

Do sự biến dạng tương đồng giữa ống casing và cốt thép, cường độ của thép

A : Diện tích mặt cắt ngang của ống casing

Sức chịu tải nén cho phép:

A là diện tích mặt cắt ngang phần bê tông của cọc

Sức chịu tải theo hệ số tải trọng

Tương tự như trên, do sự biến dạng tương đồng giữa ống casing và cốt thép,cường độ của thép được lấy F y  minF y b ,F y ca 

Sức chịu tải kéo thiết kế:

Phần cọc neo (phía dưới) thường có sức chịu tải về vật liệu là nhỏ, do đó

có thể kể đến sức chịu tải ma sát ở phần phía trên có ống casing của cọc vàosức chịu tải vật liệu của cọc ở phần cọc neo Sức chịu tải này được gọi là P ch

Để thiên về an toàn thì có thể bỏ qua sức chịu tải này và bỏ qua nó khi tínhtoán sức chịu tải mũi cọc [19]

Sức chịu tải theo tải trọng cho phép

Sức chịu tải ma sát phần trên cọc:

A là diện tích mặt cắt ngang phần bê tông của cọc

Sức chịu tải theo hệ số tải trọng

2.1.3 Sức chịu tải của cọc siêu nhỏ theo phương ngang

ứng xử của cọc siêu nhỏ theo phương ngang phụ thuộc vào các đặctrưng của cọc như đường kính, chiều dài, độ cứng uốn, điều kiện liên kết củacọc với đài, và các đặc trưng của đất nền xung quanh Điều kiện đất nền xungquanh từ việc hạ cọc cũng cần được quan tâm Các vấn đề có thể kể đến baogồm sự rời ra của đất nền khi khoan tọa lỗ, và sự chặt của đất khi bơm phụtvữa bê tông Các tham khảo liệt kê dưới đây của FHWA bao gồm tài liệu vàcác phần mềm tính toán:

- ứng xử của cọc và nhóm cọc dưới tác dụng của tải trọng ngang(FHWA/RD-85/106)

- Sổ tay thiết kế cọc và cọc khoan nhồi do tải trọng ngang 84-11)

(FHWA-IP COM624P, chương trình phân tích cọc chịu tải trọng ngang cho máytính siêu nhỏ (FHWA-SA-91-048)

Các phương pháp làm tăng sức chịu tải trọng ngang của cọc siêu nhỏ bao gồm:

- Hạ cọc theo phương xiên

- Hạ cọc với ống casing có đường kính lớn hơn để tăng đường kính hiệuquả của cọc, khả năng chịu tải trong ngang bao gồm sức chịu tải của đất nền

và khả năng chịu uốn của cọc

Một vấn đề cần quan tâm là phải kiểm tra khả năng chịu tải của mặt cắt

do tổ hợp ứng suất trong cọc khi chịu đồng thời nén và uốn, đạc biệt là vị trínối ống casing [19]

và Mỹ, người ta thường sử dụng phương pháp đường cong t-z (mô tả quan hệgiữa ứng suất tiếp và chuyển vị tại một điểm bất kỳ dọc thân cọc) cho cọc chịu