Luận văn thạc sĩ Địa kỹ thuật xây dựng: Đánh giá sức chịu tải của cọc khoan nhồi trên cơ sở tiêu chuẩn Eurocode 7 và tiêu chuẩn nhi

PHAN II: NOI DUNGChương 1: Tổng quan về cọc và các ly thuyết đánh giá sức chịu tải của cocChương 2: Nội dung tính toán xác định sức chịu tải móng cọc theo tiêu chuẩn NHIChương 3: Nội dun

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ae

-

o0o -ĐÀO ĐỨC ANH

ĐÁNH GIA SUC CHIU TAI CUA COC KHOAN NHỎI

TREN CO SO TIEU CHUAN EUROCODE 7

VA TIEU CHUAN NHLCHUYEN NGANH: DIA KY THUAT XAY DUNG

MA SO CHUYEN NGANH: 60.58.60

LUAN VAN THAC SI

TP HO CHI MINH - 2015

Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS TS TRAN TUẦN ANH.

Cán bộ chấm nhận xét 1 : PGS TS Tô Văn Lận

Cán bộ cham nhận xét 2 : TS Nguyễn Ngọc Phúc

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI DONG CHAM BAO VỆ LUẬN VĂNTHAC SĨ TRUONG DH BACH KHOA TP.HCM, ngày 14 tháng 8 năm 2015.Thanh phan Hội đồng đánh giá luận văn thạc si:

1 PGS TS Lê Bá Vinh2.PGS TS Tô Văn Lận

3 TS Nguyễn Ngọc Phúc4 TS Đỗ Thanh Hải

5 TS Trương Quang Thành

Xác nhận của Chủ tịch hội đồng đánh giá Luận Văn và Trưởng Khoa Quản lý

Chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nêucó).

CHỦ TỊCH HỘI ĐÔNG TRƯỞNG KHOA

PGS.TS LE BA VINH TS NGUYÊN MINH TÂM

Tp.HCM, ngày tháng năm 2015.

NHIEM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: ĐÀO ĐỨC ANH MSHV: 12090345

Ngày, thang, năm sinh: 11/04/1979 Nơi sinh: Tp.HCMDia chỉ mail: daoanh79@ gmail.com Dién thoai: 0903055286

Chuyén nganh: DIA KY THUAT XAY DUNG MS: 60 58 60

I- TEN DE TÀI:DANH GIA SUC CHIU TAI CUA COC KHOAN NHOI TREN CO SO TIEUCHUAN EUROCODE 7 VÀ TIỂU CHUAN NHI

Il- NHIEM VU VA NOI DUNG:

NHIEM VU:

Nghiên cứu tinh toán sức chịu tải của coc khoan nhéi theo các thông số đất nên

(phương pháp tĩnh học) và theo phương pháp bán thực nghiệm theo các giá tri SPT

và CPT dựa trên Cơ sở Phương pháp tinh va các chỉ dẫn về các hệ số sức kháng củađất nền theo tiêu chuẩn Eurocode 7 - Geotechnical Design và tiêu chuẩn NHI

(Drilled Shafts: Construction Procedures and LRFD Design Methods).

Xac dinh kha nang chiu luc cuc han (Q,) va suc chiu tai thiét ké tir thi nghiệm néntĩnh cọc theo tiêu chuẩn Eurocode 7 - Geotechnical Design và tiêu chuẩn NHI

(Drilled Shafts: Construction Procedures and LRFD Design Methods).

So sánh đánh giá kết qua tính toán; Dua ra các phân tích, nhận xét và kiến nghị cầnthiết

PHAN II: NOI DUNGChương 1: Tổng quan về cọc và các ly thuyết đánh giá sức chịu tải của cocChương 2: Nội dung tính toán xác định sức chịu tải móng cọc theo tiêu chuẩn NHIChương 3: Nội dung tính toán xác định sức chịu tải móng cọc theo tiêu chuẩn

Eurocode 7

Chương 4: Xử lý số liệu hiện trường, số liệu địa chất, phân tích, tính toán đánh giávà so sánh kết quả giữa 2 tiêu chuẩn Eurocode 7 va NHI

Chương 5: Kết luận và kiến nghị

Tài liệu tham khảo.Phụ lục.

II- NGÀY GIAO NHIEM VU:IV- NGAY HOAN THANH NHIEM VU:V- CÁN BO HUONG DAN: TS TRAN TUẦN ANH

Tp.HCM, Ngày tháng 5 năm 2015.

CÁN BỘ HUONG DAN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN TRƯỞNG KHOA

PGS.TS TRAN TUÁNANH PGS.TS.LÊ BA VINH PGS.TS.NGUYÊN MINH TAM

Trước hết, tác giả xin chân thành cám ơn Ban Giám hiệu nhà trường, trường Đạihọc Bách Khoa, đặc biệt là quí thầy cô trong Bộ môn Dia cơ - Nền móng, đã nhiệttình hướng dẫn trong suốt quá trình học tập, quan tâm giúp đỡ và đã tạo mọi điềukiện tốt nhất trong thời gian tôi học tập tại trường.

Luận văn Thạc sĩ là sản phẩm tổng hợp của chương trình đào tạo hệ cao học củatrường Đại học Bách khoa Qua luận văn thạc sĩ, các thầy cô có thé đánh giá lại mộtcách tổng quát nhất về trình độ kỹ thuật chuyên môn của học viên, còn học viêncũng qua đó cũng nhìn lại về bản thân trong quá trình học tập nghiên cứu tại trường

Đại học Bách Khoa.

Luận văn Thạc sĩ hoàn thành đảm bảo nội dung và đúng thời hạn qui định là nhờ

phân lớn sự giúp đỡ tận tình và tâm huyết của TS TRAN TUẦN ANH.Xin được gửi lời tri ân chân thành nhất đến TS TRAN TUẦN ANH đã tận tìnhgiúp đỡ trong suốt quá trình thực hiện đề tài luận văn nay

Cuối cùng, tác giả xin gửi lời cảm ơn đến các bạn trong lớp Địa kỹ thuật xây dựngkhóa 2012 đã hỗ trợ mình rất nhiều trong quá trình học tập

Xin chân thành cảm on!

TP.HCM, ngày 28 thang 5 năm 2015.

HỌC VIÊN

ĐÀO ĐỨC ANH

ĐÁNH GIÁ SỨC CHIU TAI CUA COC KHOAN NHỎITREN CƠ SỞ TIỂU CHUAN EUROCODE 7 VÀ TIỂU CHUAN NHI.

TÓM TAT: Nghiên cứu tính toán sức chịu tải dọc trục của cọc khoan nhôi vàcọc barret theo các thông số đất nền (phương pháp tĩnh học) và theo các giá trị SPTvà CPT dựa trên cơ sở phương pháp tính và các chỉ dẫn về các hệ số sức kháng củađất nền theo tiêu chuẩn Tiêu chuân Eurocode 7 - Geotechnical Design và tiêu chuẩn

NHI (Drilled Shafts: Construction Procedures and LRFD Design Methods); Dựa

trên kết quả từ thi nghiệm hiện trường bang tải trong nén tĩnh doc trục, các biểu déquan hệ tải trọng - chuyến vị - thời gian của dau cọc va các số liệu tại các đầu đobiến dang (Strain Gauges) dé tinh toán sức khang hông và mũi cọc, so sánh kết quả

giữa hai tiêu chuẩn.

RESEARCH THE BEARING CAPACITY OF BORED CAST-IN-PLACE

CONCRETE PILES BASED ON EUROCODE 7 AND NHI.ABSTRACT: Master thesis is only focused for researching and calculatingBearing capacity of bored cast-in-place concrete piles following methods by the useof static bearing capacity equation and the used of SPT and CPT values based onNHI course (Drilled Shafts: Construction Procedures and LRFD Design Methods)and Eurocode 7 - Geotechnical Design Comparison calculating results with StaticAxial Compressive Load results (the charts of the relationship of load -displacement - time of pilehead) and stain testing results to analyze, calculate andcompare the results between the two methods of calculation above.

Tôi xin cam đoan: Bản Luận văn tôt nghiệp này là công trình nghiên cứuthực sự của cá nhân tôi, được thực hiện trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết, kiên thức,sô liệu đo đạc thực tiên và dưới sự hướng dân của:

TS Tran Tuần Anh

Các số liệu, mô hình tinh toán và những kết quả trong Luận văn là hoan toàntrung thực Nội dung của bản Luận văn này hoàn toàn tuân theo nội dung của décương Luận văn đã được Hội đồng đánh giá đề cương Luận văn Cao học ngành Dia

Ky Thuật Xây Dựng, Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng — Trường Dai học Bach Khoathông qua.

Mot lan nữa, tôi xin khang định về sự trung thực của lời cam đoan trên./.

Trong những năm trở lại đây, do sự phát triển về kinh tế, nganh xây dựngViệt Nam phát triển rất nhanh để đáp ứng nhu cầu xã hội với các công trình dândụng công nghiệp và các công trình hạ tầng kỹ thuật lớn và đỗ sé như: các khuchung cư cao tầng, các cao ốc chọc trời, các công trình cầu, cầu dây văng nhịp lớn,công trình thủy lợi, thủy điện, các công trình ngầm (Metro) Với các công trìnhnhư vậy, đòi hỏi người thiết kế phải phân tích và lựa chọn các giải pháp móng chocác công trình xây dựng vừa kinh tế và vừa bền vững Một trong những giải pháphữu hiệu cho các công trình lớn là phương án thiết kế móng cọc.

Trong thiết kế nền móng, có thé chia làm hai loại là móng nông (shallow

foundations) và móng sâu (deep foundations) Móng nông được sử dụng cho lớp

đất gan mat dat, noi xuat hién ung suat tuong đối lớn, đủ chịu được tác động củakết cau bên trên mà không xảy ra ứng suất phá hoại cho kết cau do lún Trường hợpnày, thường chỉ sử dụng cho những công trình có tác động tương đối nhỏ; Đối vớinhững công trình có tác động lớn (như nhà cao tang, trụ cau, ) hay những vùngđất có lớp đất bên trên tương đối yếu, thì phương án móng cọc là hữu hiệu, vì cầnlớp đất “tốt” hơn để chịu tác động lớn; Móng cọc có nhiều loại, tuy nhiên, ở ViệtNam thường phố biến những loại sau: móng cọc đóng, móng cọc ép, móng cọckhoan nhdi; Vật liệu làm móng cọc có thé là: bê tông, bê tông cốt thép, thép, gỗ Với các hình thức thi công như: đóng ép, khoan nhéi, ; Coc truyền tải vào đấtthông qua hai hình thức: tải phần bố dọc theo thân cọc (pile shaft), hoặc trực tiếptruyền tải lên lớp đất bên dưới thông qua mũi coc (pile point) Tai đứng phân bốdọc theo thân cọc là ma sát cọc (pile shaft resistance) và tải truyền thực tiếp thông

qua mũi coc là sức chịu tải mũi cọc (pile base resistance).

Việc tính toán móng cọc theo hệ thống Tiêu chuẩn Xây dựng Việt Namtrước đây được hình thành qua nhiều năm, chủ yếu dựa trên sự chuyền dịch từ các

tiêu chuẩn của Liên Xô Anh Quốc, Hoa Kỳ, ISO, Trung Quốc Sự hình thành các

tiêu chuẩn xuất phát từ nhu cầu thực tế đòi hỏi qua các thời kỳ mà chưa có sự đồng

bộ và hệ thống ngay từ đầu Trong bối cảnh nước ta đang trong quá trình hội nhậpday đủ vào nên kinh tế thé giới, một trong những nhiệm vụ rất quan trọng của

ngành Xây dựng và cũng là đòi hỏi của quá trình hội nhập là dỡ bỏ rào cản kỹ

thuật, soát xét và xây dựng hệ thống tiêu chuân xây dựng đồng bộ, hiện đại, hài hoàvà tiệm cận với tiêu chuẩn quốc tế, tạo điều kiện cho quá trình hội nhập của Ngành

Xây dựng với các nước trong khu vực và thê giới.

Trước nhu cầu đó, việc nghiên cứu các bộ tiêu chuẩn tiên tiến nghành xâydựng nói chung và các tiêu chuẩn về tính toán nền móng và địa kỹ thuật nói riêngnhư: Eurocode 7, ACI, AASHTO, NHI để tính toán, so sánh với các thí nghiệmhiện trường (nén tĩnh, thử động) từ đó rút ra các tiêu chuẩn thích hợp để áp dụngtính toán thiết kế móng tại Việt Nam

2 Mục tiêu nghiên cứu:

Bộ tiêu chuẩn Eurocode nói chung, Eurocode 7 nói riêng được sử dụng rộngrãi ở các nước Châu Âu, đặc biệt là các quốc gia thuộc khối CEN (Anh, Pháp,Đúc); các tiêu chuan ACI, AASHTO, NHI (Mỹ) được su dụng rộng rãi tai Mỹ Cactiêu chuẩn này cũng được sử dụng rộng rãi tại các quốc gia Đông Nam Á nhưSingapo, Malaysia, Thái Lan Trong xu hướng mở cửa phát triển, hòa nhập vớikhu vực và thế giới, Việt Nam đã, đang và sẽ có rất nhiều đối tác đến từ khu vựcĐông Nam A, Châu Âu và Mỹ Vì vậy, việc khuyến khích nghiên cứu, so sánh, ứngdụng tính toán các tiêu chuẩn trên và chọn lọc các phương pháp tính toán phù hợpđưa vào trong tiêu chuẩn Việt Nam là phù hợp, có lợi và tạo được tiếng nói chung

với thê giới.

Vì vậy dé tài luận văn thạc sĩ: “ Đánh giá sức chịu tai của cọc khoan nhoitheo tiêu chuân Eurocode 7 và tiêu chuan NHI” được ra đời Với mục đích, giúpkỹ sư thiệt kê hiệu rõ thêm ve 2 tiêu chuân trên và ứng dụng vào trong thiệt kêmóng cọc ở Việt Nam.

3 Phương pháp nghiên cứu:

Nghiên cứu và phân tích tiêu chuẩn Eurocode 7 và tiêu chuẩn NHI Cụ thé lànghiên cứu triết lý tính toán thiết kế, các phương pháp thiết kế được sử dụng đánhgiá và dự đoán sức chịu tải dọc trục (độ bền) cọc khoan nhôi theo các phương pháptinh học (sử dụng các thông số đất nên c, ọ, + ) phương pháp bán thực nghiệmngoai hiện trường (thí nghiệm SPT, CPT ) và so sánh với kết quả thử tĩnh

4 Phạm vi và giới hạn của đề tài:

Đề tài chỉ tập trung nghiên cứu phân tích, tính toán và so sánh kết quả Sứcchịu tải doc trục của cọc khoan nhôi theo các phương pháp tĩnh học (sử dụng cácthông số đất nén c, ọ, y, ), phương pháp bán thực nghiệm ngoài hiện trường (thínghiệm SPT, CPT ) được chỉ dẫn trong tiêu chuẩn Euocode 7 va tiêu chuẩn NHI,từ đó so sánh với kết quả thử tinh dọc trục ngoài hiện trường

PHAN II : NOI DUNG

MUC LUC

[19010 141810721001:ì077719020 222 ốa a a4 4

LỜI CẢM ON St th Hee 6TÓM TAT LUẬN VĂN THAC SĨ - - - s sEE5ESE SE EESE E128 x 9 Evgcsererkes 7LOI CAM DOAN CUA TÁC GIÁ LUẬN VĂN Sen v2 vn srersed 80098010100970 9PHAN IT :NOI DUNG 2 12CHUONG 1: TONG QUAN VE CỌC VA CÁC LY THUYET TINH TOÁN SUCCHIU TAI CUA 999 191.1 Témg quan về móng COC cccecccsessssssescsesessesesessesesecscsescsesesecsssesesecssseeeeseasees 19

LLL Dith nghia COC n6 19

1.2 Các ly thuyết về tính toán sức chịu tải CỦa CỌC - - 5s + sxsx+sEseseseseree 30

1.2.1 Sức chịu tải dọc trục của cọc theo vật lIỆU -< c4 30

1.2.2 Sức chịu tải dọc trục của cọc theo đất nỀn ¿-c-s + sxsx£eEsEsEeksesersesed 331.3 Sức chịu tải dọc trục của coc theo chỉ tiêu cơ học của đất nền 341.3.1 Lý thuyết chung vẻ tính toán sức chịu tải của cọc theo đất nên 341.3.2 Sức chịu mũi của đấtở mũi cọc khoan nhồi (Qb) - ¿5 2 ssxscsesed 381.3.3 Thành phân chịu tải do ma sát xung quanh cọc khoan nhi (Q,) 471.3.4 Xác định sức chịu tải cọc khoan nhéi dựa vào kết quả thí nghiệm xuyên tiêuCHUAN 0 d4 541.3.5 Xác định sức chịu tải cọc khoan nhéi dựa vào kết quả thí nghiệm xuyên tinh

CPT CS 0 Đ1SH HT 1 12 1111121111111 11011 1111201111111 111gr 58

CHƯƠNG 2: NỘI DUNG TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI MÓNGCOC THEO TIỂU CHUAN NHI 5 6s EEE SE ESESESE2E SE EeESESEEvEeEsererkei 652.1 _ Giới thiệu về LÑED 6 ke E311 1139198 E119 1129 ng gi 652.1.1 Nguyên lý thiết kế theo AASHTO LRFD -¿ 5-5 cc+c2cczcececesree 652.1.2 Các trạng thái giới hạn theo AASHTO và sức chịu tải của cọc khoan nhdi.69

2.1.3 Hệ số sức kháng cho cọc khoan nhhỒÌi 6 S112 SESE SE sEskrksereree 712.2 Tính toán thiết kế cọc khoan nhdi chịu tải doc trục theo tiêu chuẩn NHI 75

2.2.1 Coc chịu nén đỌC TrỤC c2 2 210101010100 0221111111111 11111 111111 vớ 75

2.2.2 Tính toán cọc khoan nhôi chịu tải kéo (nhổ) dọc trỤC - 88CHUONG 3: NOI DUNG TINH TOAN XAC DINH SUC CHIU TAI MONGCOC THEO TIỂU CHUAN EUROCODE 7 ccccccssssesscscecesessessceceesevscscececeevevacees 943.1 Gidi thiệu về tiêu chuẩn Eurocode ccccssssscesesscsecsceceseseevscscecessesevacsceceees 943.1.1 Nguyên lý thiết kế theo Eurocode - + 2 2 5ss+x+£2£E£E+EztsEzrerxrereee 943.1.2 Các trạng thái giới hạn thiết kế theo Eurocode s-s-s- c+cscs+s+szse¿ 943.1.3 Các phương pháp thiết kế nền móng theo Eurocode -s-5-5 1003.2 Tinh toán xác định sức chịu tai móng cọc theo tiêu chuẩn Eurocode 7 104

3.2.1 Các phương pháp tính móng cọc theo Eurocode '7 -««««««+<<<<«s 104

3.2.2 Đặc tính thiết kế theo độ tin cậy + + sex cxcrcrrkerrrrrerrrrrree 1113.2.3 Các qui trình đánh giá độ bên thiết kế theo phương pháp thiết kế 1 và 2 1223.2.4 Phương pháp thiết kế 3 ¿2E + SE SE 3 E9 5 E211 1151511111111 exce 125CHƯƠNG 4: XỬ LÝ SO LIEU HIỆN TRUONG, SỐ LIEU BIA CHAT, PHANTICH, TINH TOÁN ĐÁNH GIA VA SO SANH KET QUA GIỮA 2 TIEUCHUAN EUROCODE 7 VA NHI sssessssssseessseseseseesseesseesncensecneenseensenueennesneeaes 127

4.1 Cong trình Vietcombank ÏOWT c0 re 1274.2 Công trình New P€arÌ - cv 1404.3 Tính toán ước lượng sức chịu tải cực hạn của cọc theo các công thức được

chỉ dẫn trong tiêu chuẩn NHI - ¿+ + SE +E£E+E£EEEE£E£E+EEEEEEEEEErErrrrrrkred 1504.3.1 Các bước tinh toán theo các công thức được chi dẫn trong tiêu chuẩn NHI

150

4.3.2 Áp dung tinh toán cho cọc khoan nhôi tại công trình Vietcombank Tower va

cọc barret tại công trình New Pearl - -c c S111 111092 3111199 1 111111 1 ng re, 153

4.3.3 Tính toán sức chịu tải đọc trục của cọc theo kết quả nén tĩnh 16244 Tinh toán ước lượng sức chịu tải của cọc theo tiêu chuẩn Eurocode 7 1634.4.1 Xác định sức chịu tải cực hạn theo tiêu chuẩn Eurocode 7 163

4.4.2 Áp dung tính toán cho cọc khoan nhôi tại công trình Vieteombank Tower và

cọc barret tại công trình New Pearl - -c c S111 111092 3111199 1 111111 1 ng re, 166

4.4.3 Tính toán sức chịu tải đọc trục của cọc theo kết quả nén tĩnh 17/744.4 Tổng hợp tính toán sức chịu tải của cọc theo tiêu chuẩn Eurocode 7 cho 2

U9)01901811))8149)Ð Had.ẢÍŨ 1834.5 Nhận Xét c.C.CH HT TH 1 111111111211 1111111 111121111211 rà 183

CHUONG 5: KET LUẬN & KIÊN NGHỊ - 6s + E22 £eEsEsEeksesereesed 1875.I KẾtluận: - SG s11 ST 11121211 1111111111 11g ng ri 1875.2 Kiến nghị: L c2 E1 1 1E 11 11111111111 111111 011101111 re 1875.3 Hướng nghiên cứu tiếp theo: - - + 26 2S E233 SEEEEEEEEEErrkrkrkred 188TÀI LIEU THAM KHẢO 6s s5 E12 E5ESE E328 SE sgk se reered 189LY 48ñie 80.4: 97.899 191

PHU LUC oo ceccseccceceeeseeecceeeeeeeeeeceeeeaeaeeees Error! Bookmark not defined.

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Chi tiết độ sâu HỢÀI CỌC _ ST 11 1 ve 20Hình 1.2: Coc nhôi có ống kiểu cọc FYONKI ceccecccscsccscscsscscsscsesscsesscsesscsesscsesscseescsees 23Hình 1.3: Thi công cọc nhồi phương pháp khô «+ sccscsrsrerererereeered 23

Hình 1.4: Quy trình khoan với dung dich khoan (bentonite) «<< <<s+ 24

Hình 1.5: theo dõi quá trình đồ bê tONG tk SkeEEESESEeEEEeEerkrkekekrkreeered 27Hình 1.6: Quy trình và thiết bị thi công cọc CEA cccscsrerersrererererreeered 28

Hình 1.7: Cac bước thi công cọc theo phương pháp BASIC 29Hình 1,8: Các dạng cọc chịu mĩi, ma sót VÀ COC XIÊH, ĂĂẶSSS++++++++sssssss 30

Hình 1.9: Các mô hình vùng phá hoại nên dưới mũi CỌC -c-cccccccsesesed 35

Hình 1.10: So sánh giả trị Ng của các (AC gÌẢ «ec-< 555 «<<: 36

Hình 1.11: Dường cong phân bố tải điển hình của COC -ccccccecerreeeeed 38

Hình 1,12.: Duong cong quan hệ giữa tai dọc trục và độ 1UN COC 38

Hình 1,13:Phdn lop dia chất với COC chịu tdi COC HFHC veccssecccscsccscsecscsesscsessesecseseeee 39Hình 1.14:Hé số sức chịu tải của nên (Chen và Kulhawy, 1994 cccccccccccssssseseseees 42Hình 1.15: Vùng hiệu quả dé tính sức kháng bên đơn vị của COC 51Hình 1.16: Hệ số a (Chen và Kulhawy) - tk Sk‡E‡E‡ESESEeEeEererkrkekeereeeeered 51Hình 1.17: Biéu đồ xác định hệ số @ - cccccccccscctsritritrrirrrtrrirrrirrriee 56Hình 1.18:Biéu đô xác định hệ số Oy Va bi cescsseessessessesessesseesssssessessessecsecseeseeseeseeses 58Hình 2.1: Sơ do, quy trình bước thiết kế tải dOC truc -c-c-cccscsrsrereesrerererees 75Hình 2.2:Phdén Lớp dia chất lý trỏng dé tinh todn cho sức kháng nén 76Hình 2.3: Trang thái truyền tai lực suy rộng cua cọc khoan nhôi bị nén 79Hình 2.4:Mô hình ma sát cua sức kháng bên don vị, Coc khoan nhôi trong đất rời

Hình 2.5: Biéu đô tai - chuyển vị định mức, cọc khoan nhôi trong nén dọc trục 87Hình 2.6: Tổ hợp tải trọng gây ra HHỖ COC ceeescscssesesescsveveverststssssevsvsvsvsvsvsvevenenenees 59

Hình 2.7: Lực và mô ta phân chia các lớp địa chat trong tính toán coc chịu nho 89

Hình 2.8: Ma sát âm tác dung lên cọc khoan nhôi do cô kết của lớp dat yêu phía

Hình 2.9: Các trường hợp thương gặp xuất hiện ma sát âm tại mo trụ câu 9jHình 2.10: Phán tích lực tác dung cho cọc khoan nhôi chịu ma sát âm 92

Hình 3.1.:COc ChỊU tai n€n AOC FC c.eec co 60880959986 9996899956959 66659966996 107

Hình 3.2- Cọc chịu kéo (nho I3, sAAAA333ẲẰÝẼ 109

Hirth 3.32 COC CHIU tai NG ANG ccccccccccccccccceecceeeseeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeseeeeeeeeseeess 110Hình 3.4: Qui trình kiểm tra cường độ MONG COC veveecessevevevsvsesessseseeeesvevevesscseeee 112Hình 3.5: Qui trình kiểm tra cường độ móng cọc theo phương pháp thiết kế 1 — tô0000577 ồ 114

Hình 3.6: Qui trình kiểm tra cường độ móng cọc theo phương pháp thiết kế 1 — tô7,02 1.ẼẺẼ58e ằ 115

Hình 3.7: Qui trình kiểm tra cường độ mong coc theo phương pháp thiết kế 2 117Hình 3.8: Qui trình kiếm tra cường độ móng coc theo phương pháp thiết kế 3 119

Hình 3.9: Thiết kế móng cọc theo thí nghiệm nén tinh AOC fFỊC 12]

Hình 4.1: Biểu đô quan hệ tai trong — độ lún cọc TBP2 128

Hình 4.2: Biéu đô quan hệ Tai trọng — độ lún — thoi gian cọc TBP2 128

Hình 4.3: Biéu đô quan hệ độ lún — thời gian cọc TBP2 « <<++ 129Hình 4.4: Dat các strain gauge trên than cọc công trình Vietcombank Tower 130

Hình 4.5: Phân bố tải trọng dọc theo thân cọc (chu kỳ gia tải Ï) « 132

Hình 4.6: Phân bố tai trong dọc theo thân coc (chu kỳ gia tải 2) - 132

Hình 4.7: Biểu đồ phân bố ma sát thân cọc và mũi coc (chu kỳ gia tải 1) 137

Hình 4.8: Biéu đô phân bố ma sát thân cọc và mũi cọc (chu kỳ gia tải 2) 140

Hình 4.9: Biểu đô quan hệ tai trọng — độ lún cọc barret TNBNI 142

Hình 4.10: Biểu đô quan hệ tai trọng — độ lún — thoi gian cọc barret TNBR1 143

Hình 4.11: Dat các strain gauge trên than cọc công trình New Peari 144

Hình 4.12: Biểu đô quan hệ độ lún — thời gian cọc barret TNBRI 146

Hình 4.13a: Tải trọng tac dụng và ma Sat thGn COC tUONG UNG 148

Hình 4.13b: Tải trong tac dung và ma sat than cọc tương ứng (tt) 148

Hình 4.14: Phân bố tai trong doc theo thân coc (chu kỳ gia tải 3) 150

DANH MỤC BÁNGBảng 1.1: Hệ số độ mảnh (Ô <5 SE StSkSEEEE SE TT TT TT g1 11111 1c rưtg 31Bangl.2: Hệ SỐ y phụ thuộc liên 2A 32Bảng 1.3: Hệ số @ theo JACODSON St ỲE SE TT TETTk TT E111 111kg 32

Bảng 1.4-Giá tri của 1,=E/3c, va N,` C.121122111221122112112211111221111122112211121111211211211211112212212221212 2e 4]

Bang 1.5:Hé số hình dang va độ sấu (Chen va Kulhawy, 1994) cccca 44

Bảng 1.6: M6 tổ lOẠi đỈÓ, SG St TH ng ng re 46

Bang 1.7: Giá trị của s va m (không thứ nguyên) theo phân loại nên đá 46

Bang 1.8: Gid tri K, theo B.S DOS ào àĂ So ST TH TH nh nh ren 46Bang 1.9:Giá trị K, theo trường Cầu đường Paris (ENPC) -scecscscecesed 46Bang 1.10:Gid tri (theO APL) n0 ee 49

Bang 1.11: Ciá tri (theo TOmlinson) sccccccrsrrrerscccssssrsrssscccssssssnsssscccsssssssssssssssssssssees 49Bang 1.12: Gid tri G (theo Peck) 6n e 50

Bang 1.13:Cwong độ sức kháng qy và f, của đất đổi với cọc khoan nhoi theo qc 59

Bang 1.14: Độ bên mũi coc trong đất rời theo độ bên mũi xuyên CPT' 60

Bang 1.15: Độ bên thân coc trong đất rời theo độ bên mũi xuyên CPT 60

Bang 1.16: D6 bên mũi cọc trong dat đính theo cường độ kháng cat không thoát nướcCy - 6]

Bang 1.17: D6 bên thân cọc trong đất dính theo cường độ kháng cat không thoát nướcAm 61Bang 1.18: Hệ số qui đổi giữa chỉ số SPT với độ bên xuyên mũi CPT ó2Bang 1.19: Quan hệ giữa chỉ số SPT với cường độ kháng cắt không thoát nước c, 63

Bang 2.1: AASHTO (2007) các trạng thái giới han cho thiết kế cầu 67

Bang 2.2: AASHTO (2007) các tổ hợp tải trọng và các hệ số tổ hợp ó8Bang 2.3: AASHTO (2007) hệ số tô hợp tải trọng doi với tải trọng thường xuyên 69

Bảng 2.4: Tóm tắt của các hệ số sức kháng cho thiết kế theo LRFD của móng cọc/1/8/7/18RRRERREEERERRERERERhh 72

Bang 2.5: Các thuộc tinh địa chất cho sức kháng dọc trục thoát nước và không thoát72508 81Ẽ818Ẽ8Ẽ8ẦẦ — 78

Bing 2.6: Hé 86 11.1710 10 0 NA 8n 85Bang 3.1:Các phương pháp thiết kẾ MONG COC vevesecesssssssssssesvsvevsscssssessssesvsveveseseaees 103Bang 3.2: Các hệ số riêng phan SỨC CHỊM LAL COC ả ĂĂ CS S1 KV cv se 113Bang 3.3: Hệ số riêng phương pháp DA Liciccccccsssssecsssssssssssesvsvevsssssssssscsvsvsveseseaees 116

Bảng 3.4: Hệ số riêng phương DA2 - - -c-k t‡EEeESEEEEEkEkEEE tr rrrrkrrki 118Bang 3.5: Hệ số riêng phương pháp DAB crccccccesscsecssssssssssssvevsvevecssssevsssesvsvsveseseaees 120Bang 4.1: S6 liéu chuyển vị của đầu do và tải trong phán bố tại các Stain Gauge (chu

KY SIA AGL) eececcccccccsssscceecesscceesessececcesssnaeecessenaeecessenaeeceseeeaeesesenaeeeeseaaeesenseaaeeeeeenaeees 131

Bang 4.2: S6 liéu chuyển vị của đầu do và tải trong phán bố tại các Stain Gauge (chu

KY SIA UAL 2) ceececcccccccccccssccccesesceecesesseeeeesesaeeeesesseeeeesesaeeeeesesaeeeeesesaeesessesaaesessesaaesessesaaees 133

Bang 4.3: Số liệu phán bố ma sát thân cọc và mũi cọc (chu kỳ gia tải Ï) 135Bang 4.4: Số liệu phán bố ma sát thân cọc và mũi cọc (chu kp gia tải 2) 138Bang 4.5: Số liệu tải trọng tác dụng ( Tấn) và ma sát than cọc tương ung ( Tan/m? ) 147Bang 4.6: Bang số liệu phân bố tải trong doc theo thân cọc (chu kỳ gia tải 3) 149Bang 4.7: Bang xác định chỉ số Noo từ chỉ số SPT và tính todn góc ma sát trong giữacọc và đất tại công trình VietCOMbANK TOWED Ă c3 51 11 EEseseese 153Bang 4.8a: Bang tính toán sức kháng doc than cọc cực hạn của coc đổi với các lớp đất

rời tại công trinh VietCOMbANK TOWeY óc S S303 3 3 ESESEESeeeeeesre 156

Bang 4.8b: Bang tính toán sức kháng doc than cọc cực hạn của coc đổi với các lớp đất

rời tại công trinh VietCOMbANK TOWeY óc S S303 3 3 ESESEESeeeeeesre 156

Bang 4.9: Bang tính toán sức kháng bên doi với đất dính tại công trình Vietcombank

Bang 4.11: Bang xác định chỉ số Noo từ chỉ số SPT và tính todn góc ma sát trong giữacọc và đất tại CONG trinh New Pedr PP 158Bang 4.12a: Bang tính toán sức kháng doc thân coc cực hạn cua cọc đối với các lớpđất rời tại công trình New Pearl «+5 EE kề 1E T11 1x tru 160Bang 4.12b: Bang tính toán sức kháng doc thân cọc cực hạn của cọc đối với các lớpđất rời tại công trình New PeqÏ «Set St kg 5121111111111 111E151e 1T tk 160Bang 4.13: Bang tinh toán sức kháng bên đối với đất dính tại công trình New Pearl

CHƯƠNG 1: TONG QUAN VE COC VÀ CÁC LY THUYET TÍNH TOÁN

SỨC CHIU TAI CUA COC

1.1 Tong quan về móng coc1.11 Định nghĩa coc

Coc thuộc loại móng sâu là loại móng khi tính toán sức chịu tải theo đất nềncó kế đến thành phần ma sát xung quanh với đất và có chiều sâu chôn móng khálớn so với bề rộng Theo nhiều quan trắc thực nghiệm điều kiện làm việc của móngsâu kết hợp với các kết quả thí nghiệm xuyên tinh CPT, móng sâu được định nghĩatheo điều kiện tỷ số chiều sâu ngàm móng tương đương trong đất D, và bề rộng

Trong dé: q,: Suc kháng mũi cua thí nghiệm xuyên tinh

ce: Sức kháng mũi tương đương được tính theo công thức

Hiện nay, cọc được sử dụng rất thông dụng trong các công trình dân dụng,

giao thông, thủy lợi.1.1.2 Phan loạt cọc1.1.2.1 Theo vat liệu

Theo vật liệu, chúng ta có thé phan chia coc thanh: coc 26, coc thép, coc bétong, coc phối hợp giữa các vật liệu trên

1.1.2.1.1 Cọc gỗ

Cọc 26 thường được sử dung là: Thong, tre, tràm dưới dạng cọc don, đôi

khi tong hop cac thanh don thanh b6 coc hoac phối hợp với các loại cọc khác như

g6 - bê tông phối hợp, thép — gỗ phối hop Coc gỗ phải được thường xuyên nămdưới mực nước ngâm nhằm giữ cho phan thé gỗ không bị tan công bởi mốc, mục,

môi, mot ; Một sô yêu câu kỹ thuật cho một cây cọc gỗ như nó phải đủ tươi, độ

âm không nhỏ hơn 20%, độ thon không nhỏ hơn 1%, không được cong vênh haichiều và độ cong phải nhỏ hơn 1%.

Trong một số trường hợp cần thiết, cọc gỗ thông được ngâm tâm nhựađường và thuốc chồng mối mọt để có thé sử dụng trên mực nước ngầm như chốngđỡ các trụ cau, móng nhà trên vùng đất có mực nước ngâm sâu, loại này có tuổi thọđạt đến ba, bốn mươi năm; Hầu hết các loại cây có thân thon va thắng đều có thể sửdụng làm cọc, nhưng phải nghĩ đến việc lam dung cây làm coc sẽ ảnh hưởng xấuđến môi trường sống của loài người

1.1.2.1.2 Coc bê tông

Có rất nhiều loại cọc bê tông như: các loại cọc bê tông chế tạo săn đặc ruộthoặc rỗng ruột và hạ băng búa đóng hoặc ép bằng các kích thủy lực, hay hạ băngxói nước đôi khi kết hợp khoan nhôi và đóng Mặt khác, ta cũng còn có các loại cọcđúc bê tông ngay trong các hố khoan (hoặc đào) tại chỗ, thường được gọi chung làcọc khoan nhéi, loại này có nhiều phương pháp thực hiện: khoan hoặc dao đơn giảntrong sét có độ dẻo từ trung bình đến cao, hoặc phải giữ én định thành vách bangống chống hay sử dụng dung dịch huyền phù bentonite khi gặp đất rời

e_ Coc bê tông tiền chế

Cọc bê tông tiền chế được chế tạo tại công trường hoặc ở những nhà máy.Chúng có tiết diện ngang dạng vuông cạnh d=20 — 40cm, dai từ 4 — 8m cho loại cọchạ vào đất bằng các máy ép và có thể dài từ 8 — 20m cho loại cọc hạ bằng búa đóngcọc Dĩ nhiên, chiều dài cọc còn phụ thuộc vào phương tiện vận chuyển từ nơi sản

xuât đền công trường.

Ngoài ra cọc cũng có thé có dạng tiết diện tròn, tam giác, lục giác và có cầutạo đặc hoặc rỗng ruột, đôi khi cọc cũng được làm bang bé tong ung suất trước.Loại cọc bê tông ứng suất trước thường là cọc ống rỗng ruột có kích thước từ 0,5 mđến vài mét đường kính, thường được sử dụng cho các công trình có tải trọng lớn

như câu, cảng và nhà cao tang.

e Coc bé tông nhoi tại chỗ

Coc nhồi là loại cọc được đúc bê tông tại chỗ vào lỗ trồng được đào hoặckhoan trong lòng đất, tiết diện tròn, hình chữ nhật, hoặc dạng chữ thập, chữ H, chữL, Dé 6n định thành vách các lỗ trồng nay trong đất dé bi sat lở, có thé sử dungống vách hoặc sử dung bùn khoan bentonite Loại thứ hai giá thành rẻ, thi côngnhanh và có thể thực hiện được những cọc có tiết diện lớn hơn loại thứ nhất nhưngđòi hỏi nhiều điều kiện kỹ thuật gắt gao hơn trong suốt quá trình thực hiện

Coc nhéi có thé không có cốt thép chịu lực khi các tải trọng công trình chỉgây ra nên ứng suất nén trong thân cọc nhỏ hơn cường độ chịu nén của bê tông.Trong trường hợp này, chúng ta có thể đặt một ít thép chờ cắm trực tiếp vào bêtông tươi nhăm xác định trục cọc đồng thời gia cường mạch dừng giữa mặt cọc vàđài cọc Trong trường hợp cần cốt thép chịu moment do tải trọng ngang hoặc chịutải nén cùng với bê tông, chúng ta phải tính toán cần thận chiều dài cần thiết của cốtthép này Coc nhéi được chia thành các nhóm chính: cọc nhéi ôn định thành váchbăng ống chống có thu hồi vách hoặc không thu hồi vách; cọc nhéi không có thànhvách khi nền đất là sét dẻo trung bình đến cứng: cọc nhôi 6n định thành vách bangbùn khoan (dung dịch huyền phù bentonite)

+ Coc nhôi ôn định thành vách bằng ống chong: Nhóm này gồm cọc Franki,ống vách được hạ bằng cách đóng trực tiếp lên nút bê tông bịt đầu ống: loại cọc hạống vách sau lưỡi khoan và loại cọc hạ ống vách bang các tia nước áp lực cao Việcthu hồi ống vách rất khó khăn và cần các máy móc thiết bị chuyên dụng làm giảmma sát giữa đất và mặt ngoài ông trong suốt thời gian ống năm trong đất, chính điềunày đã hạn chế kích thước cọc loại này

Lực kéo ống

Ống vách

¬—rr Bia

Nút bê tông b |

Hình 1.2: Coc nhôi có ống kiểu cọc Franki

Bê tông để tại chỗ

Khi thi công cọc nhdi và cọc barrette trong các loại đất dính, cọc chỉ đi quatrong đất dính dẻo cao đến cứng, thành vách hồ khoan có thé tự 6n định không cầnchồng đỡ

cọc tùy thuộc vào dụng cụ tạo lỗ trong đất Loại cọc nhồi này có khả năng chịu lực

Các đặc điểm cơ bản trong quá trình thi công cọc nhồi ôn định thành váchbằng bùn khoan gom:

Chuẩn bị tường dẫn hoặc ống dẫn ngăn để định vị cọc và tránh lở miệng hồtrong quá trình dao hoặc khoan Chuan bi đầy đủ lượng bùn khoan trong các silo

+ Bun khoan thường gồm nước và đất sét bentonite (hàm lượng khoáng

monmorilonnite cao), đôi khi phải thêm phụ gia Đôi khi phải thêm phụ gia Cũng

có khi phải thêm bột thủy tỉnh hoặc sợi ngăn như bã mía hoặc rơm rạ, để tăng trọng

lượng riêng và tăng khả năng chịu kéo của bùn Trong trường hợp đặc biệt,

bentonite có thé được thay thé băng các chất biopolymeres

+ Những đặc trưng vật lý co bản của bùn khoan gồm có: Khối lượng riêng từ1,01 đến 1,05 T/mỶ (ngoại trừ trường hợp cần có dung dịch bùn nặng như khi thêm

bột thủy tinh); Độ nhớt Marsh phải lớn hơn 35 giây và độ pH lớn hơn 7; Độ chứa

cát phải nhỏ hơn 3% hoặc 5%; Độ lọc nước phải nhỏ hơn 30 cm”; Độ bám thành

phải nhỏ hơn 2mm (Độ lọc nước và độ bám thành lớp được thực hiện với dụng cụBariod trong 30 phút dưới áp lực 7 bars).

Tạo lỗ trong lòng đất bằng lưỡi khoan thường kèm tia nước áp lực cao haybăng gàu đảo Trong suốt quá trình tạo lỗ, dung dịch bentonite trong lỗ khoan hoặcđào phải luôn luôn cao hơn mặt nước ngầm ít nhất Im Điều này nham đảm bảobùn luôn có khuynh hướng thâm vào trong đất qua thành vách hố khoan Nhờ đómà thành vách hồ khoan được giữ ôn định tốt hơn; Trong quá trình khoan hoặc dao,bùn sẽ nặng dần lên do những hạt mịn trong đất lẫn vào, điều này dẫn đến giảm độnhớt của bùn khoan nên người ta phải ray lại khi thu hồi bùn Dé tăng độ nhớt củabùn khoan người ta them vào một số phụ gia như: bicarbonate de soude, alginates,CMC, amidon : khi cần giảm độ nhớt của bùn khoan ta có thể hòa vào bùn các

loại phụ gia như sau: tanins; polyphosphates hoặc lignosulfonates.

Thay bùn: sau khi hoan tất việc tao lỗ, phải thay bùn khoan dat các yêu cầukỹ thuật nghiêm ngặt nhăm tránh bùn bám vào các thanh thép ngăn trở bê tông bámchặt vào các thanh thép trong quá trình đồ bê tông, cũng như lượng cát mịn nhiềutrong bùn sẽ trộn lẫn vào bê tông Thông thường người ta thả một máy bơm xuốngtận đáy hố dao dé bom bùn khoan đang khá nặng sau quá trình dao đất ra khỏi hồđào Trong khi bơm bùn từ đáy hé đào, đồng thời xả bùn khoan mới nhẹ hơn 1,05

T/m* vào miệng hé đào luôn giữ mực bùn cao hơn mực nước ngâm, cho đến khi

toàn bộ bùn trong hé khoan hoàn toàn là bùn mới

Đặt lỗng thép cần thiết vào hồ khoan, định vị thật cân thận khi có các caotrình thép nối cho các tầng hầm khi có barrette cùng năm chung với tường rãnh(parois) Xung quanh lông thép có treo các miếng bê tông day 3.5em đến 5cm hoặc

các vật tương đương để tạo lớp bê tông bảo vệ lồng thép Sau đó, đặt ống đồ bê

tông được nối từ các đoạn ống, mỗi đoạn có chiều dài từ 0,5m đến 3m, đường kính

ống thay đối từ 6em đến 30cm Đầu dưới của ống đồ bê tông phải cách đáy hồkhoan ít nhất là 20cm nhằm cho mẻ bê tông đầu tiên thoát khỏi ông dé dàng (hìnhvẽ 1.4); Với lỗng thép ngăn và nhẹ nên nghĩ cách neo tam để tránh bị đây nối khiđồ bê tông, hoặc bị chìm vào bê tông khi tháo các điểm tựa để rút ống chồng Ởmiệng hỗ khoan sau khi hoàn tất công tác đồ bê tông Cũng có thé kéo dải một sốthanh thép trong số thép chịu lực đến đáy hố khoan để tránh hiện tượng thép bichìm, việc kéo dài thanh thép này cho phép đặt các công thăm dò chất lượng bê

tông sau này.

Đồ bê tông là giai đoạn quan trong nhất cho chất lượng của cọc nhôi Trướctiên phải chuẩn bị cách ly bê tông và bùn khoan dang day ap trong ống (trémie) Cóthể đặt trên mặt bùn trong ống trémie một lớp dày những hat xốp nhẹ hoặc mộtmiếng nhựa mỏng hoặc một quả banh nhựa đường kính vừa vặn nhỏ hơn ốngtrémie Phải đồ thật nhanh mẻ 6m” hoặc 12m” bê tông đầu tiên, trong tối đa 2 phút,sao cho bê tông chứa day trong ống và khi ra khỏi ống sẽ phủ nhanh đầu ốngtrémie, dé cho bê tông luôn luôn chảy vao trong khối bê tông bên dưới bùn Nếukhông thì bê tông sẽ hòa vào bùn và như thế công tác đồ bê tông thất bai; Ongtrémie có đường kính từ 6cm đến 30cm dé bê tông chảy chứ không phải rơi trongống để tránh hiện tượng phân tầng

Trong quá trình đồ bê tông, dé bê tông luân chuyển dé dàng ta phải tháo bớtống trémie ở đầu trên, sao cho đầu dưới của ống trémie vẫn ngập trong bê tông

không nhỏ hơn 2m.

Sau mỗi mẻ bê tông phải đo độ dâng bê tông trong hồ đào, vẽ đường thé tíchbê tông thực tế đang đồ vào hồ so với đường lý thuyết, nếu hai đường này gặp nhauđồng nghĩa với thành vách đã bị sụp, thi công cọc nhéi bị thất bại, phải ngừng đồ

bê tông và đào lại.

Thể tích bê tôngng

Hình 1.5: theo dõi quá trình đồ bê tôngYêu cau tính chat của bê tông đồ trong ống trémie gồm: Mác bê tông phải

lớn hơn 300; tỷ lệ (nước/ciment) phải nhỏ hơn 0,6; độ sụt không nhỏ hon 14cm,

thường là 18cm cần sử dung các loại phụ gia hóa dẻo va chậm đông cho bê tông

cọc nhồi.

Thi công cọc nhdi và barrette tùy thuộc rất nhiều vào các phương tiện thi

công, các phương tiện này thường là các nghiên cứu riêng biệt của các công ty

chuyên ngành như: Franki (Y); Rodio (Y); Bachy (Pháp): Solétanche (pháp) cácthiết bị chuyên biệt như gàu điều khiển băng dây cap, hoặc băng cần, hoặc thiết bịhoàn toàn tự động như Hydrofraise: máy khoan này không cần phải nhac lên khisầu đầy đất mà nó phá nhỏ đất bởi hai trống răng xoay ngược chiều nhau đặt ởphan thap nhất của máy, bên trong gầu là một máy bơm thật mạnh dé hút hỗn hợpbùn đất lên trên mặt dat

Trong những trường hợp nên đất có nhiều lớp bùn yếu hoặc các lớp cát sỏihạt to, bùn bentonite không có tác dụng nhiều đối với loại đất này, chúng ta có thểsử dụng ông chống thành vách đến tận đáy hố khoan Trong trường hợp nay chúng

ta phải đỗ bê tông dưới nước tương tự như đồ bê tông dưới bùn, trong quá trình đồbê tông cũng phải rút ống trémie và ống chống thành dan dan.

1.1.2.1.3 Coc CFA (continuous Flight Auger pile)

Coc nhôi trực tiếp vào cần khoan rỗng đến cuối cần — lưỡi khoan vào hỗkhoan Quá trình bơm bê tông tự lèn (độ sụt lớn hon 17cm) cùng lúc rút thắng đứnglưỡi — cần khoan, nhằm thay thế bê tông vào chỗ dat đã được lưỡi khoan kéo lên

Kích thước pho thông cọc CFA là đường kính khoảng 0.5m dài từ 30m đến50m trong nên dat chặt hoặc cứng trung bình Gan đây với thiết bị mạnh, bán kínhcọc có thê đạt đến 0,5m và lớn hơn

Thiết bị quan trọng nhất thi công CFA là kích kéo đủ mạnh dé kéo khối dat— lưỡi khoan — cần khoan lên khỏi khối đất, đồng thời bơm bê tông vào 16 trỗng:Người Pháp gọi coc này là “star sol” và thiết bị kéo “khối đất — lưỡi khoan — cầnkhoan” lên khỏi khối đất được sử dụng là kích leo

Hình 1.6: Quy trình và thiết bị thi công coc CFASau khi bơm bê tông, ta đang có cột bê tông lỏng dễ dàng thả léng thép vao.Cọc loại này thường có chất lượng tốt hơn cọc nhỏi 6n định thành vách bằng bùnkhoan, nhưng bat lợi là kích thước lớn khó thực hiện

Nhu vậy, khoan hoặc đào cọc khoan nhỏi bê tông có thể xuyên qua các lớpđất thật cứng với Nspt có thể đạt đến 50 Trong khi, hạ cọc bê tông chế tạo sẵn

băng búa hay ép rất khó xuyên qua lớp đất có Nspt lớn hơn 30, mà không khoanmôi Trong những năm gan đây, xuất hiện khuynh hướng phối hợp cọc nhôi và cọcống bê tông chế tạo san bằng cách khoan kéo trực tiếp đất lên đồng thời thay bằngbê tông tự lèn ở đáy hỗ khoan và vữa xi măng trong toàn hố Sau đó, hàn nối các

đoạn cọc ông đủ chiêu dài rôi hạ vào hô đên khi mũi cọc ông căm vào lớp bê tông ở

đáy hồ phương pháp này được gọi tên là BASIC

rao thân coc Tạo mũi cọc Tạo than cọcKhoan bằng dung

bằng dung dich bang dung dich Lap

dao đất dịch xi mang xi măng

ÿ Binh tam cọc @ Tao thân cọc Ề Tạo mũicọc (@Tạo thân cọc © Lắp đặt cọc~ dao đất bang dung dich

xi măng ~ kết thúc vào lỗ khoan+ đào đất

Hình 1,7: Các bước thi công cọc theo phương pháp Basic112.14 Coc thép

Coc thép rất dat tiền thường được sử dụng trong những điều kiện không théthay thế băng cọc bê tông

Cọc thép thường được sử dụng trong các sửa chữa cấp bách hoặc các côngtrình bến cảng hoặc 6n định bờ Trong trường hợp này, đó là dang cọc bản thép.Các dạng khác là dạng chữ I, dạng +, hoặc H, hoặc cọc ống thép

1.1.2.2 Theo đặc tính chịu lực

Coc chịu mii khi phần lớn tải trong được truyền qua mũi cọc vào lớp đất

cứng ở mũi cọc Coc chịu mỗi còn gọi là cọc chong.

Cọc ma sát khi cọc không tựa đến lớp đất cứng, tải trọng được phân bố phanlớn qua lực ma sát đất xung quanh coc và một phan nhỏ qua mũi coc Coc ma sát

còn được gọi là cọc treo

Đôi khi cọc được phân chia thành cọc đứng và cọc xiên

|

lào.

Cọc chìu mũi Coc ma sat Cọc xiên

Hình 1.8: Các dạng cọc chịu mĩi, ma sat và cọc xiên

Ngoài ra, cọc còn được phân loại theo kích thước như: cọc nhỏ có cạnh<25cm và cọc khi có cạnh > 25cm.

Cũng còn có cọc mở rộng đáy được thi công với thiết bị chuyên dụng: Cũngcó khuynh hướng phân chia cọc thành: cọc có độ chối khi hạ cọc băng phươngpháp đóng hoặc ép; cọc không có độ chối khi hạ cọc trong rãnh đào hoặc cọc nhồi.1.2 Cac lý thuyết về tính toán sức chịu tai của cọc

1.2.1 Sức chịu tai dọc trục của cọc theo vật liệu

Cọc làm việc như một thanh chịu nén đúng tâm, lệch tâm hoặc chịu kéo

hoặc chịu kéo (khi cọc bị nhổ) và sức chịu tải của cọc theo vật liệu có thể được tính

theo công thức sau

QvL= @ApRui (1.5)

Với: Ovi Sức chịu tai cua coc theo vat liệu;

Ap Dién tich tiét dién ngang cua coc;

Ry Cuong độ chịu nén tính toán của vật liệu lam coc;

(0: Hệ sô ảnh hưởng bởi độ mảnh của cọc.

Cọc làm việc trong nên đất chịu tác động của áp lực nén của đất xung quanh,nên thông thường ta không xét đến ảnh hưởng của uốn dọc Ngoại trừ các trường

hợp đặc biệt như cọc quá mảnh hoặc do tác động của sự rung động gây ra sự triệt

tiêu áp lực xung quanh hay cọc đi qua lớp bùn rất loãng Ảnh hưởng của độ mảnhphải xét đến trong sức chịu tải của cọc theo vật liệu

Với cọc bê tông cốt thép sức chịu tải cực hạn của cọc theo vật liệu xác địnhtheo công thức thanh chịu nén có xét đến uốn dọc Sự uốn dọc được xét như tính

cột trong tính toán bê tông.

Qa = P(RrAp + RuA¿) (1.6)Với Rat Sức chịu kéo nén cho phép của thép

Ry Sức chịu nén cho phép của bê tông

®: hệ số xét đến ảnh hưởng của uốn dọc phụ thuộc độmảnh của cọc và theo thực nghiệm lay nhu sau:

Trong đó: T: bán kính cho cọc tròn hoặc cạnh cọc vuông

d: bẻ rộng của tiết diện chữ nhật

Chiêu dài tính toán cọc:

lọ = vl (1.9)

Với: | chiều dài thực của đoạn cọc khi bat đầu đóng cọc vào đất tính từ đầucọc đến điểm ngàm trong đất (cọc thường bị gãy khi đang đóng hoặc ép có đọancọc tự do trên mặt đất còn nhiều), hoặc 1 được chon là chiều dày lớp đất yếu CÓ CỌCđi qua và v là hệ SỐ phụ thuộc liên kết của 2 đầu cọc lay theo hinh sau:

Bangl.2: hệ sov phụ thuộc liên kết

u=07 | :

| =2 =i v=05

Dau coc ngam vao dai va

mui coc tựa lén dat cứng

hoac da

Dau cọc ngam vào dai vamui coc ngam trong da.Dau coc ngam trong dai va

mili coc nam trong dat mém

Hoặc nêu xét đên sự hiện diện cua dat bun loãng xung quanh cọc,M.Jacobson dé nghị ảnh hưởng của uôn dọc như sau:

Bang 1.3: hệ số & theo Jacobson

K=L/r 50 70 85 105 120 140

$ | 0,8 0,588 041 0.31 0,23

Với : L—chiéu dai cọc, r — bán kính hoặc cạnh cọc.

Mặt khác, cọc chê tạo săn bị uôn trong quá trình vận chuyên và câu dựngcọc nên cân lượng cot thép chong uôn, chông cat trong quá trình này Hơn nữa, khiđóng hoặc ép hạ cọc, phân dau và mũi cọc bị ép mặt và xung động nên cân thêm hệ

thép đai dây hoặc đặc hơn

Do cọc khoan nhéi được thi công đồ bê tông tại chỗ vào các hố khoan, hồđào sẵn sau khi đã đặt lượng cốt thép cần thiết vào hồ khoan Việc kiểm soát điềukiện chất lượng bê tông khó khăn, nên sức chịu tải của cọc nhôi không thể tính như

cọc chê tạo săn mà có khuynh hướng giảm như công thức sau:

Qvi, — RyAp +RanAaVoi Ry cường độ tinh toán của bê tông coc nhéi; R, = R/4.5khi đồ bê tông dưới nước hoặc dưới bùn, nhưng không lớn hơn 6 Mpa; R, = R/4 khiđồ bê tông trong hố khoan khô, nhưng không lớn hơn 7 Mpa;

(1.10)

R: Mác thiết kế của bê tông:Ap: Dién tich tiét dién ngang cua bé tong trong coc;A,: Dién tich tiét dién ngang cua cét thép trong coc;Ran: Cường độ tính toán cho phép của cốt thép, ® <

28mm, R,, = R,/1,5 nhưng không lớn hơn 220 Mpa.

1.2.2 Sức chịu tải dọc trục của cọc theo đất nên

Sức chịu tải cực hạn của cọc Q, gdm tông sức chông cat cực hạn giữa dat vathan cọc ở mặt bên cua cọc Q„ cùng với sức gánh đỡ cực han của dat ở mũi cọc Qy.

O,: Sức chịu tải cực hạn của cọc;

Q,: Tong suc khang cuc han doc than coc;O,: Tong sức khang cực han mii coc;

FSl,5-2 :Hệ số an toàn áp dụng cho thành phan sức kháng doc

thân cọc;

L: Tổng chiều dài cọc thiết kế:

chính sau đây:

- Tính toán theo chỉ tiêu cơ học của đất nền: chỉ tiêu chống cắt và trọng

lượng riêng còn gọi là phương pháp tinh (by the use of static bearing capacityequations);

- Tinh toán theo chỉ các giá tri SPT va CPT (by the use of SPT and CPTvalues);

- Tinh toán theo các thí nghiệm thu tải tại hiện trường (by field load test);- Tính toán theo phương pháp động (by dynamic method);

1.3 Swe chịu tải dọc trục của coc theo chỉ tiêu cơ học của dat nên

1.3.1 Lý thuyết chung về tính toán sức chịu tải của cọc theo đất nên

Tổng tải trọng phá hoại (total failure load) Q,, có thé viết như sau:

Qu = Q„ + Wy = Q; + Q; + W, (1.15)

Trong đó:

Qu: tai trong tac dung vao coc;Qỳp: Sức khang cực han tại mi coc;Qe: Suc khang cuc han doc than coc;Wp: Trong luong coc.

Công thức chung cho sức khang cực hạn tại mĩi cọc được viết như sau:

| 1Í ihgoa yb ss đọ độ % đọ

li | | li Lt 1? HÌ |

Vv

(a) (b) (c)

Hình 1,9: Các mô hình vùng pha hoại nên dưới mũi cọc được dé cáp bởi: (a)

Terzaghi, (b) Meyerhoƒ, và (c) VesicQy = (eN, + qọNạ + sydN, Ap (1.16)Trong đó:

d : Bè rộng hay đường kính cua cọc tại mỗi cọcdo: Ung suất hữu hiệu tại đầu cọc

Ap: Tiết diện mũi cocCc: Lực dính của đấty: Trọng lượng riêng hữu hiệu của dat

Nc Ng, Ny :Các hệ sô nên

Có rất nhiều tác giả đưa ra các giả thiết dạng trượt của đất dưới mũi cọc(điển hình các mô hình vùng phá hoại nền dưới mũi cọc (hình 1.9)được đề cập bởi:(a) Terzaghi, (b) Meyerhof va (c) Vesic, 3 tác giả lớn trong ngành nền móng) Từcác giả thiết và mô hình vùng phá hoại nền dưới mũi cọc đã có rất nhiều phươngpháp đề nghị tính toán sức chịu tải đất nền dưới mũi cọc, với đất nền là cát hoặc xétcho nên tổng quát ở giai đoạn nước 16 rỗng thang dư, do đóng coc, đã thoát hết.Ảnh hưởng chính lên sức chịu tải này là góc ma sát trong đi kèm với hệ số sức

chịu tai Ng Bang so sánh các giá trị Ng của các tác gia lớn trong ngành nền móngtrên thế giới, trong hình 1.10, cho thấy có rất nhiều khác biệt rất lớn Nên việc ướclượng sức chịu tải cọc theo nên đất là một điều rất khó và đều phải thử cọc tĩnh làtất yếu.

|

— 6 Caquot-Kerisel (1956) = Z/ Ege w/

= _⁄#/L//ý_L L7

⁄/ V/V ⁄Lf.

Ề

100

Bearing capacity factors, N,

7 Brinch Hansen (1961)8 Meyerhof (1953) Bored Piles _|

MA 9 Meyerhof (1953) Driven Piles

10 De Beer (1945)

0 4 | |

25 30 35 40 45 50

Angle of internal friction $°

Hinh 1.10: So sánh giả tri Nụ cua các tác gia

1.3.1.1 Đối với đất rời:

Với c = 0 và thành phần =yđNựy được bỏ qua do khá nhỏ so với các thành

phân còn lại nên công thức (1.16) được viết lại như sau:

As: Diện tích xung quanh của coc chôn vào dat

đọ: Ứng suất hiệu trung bình

sỉ Hệ số áp lực ngang trung bình của đất

Ô: Góc ma sát giữa cọc và đât

Nc: Hệ số nên.Công thức (1.18) và công thức (1.20) được dùng để phân tích tính toán ướclượng sức chịu tải của cọc đối với đất dính và đất rời Trong mỗi trường hợp tính

toán cần xem xét cho từng loại cọc (theo cách hạ cọc).

+ Cọc ép;

+ Cọc ép và đúc tại chỗ:+ Cọc khoan nhỗi

haf -| + Total load

\ 25 - on púc a

E Ẹ 50 }—4

: E 1s

55 100

=

150

(d)

Hình 1,12.: Duong cong quan hệ giữa tai doc trục và độ lun coc

1.3.2 Sức chịu mũi của dat ở mũi coc khoan nhôi (Qb)1.3.2.1 Phân loại đất dé tính todn ước lượng sức chịu tai 0 mũi cọc khoan nhoi

Đề ước lượng tính toán sức chịu tải cực hạn tại mũi cọc, các lớp đất chôn

cọc được phân chia theo lớp (hình 1.13) dựa trên đánh giá và kinh nghiệm (O Neill

và Reese, 1999) Tất cả các lớp đất được chia thành 1 trong 4 loại sau:

Hình 1,13:Phdn lớp dia chất với cọc chịu tải dọc trục1 Đất dính (sét và sét mịn với sức kháng cắt không thoát nước c„ < 250 kKN/m?

(2.5 tfU):2 Đất rời (các loại đất rời, gôm cát, sỏi hoặc hạt mịn không dẻo với chỉ số

không hiệu chỉnh SPT (N) khoảng 50 búa/0,3m hoặc it hơn

3 Đất trung gian (đất dính với sức kháng cắt không thoát nước cụ giữa 250 và2500 kN/m? (2,5 và 25 tsf), hoặc đất rời với chỉ số SPT (N) > 50 búa/0.3m;

A Đá kết dính cao với sức nén đơn lớn hơn 5000 kN/mF (50tsf)

1.3.2.2 Công thức chung tính toan sức chịu tai đơn vị mĩi cọc khoan nhoi

Công thức sức chịu tai don vi mũi cọc có thể viết lại như sau:

y : Dung trọng hiệu của lớp đất ở trên và dưới mũicọc trong khoảng 1 5d (d: bề rộng hoặc đường kính cọc khoan nhỏi),

C : Lực dính trung bình của đất ngay mũi cọc

Với móng sâu, phân cuôi của công thức quá nhỏ, nên có thê bỏ qua Công

thức được (1.21) viết lại như sau:

= (1.25)

Trong đó:

Es: Mô dun Young của đất chịu tải không thoát nước

Gia tri I = = va NG có thể lay theo bang sau:

Cụ

Bảng 1.4: Giá trị của I,=E/3c„ và N.Cụ I, N.24 KPa (5001b/ft*) 50 6.548 KPa (5001b/ft*) 150 8

phụ thuộc vào @ ma con phụ thuộc vào I, Chúng được hiệu chỉnh theo độ cứng cua

đất như sau:

N, (hiệu chỉnh) = N.C, (1.28)

N, (hiệu chỉnh) = N.C, (1.29)