53 i ci q si α q i : Hệ số tra bảng phụ thuộc vào loại đất Bảng tra hệ số k và với cọc khoan nhồi Loại đất q c (KPa) K Hệ số Cọc khoan thanh bê tông Cọc khoan ống tròn Đất loại sét chảy, bùn 0 – 2000 0,40 30 30 Đất loại sét cứng, vừa 2.000 – 5.000 0,35 40 80 Đất loại sét cứng và rất cứng 75.000 0,45 60 120 Bụi hoặc cát chảy 0 – 2.500 0,40 120 150 Cát chặt trung bình 2.500 – 10.000 0,40 180 250 Cát chặt đến rất chặt 710.000 0,30 150 200 Đá phấn mềm 75.000 0,20 100 120 Đá phấn phong hóa mảnh vụn 75.000 0,20 60 80 d. Sức chòu tải theo kết quả xuyên tiêu chuẩn. - Sức chòu tải theo kết quả xuyên tiêu chuẩn được tính theo công thức : P = mNF + n N .F s Trong đó : m = 120 với cọc khoan nhồi; m = 400 với cọc đóng. n = 1 với cọc khoan nhồi; n = 2 với cọc đóng. N : số SPT của đất ở chân cọc. N : số SPT trung bình của đất trong phạm vi chiều dài cọc. F : diện tích tiết diện ngang chân cọc. F S : diện tích mặt xung quanh cọc. - Sức chòu tải tính toán của cọc : tc k P P' k tc : hệ số an toàn; k = 2,5 – 3,0 Từ các giá trò : - P V : sức chòu tải theo vật liệu; - P : sức chòu tải theo thí nghiệm trong phòng; - P x : sức chòu tải theo xuyên tónh; - P ’ : sức chòu tải theo xuyên tiêu chuẩn. Chọn ra giá trò P min để thiết kế Cần lưu ý rằng : Theo kinh nghiệm, khi chọn chiều dài cọc, mác bê tông và loại cốt thép sao cho sức chòu tải tính toán theo vật liệu đúng với sức chòu tải theo các kết quả thí nghiệm là tốt nhất. 54 4.1.2.5 Xác đònh số lượng cọc, bố trí cọc. a. Khoảng cách các cọc trên mặt bằng : Khoảng cách giữa các cọc phụ thuộc vào phương pháp thi công và khả năng chòu tải của nhóm cọc : - Đối với cọc ma sát : L 3d; - Đối với cọc chống : L 2d; - Đối với cọc mở rộng đáy : L 1,5D khi D < 2m hoặc L D + 1m (Khi D > 2m). (D là đường kính cọc mở rộng). b. Xác đònh số lượng cọc : - Áp lực tính toán đầu cọc tác dụng trên trên đáy đài khi khoảng cách các cọc là 3d : 2 tk tt 3d P p P tk : sức chòu tải thiết kế của cọc. - Diện tích sơ bộ đáy đài : hnγp N tb tt tt 0 F đ tt 0 N : tải trọng tính toán do tải trọng ngoài; n : hệ số vượt tải = 1,1; h : độ sâu đặt đáy đài; tb : trọng lượng trung bình đài và đất trên đài = 2T/m 3 . - Xác đònh trọng lượng đài và đất trên đài : N đ = F đ x tb x n - Số lượng cọc sơ bộ : tk tttt 0 P NN βn đ : hệ số kể đến ảnh hưởng của moment = 1,2 – 1,5 - Bố trí cọc trên mặt bằng. - Xác đònh trọng lượng tính toán của đài và đất trên đài theo kích thước thực tế đã bố trí cọc. - Kiểm tra điều kiện áp lực trên đầu cọc : 2 i max . tt M tt tt minmax, x x n N P Trong đó : 55 tttt o NN tt N đ hQM tt o tt o tt M Điều kiện : tk tt max PP : cọc đủ sức chòu tải; 0 tt min P : cọc không bò nhổ. 4.1.2.6 Kiểm tra điều kiện áp lực tại mặt phẳng mũi cọc. Điều kiện : M 1,2 tt max R M tt tb R Trong đó : MMM tt tc minmax, L 6e 1 BL N P L M , B M : kích thước của đáy móng khối quy ước tại mặt phẳng mũi cọc. tc tc N M e R M : cường độ tiêu chuẩn của đất nền tại đáy móng khối quy ước. 4.1.2.7 Tính toán kiểm tra độ lún của móng cọc. - Tính toán độ lún theo phương pháp tổng độ lún các lớp phân tố của vùng chòu lún tính từ mũi cọc trở xuống. - Điều kiện : S < [S] 4.1.2.8 Tính toán và cấu tạo đài cọc. - Chọn chiều cao đài cọc và vẽ tháp chọc thủng. - Xác đònh moment và cốt thép cho đài cọc theo hai phương tại các mặt cắt (vò trí ngàm) ở mép cột. 4.1.2.9 Kiểm tra khả năng chòu tải ngang. Nội dung của việc kiểm tra nhằm mục đích tính toán về điều kiện chòu uốn của cọc. Khi có thành phần lực ngang tác dụng lên đầu cọc. Từ đó tính toán và bố trí cốt thép cho cọc. Việc tính toán bao gồm các bước : - Xác đònh chuyển vò ngang của đầu cọc - Từ các giá trò chuyển vò, tính toán và vẽ bản đồ moment, lực cắt của cọc theo độ sâu Z. - Tính toán cốt thép dọc theo điều kiện chòu với cốt đai theo lực cắt lớn nhất tại đầu cọc. 56 Tuy nhiên, để đơn giản chiều dài cốt thép trong thân cọc có thể tính toán và xác đònh gần đúng bằng trò số 4/, trong đó được xác đònh theo biểu thức sau đây : EJ mb α tt Trong đó có hệ số m và b tt tra theo bảng dưới đây. Trường hợp chiều dài cọc nhỏ hơn giá trò 4/ thì bố trí thép dọc suốt chiều dài cọc Hệ số m (KPa/m 2 ) Tên và trạng thái đất Chu vi ngang của cọc đơn trên mặt đất < 6mm - Bùn khi I L 1 (5 7,5) x 10 3 - Đất sét (0,75< I L 1) - Đất cát mòn rời, đất đắp rời (7,5 12) x 10 3 - Đất sét (0,25<I L 0,75) - Đất cát mòn chặt vừa, hơi chặt, đất bột, đất đắp chặt vừa, hơi chặt (12 25) x 10 3 - Đất sét (0<I L 0,25) I L 0, cát to chặt, đất đắp chặt vừa (25 65) x 10 3 Đất sỏi chặt, chặt vừa, đá dăm (65 200) x 10 3 Giá trò b tt Chiều rộng b hoặc đường kính tiết diện (m) Cọc hình tròn Cọc hình vuông >1 0,9 (đ + 1) b+1 1 0,9 (1,5đ + 0,5) 1,5b + 0,5 4.1.2.10 Yêu cầu cấu tạo trong thiết kế cọc khoan nhồi. a. Bêtông : Bê tông đổ cọc khoan nhồi là bê tông thường, nhưng phải có độ sụt lớn để đảm bảo tính liên tục của cọc và tránh bò phân tầng (thường chọn độ sụt từ 12 – 16cm). Mác bê tông thường lớn hơn 200. b. Cốt thép : - Cốt thép dọc của cọc được xác đònh theo tính toán (cọc đài cao), nhưng phải thỏa mãn điều kiện cấu tạo : + Khi chòu kéo : Thép bố trí suốt trên chiều dài cọc, cốt dọc nối phải dùng phương pháp hàn. Khi lực nhổ nhỏ thép dọc phải bố trí đến độ sâu cần thiết để lực kéo được triệt tiêu hoàn toàn do lực ma sát. 57 + Khi chòu nén dọc trục, hàm lượng thép tối thiểu 0,2 – 0,4%, đường kính thép 10mm và bố trí đều trên chu vi cọc. Đối với cọc chòu tải trọng ngang, hàm lượng thép 0,4 – 0,65%. - Cốt đai 6 10 và khoảng cách a = 20 – 30cm, có thể dùng đai xoắn ốc hoặc đai vòng đơn, hàn với thép dọc. Khi chiều dài lồng thép > 4m để tăng cường độ cứng bố trí thêm thép đai 12 cách khoảng 2m, các cốt đai này được gắn các cục kê, tạo lớp bê tông bảo vệ cho cốt thép. Trong quá trình thi công, có thể bố trí cốt thép tăng cường để cẩu lắp và tăng độ cứng của lồng cốt thép. - Chiều dày lớp bê tông bảo vệ thường > 5cm. - Bố trí các ống để kiểm tra bằng siêu âm cọc. 4.1.3 Thi công móng cọc khoan nhồi. a. Khoan t¹o lç. - Thiết bò khoan : có thể sử dụng các thiết bò sau : TËn dơng c¸c bƯ m¸y vµ c¬ cÊu quay cđa cđa c¸c m¸y khoan ®Þa chÊt c«ng tr×nh vµ ®Þa chÊt thủ v¨n mµ n-íc ta ®· nhËp tõ tr-íc n¨m 1990. Khi sư dơng nh÷ng m¸y nµy cÇn cã nh÷ng bé phËn chuyªn dïng cho c«ng t¸c khoan cđa cäc khoan nhåi nh- mòi khoan vµ gÇu khoan cã ®-êng kÝnh lín. Sư dung c¸c thiÕt bÞ, m¸y chuyªn dïng : Lo¹i nµy ®-ỵc thiÕt kÕ chuyªn dïng cho c«ng nghƯ khoan cäc nhåi. Kh«ng ph¶i chÕ t¹o thªm c¸c phơ tïng phơc vơ mµ sư dơng ngay, trùc tiÕp. - §Çu khoan, th-êng sư dơng 3 lo¹i sau : Mòi khoan g¾n kim lo¹i r¾n hc b¸nh xe quay : Nh÷ng lo¹i nµy th-êng dïng khi khoan qua líp ®¸ cøng hc qu¸ tr×nh khoan gỈp ph¶i líp nhiỊu ci sái trÇm tÝch lưng l¬ (trÇm tÝch ®¸y ao hå) thµnh d¹ng thÊu kÝnh ch-a ®Õn ®é s©u ®Ỉt mãng theo thiÕt kÕ. Lo¹i mòi khoan nµy dïng kh¸ phỉ biÕn trong kh©u khoan b¾n m×n ph¸ ®¸ trong c¸c má khai th¸c ®¸. Mòi khoan c¸nh xo¾n : Th-êng dïng lo¹i mòi khoan nµy ®Ĩ khoan ®Êt sÐt, khoan ®Êt líp trªn cã nhiỊu rƠ c©y nhá, g¹ch vì, m¶nh sµnh, cá r¸c. Khi gỈp líp c¸t lÉn ci kh¸ chỈt, máng, cã thĨ dïng lo¹i mòi khoan nµy ®Ĩ ®µo xuyªn hc xíi t¬i cho gµu vÐt tiÕp. 58 Gàu khoan thùng : Gàu kiểu thùng có nắp kiêm l-ỡi cắt đất ở đáy. Nắp gắn với thân thùng bằng bản lề. ở nắp đáy có hai hoặc ba rãnh cắt đất (miệng cắt) bố trí h-ớng tâm nắp. Có gắn răng đào ở cửa cắt đất này. Loại gàu này thích hợp với đất thịt, đất sét dạng bùn, cát hạt nhỏ, hạt trung hoặc cát có hàm l-ợng sỏi không quá nhiều trong môi tr-ờng sũng n-ớc. 59 - ống chống vách : ống vách có đ-ờng kính lớn hơn đ-ờng kính cọc là 100 mm. Chiều dài của ống vách từ 3 mét đến cả chiều sâu cọc nếu cần. Th-ờng làm ống vách dài 4~8 mét . Chiều dày tấm thép để cuộn thành ống vách từ 10 ~ 20 mm. Nhiệm vụ của ống vách là chống giữ cho vách khoan ở lớp trên ngay từ mặt đất xuống không bị xập, sụt và giữ cho đất chung quanh ở lớp trên của hố khoan không chui vào hố khoan làm ảnh h-ởng xấu đến công trình hiện có ở chung quanh nơi đang thi công. Th-ờng ống vách này rút lên ngay sau khi đổ bê tông vừa xong để sử dụng cho nhiều hố. Rút lên ngay sau khi đổ bê tông làm cho bê tông ở vùng có vách tạo nên áp lực nén trực tiếp vào thành đất và tạo ra mặt không phẳng, làm tăng ma sát bên của cọc lên, tăng độ an toàn cho cọc. Khi cọc nằm quá sát 60 công trình liền kề thì nên giữ vách lại mà không rút lên với mục đích không làm rung động công trình liền kề. Có thể làm vách bằng vỏ bê tông cốt thép rổi để lại luôn cùng với cọc. Sử dụng vách bằng bê tông cốt thép rất yên tâm trong khâu chống sập vách. - Việc sử dụng dung dịch bùn khoan bentonite : Bentonite là loại đất sét có kích th-ớc hạt nhỏ hơn so với hạt đất sét kaolinite. Nên dùng đất sét bentonite để chế tạo bùn khoan. Khi hiếm đất sét bentonite có thể dùng một phần đất sét địa ph-ơng (kaolinite) nh-ng đất này phải có chỉ số dẻo không nhỏ hơn 0,2 và chứa hạt có kích th-ớc lớn hơn 0,05 không quá 10% và các hạt nhỏ hơn 0,005 không ít hơn 30%. Dung dịch sét có thành phần và tính chất đảm bảo sự ổn định của hố đào trong thời gian xây dựng và lấp đầy hố. Dung dịch sét bentonite có hai tác dụng chính : + Làm cho thành hố đào không bị sập nhờ dung dịch chui vào các khe cát, khe nứt quyện với cát dễ sụp lở để giữ cho cát và các vật thể vụn không bị rơi và tạo thành một màng đàn hồi bọc quanh thành vách hố giữ cho n-ớc không thẩm thấu vào vách. + Tạo môi tr-ờng nặng nâng những đất đá, vụn khoan, cát vụn nổi lên mặt trên để trào hoặc hút khỏi lỗ khoan. 61 - Thổi rửa hố khoan khi đã đạt chiều sâu : Khi khoan đạt độ sâu, ng-ng cho cát lắng đọng trong thời gian 30 phút, lấy gàu vét cho hết lớp cát lắng đọng rồi bắt đầu thổi rửa cho sạch những mùn khoan và cát lẫn trong dung dịch. Nếu dung trọng của bùn v-ợt quá những chỉ số đặc tr-ng đã nêu, khi đổ bê tông, bê tông không đùn hết đ-ợc bùn khỏi lỗ khoan để chiếm chỗ của nó, gây ra những túi bùn trong bê tông. Nếu không vét sạch cát lắng đọng d-ới đáy hố khoan sẽ tạo ra một lớp bùn đệm giữa cọc và nền đáy cọc, khi chịu tảI cọc sẽ bị lún quá mức cho phép. b. Đặt lồng cốt thép. Cốt thép trong cọc khoan nhồi sâu ít ý nghĩa chịu tải mà chỉ có tính chất cấu tạo. Tuỳ ng-ời thiết kế qui định nh-ng th-ờng thép ít khi đặt đến đáy cọc. Thanh thép hiện nay bán trên thị tr-ờng dài 11,7 mét nên cọc khoan nhồi hay chọn chiều sâu có bội số của 11,7 mét. Móng cọc nhồi của các trụ cầu hay làm có chiều sâu tới đáy. Cốt thép khuyếch đại thành các lồng từng đoạn 11,7 mét. Sau khi đ-ợc phép thả thép sẽ móc vào cần trục thả xuống hố. Thả xong một khoanh, nếu nối thì ngáng gỗ qua đầu trên của lồng để nối với đoạn trên. Khi nối chắc sẽ tháo rút thanh gỗ để hạ tiếp cho đến khi đủ độ sâu. Trên cùng, có 3 thanh thép tạo móc vào miệng ống vách để giữ lồng thép. 62 . thước của đáy móng khối quy ước tại mặt phẳng mũi cọc. tc tc N M e R M : cường độ tiêu chuẩn của đất nền tại đáy móng khối quy ước. 4.1.2.7 Tính toán kiểm tra độ lún của móng cọc. -. 0,2 – 0,4%, đường kính thép 10mm và bố trí đều trên chu vi cọc. Đối với cọc chòu tải trọng ngang, hàm lượng thép 0,4 – 0 ,65 %. - Cốt đai 6 10 và khoảng cách a = 20 – 30cm, có thể dùng. - Đất sét (0<I L 0,25) I L 0, cát to chặt, đất đắp chặt vừa (25 65 ) x 10 3 Đất sỏi chặt, chặt vừa, đá dăm (65 200) x 10 3 Giá trò b tt Chiều rộng b hoặc đường kính tiết diện