đánh giá hiệu quả sử dụng cọc bê tông cốt thép đặc và cọc ly tâm cho chung cư trong nền đất tại đồng nai

LỜI CAM ĐOAN Tôi tên Pham Minh Thế, thực hiện đề tài luận văn thạc sĩ “Đánh giá hiệu quả sử dụng cọc bê tông cốt thép đặc và cọc ly tâm cho chung cư trong nền đất tại Đồng Nai” xin cam đ

TỔNG QUAN VỀ CỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP ĐÚC SẴN

Tổng quan về móng cọc ở Việt Nam và trên thế giới

Nhà cao tầng, biểu tượng của đô thị hiện đại, đòi hỏi giải pháp kỹ thuật tiên tiến để tối ưu diện tích và bảo đảm an toàn Sử dụng móng cọc là phương pháp phổ biến toàn cầu giúp ổn định nhà cao tầng ngay cả trên nền đất yếu Các giải pháp kỹ thuật tin cậy đảm bảo tính ổn định và dài hạn của những công trình này, góp phần nâng cao chất lượng sống và làm việc tại các thành phố.

Sử dụng móng cọc trong nhà cao tầng là một phương pháp xây dựng phổ biến và hiệu quả được áp dụng rộng rãi ở Việt Nam Móng cọc được sử dụng để chống nền đất yếu và chịu tải trọng lớn từ tòa nhà

Móng cọc là một loại cột chắc chắn được đóng vào lòng đất sâu dưới mặt đất để cung cấp khả năng chống nén và chịu tải Các cọc thường được làm bằng thép hoặc bê tông cốt thép, và có thể có hình dạng trụ, hình vuông hoặc hình tròn, tùy thuộc vào yêu cầu kỹ thuật và điều kiện địa chất của địa điểm xây dựng

Một số ưu điểm của việc sử dụng móng cọc trong nhà cao tầng ở Việt Nam bao gồm:

+ Chống đứng vững trên nền đất yếu: Việt Nam có nhiều khu vực đất yếu, như đất phù sa, đất ven biển, hoặc đất phấn Móng cọc giúp truyền tải tải trọng của tòa nhà từ trên xuống dưới và chống lại sự trượt lún hay sụp đổ do đặc tính của đất yếu + Tiết kiệm diện tích: Với sử dụng móng cọc, không cần phải xây dựng các móng tiền chế rộng lớn trên toàn bộ diện tích đất Thay vào đó, các cọc có thể đặt ở các vị trí chiến lược, giúp tối ưu hóa diện tích sử dụng đất

+ Linh hoạt trong thiết kế: Móng cọc cho phép linh hoạt trong việc thiết kế và xây dựng nhà cao tầng Các cọc có thể được đặt theo mô hình và sâu độ phù hợp để đáp ứng yêu cầu cụ thể của tòa nhà và điều kiện địa chất

Móng cọc được chế tạo để đảm bảo độ bền và sự ổn định cho tòa nhà bằng cách chịu được tải trọng lớn Việc sử dụng móng cọc giúp đảm bảo duy trì tính bền vững của công trình trong thời gian dài, góp phần tạo nên một nền tảng vững chắc cho toàn bộ cấu trúc.

Hình 1.1 Chung cư khu nhà ở xã hội ở P.Quang Vinh (TP.Biên Hòa), Đồng Nai

Tuy nhiên, việc sử dụng móng cọc cũng có nhược điểm như chi phí cao hơn so với các phương pháp móng khác, đặc biệt là trong trường hợp địa chất đất nền phức tạp hoặc khó khăn Ngoài ra, việc thiết kế và thi công móng cọc cần phải tuân thủ các quy định kỹ thuật và tiêu chuẩn an toàn để đảm bảo tính an toàn và hiệu quả của công trình

Tóm lại, việc sử dụng móng cọc trong nhà cao tầng ở Việt Nam là một giải pháp phổ biến và hiệu quả để đảm bảo độ bền và an toàn của công trình trên đất yếu Điều này đòi hỏi sự kỹ thuật cao và tuân thủ các quy định kỹ thuật cần thiết

Sử dụng móng cọc trong nhà cao tầng ở Việt Nam đã được áp dụng trong nhiều công trình quan trọng và đáng chú ý Dưới đây là một số ví dụ về các công trình áp dụng các phương pháp móng cọc khác nhau:

Hình 1.2 Chung cư Topaz Twins, P Thống Nhất (TP.Biên Hòa), Đồng Nai

Móng cọc khoan nhồi là giải pháp phổ biến được ứng dụng trong xây dựng nhà cao tầng Việt Nam, tiêu biểu như tòa nhà Bitexco Financial Tower tại TP Hồ Chí Minh với 68 tầng và cao 262 mét Phương pháp này giúp tăng khả năng chịu lực và ổn định công trình trên nền đất yếu, đảm bảo sự vững chắc cho các tòa nhà cao tầng.

+ Móng cọc đóng: Móng cọc đóng, còn được gọi là móng cọc xi măng, là một phương pháp truyền thống trong xây dựng nhà cao tầng Một ví dụ điển hình là tòa nhà Landmark 81 tại TP Hồ Chí Minh, đây là tòa nhà cao nhất Việt Nam với chiều cao khoảng 461 mét Móng cọc đóng đã được sử dụng để tạo ra sự ổn định và chống chịu tải trọng của tòa nhà

+ Móng cọc ép: Móng cọc ép, còn được gọi là móng cọc kẹp, là một phương pháp khác được sử dụng trong xây dựng nhà cao tầng Một ví dụ là tòa nhà Vincom Landmark 72 tại Hà Nội Tòa nhà này có chiều cao khoảng 350 mét và sử dụng móng cọc ép để tăng cường khả năng chịu tải và ổn định trên nền đất yếu

Các ví dụ trên chỉ là một số công trình tiêu biểu và không đại diện cho tất cả các công trình sử dụng móng cọc trong nhà cao tầng ở Việt Nam Sự lựa chọn phương pháp móng cọc phụ thuộc vào yêu cầu kỹ thuật và điều kiện địa chất cụ thể của từng công trình

Lịch sử phát triển móng cọc trên thế giới có nguồn gốc từ rất xa xưa và đã trải qua nhiều giai đoạn và tiến bộ theo thời gian Dưới đây là một cái nhìn tổng quan về lịch sử phát triển này:

Người Ai Cập cổ đại đã sử dụng móng cọc trong quá trình xây dựng các đền thờ và cung điện Họ sử dụng các cọc gỗ hoặc đá để làm móng cho các công trình Việc sử dụng cọc móng đã giúp phân tán trọng lượng của công trình xuống đất, tạo sự ổn định và chắc chắn cho các tòa nhà Ngoài ra, móng cọc còn giúp bảo vệ công trình khỏi nguy cơ sụt lún và lún đất.

Khái niệm chung về cọc ép

Cọc là vật thanh hoặc bản, dài hơn nhiều so với tiết diện, cắm thẳng đứng vào đất, đá để truyền tải trọng công trình xuống sâu hơn (TCXD 10304:2014) Trong xây dựng, cọc có đa dạng mục đích: gia cố đất (cọc tre, cọc tràm ), làm móng (cọc bê tông, cọc thép ), ngăn đất, nước (cọc ván, cừ ván), định vị trên mặt đất (cọc tiêu, cọc mốc ) Các cách cắm cọc phổ biến: đóng cọc bằng búa, rung, ấn cọc bằng thiết bị chuyên dụng, ép cọc bằng lực tĩnh hoặc khoan tạo lỗ rồi nhồi vật liệu (cọc nhồi).

Dùng móng cọc khi gặp nền đất yếu (bùn, cát chảy…) không chịu được trực tiếp tải trọng từ công trình Tuỳ theo cách làm việc, chia cọc thành hai loại: cọc chống và cọc ma sát Cọc chống truyền tải trọng qua đầu cọc lên lớp đất cứng hoặc đá Cọc ma sát (cọc treo) có đầu cọc tựa lên lớp đất bị nén co, truyền tải trọng vào đất một phần lớn qua ma sát ở các mặt bên và một phần qua đầu cọc

Cọc ép là cọc được hạ bằng năng lượng tĩnh, không gây nên xung lượng lên đầu cọc

Cọc ép nhà liền kề: Với công trình xây chen hay nhà dân dụng thì nên dung cọc 20x20cm và chiều dài vừa đủ để Qa đạt 10 – 20 tấn là được Sử dụng cọc nhỏ vừa đủ như vậy là ta dùng đối trọng nhỏ ép, tránh được việc gây ảnh hưởng cho những công trình lân cận Nếu có nhà liền kề thì tim cọc phải cách nhà kế bên ít nhất 70cm do không bao giờ đơn vị thi công có thể ép sát cọc vào nhà hàng xóm được vì còn diện tích cho khung và giá ép nữa Do đó phải thiết kế đài móng như congson Trường hợp này phải tính móng lệch tâm

1.2.2 Tiết diện của cọc ép và chế tạo các loại cọc ép

Cọc ép thường có tiết diện hình vuông hoặc tròn, làm bằng bê tông cốt thép với chiều dài từ 6-20m Kích thước cọc tùy theo yêu cầu tính toán Trong quá trình vận chuyển và thi công cọc, cần bảo đảm cọc không bị sứt mẻ hoặc va đập vào các vật khác Nối cọc được phép khi cần thiết để phù hợp với phương tiện vận chuyển và thi công Tuy nhiên, cần chú ý chỉ vận chuyển và cẩu lắp cọc khi cọc đã đạt đủ cường độ.

Cọc bê tông cốt thép nổi bật với độ bền cao, khả năng chịu tải trọng lớn từ công trình Những đặc tính này khiến cọc bê tông cốt thép trở thành lựa chọn lý tưởng cho móng của các công trình dân dụng, công nghiệp, đặc biệt là những công trình lớn yêu cầu khả năng chịu lực cao.

Tiết diện cọc: Cọc bê tông cốt thép có nhiều loại tiết diện khác nhau như: Tròn, vuông, chữ nhật Loại cọc tiết diện vuông được dùng nhiều hơn cả vì có cấu tạo đơn giản và có thể tạo ngay tại công trường Kích thước ngang của loại cọc này thường là 20×20; 25×25; 30×30 tùy thuộc vào địa hình, thiết bị ép, nhiều công trình đã thi công ép cọc ly tâm hình tròn rỗng bằng robot

Cọc ép được chế tạo bằng bê tông cốt thép đúc sẵn (có thể tại xưởng hoặc ngay tại công trường) và dùng thiết bị ép xuống đất Mác bê tông chế tạo cọc từ 300 trở lên

Loại cọc phổ biến thường có tiết diện vuông, có kích thước từ 200×200 đến 300×300 Chiều dài và tiết diện cọc phụ thuộc vào thiết kế Nếu chiều dài cọc quá lớn, có thể chia cọc thành những đoạn cọc ngắn để thuận tiện cho việc chế tạo và phù hợp với thiết bị chuyên chở, và thiết bị hạ cọc

Cọc phải chế tạo đúng theo thiết kế, đảm bảo chiều dày lớp bảo vệ (tối thiểu là 3cm) để chống bong tách khi ép cọc và chống rỉ cho cốt thép sau này

Bãi đúc cọc phải phẳng, không gồ ghề

Khuôn đúc cọc phải thẳng, phẳng cần được bôi trơn chống dính, tránh mất nước xi măng khi đổ bê tông Đổ bê tông phải liên tục từ mũi đến đỉnh cọc, đầm bê tông bằng đầm dùi cỡ nhỏ Trong quá trình thi công đúc cọc cần đánh dấu cọc và ghi rõ lý lịch để tránh nhầm lẫn khi thi công Đặt thép thân cọc: Mật độ thép cọc ép không nhỏ hơn 0,5%, cọc ép mà than cọc nhỏ và dài không nên nhỏ hơn 0,8%

Trong các trường hợp sau đây, mật độ thép phải nâng cao tới 1%-2%:

- Mũi cọc phải xuyên qua lớp đất rắn có độ dày nhất định;

- Tỷ số dài đường kính L/D của cọc lớn hơn 60;5

- Cọc bố trí dày trên một khoảng lớn

Khi L/D lớn hơn hoặc bằng 80, khả năng chịu lực của cọc đơn rất lớn mà số lượng cọc dưới đài rất ít hoặc là cọc chỉ có 1 hàng, thì mật độ thép phải được tăng thêm

* Đường kính và số thanh:

- Đường kính cốt dọc không nên nhỏ hơn 14mm, khi bề rộng hoặc đường kính cọc lớn hơn 300mm thì số thanh không dưới 8

* Các trường hợp sau đây nên đặt thép tăng thêm:

- Khi dùng 1-2 cây cọc và hàng cọc đơn, nếu có tải trọng lệch tâm thì phải tăng thêm đặt thép ở phần đầu thân cọc

- Khi thân cọc chỉ đặt thép theo ứng suất cẩu cọc thì phải tăng thêm đặt thép ở vùng móc cẩu

Bê tông thân cọc: Cường độ bê tông thân cọc không thấp hơn C30 Độ dày lớp bảo vệ cốt thép dọc không nhỏ hơn 30mm

Mối nối của cọc: Số lượng đầu nối của cọc không nên quá hai Khi trong tầng nông có tồn tại tầng đất khó xuyên qua dày trên 3m thì đầu nối phải bố trí ở phía bên dưới của tầng đất ấy

Mối nối bằng keo có thể sử dụng trong trường hợp dự tính là cọc dễ xuyên vào đất

Khi tải trọng thiết kế lớn, cọc phải có đường kính nhỏ và chiều dài lớn để xuyên qua những lớp đất cứng có độ dày đáng kể Ở những khu vực có khả năng xảy ra động đất hoặc có nhiều cọc tập trung, bắt buộc phải sử dụng phương pháp nối hàn để đảm bảo an toàn và độ bền của công trình.

1.2.2.3 Quy trình sản xuất cọc

Bước 1: Chuẩn bị nguyên vật liệu:

Vật liệu dùng trong quy trình sản xuất cọc BTCT phải đảm bảo được các yêu cầu kỹ thuật theo các tiêu chuẩn hiện hành, đồng thời đáp ứng các yêu cầu bổ sung của thiết kế

Vật liệu phải được cất giữ và vận chuyển đảm bảo giữ nguyên chất lượng và sự phù hợp của vật liệu cho công trình Bên cạnh đó, nguyên vật liệu cũng sẽ được kiểm tra và thí nghiệm lại trước khi đưa vào sử dụng cho công trình

Tính toán và kiểm tra sức chịu tải của cọc ép

1.3.1 Tính toán sức chịu tải theo vật liệu cọc

Hầu hết trường hợp thiết kế thực tế là cọc chịu lực nén đúng tâm do đài truyền vào từ công trình bên trên, vật liệu cọc bê tông cốt thép thường Dùng công thức tính toán như cấu kiện bê tông chịu nén đúng tâm của TCVN 5574:2018 như sau:

PVL=φ(RbAb+RscAst) (1.1) Diễn giải công thức:

Ast là tổng diện tích cốt thép dọc trong cọc

Ab là diện tích bê tông trong cùng tiết diện cọc

Rsc là cường độ tính toán về nén của cốt thép

Rb là cường độ tính toán về nén của bêtông cọc, bằng cường độc tính toán gốc của bê tông nhân với các hệ số điều kiện làm việc γcb.γ′cb như sau: γcb=0,85 kể đến đổ bê tông trong khoảng không gian chật hẹp của hố khoan, ống vách γ′cb kể đến phương pháp thi công cọc, trường hợp phổ biến là cọc khoan nhồi tương ứng trường hợp ghi trong TCVN 10304:2014 là Trong các nền, việc khoan và đổ bê tông vào lòng hố khoan dưới dung dịch khoan hoặc dưới nước chịu áp lực dư (không dùng ống vách) γ′cb=0,7

Với cọc bê tông cốt thép đúc sẵn đóng, ép, các hệ số γcb=γ′cb=1 φ là hệ số giảm khả năng chịu lực do ảnh hưởng của uốn dọc, theo TCVN 5574:2012:

Khi tính toán theo cường độ vật liệu, cọc được xem như thanh ngàm cứng trong đất tại chiều sâu cách đáy đài một khoảng l1 = lo + 2/αε Trong đó, lo là chiều dài đoạn cọc từ đáy đài đến cao độ san nền; αε = 5(kbp/γcEI)1/2 Hệ số tỷ lệ k phụ thuộc vào loại đất bao quanh cọc.

E là module đàn hồi của vật liệu làm cọc (bêtông) γc=3 là hệ số điều kiện làm việc đối với cọc độc lập

2αvarepsilon không được vượt quá chiều sâu đến mũi cọc từ đáy đài h9 λ=l1r là độ mảnh của cọc, r=(I/A) 1/2 là bán kính quán tính của tiết diện cọc Lưu ý với cọc thí nghiệm, cường độ chịu nén gốc của bêtông cọc cần nhân với hệ số điều kiện làm việc γb2=1,1 do tính chất tải trọng nén tĩnh là tạm thời, ngắn hạn

Trong trường hợp vật liệu cọc dùng bêtông cốt thép ứng suất trước, sức chịu tải theo vật liệu cọc tính toán theo hướng dẫn của TCVN 7888:2014

1.3.2 Tính toán sức chịu tải cọc theo đất nền

Sức chịu tải của cọc theo đất nền xác định đối với cọc chịu nén như sau:

Rc,u là sức chịu tải trọng nén cực hạn

Wc là trọng lượng bản thân cọc có kể đến hệ số độ tin cậy bằng 1,1 γo là hệ số điều kiện làm việc, kể đến yếu tố tăng mức độ đồng nhất của nền đất khi sử dụng móng cọc, lấy bằng 1 đối với cọc đơn và lấy bằng 1,15 trong móng nhiều cọc γn là hệ số tin cậy về tầm quan trọng của công trình, lấy bằng 1,2; 1,15 và 1,1 tương ứng với tầm quan trọng của công trình cấp I, II và III ( Phụ lục F của tiêu chuẩn) γk là hệ số độ tin cậy theo đất

Trong thực hành thiết kế hiện nay phổ biến tính toán sức chịu tải cọc theo kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT) dùng 2 công thức Meyerhof và công thức của

Viện kiến trúc Nhật Bản như sau:

Sức chịu tải trọng nén cưc hạn:

Rc,u=qbAb+u∑fili (kN) (1.3) qb là cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc qb=k1Np k1 là Hệ số, k1@h/d≤400 với cọc đóng/ép và k10 với cọc khoan nhồi h là chiều sâu hạ cọc

Np là chỉ số SPT trung bình trong khoảng 1d phía dưới mũi cọc và 4d phía trên mũi cọc fi là cường độ sức kháng của đất theo thân cọc

Trong các lớp đất rời fi=k2Ns,i

Trong quá trình tính toán ứng suất nền đất dính dưới tải trọng cọc, hệ số lấy bằng 2,0 với cọc đóng/ép và bằng 1,0 với cọc khoan nhồi Hệ số α xác định theo biểu đồ trên hình G.2 của tiêu chuẩn.

Ns,i là chỉ số SPT trung bình của lớp đất thứ i trên thân cọc cu,i là cường độ sức kháng cắt không thoát nước của lớp đất thứ i trên than cọc cu,i=6,25Nc,i(kPa)

Nc,i là chỉ số SPT trong đất dính của lớp đất thứ i trên thân cọc

Công thức của Viện kiến trúc Nhật Bản:

Rc,u=qbAb+u∑(fc,i lc,i+fs,ils,i) (1.4) qb là cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc, xác định như sau:

Khi mũi cọc nằm trong lớp đất rời qb00Np cho cọc đóng/ép và qb0Np cho cọc khoan nhồi

Khi mũi cọc nằm trong lớp đất dính qbu cho cọc đóng/ép và qblu cho cọc khoan nhồi fs,i là cường độ sức kháng trung bình trên đoạn cọc nằm trong lớp đất rời thứ i fs,iNs,i/3 fc,i là cường độ sức kháng trung bình trên đoạn cọc nằm trong lớp đất dính thứ i fc,i=αpfLcu,i αp là hệ số điều chỉnh cho cọc đóng/ép và fL là hệ số điều chỉnh theo độ mảnh h/d của cọc đóng, bằng 1 cho cọc khoan nhồi, xác định như các biểu đồ sau :

(Nguồn: TCVN 10304:2014, Móng cọc - Tiêu chuẩn thiết kế, 2014)

Hình 1.3 Biểu đồ xác định hệ số  p và f L ls,i là chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất rời thứ i lc,i là chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất dính thứ i

Np Đối với các loại đất cát, nếu trị số Np>50 thì chỉ lấy NpP, nếu trị số

Ns,i>50 thì lấy Ns,iP Đối với nền đá hoặc cuội sỏi trạng thái chặt, khi Np>100 thì lấy qb MPa cho cọc đóng/ép và cọc khoan nhồi có biện pháp làm sạch mũi cọc tin cậy và bơm vữa ximăng gia cường đất dưới mũi cọc

Thông thường đối với nền có nhiều lớp đất dính dọc theo thân cọc, giá trị sức chịu tải đất nền tính theo công thức Nhật Bản thường lớn hơn công thức Meyerhof Người thiết kế nên chọn giá trị làm sức chịu tải dự báo theo một trong hai công thức trên, từ đó quyết định giá trị tải trọng thí nghiệm nén tĩnh max làm căn cứ điều chỉnh cho cọc đại trà sau này

1.3.3 Kiểm tra khả năng chịu tải của cọc

Theo quy định của TCVN 10304:2014, tải trọng nén dọc trục tác dụng lên cọc cần so sánh với sức chịu tải tính toán theo vật liệu và theo đất nền (Qa) như tính toán ở trên

Phạm vi sử dụng móng cọc ép

Móng cọc ép là giải pháp hiệu quả cho các công trình chịu tải trọng nhỏ đến trung bình, trong trường hợp lớp đất tốt nằm ở độ sâu đáng kể Sử dụng móng cọc ép giúp hạn chế nguy cơ biến dạng lún và lún không đều do đặc điểm chịu lực tốt và khả năng truyền tải trọng xuống lớp đất cứng bên dưới.

Móng cọc ép có thể sử dụng làm móng cho các công trình có điều kiện địa chất, địa hình phức tạp mà các loại móng nông không đáp ứng được

Móng cọc ép được sử dụng rộng rãi trong ngành xây dựng dân dụng và công nghiệp

Cọc ép tiết diện nhỏ được sử dụng khi phương án móng nông không đáp ứng được về mặt kỹ thuật (không ổn định, biến dạng nhiều) hoặc chi phí xử lý nền trong móng nông quá tốn kém Có thể do địa tầng chủ yếu gồm các lớp đất yếu phân bố ở phía trên, đất tốt lại nằm sâu phía dưới, hoặc bề dày lớp đất tốt phía trên không đủ lớn, bề dày không ổn định, đất yếu lại phân bố ngay phía dưới với bề dày lớn Việc chọn giải pháp móng cọc phải có cơ sở, khi tính toán móng nông không đảm bảo kỹ thuật Sử dụng trong các công trình xây chen, tải trọng không lớn lắm

Ngày nay, công nghệ ép cọc có thể tạo được lực ép lên đến 200 tấn thì sức chịu tải (Qa) của cọc đến hơn 100 tấn Với công trình xây chen hay nhà dân dụng thì nên dùng cọc 20x20cm và chiều dài vừa đủ để Qa đạt 10 – 20 tấn là được Sử dụng cọc nhỏ vừa đủ như vậy là ta dùng đối trọng nhỏ ép, tránh được việc gây ảnh hưởng cho những công trình lân cận Về chiều dài cọc cũng nên lưu ý là cọc ép không thể xuyên qua lớp cát chặt, đắt sét chặt lẫn laterit dày hơn 2m Ðã có vài công trình thiết kế cọc dài hơn 20m, đến khi thi công chỉ ép được 5 – 7m rồi phải tìm cách khoan dẫn qua lớp đất tốt để đưa cọc xuống theo chủ quan của thiết kế

Thực chất có thể chọn cọc dài 5 – 7m là đủ Do đó người thiết kế phải nghiên cứu đầy đủ điều kiện địa chất công trình để xử lý cho phù hợp.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN CỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP ĐẶC VÀ CỌC LY TÂM

Đặc điểm điều kiện địa chất công trình khu vực Đồng Nai

2.1.1 Vị trí địa lý tỉnh Đồng Nai Đồng Nai là tỉnh thuộc Miền Đông Nam Bộ nước Cộng hòa Xã hội chủ nghĩa Việt Nam, có diện tích 5.894,73 km 2 , chiếm 1,76% diện tích tự nhiên cả nước và chiếm 25,5% diện tích tự nhiên của vùng Đông Nam Bộ Dân số toàn tỉnh theo số liệu thống kê năm 2019 là 3.097.107 người, mật độ dân số: 516,3 người/km 2 Tỷ lệ tăng dân số tự nhiên của toàn tỉnh năm 2005 là 1,28% Tỉnh có 11 đơn vị hành chính trực thuộc gồm: Thành phố Biên Hòa - là trung tâm chính trị kinh tế văn hóa của tỉnh; Thành Phố Long Khánh và 9 huyện: Long Thành; Nhơn Trạch; Trảng Bom; Thống Nhất; Cẩm Mỹ; Vĩnh Cửu; Xuân Lộc; Định Quán; Tân Phú

Là một tỉnh nằm trong vùng phát triển kinh tế trọng điểm phía Nam Đồng Nai tiếp giáp với các vùng sau: Đông giáp tỉnh Bình Thuận Đông Bắc giáp tỉnh Lâm Đồng

Tây Bắc giáp tỉnh Bình Dương và tỉnh Bình Phước

Nam giáp tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu

Tây giáp Thành phố Hồ Chí Minh

Là một tỉnh có hệ thống giao thông thuận tiện với nhiều tuyến đường huyết mạch quốc gia đi qua như quốc lộ 1A, quốc lộ 20, quốc lộ 51; tuyến đường sắt Bắc

- Nam; gần cảng Sài Gòn, sân bay quốc tế Tân Sơn Nhất đã tạo điều kiện thuận lợi cho hoạt động kinh tế trong vùng cũng như giao thương với cả nước đồng thời có vai trò gắn kết vùng Đông Nam Bộ với Tây Nguyên

Nhìn chung, địa hình của tỉnh tương đối bằng phẳng, có xu thế dốc từ Bắc xuống Nam; 78% diện tích của tỉnh có độ dốc nhỏ hơn 3 o , 16% diện tích có độ dốc từ 3-8 o Khoảng 6 % diện tích có độ dốc trên 8 o Địa hình tỉnh có thể chia thành 3 vùng là vùng núi thấp, vùng đồi lượn sóng và vùng đồng bằng

Bảng 2.1 Độ dốc địa hình tỉnh Đồng Nai

(Nguồn: Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Đồng Nai) Vùng núi thấp: đây là vùng chuyển tiếp từ phần cuối của dãy núi Nam Trường Sơn Đặc trưng tiêu biểu là sự hiện diện của một số đồi núi sót Cao độ thay đổi từ 200m đến 800m, nổi bật nhất có núi Chứa Chan với đỉnh cao 837m Vùng này phân bố chủ yếu tại các huyện Tân Phú, Định Quán và Xuân Lộc Thảm thực vật chủ yếu là rừng tự nhiên hay rừng trồng

Đặc trưng địa hình vùng đồi lượn sóng là cao độ từ 20-200m, độ dốc 3-8 độ, chiếm phần lớn diện tích địa hình toàn tỉnh, bao phủ chủ yếu khối bazan và phù sa cổ Trên địa hình này chủ yếu là nhóm đất đỏ vàng và đất xám, phù hợp để tập trung phát triển nông nghiệp.

Vùng đồng bằng: đây là các dải đất phù sa hoặc dốc tụ nằm ven theo sông Đồng Nai thuộc các huyện Vĩnh Cửu, Long Thành, Nhơn Trạch và thành phố Biên Hoà với diện tích không lớn Vùng này chịu ảnh hưởng của chế độ triều và hiện đang được khai thác để trồng cây ngắn ngày, chủ yếu là lúa nước Địa hình gồm 02 dạng như sau:

• Các bậc thềm sông có độ cao từ 5 đến 10 m hoặc có nơi chỉ cao từ 2 đến 5 m dọc theo các sông và tạo thành từng dải hẹp có chiều rộng thay đổi từ vài chục mét đến vài km Đất trên địa hình này chủ yếu là các Aluvi hiện đại

• Địa hình trũng trên trầm tích đầm lầy biển: là những vùng đất trũng trên địa bàn tỉnh Đồng Nai với độ cao dao động từ 0,3 đến 2 m, có chỗ thấp hơn mực nước biển, thường xuyên ngập triều, mạng lưới sông rạch chằng chịt, có rừng ngập mặn bao phủ Vật liệu không đồng nhất, có nhiều sét và vật chất hữu cơ lắng đọng

(Nguồn: Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Đồng Nai)

Hình 2.1 Địa hình tỉnh Đồng Nai

Đặc điểm địa chất của tỉnh Đồng Nai được tóm tắt theo báo cáo của Liên đoàn Địa chất thủy văn – Địa chất công trình miền Nam như sau:

Về địa tầng: Đồng Nai có 3 giới tiêu biểu là giới Mesozoi, giới Kainozoi và giới magma; trong đó giới Kainozoi chiếm phần lớn diện tích của tỉnh với 5.000 km 2 Trong đó phần lớn thuộc phún trào bazan, trầm tích vụn rời gắn kết yếu có khối lượng thứ hai sau bazan

Về kiến tạo: Tỉnh Đồng Nai là phần rìa Tây Nam đới uốn nếp Jura Đà Lạt, tiếp giáp kiểu áp kế với bồn trũng Cửu Long ở phía Tây Tây Nam Với vị trí như vậy, có thể coi vùng Đồng Nai là ở vị trí rìa Tây Nam của đới Đà Lạt rộng lớn (rộng hơn 40.000 km2) Kiến tạo nên vỏ trái đất của Đồng Nai là các thành tạo địa chất trên đới Đà Lạt Đó là các trầm tích Juratuooir Jura sớm- giữa, các đá phún trào xen lẫn trầm tích Jura muộn Crêta, các trầm tích Kainozoi từ Neogen, các magma xâm nhập Jura muộn – Crêta, phun trào bazan Neogen – Đệ tứ

Trong bản đồ địa chất Đồng Nai tỷ lệ 1/50.000 phân ra hai loại đứt gãy kiến tạo là đứt gãy chính và đứt gãy phụ

Loại đứt gãy chính được vạch ra trên cơ sở tài liệu địa vật lý, kết quả nghiên cứu viễn thám Loại này gồm các đứt gãy kéo dài vài trăm km và rộng vài chục km Những dấu hiệu nhận biết các đứt gãy này ở trên bề mặt địa hình hoặc các dấu hiệu địa chất nói chung là hiếm; có nơi co, có nơi không Có 3 hệ thống đứt gãy là (1) hệ thống đứt gãy phương Tây Bắc – Đông Nam, (2) hệ thống đứt gãy phương Đông Bắc – Tây Nam và (3) hệ thống đứt gãy phương kinh tuyến Đáng chú ý là vùng lòng hồ Trị An chính là nơi giao nhau ít nhất của 3 hệ thống đứt gãy trên Loại đứt gãy phụ là những nơi bị uốn nếp gãy gấp, bị cà nát, vò nhàu được phát hiện bằng mắt thường khi khảo sát địa chất Loại này được phát hiện ở vùng lộ đá trầm tích Jura phạm vi phía Bắc tỉnh và ở phía Tây Bắc Loại này dài vài km đến vài chục km

- Đồng Nai nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa cận xích đạo, với khí hậu ôn hòa, ít chịu ảnh hưởng của thiên tai, đất đai màu mỡ (phần lớn là đất đỏ bazan), có hai mùa tương phản nhau (mùa khô và mùa mưa)

Giới thiệu về cọc

2.2.1.1 Cọc bê tông cốt thép thường

Cọc bê tông cốt thép thường có dạng hình vuông Cạnh cọc thường gặp ở Việt Nam hiện nay là 0,2 ÷0,4m, chiều dài cọc thường nhỏ hơn 12m vì chiều dài tối đa của 1 cây thép là 11,7m Bê tông dùng cho cọc có mác từ 250 ÷350 (tương đương cấp độ bền (B20 ÷B25) Khả năng chịu tải theo vật liệu cọc BTCT thường được tính theo công thức:

Rb – cường độ chịu nén của bê tông

Ac – diện tích mặt cắt ngang cọc

Rs – cường độ chịu nén của thép ϕ – hệ số uốn dọc Tra bảng 2.2

As – diện tích của cốt thép bố trí trong cọc

Bảng 2.2 Hệ số uốn dọc

(Nguồn: Châu Ngọc Ẩn, Nền Móng) Trong đó: b: Là cạnh cọc vuông d: Đường kính cọc tròn

Ltt: chiều dài tính toán của cọc, không kể phần cọc nằm trong lớp đất yếu bên trên

2.2.1.2 Cọc bê tông ly tâm ứng lực trước

Cọc được chế tạo theo công nghệ quay ly tâm, có đường kính nằm trong khoảng từ 300 đến 1000 mm và cường độ chịu nén của bê tông từ B40 đến B60 Chiều dài và độ dày thành của cọc biến đổi tùy theo đường kính ngoài của cọc Đối với cọc có đường kính ngoài 300mm, chiều dài tối đa là 13m và độ dày thành cọc là 60mm Khi đường kính ngoài tăng lên 1000mm, chiều dài tối đa của cọc là 24m và độ dày thành cọc là 140mm.

2.2.2 Các giải pháp thi công cọc

Cọc hạ bằng búa (búa diezen, búa treo, búa hơi)

Cọc hạ bằng máy ép

Cọc hạ bằng phương pháp xoắn (còn gọi là cọc xoắn) thường là cọc thép hoặc cọc có đầu xoắn bằng thép

Cọc hạ bằng phương pháp xói nước

Cọc hạ bằng máy chấn động

Búa rung là loại búa khá đa năng Búa rung có nguyên lý làm việc và các thành phần thiết bị khác hẳn với búa hơi Giữa búa và cọc không có mũ cọc, thay vào vị trí đó là kẹp Búa rung thường có tần số rung lớn nhất trong khoảng 15 ÷30

Hz (900 ÷1800 vòng/phút) moment lệch tâm trong khoảng 0,25 ÷1,13 kNm, năng lượng trong khoảng 50 ÷120 kW Thiết bị này thường chỉ phù hợp với cọc thép (dạng bản)

2.2.2.2 Cọc hạ bằng máy ép

Nguyên lý của công tác ép cọc tương tự như thí nghiệm xuyên tĩnh hay thí nghiệm nén tĩnh trong đó người ta dùng kích để ép cọc đi xuống với một tóc độ nào đó đối trọng trong công tác ép cọc thường là những khối bê tông Để ép được cọc xuống độ sâu thiết kế, lực ép (là lực bán tĩnh) phải thắng được sức kháng cực hạn của đất lên cọc có nghĩa là: Pépcọc ≥ Pu (Pu là sức chịu tải cực hạn của cọc theo đất nền)

Với cọc trong đất dính, P ép cọc có thể nhỏ hơn vì quá trình ép làm xáo trộn và giảm sức chịu tải của đất sét Tuy nhiên, sau một khoảng thời gian nào đó cọc sẽ lấy lại được sức chịu tải

Khi tải trọng công trình không nhỏ, và các lớp đất gần bề mặt không tốt thì giải pháp móng nông sẽ có độ lún lệch lớn, hơn nữa để đảm bảo điều kiện an toàn về sức chịu tải thì kích thước móng phải rất lớn Khi giải móng nông trên nền thiên nhiên tỏ ra không hiệu quả thì ta có thể gia cố nền tuy nhiên giải pháp gia có nền vẫn chưa tỏ ra hiệu quả hoặc quá tốn kém thì giải pháp móng cọc là một sự lựa dễ dàng

2.2.3.1 Cọc bê tông cốt thép thường

Cọc bê tông cốt thép thường có mác bê tông là mác 250 đến mác 350 Với loại cọc này tiết diện cọc chủ yếu nằm trong loại cọc nhỏ, là loại nhỏ hơn 45x45cm sức chịu tải của cọc theo vật liệu vì vậy cũng không lớn

Cọc nhỏ thường là giải pháp tối ưu cho công trình có tải trọng không lớn, khi tải trọng chân cột lớn, đòi hỏi nhiều cọc trong một nhóm cọc do đó đài cọc rất lớn và việc bố trí đài cọc trong công trình ngầm cũng gặp khó khăn

2.2.3.2 Cọc ống ly tâm ứng lực trước

Cọc ống ly tâm ứng lực trước có thể cắm sâu hơn nhiều so với cọc bê tông cốt thép thường nên tận dụng được khả năng chịu tải của đất nền do đó số lượng cọc trong một đài ít việc bố trí và thi công cũng dễ dàng, tiết kiệm chi phí xây dựng đài móng

Do sử dụng bê tông và thép cường độ cao nên giảm tiết diện cốt thép dẫn đến giảm trọng lượng thuận tiện cho việc vận chuyển, thi công → Kinh tế hơn

Một ưu điểm khác của cọc bê tông ly tâm ứng lực trước là sức chịu tải ngang lớn do bê tông trong cọc được ứng lực trước nên tăng khả năng chịu kéo của bê tông vì thế tăng khả năng chống thấm, chống ăn mòn

2.2.4 Ưu nhược điểm của các loại cọc

2.2.4.1 Cọc bê tông cốt thép thường

Chiều dài cọc nhỏ, nên khi độ sâu ép cọc lớn thì mối nối cọc nhiều khó kiểm soát độ thẳng đứng của cọc

Do đúc tại công trường trình độ tay nghề công nhân không đều, bị phụ thuộc vào thời tiết nên chất lượng cọc không được ổn định

2.2.4.2 Cọc bê tông ly tâm ứng lực trước

+ Cọc được sản suất trong nhà máy bằng quy trình khép kín, chất lượng cọc ổn định, dễ kiểm soát khi thi công và đảm bảo chất lượng

+ Do bê tông được ứng suất trước nên cọc bê tông ly tâm ứng suất trước sẽ không bị biến dạng, bị nứt trong quá trình vận chuyển, lắp dựng và sử dụng

+ Do bê tông được ứng suất trước, kết hợp với quay ly tâm đã làm cho bê tông của cọc đặc chắc chịu được tải trọng cao, không nứt, tăng khả năng chống thấm, chống ăn mòn cốt thép, ăn mòn sulphate trong giai đoạn khai thác công trình

Việc sử dụng bê tông và thép cường độ cao cho phép giảm tiết diện cốt thép, dẫn đến trọng lượng cọc giảm Nhờ đó, quá trình vận chuyển, thi công trở nên dễ dàng hơn, tiết kiệm chi phí hơn.

Cọc bê tông cốt thép thường

2.3.1 Các phương pháp kiểm tra khả năng chịu tải của cọc đơn

2.3.1.1 Phương pháp tra bảng thống kê

Phương pháp này dựa trên quy phạm CHNΠ2.02.03.85 của Liên Xô

Sức chịu tải của cọc đơn được dùng là tc a at

Kat – hệ số an toàn được lấy (khi xét đến hiệu ứng của nhóm) là

Kat = 1,4 cho móng trên 21 cọc

Kat = 1,55 cho móng từ 11 đến 20 cọc

Kat = 1,65 cho móng từ 6 đến 10 cọc

Kat = 1,75 cho móng dưới cọc

Qtc – xác định gồm 2 thành phần là khả năng chịu mũi và khả năng bám trượt bên hông

Q =m q F +u  m f L (2.3) Trong đó: mR – hệ số điều kiện làm việc tại mũi cọc, lấy mR = 0,7 cho sét, mR = 1 cho cát mf – hệ số điều kiện làm việc của đất bên hông, lấy mf = (0,9 ÷1) cho cọc, mf = 0,6 cho cọc khoan nhồi

Qm – khả năng chịu tải mũi cọc, tra bảng fsi – khả năng ma sát xung quanh cọc

Li,u – chiều dài phân đoạn và chu vi cọc Đối với cọc trong đất yếu với độ sệt B < 0,6 và cát có Df < 0,33 (trạng thái rời) thì quy phạm khuyến cáo nên xác định bằng phương pháp nén tĩnh

Df: độ chặt tương đối

Riêng đối với cọc khoan nhồi, trị số qm được xác định thep phương pháp sau

A, B - tra bảng γ ‘,γ - dung trọng của đất nền dưới và trên mũi cọc

L, D – chiều dài cọc và đường kính cọc

Trị số qm được tra bảng theo độ sệt B

2.3.1.2 Phương pháp tính theo cường độ p p p s s s a s p s p

Q = FS + FS = FS + FS (2.5) Với FSs là hệ số an toàn cho thành phần ma sát FSs = 2

FSp là hệ số an toàn cho sức chống dưới mũi cọc FSp = 3

(Nguồn: http://www.beton6.com/san-pham/coc-ong-ly-tam-1)

Hình 2.3 Cọc bê tông cốt thép thường

2.3.1.3 Thành phần ma sát xung quanh cọc Qs s s s si i i

U – Là chu vi cọc (cm)

2.3.1.4 Sức chịu tải của mũi cọc (qp) a Theo phương pháp Terzaghi

1,3 ' 0, 4 . p c q q = C N +  N +  b N  (đối với cọc vuông) (2.8) b Theo phương pháp Meyerhof

2.3.2 Phương pháp tính từ kết quả thí nghiệm xuyên động (SPT)

Xuyên động (SPT) được thực hiện bằng ống tách đường kính 5,1cm, dài 45cm, đóng bằng búa rơi tự do nặng khoảng 63,5kg, với chiều cao rơi là 76cm Đếm số búa để đóng cho từng 15cm ống lún trong đất (3 lần đếm), 15cm đầu không tính, chỉ dùng giá trị số búa cho 30cm sau là N (búa), được xem như là số búa tiêu chuẩn N

Quy phạm (TCXD205-1998) cho phép dùng công thức của Meyerhof (1956)

K1 = 400 cho cọc đóng và K1 = 120 cho cọc khoan nhồi

K2 = 2 cho cọc đóng và K2 = 1 cho cọc khoan nhồi

N – số búa dưới mũi cọc

Ntb – số búa trung bình suốt chiều dài cọc

Hệ số an toàn áp dụng cho công thức trên là 2,5 ÷3,0

2.3.3 Phương pháp tính từ kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh

Xuyên tĩnh được thực hiện bằng mũi côn tiết diện 10cm 2 trong đất để đo sức chống xuyên Rp cho từng 20cm độ sâu dưới đất

Từ giá trị Rp này, quy phạm cho phép tính qm và fs như sau:

Khả năng chịu tải mũi cọc m r p q =K R (2.12) trong đó:

Rp – khả năng chống xuyên tại mũi cọc

Kr – hệ số tra theo loại đất và loại cọc, được lấy trung bình Kr = 0,5 cho cọc thường và Kr = 0,3 cho cọc khoan nhồi

Hệ số an toàn cho mũi cọc được lấy FS = 3

Khả năng ma sát xung quanh pi s i f R

=  (2.13) Được tính cho từng lớp i mà cọc xuyên qua tương ứng với Rpi, hệ số α trong trường hợp này thay đổi khá lớn

Cọc bê tông α = (30 ÷40) cho sét từ yếu đến cứng α = 150 cho cát

Cọc khoan nhồi α = (15 ÷35) cho sét từ yếu đến cứng α = (80 ÷120) cho cát

Hệ số an toàn cho ma sát được lấy FS = 2.

Cọc bê tông ly tâm ứng lực trước

2.4.1 Khái niệm về bê tông ứng lực trước

Bê tông ứng lực trước là bê tông trong đó thông qua lực nén trước để tạo ra và phân bố một phần ứng suất bên trong phù hợp nhằm cân bằng với một lượng ứng suất do tải trọng ngoài gây ra Với cấu kiện bê tông ULT, ứng suất được tạo ra bằng cách kéo thép cường độ cao

(Nguồn: http://www.beton6.com/san-pham/coc-ong-ly-tam-1)

Hình 2.4 Cọc bê tông dự ứng lực

Bê tông thường có cường độ chịu kéo rất nhỏ so với cường độ chịu nén Đó là nhân tố dẫn đến việc xuất hiện một loại vật liệu hỗn hợp “bê tông cốt thép” Việc xuất hiện sớm các vết nứt trong bê tông cốt thép do biến dạng không tương thích giữa thép và bê tông là điểm khởi đầu cho một loại vật liệu mới đó là “bê tông ứng suất trước” việc tạo ra ứng suất nén cố định cho một loại vật liệu chịu nén tốt nhưng chịu kéo kém như bê tông sẽ làm tăng đáng kể khả năng chịu kéo vì ứng suất kéo xảy ra khi ứng suất nén đã bị vô hiệu Sự khác nhau cơ bản giữa bê tông cốt thép và bê tông ứng lực là ở chỗ: Trong khi BTCT chỉ là sự kết hợp đơn thuần giữa bê tông và cốt thép để chúng cùng làm việc một cách bị động thì bê tông ULT là sự kết hợp một cách tích cực có chủ ý giữa bê tông cường độ cao và thép cường độ cao

(Nguồn: http://www.beton6.com/san-pham/coc-ong-ly-tam-1)

Hình 2.5 Thi công cọc ly tâm cho công trình bằng máy ép cọc Robot

Trong cấu kiện bê tông ULT người ta đặt vào một lực nén trước tạo bởi việc kéo cốt thép, nhờ tính đàn hồi cốt thép có xu hướng co lại và sẽ tạo nên lực nén trước, lực nén này sẽ gây nên ứng suất trong bê tông và sẽ triệt tiêu hay giảm ứng suất kéo do tải trọng sử dụng gây ra Do vậy làm tăng khả năng chịu kéo của bê tông và làm hạn chế sự phát triển của vết nứt Sự kết hợp rất hiệu quả đó đã tận dụng được các tính chất đặc thù của hai vật liệu, đó là trong khi thép có tính đàn hồi và cường độ chịu kéo cao thì bê tông lại dòn và có cường độ chịu kéo nhỏ so với cường độ chịu nén của nó Như vậy ứng lực trước chính là việc tạo ra cho kết cấu một cách có chủ ý các ứng suất tạm thời nhằm tăng cường sự làm việc của vật liệu trong các điều kiện sử dụng khác nhau Chính vì vậy bê tông ULT đã trở thành một sự kết hợp lý tưởng giữa hai loại vật liệu hiện đại có cường độ cao.So với BTCT đặc thì bê tông ULT có các ưu điểm cơ bản sau:

Cần thiết và có thể dùng được thép cường độ cao Ứng suất trong thép thông thường giảm từ 100Mpa đến 240Mpa, như vậy để phần ứng suất bị mất đi chỉ là một phần nhỏ của ứng suất ban đầu thì ứng suất của thép ban đầu phải rất cao vào khoảng 1200Mpa đến 2000Mpa Để đạt được điều này thì việc sử dụng thép cường độ cao là thích hợp nhất Cần phải sử dụng bê tông cường độ cao trong bê tông ULT vì loại vật liệu này có khả năng chịu kéo, chịu cắt, chịu uốn cao và sức chịu tải cao Bê tông cường độ cao ít xảy ra vết nứt do co ngót, có mođun đàn hồi cao hơn, biến dạng do từ biến ít hơn do đó ứng suất trước trong thép sẽ bị mất ít hơn Việc sử dụng bê tông cường độ cao sẽ làm giảm kích thước ngang của cấu kiện, giảm trọng lượng của cấu kiện, vượt nhịp lớn sẽ làm tăng hiệu quả kinh tế, kỹ thuật Có khả năng chống nứt cao hơn (do khả năng chông thấm tốt hơn) dùng bê tông ULT người ta có thể tạo ra các cấu kiện không xuất hiện các khe nứt trong vùng bê tông chịu kéo hoặc hạn chế sự phát triển của bề rộng vết nứt khi chịu tải trọng sử dụng

Có độ cứng lớn hơn do đó có độ võng và biến dạng bé hơn

2.4.2 Các phương pháp gây ứng lực

Cốt thép ứng lực trước được neo một đầu cố định vào bệ còn đầu kia được kéo ra với lực kéo N dưới tác dụng của lực N, cốt thép được kéo trong giới hạn đàn hồi và sẽ giãn ra một đoạn lΔ tương ứng với các ứng suất xuất hiện trong thanh, điểm

B của thanh chuyển sang điểm B1 Trong trạng thái kéo căng cốt thép như thế, lực

N được truyền tới các bệ tỳ hoặc các đầu mặt của cofa người ta tiến hành đổ bê tông cấu kiện

(Nguồn: Tiêu chuẩn TCVN 7888:2014: Cọc bê tông ly tâm ứng lực trước) a) Trước khi buông cốt thép ULT – b) Sauk hi buông cốt thép ULT

1 – Cốt thép ứng lực trước; 2 – Bệ căng; 3 – Ván khuôn; 4 – Thiết bị kéo thép; 5 – Thiết bị cố định cốt thép ứng lực trước; 6 – Trục trung hòa

Hình 2.6 Sơ đồ phương pháp căn sau

Sau khi bê tông đông cứng và đạt được cường độ cần thiết thì thả tự do các cốt thép ứng suất trước ra Như một lò so bị kéo căng, cốt thép có xu hướng co ngắn lại nhưng nhờ lực dính của nó với bê tông cho nên cấu kiện sẽ bị ép bằng lực N đã dùng khi kéo cốt thép

Tùy theo loại và mặt ngoài của cốt thép mà lực N được truyền lên bê tông qua các đầu mặt khi dùng cá bộ phận neo hoặc là nhờ lực dính giữa cốt thép với bê tông trên suốt chiều dài của cấu kiện (trường hợp bám dính) Trong trường hợp sau, để làm cốt thép căng trước, người ta dùng cốt thép có gờ (có bề mặt xù xì) hoặc tao thép xoắn lại để đảm bảo cốt thép tự neo suốt chiều dài của cấu kiện và đảm bảo sự cùng làm việc nguyên khối với bê tông Phương pháp này có thể dùng khi chế tạo các cấu kiện của những kết cấu chỉ đòi hỏi lực N tương đối nhỏ để ép bê tông và trong thời gian bê tông đông cứng, lực N đó có thể truyền lên bệ tỳ hoặc lên đầu mặt của copfa trong quá trình thi công

Một dạng khác của phương pháp căng trước là phương pháp nhiệt điện để kéo căng cốt thép Người ta cho dòng diện chạy qua cốt thép đã đặt sẵn trong khuôn và nung nóng các thanh tới 3000C làm cho các thanh bị giãn dài ra Các đầu thanh được gắn chặt vào trong các khuôn hoặc các bệ tỳ đặc biệt, các khuôn hoặc các bệ tỳ đó sẽ tiếp nhận nội lực xuất hiện khi các thanh nguội đi Tiến hành đổ bê tông và khi bê tông đã đạt cường độ cần thiết thì người ta thả các đầu thanh ra Lúc này xảy ra hiện tượng bê tông bị ép Phương pháp nhiệt điện thường được dùng khi chế tạo các thành phẩm kích thước nhỏ có đặt các thanh cốt thép

Phương pháp căng sau trong bê tông cốt thép ứng lực là kỹ thuật tiến hành sau khi bê tông đã đông cứng Các cốt thép thông thường được đặt trong các ống rãnh trước, sau đó đổ bê tông Sau khi bê tông đạt cường độ, cốt thép ứng lực được luồn vào ống rãnh và kéo căng Quá trình này tạo ra ứng suất nén trong bê tông và giúp tăng khả năng chịu tải của cấu kiện Để tăng cường liên kết giữa bê tông và cốt thép, vữa xi măng được phun vào khe hở giữa chúng, bảo vệ cốt thép khỏi ăn mòn Ưu điểm của phương pháp căng sau là không cần sử dụng cốt pha, có thể kiểm soát chính xác ứng suất nén trong cấu kiện.

Không cần bệ tỳ đơn giản dễ thi công

(Nguồn: Tiêu chuẩn TCVN 7888:2014: Cọc bê tông ly tâm ứng lực trước) a) Trong quá trình căn - b) Sauk hi căng

1 – Cốt thép ứng lực trước; 2 – Cấu kiện BTCT; 3 - Ống rãnh;

4 – Thiết bị kích; 5 – Neo; 6 – Trục trung hòa

Hình 2.7 Sơ đồ phương pháp căng sau

2.4.3 Vật liệu sử dụng cho bê tông ứng lực trước

2.4.3.1 Bê tông cường độ cao

Bê tông ứng suất trước đòi hỏi sử dụng bê tông đạt cường độ chịu nén cao trong thời gian ngắn và có cường độ chịu kéo cao hơn so với bê tông thường Bên cạnh đó, bê tông này phải có độ co ngót thấp, tính từ biến nhỏ nhất và mô đun đàn hồi cao.

Thép ứng suất trước có thể là sợi, cáp hoặc thanh thép hợp kim

Thép sợi sử dụng cho bê tông ULT nói chung tuân theo TCVN 6284 thép cốt bê tông ứng lực trước Sợi thép được quấn thành cuộn và được cắt là lắp ở nhà máy hay hiện trường Trước khi thi công, sợi thép cần được vệ sinh bề mặt để tăng lực dính kết với bê tông Cáp ứng suất trước phổ biến nhất là loại cáp 7 sợi, có cường độ chịu kéo tới hạn puf là 1720Mpa và 1860Mpa, kết dính hoặc không kết dính

2.4.4 Đánh giá tổn hao ứng suất trong các giải pháp ứng lực

Trong quá trình chế tạo và sử dụng cấu kiện bê tông cốt thép có xảy ra hiện tượng ứng suất kéo trước bị tổn thất làm ảnh hưởng rất nhiều đến sự làm việc của kết cấu Những tổn thất thường xảy ra bao gồm:

Sự mất mát ứng suất trong cốt thép (khi kéo căng vào bệ tỳ)

Các biến dạng của khuôn của các neo và các bộ phận kẹp (ép các mối nối giữa các khối lắp ghép, ép các vòng đệm của neo)

Tổn thất do các chùm hoặc các thanh cốt thép riêng rẽ không được kéo căng đều nhau

Tổn thất do co ngót và do từ biến của bê tông

Do tác động của tải trọng có chu kỳ

Do mất mát ứng suất trong cốt thép (khi kéo căng cốt thép vào bê tông)

(Nguồn: Tiêu chuẩn TCVN 7888:2014: Cọc bê tông ly tâm ứng lực trước) a) Độ giãn dài l ct của cốt thép dưới ảnh hưởng của lực N b) Độ co ngót l bt của cấu kiện do bê tông bị ép c) Độ rút ngắn của cấu kiện l ctb do co ngót và từ biến

Hình 2.8 Biến dạng của cốt thép và của cấu kiện, các tổn thất của ứng suất

Chẳng hạn khi cấu kiện bị ép đúng tâm thì dưới ảnh hưởng của việc căng trước, cốt thép giãn dài một đoạn ctlΔ ứng với ứng suất oσ sau khi buông các thiết bị kéo căng thì cốt thép co ngắn lại và bê tông bị co lại với độ co đàn hồi là btlΔ và như thế chính cốt thép bị rút ngắn lại một đoạn bằng trị số đó, làm cho ứng suất kéo trước bị tổn thất một giá trị dưới ảnh hưởng của độ co và tính từ biến của bê tông mà cấu kiện bê tông cốt thép dần dần bị rút ngắn thêm một trị số ctblΔ do đó cốt thép cũng bị rút ngắn một đoạn bằng trị số đó (nhờ lực dính) nên ứng suất trước bị tổn thất do co ngót và từ biến

Bởi vì các tổn thất của ứng suất trước do co ngót và từ biến ít phụ thuộc vào loại cốt thép, cho nên các tổn thất tương đối của ứng suất càng nhỏ khi cường độ của thép càng cao

Sử dụng móng cọc ép cho các công trình tại Đồng Nai

Cọc ép là cọc được hạ bằng năng lượng tĩnh, không gây nên xung lượng lên đầu cọc

Tải trọng thiết kế là giá trị tải trọng do thiết kế dự tính tác dụng lên cọc Lực ép nhỏ nhất (Pép)min là lực ép do Thiết kế quy định để đảm bảo tải trọng thiết kế lên cọc, thông thường lấy bằng 150 → 200% tải trọng thiết kế

Lực ép lớn nhất (Pép)max là lực ép do Thiết kế quy định, không vượt quá sức chịu tải của vật liệu cọc; được tính toán theo kết quả xuyên tĩnh, khi không có kết quả này thì thường lấy bằng 200 → 300% tải trọng thiết kế

Ghi chú: Để biết được khả năng ép của kích thủy lực thì trước tiên phải đề nghị đơn vị ép cọc cung cấp giấy kiểm định đồng hồ và giàn ép thủy lực, trong kết quả kiển định sẽ có bảng tra chỉ số trên đồng hồ (kg/cm 2 ) và tương đương với chỉ số này là lực ép đầu cọc (Tấn) Hai số liệu này quan hệ với nhau bằng “phương trình quan hệ” có trong kết qủa kiểm định Phải lưu ý nữa là số hiệu đồng hồ và giàn ép có đúng như giấy kiểm định không

Hiện nay, có nhiều phương pháp thi công cọc ép tùy thuộc vào địa chất công trình như ép bằng kích, sử dụng robot ép cọc ly tâm lớn Ngoài ra, việc lựa chọn phương pháp còn phụ thuộc vào các yếu tố khác nhau như chiều dài cọc, máy móc thiết bị phục vụ thi công của công trình.

(Nguồn: http://www.beton6.com/san-pham/coc-ong-ly-tam-1)

Hình 2.10 Máy ép cọc Robot 120 tấn

2.5.2 Nhược điểm điểm của phương pháp thi công ép cọc:

2.5.2.1 Ưu điểm Êm, không gây ra tiếng ồn

Không gây ra chấn động cho các công trình khác

Khả năng kiểm tra chất lượng tốt hơn: từng đoạn cọc được ép thử dưới lực ép và ta xác định được sức chịu tải của cọc qua lực ép cuối cùng

Không thi công được cọc có sức chịu tải lớn hoặc lớp đất xen kẹp có độ chặt như thấu kính cát dày trên 2m

2.5.3 Các yêu cầu kỹ thuật đối với cấu tạo cọc ép

Cốt thép dọc của đoạn cọc phải hàn vào vành thép nối theo cả 2 bên của thép dọc và trên suốt chiều cao vành

Vành thép nối phải phẳng, không được vênh

Bề mặt ở đầu hai đoạn cọc nối phải tiếp xúc khít với nhau

Kích thước các bản mã đúng với thiết kế và phải ≥ 4mm

Trục của đoạn cọc được nối trùng với phương nén

Kiểm tra kích thước đường hàn so với thiết kế, đường hàn nối cọc phải có trên cả 4 mặt của cọc Trên mỗi mặt cọc, chiều dài đường hàn không nhỏ hơn 10cm

Yêu cầu đối với việc hàn nối cọc:

+ Trục của đoạn cọc được nối trùng với phương nén

+ Bề mặt bê tông ở 2 đầu đọc cọc phải tiếp xúc khít với nhau, trường hợp tiếp xúc không khít phải có biện pháp làm khít

+ Kích thước đường hàn phải đảm bảo so với thiết kế

+ Đường hàn nối các đoạn cọc phải có đều trên cả 4 mặt của cọc theo thiết kế

+ Bề mặt các chỗ tiếp xúc phải phẳng, sai lệch không quá 1% và không có ba via

2.5.4 Yêu cầu kỹ thuật với thiết bị ép cọc

Thiết bị ép cọc phải có các chứng chỉ, có lý lịch máy do nơi sản xuất cấp và cơ quan thẩm quyền kiểm tra xác nhận đặc tính kỹ thuật của thiết bị

- Đối với thiết bị ép cọc bằng hệ kích thuỷ lực cần ghi các đặc tính kỹ thuật cơ bản sau:

+ Áp lực bơm dầu lớn nhất

+ Hành trình hữu hiệu của pittông

+ Phiếu kiểm định chất lượng đồng hồ đo áp lực đầu và van chịu áp do cơ quan có thẩm quyền cấp

Thiết bị ép cọc được lựa chọn để sử dụng vào công trình phải thoả mãn các yêu cầu sau:

+ Lực ép lớn nhất của thiết bị không nhỏ hơn 1,4 lần lực ép lớn nhất (Pep)max tác động lên cọc do thiết kế quy định

+ Lực ép của thiết bị phải đảm bảo tác dụng đúng dọc trục cọc khi ép đỉnh hoặc tác dụng đều trên các mặt bên cọc khi ép ôm

+ Quá trình ép không gây ra lực ngang tác động vào cọc

+ Chuyển động của pittông kích hoặc tời cá phải đều và khống chế được tốc độ ép cọc

+ Đồng hồ đo áp lực phải phù hợp với khoảng lực đo

+ Thiết bị ép cọc phải có van giữ được áp lực khi tắt máy

+ Thiết bị ép cọc phải đảm bảo điều kiện vận hành theo đúng các quy định về an toàn lao động khi thi công

Giá trị áp lực đo lớn nhất của đồng hồ không vượt quá hai lần áp lực đo khi ép cọc Chỉ nên huy động khoảng 0,7 – 0,8 khả năng tối đa của thiết bị

- Lực ép danh định lớn nhất của thiết bị không nhỏ hơn 1,4 lần lực ép lớn nhất

- Pép max yêu cầu theo quy định thiết kế

- Lức nén của kích phải đảm bảo tác dụng dọc trục cọc khi ép đỉnh, không gây lực ngang khi ép

- Chuyển động của pittông kích phải đều, và khống chế được tốc độ ép

- Đồng hồ đo áp lực phải tương xứng với khoảng lực đo

- Thiết bị ép cọc phải đảm bảo điều kiện để vận hành theo đúng quy định về an toàn lao động khi thi công

- Giá trị đo áp lực lớn nhất của đồng hồ không vượt quá 2 lần áp lực đo khi ép cọc

- Chỉ huy động từ (0,7 ÷ 0,8 ) khả năng tối đa của thiết bị ép cọc

- Trong quá trình ép cọc phải làm chủ được tốc độ ép để đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật

* Tính toán chọn cẩu phục vụ:

- Căn cứ vào trọng lượng bản thân của cọc, của đối trọng và độ cao nâng cẩu cần thiết để chọn cẩu thi công ép cọc

- Chiều cao nâng: Hmax/Hmin

* Phương pháp ép cọc và chọn máy ép cọc: Ép cọc thường dùng 2 phương pháp là ép đỉnh và ép ôm Đối với các công trình lớn cọc bê tông ly tâm ép bằng Robot

* Ép đỉnh: Lực ép được tác dụng từ đỉnh cọc để ấn cọc xuống

- Ưu điểm: Toàn bộ lực ép do kích thủy lực tạo ra được truyền trực tiếp lên đầu cọc chuyển thành hiệu quả ép Khi ép qua các lớp đất có ma sát nội tương đối cao như á cát, sét dẻo cứng… lực ép có thể thắng lực cản do ma sát để hạ cọc xuống sâu dễ dàng

- Nhược điểm: Cần phải có hai hệ khung giá Hệ khung giá cố định và hệ khung giá di động, với chiều cao tổng cộng của hai hệ khung giá này phải lớn hơn chiều dài một đoạn cọc: nếu 1 đoạn cọc dài 3m thì khung giá phải từ 6m mới có thể ép được cọc Vì vậy khi thiết kế cọc ép, chiều dài một đoạn cọc phải khống chế bởi chiều cao giá ép trên 6m

* Ép ôm: Lực ép được tác dụng từ hai bên hông cọc do chấu ma sát tạo nên để ép cọc xuống

- Ưu điểm: Do biện pháp ép từ 2 bên hông của cọc, máy ép không cần phải có hệ khung giá di động, chiều dài đoạn cọc ép có thể dài hơn

- Nhược điểm: Ép cọc từ hai bên hông cọc thông qua 2 chấu ma sát do do khi ép qua các lớp ma sát có nội ma sát tương đối cao như á sét, sét dẻo cứng… lực ép hông thường không thể thắng được lực cản do ma sát tăng để hạ cọc xuống sâu

Các bộ phận của máy ép cọc (ép đỉnh):

-Trạm bơm thủy lực gồm có:

+ Bơm thủy lực ngăn kéo

+ Ống tuy-ô thủy lực và giác thủy lực

Dàn máy ép cọc: gồm có khung dẫn với giá xi lanh, khung dẫn là một lồng thép được hàn thành khung bởi các thanh thép góc và tấm thép dầy Bộ dàn hở 2 đầu để cọc có thể đi từ trên xuống dưới Khung dẫn gắn với động cơ của xi-lanh, khung dẫn có thể lên xuống theo trục hành trình của xi-lanh

- Dàn máy có thể di chuyển nhờ chỗ lỗ bắt các bulông

Bệ máy ép cọc gồm 2 thanh thép hình chữ I loại lớn liên kết với dàn máy ứng với khoảng cách hai hàng cọc để có thể đứng tại 1 vị trí ép được nhiều cọc mà không cần phải di chuyển bệ máy Có thể ép một lúc nhiều cọc bằng cách nối bulông đẩy dàn máy sang vị trí ép cọc khác bố trí trong cùng một hàng cọc

Máy ép cọc cần có lực ép P gồm 2 kích thuỷ lực mỗi kích có Pmax = P/2 (T) Nguyên lý làm việc:

ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ SỬ DỤNG CỌC BTCT ĐẶC VÀ CỌC LY TÂM CHO CHUNG CƯ TRONG NỀN ĐẤT TẠI ĐỒNG NAI

Mô hình và trường hợp phân tích

3.1.1 Mô hình phân tích Đối tượng nghiên cứu của luận văn này là công trình mô phỏng chung cư trong nền đất ở tỉnh Đồng Nai Công trình có quy mô 6 tầng, 10 tầng, 14 tầng, 18 tầng, 22 tầng Kết cấu chịu lực chính là khung sàn bê tông cốt thép, bước nhịp điển hình 6m, chiều cao tầng 3.6m Sàn bê tông cốt thép dày 150mm, dầm 300x600mm, cột có tiết diện 800x800mm

Vật liệu sử dụng: bê tông B25, cốt thép dọc loại CB400-V, cốt thép đai loại CB240-T, theo TCVN 5574:2018 Tải trọng thẳng đứng (thường xuyên g và tạm thời q) tác dụng lên công trình ở mỗi tầng (kể cả mái): g + 2q = 1.2T/m 2

Hình 3.1 Mặt bằng công trình chung cư khảo sát

3.1.2 Trường hợp phân tích Để đạt được mục tiêu nghiên cứu đề ra, đề tài tiến hành phân tích nội lực chân cột trục 6-C ứng với 5 mô hình có 6 tầng, 10 tầng, 14 tầng, 18 tầng, 22 tầng trong 2 trường hợp móng:

+ TH1: Phương án móng BTCT đặc (D300x300, D350x350, D400x400) + TH2: Phương án móng BT ly lâm (D300, D3500, D400)

Hình 3.2 Mô hình mô phỏng chung cư 22 tầng ở Đồng Nai

Số liệu địa chất

3.2.1 Cấu trúc địa chất và tính chất cơ lý đất nền

Bảng 3.1 Các chỉ tiêu cơ lý các lớp đất, đá

Lớp 2: Bùn sét; dẻo chảy 1,59 0,89 05 o 42' 0,066 1,539 0,128 8,6 0,5

Lớp 3: Cát pha; xốp - chặt vừa Đôi chỗ kẹp lớp sét pha mỏng

Lớp 4a: Sét pha lẫn sạn, sỏi thạch anh; dẻo cứng

Lớp 5: Sét phong hóa; cứng Đôi chỗ lẫn dăm đá, kẹp lớp vón kết

Lớp 6: Đá Dacite, phong hóa, nứt nẻ mạnh; cứng chắc

Sức kháng nén ở trạng thái bão hòa (Rh = 122 -183 kG/cm 2 )

Lớp 7: Đá Dacite, nứt nẻ; cứng chắc

Sức kháng nén ở trạng thái bão hòa (Rh = 304 -346 kG/cm2)

3.2.2 Mặt cắt địa chất công trình

Hình 3.3 Mặt cắt địa chất công trình

Tính toán sức chịu tải cọc

3.3.1 Tải trọng chân cột trục 6-C

Tải trọng chân cột trục 6-C là một yếu tố quan trọng trong quá trình thiết kế và tính toán móng cọc cho các công trình xây dựng Tổng hợp tải trọng chân cột trục 6-

C đóng vai trò quyết định trong việc lựa chọn phương án móng cọc phù hợp Trên cơ sở đó, hai phương án móng cọc thường và móng cọc ly tâm được tính toán

HK1: Số hiệu hố khoan Sét; dẻo cứng Sét; nửa cứng

10,5: Độ sâu đáy lớp - m Bùn sét; dẻo chảy Sét phong hóa; cứng

26,0: Chiều sâu hố khoan - m Cát pha; xốp-chặt vừa Đá Dacite, phong hóa, nứt nẻ mạnh; cứng chắc

Sét pha lẫn sạn, sỏi TA; dẻo cứng Đá Dacite, nứt nẻ; cứng chắc

MẶT CẮT ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH: HK1 - HK2

Bảng 3.2 Nội lực chân cột trục 6-C trong 5 mô hình phân tích

Tải trọng Mô hình 6 tầng

3.3.2 Tính toán sức chịu tải của cọc

Dựa vào số liệu địa chất, tính toán sức chịu tải cọc cho 2 trường hợp cọc BTCT đặc và cọc BT ly tâm Đối với địa chất của Đồng Nai, để công trình ổn định thì mũi cọc sẽ cắm vào lớp đá

Bảng 3.3 Sức chịu tải cọc D350 của cọc BTCT đặc

XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỌC (TCVN 10304 : 2014)

1 Sức chịu tải của cọc theo vật liệu

Sức chịu tải tính toán theo vật liệu của cọc được xác định như sau:

Trong đó : γ cb : Hệ số điều kiện làm việc của cọc γ cb = 1.00 γ' cb : Hệ số kể đến phương pháp thi công cọc γ' cb = 1.00 φ : Hệ số uốn dọc

A b : Diện tích tiết diện bê tông m 2

R b : Cường độ tính toán của bê tông MPa

A s : Diện tích tiết diện thép m 2

R s : Cường độ tính toán của thép MPa

2 Chi tiết cấu tạo cọc

2.1 Loại cọc: Cọc đóng-ép

Mác bêtông cọc ( mẫu lập phương 15x15x15) B25

Cường độ chịu nén của bê tông R n = 14.5 (MPa)

Mô đun đàn hồi của bê tông E b = 30000 (MPa)

Giới hạn chảy của cốt thép R s = R sc

Mô đun đàn hồi của thép E s = 200000 (MPa)

2 Chiều dài đoạn cọc kể từ đáy đài cao tới cao độ san nền l 0 = 22 (m)

3 Khoảng cách từ vị trí ngàm của cọc tới đáy đài l 1 = 3.83 (m)

4 Chiều dài tính toán cọc L o = 18.1 (m)

7 Đường kính thép chủ d = 16 (mm)

9 Diện tích thép chủ F s = 8.0 (cm 2 )

10 Diện tích phần bê tông F b = 0.125 (m 2 )

Sức chịu tải tính toán theo vật liệu của cọc : [P] = 2064 KN

Tải trọng cực hạn của cọc [P] = 4234 KN

Bảng 3.4 Sức chịu tải cọc D400 của cọc BT ly tâm

TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI VẬT LIỆU CỌC LY TÂM

Diễn giải Đơn vị Ký hiệu Giá trị

I THÔNG SỐ ĐẦU VÀO Đường kính ngoài mm d 0 400 Đường kính trong mm d i 250 Đường kính bố trí dây thép mm d p 325 Đường kính trung bình của cọc mm d 325

Cường độ chịu nén (Mẫu trụ) N/mm 2 σ cu 80

Cường độ chịu uốn N/mm 2 σ bt 8

Cường độ chịu nén sau khi căng N/mm 2 σ cp 60

Cường độ chịu kéo dọc trục N/mm 2 σ t 5.5

Module đàn hồi sau khi căng N/mm 2 E cp 34000

Diện tích tiết diện ngang cọc mm 2 A o 76576.3 Đường kính thép chủ mm  7.1

Số lượng thép chủ N os 16

Tổng diện tích thép chủ mm 2 A p 633.5

Diện tích tiết diện ngang của bê tông mm 2 A c 75942.9

Giới hạn bền kéo của thép chủ N/mm 2 σ pu 1420

Giới hạn chảy của thép chủ N/mm 2 σ py 1275

Module đàn hồi của thép N/mm 2 E p 200000

Hệ số chùng ứng suất k 0.025 Ứng suất căng ban đầu của thép N/mm 2 σ pi 994

Tỷ số module young sau khi căng n' 5.9 Ứng suất căng tính toán của thép N/mm 2 σ pt 935.7 Ứng suất căng tác dụng vào bê tông N/mm 2 σ cpt 7.8

Tỷ số module đàn hồi giữa thép và bê tông giai đoạn cuối n 5

Hao tổn ứng suất do co ngót và từ biến N/mm 2 σ p 99.7

Hao tổn ứng suất do hiện tượng chùng ứng suất N/mm 2 σ r 11.7

II TÍNH TOÁN KHẢ NĂNG CHỊU LỰC Ứng suất kéo hiệu quả của thép chủ N/mm 2 σ pe 824.2 Ứng suất hữu hiệu của bê tông N/mm 2 σ ce 6.88

Khả năng chịu nén dọc trục dài hạn kN R aL 1619

Khả năng chịu nén dọc trục ngắn hạn kN R aS 3237

Tải trọng thi công kN P install 2590

III TÍNH TOÁN KHI CẨU LẮP

Chiều dài tối đa của một đoạn cọc m L 20

Moment tối đa trong cẩu cọc

Moment tối đa trong cẩu lắp

Moment tối đa cẩu 2 đầu mút

Bảng 3.5 Sức chịu tải cọc BTCT đặc với các tiết diện khác nhau

Bảng 3.6 Sức chịu tải cọc BT ly tâm với các tiết diện khác nhau

3.4.1 Về mặt kỹ thuật Để đánh giá hiệu quả sử dụng cọc BTCT đặc và cọc ly tâm cho chung cư trong nền đất tại Đồng Nai ta so sánh về số lượng cọc trong 1 móng điển hình trục 6-C

Bảng 3.7 Số lượng cọc BTCT đặc trong móng trục 6-C với các tiết diện cọc

Bảng 3.8 Số lượng cọc BT ly tâm trong móng trục 6-C với các tiết diện cọc

Mô hình 6 tầng Mô hình

Hình 3.4 So sánh số lượng cọc BTCT đặc D300x300 và cọc BT ly tâm D300

6 tầng 10 tầng 14 tầng 18 tầng 22 tầng

Cọc BTCT thường D300x300 Cọc BT ly tâm D300

Hình 3.5 So sánh số lượng cọc BTCT đặc D350x350 và cọc BT ly tâm D350

Hình 3.6 So sánh số lượng cọc BTCT đặc D400x400 và cọc BT ly tâm D400

6 tầng 10 tầng 14 tầng 18 tầng 22 tầng

Cọc BTCT thường D350x350 Cọc BT ly tâm D350

6 tầng 10 tầng 14 tầng 18 tầng 22 tầng

Cọc BTCT thường D400x400 Cọc BT ly tâm D400

Dựa trên bảng số liệu về số lượng bê tông cốt thép thường và cọc bê tông ly tâm của các mô hình có số tầng khác nhau, chúng ta có thể nhận xét và phân tích như sau:

Sự tăng dần của số lượng cọc theo số tầng:

Với cả cọc BTCT đặc và cọc BT ly tâm, chúng ta có thể thấy một mẫu chung là số lượng cọc tăng theo số tầng Điều này là do việc xây dựng các tầng cao yêu cầu hệ thống cọc chắc chắn để chịu lực và ổn định của công trình

Sự khác biệt giữa cọc BTCT đặc và cọc BT ly tâm:

Cọc BTCT đặc có số lượng lớn hơn so với cọc BT ly tâm ở cùng mô hình Điều này cho thấy cọc BTCT đặc có sức chịu tải nhỏ hơn cọc BT ly tâm theo điều kiện địa chất khu vực thành phố Biên Hòa, tỉnh Đồng Nai

Cọc BT ly tâm có số lượng ít nhất trong tất cả các mô hình và cọc BTCT D300x300 có số lượng nhiều nhất trong tất cả các mô hình Điều này có thể chỉ ra rằng để tiết kiệm số lượng cọc và kích thước đài cọc nên chọn tiết diện cọc lớn cho các công trình có tải trọng lớn Ưu điểm của cọc BT ly tâm:

Cọc BT ly tâm thường có số lượng ít hơn so với cọc BTCT, điều này góp phần làm giảm chi phí xây dựng trong một số trường hợp Do đó, việc lựa chọn loại cọc phù hợp tùy thuộc vào các yếu tố cụ thể của công trình như địa chất, tải trọng và ngân sách dự kiến.

Tuy cọc BT ly tâm có số lượng ít hơn, nhưng chúng vẫn đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật của các mô hình có số tầng tương đối cao (14, 18, 22 tầng)

Cọc BT ly tâm có thể được sử dụng hiệu quả trong những dự án có quy mô nhỏ hơn hoặc các công trình không yêu cầu quá nhiều cọc

Các yếu tố quyết định lựa chọn cọc:

Quy mô và chiều cao công trình có ảnh hưởng trực tiếp đến số lượng cọc cần sử dụng Các công trình có nhiều tầng cao hơn thường đòi hỏi số lượng cọc nhiều hơn để đảm bảo độ ổn định và khả năng chịu lực tốt cho công trình.

Tuy nhiên, để có một quyết định chính xác về loại cọc và số lượng cần sử dụng, cần phải thực hiện một nghiên cứu chi tiết về yêu cầu kỹ thuật, điều kiện địa chất và ngân sách của từng dự án cụ thể

Bảng 3.9 Chi phí cọc BTCT đặc trong móng trục 6-C với các tiết diện cọc

Cọc BTCT đặc (Triệu đồng)

Bảng 3.10 Chi phí cọc BT ly tâm trong móng trục 6-C với các tiết diện cọc

Cọc BT ly tâm (Triệu đồng)

Hình 3.7 So sánh chi phí cọc BTCT đặc D300x300 và cọc BT ly tâm D300

Hình 3.8 So sánh chi phí cọc BTCT đặc D350x350 và cọc BT ly tâm D350

6 tầng 10 tầng 14 tầng 18 tầng 22 tầng

Cọc BTCT thường D300x300 Cọc BT ly tâm D300

6 tầng 10 tầng 14 tầng 18 tầng 22 tầng

Cọc BTCT thường D350x350 Cọc BT ly tâm D350

Hình 3.9 So sánh chi phí cọc BTCT đặc D400x400 và cọc BT ly tâm D400

Từ các bảng chi phí cọc BTCT đặc và cọc BT ly tâm trong móng trục 6-C với các tiết diện cọc và số tầng khác nhau, ta có thể thực hiện so sánh, nhận xét và đưa ra kết luận như sau:

So sánh chi phí giữa cọc BTCT đặc và cọc BT ly tâm:

Trong cùng một mô hình chung cư với số tầng nhất định, chi phí của cọc BTCT đặc thường cao hơn so với cọc BT ly tâm Điều này cho thấy cọc BT ly tâm có lợi thế về chi phí xây dựng, vì nó yêu cầu ít vốn đầu tư hơn so với cọc BTCT đặc

Ta có so sánh về chi phí xây dựng như sau: (đối với mô hình 10 tầng)

+ Phương án móng cọc BTCT đặc D350x350: 82.940.000 đồng

+ Phương án móng cọc BT ly tâm D350 : 59.600.000 đồng

Chi phí cọc BT ly tâm được tiết kiệm hơn với tỉ lệ:

6 tầng 10 tầng 14 tầng 18 tầng 22 tầng

Cọc BTCT thường D400x400 Cọc BT ly tâm D400

Ta thấy tỉ lệ chi phí cọc BT ly tâm được tiết kiệm hơn so với BTCT đặc với tỉ lệ từ 35.83% đến 61.88%

Tính tăng chi phí theo số tầng:

Kết luận chương 3

Trong chương này, tác giả đã thực hiện tính toán, thiết kế hai 02 phương án móng cọc: phương án móng cọc BTCT đặc và phương án móng cọc BT ly tâm cho một công trình cụ thể trên địa bàn tỉnh Đồng Nai (TP Biên Hòa) Kết quả tính toán như sau:

- Đối với phương án móng cọc BTCT đặc: số lượng cọc lựa chọn trong 01 đài là nhiều hơn so với cọc BT ly tâm; chiều sâu của cọc từ mặt đất tự nhiên là 21,2 m, cắm lên lớp đá Dacite màu xám xanh, xanh rêu, phong hóa, nứt nẻ mạnh; cứng chắc (RQD-30%)

Qua việc đánh giá, so sánh về mặt kỹ thuật và chi phí xây lắp cho 01 đài cọc cho thấy: phương án móng cọc BT ly tâm có nhiều ưu điểm hơn về khả năng chịu lực, tính ổn định và chi phí xây lắp so với móng cọc BTCT đặc trong cùng điều kiện về xây dựng như: địa chất, đặc điểm, tính chất, tải trọng công trình trên địa bàn thành phố Biên Hòa

Kết luận của luận văn là cọc bê tông ly tâm (BT ly tâm) là một lựa chọn đáng cân nhắc và hiệu quả trong các công trình móng cọc So với cọc bê tông thông thường (BTCT), cọc BT ly tâm có nhiều ưu điểm vượt trội như khả năng chịu uốn tốt hơn, chống ăn mòn và không nứt khi làm việc trong địa tầng ngập nước Thêm vào đó, việc sử dụng công nghệ hiện đại trong sản xuất và thi công cọc BT ly tâm đã giúp giảm thiểu chi phí, làm cho nó trở thành lựa chọn kinh tế hơn

Nghiên cứu nêu rõ yêu cầu thiết kế và quy trình tính toán chi tiết cho cả cọc BTCT và cọc BT ly tâm, đảm bảo tuân thủ chặt chẽ các tiêu chuẩn hiện hành Xác định ứng suất thực tế của thép trong cọc, tính toán tổn thất ứng suất do kéo căng thép cũng như sức kháng dọc trục của cọc BT ly tâm đóng vai trò quan trọng trong việc xác định sức chịu tải của cọc và đi đến thiết kế tối ưu.

Thử nghiệm và tính toán cho các mô hình mô phỏng tại tỉnh Đồng Nai đã chứng minh rằng cả cọc BTCT và cọc BT ly tâm đều đáp ứng đủ các yêu cầu về cường độ, độ bền và ổn định Tuy nhiên, cọc BT ly tâm đã thể hiện nhiều ưu điểm vượt trội về mặt kỹ thuật và kinh tế, làm cho nó trở thành lựa chọn hấp dẫn cho các công trình móng cọc Để đạt được hiệu quả kinh tế tối ưu, luận văn đề xuất việc lựa chọn công nghệ thi công phổ biến tại khu vực thi công công trình, để giảm thiểu chi phí vận chuyển và xây lắp Hơn nữa, việc xây dựng nhà máy sản xuất cọc BT ly tâm tại địa phương sẽ giúp giảm chi phí vận chuyển và đảm bảo chất lượng cọc

Cọc bê tông ly tâm (BT ly tâm) mang đến giải pháp móng cọc tối ưu nhờ tính hiệu quả và kinh tế Nghiên cứu và ứng dụng cọc BT ly tâm đáp ứng tốt yêu cầu kỹ thuật và tiêu chuẩn, đem lại nhiều lợi ích thiết thực Đây là phương pháp xây dựng móng cọc tiềm năng ở Đồng Nai và có triển vọng ứng dụng rộng rãi trong tương lai.

Trong quá trình nghiên cứu, học viên đã đề xuất phương án móng cọc đáp ứng yêu cầu về sức chịu tải, độ bền và ổn định cho các công trình trên địa bàn tỉnh Đồng Nai Tuy nhiên, để đảm bảo tính kinh tế và hiệu quả tối ưu trong quá trình lựa chọn cọc móng, cần tiến hành thử nghiệm và đánh giá tiếp để lựa chọn phương án phù hợp cho từng công trình cụ thể trong tương lai.

Vấn đề đáng quan tâm là việc sử dụng cọc BT ly tâm trên địa chất khu vực Đồng Nai, với đa số là đất sét trạng thái dẻo, có khả năng chịu tải trọng công trình tương đối thấp Hiện nay, thông tin và số liệu về việc sử dụng cọc BT ly tâm trong các điều kiện địa chất như trên vẫn còn hạn chế, đặc biệt là so với cọc BTCT thông thường Do đó, chúng ta cần tiếp tục nghiên cứu và thu thập thông tin để có thêm dữ liệu đáng tin cậy và chính xác về tình trạng sử dụng cọc BT ly tâm trong các điều kiện địa chất này Điều này sẽ là căn cứ để đánh giá và phân tích lập thành các chỉ dẫn về thiết kế và thi công cọc BT ly tâm trong tương lai trên địa bàn Đồng Nai Dựa trên kết quả tính toán và nghiên cứu đối với đặc điểm địa tầng gần khu vực TP Biên Hòa, các phương án cọc BT ly tâm có kết cấu nền tựa lên đá Dacite màu xám xanh, xanh rêu, phong hóa, nứt nẻ mạnh; cứng chắc đáp ứng yêu cầu và là hợp lý Tuy nhiên, chúng ta cần mở rộng phạm vi nghiên cứu để thử nghiệm trên các loại nền đất có sức chịu tải lớn hơn, đồng thời có đặc điểm, tính chất chịu tải phức tạp hơn Điều này sẽ giúp chúng ta hiểu rõ hơn về tương quan giữa các phương pháp thi công cọc BT ly tâm và các dạng địa tầng khác nhau, từ đó đưa ra lựa chọn phương pháp thi công tối ưu, đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật, môi trường và giảm thiểu chi phí thi công

[1] Báo cáo thuyết minh quy hoạch tỉnh Đồng Nai thời kỳ 2021-2030, tầm nhìn đến năm 2050, Uỷ Ban Nhân Dân Tỉnh Đồng Nai, Đồng Nai, tháng 3/ 2023

[2] Bùi Trường Sơn, Phạm Cao Huyên, Khả năng chịu tải của cọc từ kết quả thử động biến dạng lớn (PDA) và nén tĩnh, Tập chí Khoa học kỹ thuật Thủy Lợi và Môi trường (Số 34.2011), trang 45 – 50, 2011

[3] Châu Ngọc Ẩn, Nền Móng, NXB Đại học Quốc gia TP HCM, 2014

[4] Dương Diệp Thúy, Phạm Quang Hưng, Lê Thiết Trung, So sánh một số mô hình mô tả mối quan hệ giữa ma sát đơn vị huy động và chuyển vị của cọc (f-w) cho đất sét ở Hà Nội, Tập chí Khoa học công nghệ và cuộc sống (Số 07.2015), trang 75 – 78, 2015

[5] Đỗ Hữu Đạo, Nghiên cứu thực nghiệm xác định sức chịu tải của cọc bằng thí nghiệm nén tĩnh và so sánh với các quy trình hiện hành ở Việt Nam, Tập chí Khoa học và công nghệ, Đại học Đà Nẵng - số 06(41).2010

[6] https://www.baodongnai.com.vn/tieu-diem/202006/nhu-cau-nha-o-xa-hoi-tang- nhanh-3006434/

[7] https://tuoitre.vn/tien-do-va-chat-luong-lam-nen-du-an-topaz-twins-bien-hoa- 20190521164426275.htm

[8] http://www.beton6.com/san-pham/coc-ong-ly-tam-1

Công trình nghiên cứu của Lê Thị Bích Thủy và Văn Đình Minh Ngọc từ Bộ môn Cầu đường, Khoa Xây dựng, Trường Đại học Bách khoa Tp Hồ Chí Minh đã đưa ra những khuyến nghị hữu ích về việc lựa chọn hệ số an toàn phù hợp trong tính toán sức chịu tải của cọc Nghiên cứu này nhằm đảm bảo độ chính xác và an toàn trong thiết kế và thi công công trình, góp phần nâng cao chất lượng và độ bền của các công trình xây dựng.

[10] Phan Dũng, Cách vận dụng TCXD 205:1998 để dự báo sức chịu tải giới hạn của cọc chịu lực dọc trục đóng thẳng đứng qua lớp sét yếu dầy trên mặt, 2009 [11] Phan Dũng, Phương pháp Xaratov để dự báo sức chịu tải dọc trục của cọc đóng, 2014

[12] Tiêu chuẩn TCVN 7888:2008: Cọc bê tông ly tâm ứng lực trước

[13] Tiêu chuẩn TCVN 9393:2012, Cọc - Phương pháp thử nghiệm tại hiện trường bằng tải trọng tĩnh ép dọc trục, 2012.