Nghiên cứu soát xét TCXD 2051998 móng cọc tiêu chuẩn thiết kế

Lý do chọn đề tài Hiện nay với sự phát triển của nền kinh tế, các công trình cao tầng được xây dựng ngày càng nhiều, các công trình này có tải trọng lớn xây dựng trên nền đất yếu nên thư

LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin chân thành cảm ơn khoa Sau đại học Trường đại học Kiến trúc

Hà Nội, thầy giáo hướng dẫn TS Trần Hữu Hà, các thầy cô đã giảng dạy, cơquan tác giả đang công tác, các bạn đồng nghiệp và gia đình đã giúp đỡ, tạo điềukiện thuận lợi, động viên tác giả trong quá trình học tập, nghiên cứu hoàn thànhluận văn

Do trình độ và thời gian có hạn, chắc chắn luận văn còn có những hạn chếcần được hoàn thiện thêm Tác giả rất mong nhận được nhiều ý kiến đóng gópcủa các nhà khoa học, các bạn đồng nghiệp để hoàn thiện và nâng cao đề tàinghiên cứu này

MỤC LỤC

PHẦN MỞ ĐẦU………4

1 Lý do chọn đề tài 3

2 Mục đích nghiên cứu 4

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 4

4 Phương pháp nghiên cứu 4

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài: 4

6 Nội dung của luận văn 5

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MÓNG CỌC VÀ CÁC TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ MÓNG CỌC 5

1.1 Móng cọc - sự hình thành và phát triển 5

Khái niệm 5

Lịch sử phát triển 7

Tình hình sử dụng móng cọc ở Việt Nam 8

Một số ưu điểm và phạm vi sử dụng 8

Phân loại cọc, móng cọc 9

1.2 Các tiêu chuẩn hiện hành về thiết kế móng cọc 27

1.2.1 Khái quát về tiêu chuẩn thiết kế móng cọc trên thế giới 27

1.2.2 Các tiêu chuẩn về thiết kế móng cọc do Việt Nam ban hành: 29

1.2.3 Tình hình sử dụng các tiêu chuẩn thiết kế trong lĩnh vực tư vấn xây dựng ở Việt Nam hiện nay 29

1.2.4 Tổng quan về TCXD 205:1998 31

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ KHOA HỌC 36

2.1 Các quan điểm thiết kế móng cọc 36

2.1.1 Thiết kế cọc theo sức chịu tải cho phép(ASD - Allowable Stress Design )[7] 36

2.1.2 Thiết kế cọc theo hệ số thành phần( LRFD - Load anh Resistance Factor Design) [7] 37

2.2 Sức chịu tải dọc trục của cọc theo đất nền 40

Công thức tổng quát về sức chịu tải dọc trục của cọc[5],[6],[7],[8] 40

2.2.1 Sức kháng mũi của cọc Qp 42

2.2.2 Sức kháng bên của cọc 43

2.2.3 Hiện tượng ma sát âm 45

2.3 Các phương pháp tính toán sức chịu tải dọc trục của cọc từ các thí nghiệm trong phòng 48

2.3.1 Phương pháp tính toán sức chịu tải của theo các chỉ tiêu cường độ đất nền[1],[7], [9] 48

2.4 Sức chịu tải dọc trục của cọc theo vật liệu 58

2.4.1 Sức chịu tải theo vật liệu của cọc đúc sẵn 58

2.4.2 Sức chịu tải theo vật liệu của cọc khoan nhồi 61

2.5 Những nội dung đề nghị điều chỉnh của TCXD 205:1998 62

2.5.1 Về phương pháp xác định sức chịu tải dọc trục của cọc theo vật liệu (điều 3.3.2 của TCXD 205:1998) 62

2.5.2 Về phương pháp xác định sức chịu tải dọc trục của cọc theo đất nền 63

CHƯƠNG 3 MỘT SỐ VÍ DỤ TÍNH TOÁN 65

3.1 Công trình nhà hành chính hiệu bộ - trường Đại học Kỹ thuật hậu cần CAND - Bộ Công An 65

3.1.1 Giới thiệu chung về công trình 65

3.1.2 Điều kiện địa chất 65

3.1.3 Giải pháp kết cấu nền móng: 67

3.1.4 Tính toán sức chịu tải của cọc theo vật liệu 67

3.1.5 Tính toán sức chịu tải của cọc theo đất nền 68

3.2 Công trình Khối nhà ăn - ở -hội trường - Trung đoàn hải quân 962 73

3.2.1 Giới thiệu chung về công trình 73

3.2.2 Điều kiện địa chất 73

3.2.3 Giải pháp kết cấu nền móng: 75

3.2.4 Tính toán sức chịu tải của cọc theo vật liệu 75

3.2.5 Tính toán sức chịu tải của cọc theo đất nền 76

3.3 Công trình tổ hợp khách sạn dầu khí Việt Nam 80

3.3.1 Giới thiệu chung về công trình 80

3.3.2 Điều kiện địa chất 80

3.3.3 Giải pháp kết cấu nền móng: 82

3.3.4 Tính toán sức chịu tải của cọc theo vật liệu 82

3.3.5 Tính toán sức chịu tải của cọc theo đất nền 83

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Hiện nay với sự phát triển của nền kinh tế, các công trình cao tầng được xây dựng ngày càng nhiều, các công trình này có tải trọng lớn xây dựng trên nền đất yếu nên thường sử dụng móng cọc để truyền tải trọng xuống lớp đất tốt phía dưới, làm giảm biến dạng và lún không đều, làm tăng độ ổn định của công trình,

có khả năng chịu tải trọng ngang lớn Mặt khác, nhu cầu xây dựng thường tập trung ở các đô thị lớn như Hà Nội, Hải Phòng,TP Hồ Chí Minh , các đô thị này

có điều kiện địa chất yếu và phức tạp, vì vậy móng cọc với nhiều phương pháp thi công đa dạng như: cọc đóng, cọc ép, cọc khoan nhồi 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 thể đáp ứng được, đã đang và sẽ được sử dụng rộng rãi trong các công trình xây dựng vừa và lớn

Hiện nay trong thiết kế móng cọc ở Việt Nam các kỹ sư thiết kế thường quen sử dụng Tiêu chuẩn thiết kế móng cọc TCXD 205:1998 Tiêu chuẩn này có hiệu lực từ năm 1998, đã đáp ứng được cơ sở khoa học và hướng dẫn thiết kế móng cọc, tuy nhiên sau một thời gian dài đưa vào ứng dụng đã phát sinh nhiều bất cập trong việc xác định sức chịu tải của cọc và một số vấn đề liên quan trong

tính toán thiết kế do xuất hiện nhiều phương pháp khảo sát cũng như thí nghiệmcọc và thi công cọc nên cần thiết phải có sự nghiên cứu đánh giá soát xét vàchỉnh sửa tiêu chuẩn này để đưa vào ứng dụng một cách hiệu quả hơn

Vì lý do đó tác giả lựa chọn đề tài “Nghiên cứu soát xét TCXD 205:1998:móng cọc tiêu chuẩn thiết kế”

2 Mục đích nghiên cứu

Nghiên cứu soát xét TCXD 205:1998 từ đó đưa ra các đề nghị chỉnh sửamột số nội dung của tiêu chuẩn cho phù hợp với thực tiễn xây dựng hiện nay

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Phạm vi nghiên cứu: soát xét các nội dung xác định sức chịu tải của cọctheo TCXD 205:1998

Đối tượng nghiên cứu là cọc bê tông cốt thép có tiết diện đặc và cọc khoannhồi

4 Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu soát xét TCXD 205:1998 bằng các phương pháp lý thuyết vàthực nghiệm, kết hợp với việc so sánh với các tiêu chuẩn nước ngoài và các vấn

đề thực tiễn đặt ra từ đó đưa ra các kiến nghị chỉnh sửa một số nội dung của tiêuchuẩn

Dùng các ví dụ trong thiết kế một số công trình cụ thể để so sánh kết quảgiữa TCXD 205:1998 và đề xuất chỉnh sửa

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài:

Đề xuất kiến nghị chỉnh sửa TCVN205:1998 trong việc xác định sức chịutải của cọc

Góp phần làm sáng tỏ sức làm việc thực của cọc khi chịu tải, giảm lãng phíkhi thiết kế và thi công cọc Giảm thiểu sự khác biệt giữa sức chịu tải của cọctheo thiết kế và thực tiễn sử dụng

6 Nội dung của luận văn

Luận văn được chia làm 3 chương:

− Phần mở đầu và phần kết luận kiến nghị

− Chương 1: Tổng quan về móng cọc và các tiêu chuẩn móng cọc

− Chương 3: Một số ví dụ tính toán

PHẦN II - NỘI DUNG CỦA LUẬN VĂN CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MÓNG CỌC VÀ CÁC TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ MÓNG CỌC.

1.1 Móng cọc - sự hình thành và phát triển

Khái niệm

Móng cọc là loại móng dùng những cây cọc hạ xuống các tầng đất tốt ở sâu nhờ đó làm tăng khả năng chịu tải của móng Móng cọc gồm hai bộ phận

chính là cọc và đài cọc.

Hình 1.1a Hình 1.1b

móng cọc đài thấp móng cọc đài caoCọc: là kết cấu có chiều dài lớn hơn rất nhiều so với bề rộng của tiếtdiện được hạ xuống các tầng đất đá sâu hơn phía dưới nhằm mục đích cho côngtrình bên trên đạt các yêu cầu của các trạng thái giới hạn

Đài cọc: là kết cấu dùng để liên kết các cọc với nhau và truyền tải trọngcủa công trình xuống cọc

Lịch sử phát triển

Móng cọc được sử dụng từ rất sớm, các di tích khảo cổ cho thấy nhiều nơitrên thế giới cho thấy từ mấy trăm năm trước công nguyên loài người đã biếtđóng các cọc gỗ cắm xuống hồ để xây dựng nhà trên các mặt hồ, , người ta đóngcác cọc gỗ để làm đê quai chắn đất, dùng thân cây, cành cây để làm móng nhà

Ngày nay cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật móng cọc ngày càngđược cải tiến, hoàn thiện, đa dạng về chủng loại cũng như phương pháp thicông, phù hợp với yêu cầu cho từng loại công trình xây dựng:

Với công trình chịu tải trọng trung bình có thể dùng cọc bê tông cốt thépđúc sẵn trong nhà máy hoặc bãi đúc cọc, thi công bằng phương pháp đóng, rung,hoặc ép xuống độ sâu thiết kế Loại cọc này có ưu điểm là giá thành rẻ, dễ dàngkiểm tra được chất lượng cọc, máy móc thi công tương đối đơn giản Tuy nhiên,các chấn động khi thi công bằng phương pháp đóng làm ảnh hưởng đáng kể đếncác công trình lân cận, khi gặp địa chất có lớp đất tốt xen kẹp bên trên lớp đấtxấu thì thi công khó khăn và có thể không hạ được cọc xuống độ sâu thiết kế.Trường hợp này có thể dùng cọc khoan nhồi tiết diện nhỏ, loại cọc này có ưuđiểm là có thể xuyên qua các tầng đất cứng, thiết bị thi công nhỏ gọn nên có thểthi công trong điều kiện xây dựng chật hẹp, không gây ảnh hưởng đối với phầnnền móng và kết cấu của các công trình kế cận, tuy nhiên cọc nhồi tiết diện nhỏcũng có các nhược điểm như công nghệ phức tạp tốn nhiều công đoạn, đòi hỏibên thi công phải có chuyên môn và kinh nghiệm thi công cọc khoan nhồi, mặtbằng thi công sình lầy do dung dịch sét

Với công trình có chịu tải trọng lớn như các nhà cao tầng, móng trụ cầu,cọc khoan nhồi hoặc cọc barrette là giải pháp thường được lựa chọn Các cọcnày có ưu điểm là sức chịu tải lớn dẫn đến số lượng cọc trong mỗi móng ít, khithi công không gây chấn động đáng kể nên ít ảnh hưởng đến công trình lân cận.Tuy nhiên khi thi công cọc việc giữ hố khoan có thể rất khó khăn, khi khoan đểtạo cọc nhồi đường kính lớn gần móng các công trình lân cận nếu không dùng

ống chống vách đầy đủ hay không dùng cọc van để kè neo cẩn thận thì côngtrình lân cận có thể bị hư hỏng, chất lượng bê tông thấp vì không được đầm vàkhi đã phát hiện khuyết tật thì xử lý rất khó khăn.

Tình hình sử dụng móng cọc ở Việt Nam.

Sau chiến tranh, nhiều đô thị bị tàn phá và phải xây dựng lại hoàn toàn.Nhiều công trình lớn đã, đang và sẽ được xây dựng Địa tầng ở các thành phốlớn ở đồng bằng sông Hồng và đồng bằng sông Cửu Long rất phức tạp, phía trên

là lớp đất yếu có chiều dày lớn, vì vậy móng cọc ngày càng được sử dụng rộngrãi

Công nghệ và và thiết bị thi công móng cọc thời gian qua cũng đã đượcphát triển Các thiết bị thi công cọc nhồi, cọc barrette đã được nhập về Máy épcọc có lực ép lớn cũng đã có mặt ở Việt Nam Vật liệu chế tạo cọc thời gian quacũng đã đáp ứng cơ bản yêu cầu kỹ thuật Và quan trọng hơn cả là kinh nghiệm

về công tác tư vấn, thi công của người Việt Nam đã được nâng cao, chất lượngthi công đã được cải thiện đáng kể

Sử dụng móng cọc làm giảm chi phí vật liệu, giảm khối lượng công tác đất,giảm được ảnh hưởng của nước ngầm đến công tác thi công

Móng cọc được sử dụng rộng rãi trong các công trình dân dụng và côngnghiệp, cầu đường, thủy lợi - thủy điện

Bảng 1.1 Các loại tiết diện của cọc gỗ

diện(cm 2 )

I (cm 4 )

W (cm 3 )

Chu vi cọc(cm)

mối mọt và độ tin cậy không cao Cọc gỗ có thể làm bằng các thân cây nguyênhình hoặc các thanh gỗ xẻ.

Cọc tre :

Sử dụng loại tre gốc, đặc chắc, khi thi công dùng búa để đóng cọc xuốngđất Cọc tre thường được sử dụng để gia cố nền đất sét yếu bão hòa nước, ưuđiểm của cọc tre là giá thành rẻ, thi công đơn giản không đòi hỏi nhiều máy mócphức tạp, tuy nhiên lý thuyết về sử dụng cọc tre để gia cố nền còn chưa hoànchỉnh và gây nhiều tranh cãi, thực tế có nhiều công trình sau khi xử lý nền bằngcọc tre bị lún quá mức cho phép nên thực tế chỉ sử dụng cho các công trình chịutải trọng nhỏ, quy mô từ 1-2 tầng và yêu cầu cọc nằm dưới mực nước ngầm đểtránh mối mọt

Cọc bê tông cốt thép:

Cọc bê tông cốt thép là loại cọc được dùng phổ biến nhất So với cọc gỗ thìcọc bê tông cốt thép có nhiều ưu điểm rõ rệt như: điều kiện áp dụng không phụthuộc vào tình hình mực nước ngầm, tiết diện và chiều dài của cọc có thể cấu tạotủy theo ý muốn, cường độ vật liệu tương đối lớn Nhược điểm chính của cọc bêtông cốt thép là trọng lượng quá lớn, gây khó khăn cho công tác vận chuyển và

hạ cọc Mặt khác, chính do trọng lượng bản thân quá lớn để phù hợp với sơ đồchịu lực trong quá trình vận chuyển và treo cọc mà lượng cốt thép trong cọc sẽkhông cần nhiều khi cọc ở trong móng, tức là khi công trình đã sử dụng Thực

tế trong quá trình thi công cọc, hiện tượng nứt cọc thường xảy ra ngay cả khitrong những trường hợp đã dùng nhiều cốt thép Để nâng cao tính ổn định chốngnứt, tiết kiệm thép, tăng sức chịu tải và giảm trọng lượng của cọc người ta dùngcọc bê tông cốt thép ứng suất trước.Tiết diện ngang của cọc bê tông cốt thépthường có dạng hình vuông, tròn, tam giác, chữ I, chữ T Loại cọc tiết diênvuông được dùng rộng rãi hơn cả vì nó có ưu điểm chủ yếu là chế tạo đơn giản,không cần những thiết bị phức tạp, có thể chế tạo tại công trường Kích thướctiết diện của loại cọc này thường là 20x20cm, 25x25cm, 30x30cm, 35x35cm

40x40cm Chiều dài cọc bê tông cốt thép thường nằm trong khoảng 4-25m, cókhi đạt tới 40-50m Tại một số công trình đặc biệt người ta đã dùng cọc dài đến100m Thông thường cọc được chế tạo thành từng đoạn rồi nối lại với nhautrong quá trình hạ, chiều dài mỗi đoạn cọc khoảng 6-8m.

Hiện nay cọc bê

nén trước này gây nên

ứng suất nén trước trong

bê tông và sẽ triệt tiêu

hay làm giảm ứng suất

kéo do tải trọng gây ra do

vây 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 loại

vật liệu, đó là trong khi

thép có tính đàn hồi và

cường độ chịu kéo cao thì bê tông là vật liệu dòn và có cường độ chịu kéo rấtnhỏ so với cường độ chịu nén Như vây ứng lực trước chính là tạo ra trong cọcmột cách có chủ ý các ứng suất tạm thời nhằm tăng cường sự làm việc của vậtliệu, do đó chỉ cần một lượng cốt thép nhỏ là đủ đảm bảo phù hợp với sơ đồ chịulực trong quá trình vận chuyển và treo cọc

Hình 1.2: Cấu tạo cọc BTCT thường

Tại khu vực phía nam cọc ly tâm ứng suất trước được sử dụng rất rộng rãi

và dần thay thế cho cọc vuông tiết diện đặc không ứng suất trước truyền thống

vì những ưu điểm vượt trội của nó như giảm trọng lượng bê tông(do cọc rỗng),giảm được tối đa lượng cốt thép mà vẫn đảm bảo khả năng chịu lực của cọc, dovậy giảm được giá thành của công trình Cọc ống ly tâm thường được thi côngchế tạo tại xưởng, với quy trình cơ bản như sau:

- Tạo khung thép: Thép đai được cuốn tròn quanh khung thép dọc nhờ máycuốn thép, trong quá trình cuốn, thép đai được hàn vào thép dọc luôn

- Căng thép dọc: khung thép sau khi được căng trước nhờ máy và chốt antoàn ở 2 đầu nhờ những bulong sẽ được đưa vào hệ thống cốp pha tròn

- Đổ bê tông: bê tông được đổ khoảng 2/3 thể tích của khối cốp pha

- Quay ly tâm: khung thép sau khi được đổ bê tông sẽ được đưa vào hệthống quay ly tâm ở đó sẽ được quay theo từng cấp độ khoảng 10 đến 15 phút

- Hấp nóng bê tông: sau khi được quay ly tâm, cọc ống sẽ được đưa vào hệthống hấp nóng

CHI TIẾT ĐẦU CỌC

CHI TIẾT LỖ I

1 SẮT CĂNG 18 DÂY Ø7.1 (JISG 3137) SẮT ĐAI Ø4 (JISG 3532) THÉP NEO Ø12 (SIJ G3112).

2 BÊ TÔNG ĐÚC CỌC M500.

3 MOMENT UỐN NỨT Mcr >=17 Tm, MOMENT PHÁ HỦY Mu >= 25.5Tm.

4 KHẢ NĂNG CHỊU TẢI DỌC TRỤC = 170T

GHI CHÚ

CHI TIẾT MŨI

5 CHIỀU DÀI CỌC LỚN NHẤT Lmax=18M

Cọc thép:

Cọc thép thường được sử dụng trong các công trình vĩnh cửu và chịu tảitrọng ngang lớn, và đặc biệt được dùng dưới dạng cọc ván thép trong xây dựngbến tàu và thi công hố móng Tiết diện cọc thường dùng là chữ I, C hoặc loạicọc ống thép (rỗng bên trong)

Loại cọc này có sức chịu tải cao, tuy nhiên dễ bị gỉ khi tiếp xúc với nướcđặc biệt là nước mặn, mặt khác thép là vật liệu đắt tiền vì vậy ít được sử dụngtrong thực tế đặc biệt là ở Việt Nam

Ngoài ra còn có các loại cọc liên hợp cọc thép – bê tông, tuy nhiên loạicọc này ít được sử dụng

1.1.1.2.Cọc hạ bằng phương pháp xoắn.

Cọc xoắn được dùng trong các công trình cầu cảng, thủy lợi và một số côngtrình loại khác như móng cột điện cao thế, cọc neo khi thí nghiệm tải trọngtĩnh

Cọc xoắn gồm hai phần chính: thân cọc và đế cọc Thân cọc được làm bằngthép hoặc bê tông cốt thép Đế cọc có hình giống mũi khoan Đường kính đế cọc

có thể đạt tới 3m nhưng không được lớn hơn 4,5 lần đường kính thân cọc Đếcọc được làm bằng thép hoặc gang hoặc phần ngoài làm bằng thép còn phầntrong bằng bê tông cốt thép Loai cọc này được hạ vào trong đất nhờ một thiết bịđặc biệt tạo ra mô men xoắn

Ưu điểm của cọc xoắn là hạ cọc êm Điều này rất quan trọng khi xây dựngcông trình mới nằm ngay bên cạnh những công trình cũ Vì có đáy mở rộng nêncọc xoắn chịu tải trọng dọc trục lớn, nhát là chịu kéo

1.1.1.3.Cọc hạ bằng phương pháp xói nước.

Trường hợp hạ cọc có tiết diện lớn xuống sâu trong điều kiện đất chặt thìkinh nghiệm thực tế cho thấy rằng, nếu dùng búa thì sẽ rất khó hạ tới chiều sâuthiết kế Một trong những biện pháp để khắc phục khó khăn đó là dùng phương

pháp xói nước Cọc hạ có xói nước cũng có cấu tạo giống như cọc hạ bằng búa,chỉ khác là ở giữa hoặc xung quanh cọc có gắn thêm các ống để dẫn nước.

Cọc hạ theo phương pháp này có thể tiến hành theo các cách sau: Hoặc chỉxói nước để cho trọng lượng bản thân cọc làm cho nó hạ gần đến chiều sâu thiết

kế (cách khoảng 1,5-2m) rồi lại dùng búa đóng tiếp, hoặc vừa xói nước vừadùng búa để đóng

1.1.1.4.Cọc hạ bằng phương pháp rung.

Trong những năm vừa qua người ta đã và đang phát triển loại móng cọc hạbằng phương pháp rung (gọi là móng cọc ống) Cọc ống là một kết cấu vỏ mỏngbằng thép hoặc bê tông cốt thép có dạng hình ống và được hạ sâu vào trong đấtchủ yếu bằng tác dụng rung của các máy chấn động Nhờ phương pháp đó, cóthể hạ cọc ống tới chiều sâu lớn hơn 50m

So với các loại móng sâu khác thì móng cọc ống có những ưu điểm nổi bậtsau đây:

cơ khí hóa toàn bộ các công tác thi công, chính nhờ có ưu điểm này mà việc ápdụng loại móng cọc ống sẽ có hiệu quả kinh tế lớn

− Sử dụng được cao nhất khả năng chịu lực của vật liệu

− Có thể hạ cọc xuống rất sâu mà không cần dùng giếng chìm hơi ép làloại móng khi thi công sẽ ảnh hưởng không tốt đến sức khỏe công nhân

− Hầu như có thể áp dụng được với tất cả các trường hợp địa chất phứctạp

Cọc ống có thể làm bằng thép hoặc bê tông cốt thép Hiện nay cọc ống bêtông cốt thép là loại cọc được dùng phổ biến hơn cả

Cọc ống bê tông cốt thép được chế tạo thành nhiều đốt có chiều dài từ 12m tùy thuộc điều kiện chế tạo và điều kiện vận chuyển Sau khi hạ đến độ sâuthiết kế người ta có thể lấp đầy phần rỗng bên trong hoặc chỉ lấp một phần Tiếtdiện và cốt thép của cọc ống được xác định tính toán với tải trọng lắp ráp, tảitrọng động khi rung, và tải trọng công trình trong quá trình sử dụng.

6-Cọc ống có đường kính d≤0,6m thường có chân cọc bịt kín và sau khi hạthì lấp đầy phần rỗng bên trong bằng bê tông nếu hạ đến lớp đất cứng Trongtrường hợp đất yếu thì có thể không cần lấp đầy phần rỗng bên trong để trị sốsức chịu tải của cọc tính theo vật liệu không lớn hơn nhiều so với trị số tính theocường độ đất nền (tiết kiệm vật liệu)

Cọc ống có đường kính d=0,6-0,8m có thể không cần bịt chân và có thể đểnguyên lõi đất bên trong sau khi hạ Cọc ống có đường kính d=0,8-1,0m thườnglấp đầy hoặc chỉ lấp một phần bên trong

Cọc ống có đường kính d≥1,0m có thể chỉ lấp một phần bên trong

Mác bê tông dùng để chế tạo cọc không được nhỏ hơn 300 đối với cọc bêtông cốt thép thường và không được nhỏ hơn 400 đối với cọc bê tông cốt thépứng suất trước Mác bê tông để lấp đầy phần rỗng bên trong cọc ống khôngđược nhỏ hơn 150

Trong cọc ống bê tông cốt thép thường, để làm cốt thép dọc người ta dùngloại cốt thép cán nóng có gờ CT5, để làm cốt thép đai thì dùng CT3 Trong cọcống bê tông cốt thép ứng suất trước người ta thường dùng thép cán nóng 25Γ2C

và 35ΓC để làm cốt thép dọc và đai Tỷ lệ cốt thép dùng 3-5% đối với cọc bêtông cốt thép thường và 3% đối với cọc ống bê tông cốt thép ứng suất trước.Đối với cọc ống có đường kính d≤1,6m thì không nên dùng cốt thép dọc cóđường kính d<12mm và cốt thép đai có d<6mm Đối với cọc ống có đường kínhd>1,6 thì đường kính thép cốt thép dọc có đường kính d≥18mm và cốt thép đai

có d≥8mm Trong trường hợp cọc ống không lấp đầy bê tông hoặc trường hợp

cần phải tăng cường độ của cọc ống khi hạ trong đất sét chặt có nhiều đa hònlớn thì nên bố trí cốt thép thành hai hàng.

Để ghép đốt cọc ống lại với nhau cần cấu tạo các mối nối đặc biệt theo kiểu

bu lông hoặc hàn Cấu tạo kiểu bu lông là chắc chắn hơn cả và rất thuận tiện choviệc ghép các đốt cọc ống lại với nhau hoặc liên kết cọc ống với máy chấn động.Trong những năm gần đây người ta đã cải tiến nhiều loại cọc ống Mộttrong những loại cọc ống mới là sau khi hạ sẽ lấp đầy đất (bằng máy đầm rung).Việc áp dụng loại cọc ống này trong trụ cầu sẽ giảm đi rất nhiều khối lượng bêtông, giảm giá thành

1.1.1.5.Loại cọc đổ tại chỗ.

Cọc nhồi

Cọc nhồi được sử dụng cho công trình chịu tải trọng lớn như móng trụ cầu,nhà cao tầng, đường kính cọc từ 60-300cm, các cọc có đường kính <76cm đượcxem là cọc nhỏ, cọc có đường kính>76cm được xem là cọc lớn Chiều dài cọctùy theo điều kiện địa chất công trình từng địa điểm xây dựng Thí dụ ở Hà Nộicọc thường cắm vào tầng cát lẫn cuội sỏi ở độ sâu 40-50m, ở thành phố Hồ ChíMinh cọc nhồi thường cắm vào lớp sét pha nửa cứng ở độ sâu 30-50m Bê tôngchế tạo cọc nhồi mác 250 trở lên Cốt thép được bố trí theo tính toán, nếu cọcchịu nén đúng tâm thì chỉ cần bố trí đến 1/3 chiều dài cọc, nếu cọc chịu uốn,chịu kéo, chịu nhổ thì cần bố trí cốt thép hết cả chiều dài cọc

Hình 1.4 Cấu tạo cọc khoan nhồiViệc tạo lỗ có nhiều cách: có thể đào bằng thủ công hoặc khoan bằng tổhợp khoan hiện đại Với việc dùng các tổ hợp khoan hiện đại người ta có thể hạcọc xuống độ sâu rất lớn Vách hố khoan được giữ cho khỏi sập nhờ huyền phù

ben tô nít bơm vào hố khoan hoặc sử dụng ống chống vách Quy trình thi cônggồm các bước sau:

Hình 1.5 Thi công cọc khoan nhồi

Cọc khoan nhồi có các ưu điểm:

− Sức chịu tải lớn, có thể đạt hàng chục nghìn KN

− Số lượng cọc cho mỗi móng ít

− Khi thi công không gây chấn động đáng kể nên ít ảnh hưởng đến côngtrình lân cận

− Không gây tiếng ồn đáng kể như khi thi công đóng cọc

Đồng thời cọc khoan nhồi cũng có các nhược điểm:

− Khi thi công việc giữ hố khoan có thể rất khó khăn

− Khi khoan để tạo cọc nhồi đường kính lớn gần móng các công trình lâncận nếu không dùng ống chống vách đầy đủ hay không dùng cọc ván để kè neocẩn thận thì công trình lân cận có thể bị hư hỏng

không ít trường hợp cọc nhồi bị khuyết tật nghiêm trọng

− Khi cọc đã thi công xong nếu phát hiện ra khuyết tật trầm trọng thì việc

người Pháp cải tiến từ cọc nhồi để tạo ra sức chịu tải lớn hơn với cùng một thểtích bê tông sử dụng.

Cọc barrette thường sử dụng máy khoan tường vách dạng răng được khoanđào với gầu ngoạm với lực kẹp rất lớn Bề dày mặt tường vách có thể khoan từ

400 đến 1500 mm

Ưu điểm của cọc barrette so với cọc khoan nhồi là có sức chịu tải lớn hơnnhiều so (có thể lên hơn 1000T) nên dùng cho những công trình có tảitrọng dưới móng rất lớn Móng barrette thường sử dụng khi kết hợp làm tườngvây và thường dùng cho loại nhà có 2 tầng hầm trở lên tuy nhiên giá thành thicông loại móng này thường đắt hơn nhiều(do công nghệ thi công) so vớidùng cọc khoan nhồi Trong dự tính sức chịu tải của cọc khoan nhồi, sức chịu tảitheo ma sát bên đóng vai trò quan trọng Nếu xét một cọc Barrette có kích thước

là 2.8 m x 0.8 m có diện tích mặt cắt là 2.24 m2 Diện tích này tương đương vớimột cọc nhồi có đường kính là 1.75 m2 Tuy nhiên diện tích mặt bên của cọcbarret là 7.2 m2/m còn cọc khoan nhồi tương đương điện tích là 5.5 m2/m Nhưvậy có thể nhận thấy rằng cọc barrette là hiệu quả hơn về chỉ tiêu kinh tếđồng/m3 bê tông sử dung Sức mang tải của cọc này có thể tăng lên tới 30% dotăng sức mang tải bên

Tuy nhiên cọc barrette thi công là khó hơn để đảm bảo chất lượng đặc biệt

là làm sạch đáy cọc trước khi đổ bê tông do hình dạng tiết diện phức tạp

Một số hình ảnh các công

trình tại Việt Nam sử dụng cọc

barrette:

Hình 1.6 Khu nhà ở cao tầng

– Royal Garden: sử dụng tường

barrette dày 600mm, sâu 18m

Hình 1.7 Cao ốc văn phòng

Mekong Tower: sử dụng tường

barrette dày 600 sâu 37m

1.1.1.6.Cọc hạ bằng phương pháp ép tĩnh.

Cọc hạ bằng phương pháp ép tĩnh (hay còn gọi là cọc ép) lần đầu tiên đượchãng Mêga của pháp áp dụng để sửa chữa một số công trình bị nghiêng, lún Vìthế cọc ép trước đây được gọi là cọc Mêga Nguyên lý ban đầu của cọc ép nhưsau:

Cọc được chế tạo thành từng đoạn ngắn

Dùng kích thủy lực để ép dần từng đoạn cọc xuống đất;

Dùng ngay trọng lượng bản thân của công trình để làm đối trọng cho kíchthủy lực;

Ép xong đoạn cọc này lại đặt đoạn cọc khác lên đỉnh đoạn cọc đã ép, liênkết chúng lại với nhau (bằng hàn hoặc chốt) và ép tiếp Cứ theo cách đó đến độsâu thiết kế.

Sau khi ép cọc đến độ sâu thiết kế thì liên kết đỉnh cọc với móng cũ

Trong thời gian gần đây, cọc ép được áp dụng và phát triển khá nhiều tạiViệt Nam Cọc ép không những chỉ được dùng để sửa chữa các công trình có sự

cố mà chủ yếu còn được dùng để làm móng cho các công trình mới, bởi vì mộttrong những ưu điểm của loại cọc này là thi công êm thuận không gây ra nhữngchấn động có hại như cọc đóng

Hiện nay ở Việt Nam đã hình thành nhiều loại thiết bị ép và nhiều phươngpháp ép khác nhau

Về thiết bị ép có thể chia thành ba loại:

− Loại ép đỉnh (Lực tạo ra bằng kích thủy lực - hình 1.4a)

− Loại ép hông (Lực tạo ra bằng kích thủy lực - hình 1.4b)

− Loại ép bằng tời không cần kích thủy lực (Lực tạo ra bằng tời - hình1.4c)

Hình 1.8 Sơ đồ các loại ép cọc

Về phương pháp ép có thể phân làm hai loại:

− Phương pháp ép trước

Khi chưa xây dựng công trình dã tiến hành thi công ép cọc thì gọi làphương pháp ép trước Để tạo ra đối trọng cho phương pháp ép trước người tadùng hai biện pháp:

Dùng đối trọng (bằng bê tông hoặc bằng gang, thép)

Hình 1.9 Ép cọc có dùng đối trọng1-Cọc ép; 2- Kích thủy lực; 3-Đối trọngDùng các cọc xoắn để neo vào đất

Hình 1.10 Ép cọc có dùng đối trọng1-Cọc ép; 2- Kích thủy lực; 3-Cọc neo

Khi xây dựng xong phần trên công trình hoặc xong một phần công trình rồimới bắt đầu tiến hành ép cọc thì phương pháp này gọi là phương pháp ép sau.Với phương pháp này người ta dùng chính trọng lượng bản thân của công trình(hoặc một phần công trình) làm đối trọng cho kích thủy lực Khi thi công theophương pháp này người ta phải chừa các lỗ ở đài cọc để cọc xuyên qua trongquá trình ép Sau khi ép tới độ sâu thiết kế người ta tìm cách liên kết cứng cọcvới đài cọc

Một trong những ưu điểm của phương pháp ép sau là tiết kiệm được thờigian thi công, vì người ta vừa tiến hành thi công phần trên công trình, vừa thicông phần móng Ngoài ra vì sử dụng trọng lượng bản thân công trình làm đốitrọng cho nên có thể tiết kiệm được chi phí Đối với những nơi chật hẹp, cácthiết bị ép trước không thể vào được vì quá cồng kềnh thì phương pháp ép sau tỏ

ra có nhiều lợi thế

Tuy nhiên nếu dùng phương pháp ép sau thì sẽ tốn nhiều thép hơn trong đàicọc vì phải bố trí thép để neo máy và thép trong đài cọc để chịu được tải trọng

khi ép cọc Ngoài ra người ta còn phải chừa thêm một số lỗ dự trữ ở đài cọcphòng khi có những cọc gặp chướng ngại vật không thể ép tới độ sâu thiết kế.

Hình 1.11 Liên kết cọc với đài cọc trong phương pháp ép sau

1.2 Các tiêu chuẩn hiện hành về thiết kế móng cọc

1.2.1 Khái quát về tiêu chuẩn thiết kế móng cọc trên thế giới.

Tại Nga và một số nước thuộc SNG kế thừa tiêu chuẩn móng cọc của Liên

Xô cũ СНиП 2.02.03-85 trong đó việc tính toán móng cọc được thực hiện theotrạng thái giới hạn với việc sử dụng các trị số tính toán của tải trọng, sức khángcủa đất và vật liệu cọc Sức chịu tải của cọc theo đất nền được tính theo các chỉtiêu cơ lý của đất Sức chịu tải cực hạn quy ước từ thí nghiệm thử tải được địnhnghĩa là giá trị tải trọng gây nên 20% độ lún giới hạn của công trình Sức chịutải tính toán được xác định từ sức chịu tải cực hạn thông qua các hệ số riêng Kếtcấu cọc được tính toán theo trạng thái giới hạn cực hạn Tiêu chuẩn móng cọcСНиП 2.02.03-85 và các tiêu chuẩn móng cọc trước đó được Việt Nam chuyểndịch thành các tiêu chuẩn quốc gia

Tại Liên hiệp Anh không có tiêu chuẩn móng cọc riêng mà móng cọc làmột chương (chương 7) trong tiêu chuẩn BS 8004:1986 - Tiêu chuẩn thực hành

nền móng Giá trị sức chịu tải cực hạn từ thí nghiệm thử tải được định nghĩa làtải trọng tác dụng lên đầu cọc gây nên độ lún 10% đường kính cọc Sức chịu tảicho phép của cọc theo đất được xác định bằng cách chia giá trị sức chịu tải cựchạn cho hệ số an toàn bằng khoảng 2 đến 3 Kết cấu cọc được tính toán theotrạng thái giới hạn Nếu là cọc bê tông cốt thép thì kết cấu cọc được tính toántheo BS8110 hoặc CP116 Đối với cọc khoan nhồi thì khống chế ứng suất chophép là 25% cường độ đặc trưng (mẫu lập phương) của bê tông.

Tiêu chuẩn IBC (International Building Code) trong phần móng cọc quyđịnh giá trị sức chịu tải cực hạn theo thí nghiệm thử tải có thể xác định theophương pháp:

*Phương pháp giới hạn Davisson

*Phương pháp 90% của Brinch-Hansen

*Các phương pháp được chấp thuận khác

Dù xác định sức chịu tải cực hạn bằng cách nào thì cũng không được lớnhơn hai lần giá trị tải trọng gây nên độ lún của cọc bằng 0.3in(7,6mm) Kết cấucọc chịu nén được thiết kế theo ứng suất cho phép

Tiêu chuẩn châu Âu thống nhất Eurocode 7 đã chuyển phương pháp tínhtoán theo tính toán theo sức chịu tải cho phép sang tính toán theo trạng thái giớihạn với việc dùng sức chịu tải tính toán và các hệ số riêng Có thể nói phươngpháp tính toán của châu Âu đã tiệm cận với các phương pháp của Nga nhưng hệ

số riêng nhiều và phức tạp hơn Tiêu chuẩn này được soạn thảo từ hơn chục nămtrước, nhưng đến nay mới bắt đầu được áp dụng ở một số nước song song vớitiêu chuẩn riêng của mỗi nước

Hướng dẫn thiết kế móng cọc của Nhật Bản (Recommendation for Design

of Building Foundation, 1988) do Architectural Institut of Japan soạn thảo Cácbiểu thức trong bản hướng dẫn này đã được trích dẫn trong hai tiêu chuẩn Việt

Nam hiện hành là TCXD 195:1997 - Nhà cao tầng - Thiết kế cọc khoan nhồi vàTCXD 205:1998 - Móng cọc - Tiêu chuẩn thiết kế.

1.2.2 Các tiêu chuẩn về thiết kế móng cọc do Việt Nam ban hành:

hành trên cơ sở 1998 được ban hành năm 1998 trên cơ sở tiêu chuẩn СНиП2.02.03-85 TCXD 205:1998 đưa ra những quy định khá đầy đủ về các vấn đềliên quan đến thiết kế móng cọc và thường được các kỹ sư thiết kế Việt Nam sửdụng

−TCXD 189:1996 Móng cọc tiết diện nhỏ Tiêu chuẩn thiết kế Nội dungcủa tiêu chuẩn đưa ra các quy định hướng dẫn chi tiết về thiết kế móng cọc tiếtdiện nhỏ Phạm vi áp dụng của tiêu chuẩn là cho các cọc có chiều rộng tiết diệnnhỏ hơn 25cm

−TCXD 195:1997 - Nhà cao tầng - Thiết kế cọc khoan nhồi Tiêu chuẩnnày đưa ra các quy định cụ thể về thiết kế cọc khoan nhồi thi công bằng phươngpháp khoan tạo lỗ và đổ bê tông tại chỗ như: các quy định chung, dự tính sứcchịu tải của cọc, dự tính độ lún của công trình

−TCXDVN 269 - 2002 - Cọc - Phương pháp thí nghiệm hiện trường Tiêuchuẩn đưa ra các quy định cụ thể về phương pháp thí nghiệm hiện trường bằngtải trọng tĩnh ép dọc trục áp dụng cho cọc đơn thẳng đứng, cọc đơn xiên khôngphụ thuộc kích thước và phương pháp thi công

1.2.3 Tình hình sử dụng các tiêu chuẩn thiết kế trong lĩnh vực tư vấn xây

dựng ở Việt Nam hiện nay.

Nước ta không có cơ quan nghiên cứu xây dựng tiêu chuẩn chuyên nghiệp,nên việc biên soạn chủ yếu dựa vào chuyển dịch tiêu chuẩn của các nước khác.Những năm 90 của thế kỷ XX trở về trước các tiêu chuẩn của nước ta nói chung

và tiêu chuẩn móng cọc nói riêng đã được chuyển dịch của các tiêu chuẩn Liên

Xô cũ từ СНиП II-15-74 đến СНиП 2.02.03-85 và có chỉnh sửa rất ít Các

phương pháp xác định sức chịu tải của cọc theo đất nền theo tiêu chuẩn СНиПdựa vào số liệu các chỉ tiêu thí nghiệm trong phòng là chính Việc sử dụng cáctiêu chuẩn này ở Việt Nam ban đầu không có những trở ngại đáng kể, hơn nữalại được cả hệ thống các phòng thí nghiệm, các tiêu chuẩn liên quan khác về đất,

về thép và bê tông cốt thép đồng bộ nên không xảy ra các mâu thuẫn Tuy vậy,hiện nay khi các thí nghiệm hiện trường như thí nghiệm xuyên tĩnh, thí nghiệmxuyên tiêu chuẩn, thí nghiệm nén ngang lỗ khoan … vốn được dùng rộng rãi ởphát triển được đưa vào sử dụng rộng rãi ở nước ta thì tiêu chuẩn này bộc lộnhững bất cập

Các phương pháp xác định sức chịu tải của cọc theo các thí nghiệm hiệntrường có những ưu việt so với việc dùng các kết quả thí nghiệm trong phòng

Vì vậy các phương pháp này nhanh chóng được các kỹ sư thiết kế sử dụng Tuyvậy, việc sử dụng còn gặp nhiều vướng mắc Thí dụ, các kỹ sư khảo sát và kỹ sưthiết kế vẫn chưa thực hiện được việc hiệu chỉnh kết quả thí nghiệm SPT theochiều sâu, theo phương pháp và thiết bị khoan Việc dùng các biểu thức xác địnhsức chịu tải của cọc cũng chưa rõ ràng và thống nhất

Các tiêu chuẩn được sử dụng cho các dự án lớn được sử dụng nhiều là cáctiêu chuẩn nước ngoài như của Nga, Anh, Mỹ, Nhật …

Việc đưa một số điều của tiêu chuẩn nước ngoài vào trong quá trình soátxét tiêu chuẩn nước ta có đặc điểm là phong phú, đa dạng và tiếp cận được nhiềuthông tin bổ ích, đặc biệt là các phương pháp tính toán sức chịu tải của cọc theocác thí nghiệm hiện trường Tuy nhiên mặt trái của việc đưa các điều khoản củacác tiêu chuẩn khác nhau vào tiêu chuẩn Việt Nam gây nên những mâu thuẫnkhó giải quyết Hiện nay song song tồn tại các tiêu chuẩn thiết kế móng cọc sau:

−TCXD 189:1996 Móng cọc tiết diện nhỏ Tiêu chuẩn thiết kế

−TCXD 195:1997 - Nhà cao tầng - Thiết kế cọc khoan nhồi

−TCXDVN 269 - 2002 - Cọc - Phương pháp thí nghiệm hiện trường.

Các điều khoản trong các tiêu chuẩn này nhiều chỗ trùng lặp, nhiều chỗmâu thuẫn nhau và có những điều khoản, những chi tiết sai, không chính xác

Ví dụ: khi áp dụng các điều khoản về dự tính sức chịu tải của cọc theo vật liệutrong các tiêu chuẩn TCXD 205:1998, TCXD 195:1997 cho ra các kết quả rấtkhác nhau, công thức tính toán sức chịu tải của cọc theo chỉ số SPT trích dẫn sai

Có những điều khoản áp dụng từ các tiêu chuẩn một số nước như khống chế ứngsuất trong cọc đã cản trở không thể thiết kế được móng cho các công trình lớn.Trong lúc đó những điều khoản này không được áp dụng tại nhiều nước

Chính vì những lý do trên mà hầu như các công trình có vốn đầu tư nướcngoài và nhiều công trình có vốn đầu tư trong nước, các kỹ sư thiết kế phải dùngtiêu chuẩn nước ngoài hoặc các công thức trong các giáo trình về móng cọc đểthiết kế Đó là điều bất cập cần phải xem xét chỉnh sửa kịp thời

1.2.4 Tổng quan về TCXD 205:1998

1.2.4.1.Nội dung chính của TCXD 205:1998

TCXD 205:1998 được ban hành năm 1998 trên cơ sở tiêu chuẩn СНиП2.02.03-85 và có đưa vào một số công thức xác định sức chịu tải của cọc củamột số tác giả khác như Meyerhof, Hilley, công thức của Nhật Bản

Nội dung chính của TCXD 205:1998:

1 Nguyên tắc chung

2 Yêu cầu đối với khảo sát

3 Nguyên tắc chung

4 Sức chịu tải của cọc đơn

5 Tính toán móng cọc theo biến dạng

6 Thiết kế móng cọc

7 Yêu cầu kỹ thuật về đánh giá chất lượng cọc.

Phụ lục A: Xác định sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền(theo СНиП 2.02.03-85)

Phụ lục B: Xác định sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cường độ của đấtnền

Phụ lục C: Xác định của cọc theo kết quả thí nghiệm xuyên

Phụ lục D: Xác định sức chịu tải của cọc theo công thức động

Phụ lục E: Xác định sức chịu tải theo kết quả nén tĩnh cọc

Phụ lục G: Tính cọc dưới tác dụng đồng thời của tải trọng đứng và tải trọngngang và mô men Tính toán theo phương của СНиП II-17-77

Phụ lục H: Tính toán độ lún của móng cọc

Phụ lục I: Đặc điểm thiết kế móng cọc trong vùng có động đất

Phụ lục K: Thiết kế cọc cho trụ đường dây tải điện trên không

1.2.4.2.Các bất cập của TCXD 205:1998 [12]

Hiện nay việc thiết kế móng cọc ở Việt Nam các kỹ sư thiết kế thường quen

sử dụng Tiêu chuẩn thiết kế móng cọc TCXD 205:1998 Tiêu chuẩn này sau hơn

10 năm đưa vào sử dụng xuất hiện các bất cập như:

Điều 3.3.2[1] quy định ứng suất cho phép trong cọc bê tông cốt thép là0.33fc với fc theo điều 1.3 TCXD 205:1998[1] là cường độ chịu nén của bê tông,nếu tính toán sức chịu tải của cọc theo vật liệu theo điều khoản này thì sức chịutải của cọc sẽ rất thấp vì thế cọc sẽ phải có tiết diện lớn hơn, hoặc sử dụng vậtliệu có độ bền cao hơn Thực tế ở Việt Nam các kỹ sư thiết kế thường khôngdùng công thức trên để tính toán sức chịu tải của cọc theo vật liệu mà hay sửdụng công thức các công thức sau:

Sức chịu tải của cọc bê tông cốt thép tiết diện đặc chịu nén:

Pvl = ϕ(RbFb+RaFa) (1.1) Trong đó: Fb -diện tích tiết diện ngang của bê tông cọc;

Rb - cường độ tính toán của bê tông;

Ra - cường độ tính toán của cốt thép;

Fa - diện tích tiết diện ngang của thép dọc;

Ru - cường độ tính toán của bê tông cọc nhồi xác định như sau:

Đối với cọc đổ bê tông dưới nước hoặc dung dịch sét, Ru=R/4.5 nhưngkhông lớn hơn 60kg/cm2

Đối với cọc đổ bê tông trong hố khoan khô, Ru=R/4 nhưng không lớn hơn70kg/cm2

R - mác thiết kế của bê tông cọc

Fb -diện tích tiết diện ngang của bê tông cọc

Fa - Diện tích cốt thép dọc trục

Ran - cường độ tính toán của cốt thép xác định như sau:

Đối với cốt thép d ≤ 28mm, Ran = Rc/1.5 nhưng không lớn hơn 2200kg/cm2, đối với cốt thép d > 28mm, Ran = Rc/1.5 nhưng không lớn hơn2000kg/cm2

Rc - giới hạn chảy của cốt thép

Để so sánh kết quả của 2 cách xác định sức chịu tải theo vật liệu của cọc, taxét các ví dụ sau

Ví dụ 1: cọc bê tông cốt thép tiết diện (30x30)cm dùng bê tông mác 250#,cốt thép 4d18 AII Theo TCXD 205:1998 thì ứng suất trong cọc không đượcvượt quá:

0.33fc = 0.33x110 = 36.3(kg/cm)2.Sức chịu tải của cọc theo vật liệu theo TCXD 205:1998:

0.33fc = 0.33x130 = 42.9(kg/cm)2.Sức chịu tải của cọc theo vật liệu theo TCXD 205:1998:

42,9x1202x3.14/4=484942(kg) ≈ 484.9 (T) Sức chịu tải của cọc theo vật liệu theo (2.2):

Ru=R/4 = 300/4 =75kg/cm2 do đổ bê tông dưới dung dịch sét nên lấy Ru =60kg/cm2

Ran = Rc/1.5 = 3000/1.5 = 2000kg/cm2.Pvl = RaA+RanFa = 60x1202x3.14/4+2000x12x3.14 = 753600kg ≈ 753.6 (T)Qua 2 ví dụ ta có thể thấy rằng nếu áp dụng quy định về hạn chế ứng suấttrong cọc của TCXD 205:1998 thì kết quả thu được nhỏ hơn đáng kể so với cáchtính thường dùng của các kỹ sư thiết kế, tuy nhiên công thức 2.1 chỉ được giớithiệu trong các giáo trình nền móng mà chưa được đưa vào tiêu chuẩn thiết kế

móng cọc, công thức 1.2 thì đã được đưa vào TCXD 195 :1997 Nhà cao tầng thiết kế cọc khoan nhồi, đáng tiếc là khi biên soạn TCXD 205 :1998 thì lạikhông dùng các công thức 1.1 và 1.2 để xác định sức chịu tải của cọc theo vậtliệu mà lại hạn chế ứng suất trong cọc, điều này làm cho các kỹ sư thiết kế rấtlúng túng vì nếu thiết kế theo TCXD 205 :1998 thì sức chịu tải của vật liệu quáthấp dẫn đến cần dùng các loại vật liệu mác cao hơn để chế tạo cọc gây lãng phí,còn nếu sử dụng các công thức 1.1 và 1.2 thì sức chịu tải thu được cao hơn vàsát với thực tế hơn nhưng lại có nhược điểm là không được quy định trong tiêuchuẩn, thiếu các căn cứ có tính pháp lý

-Điều 4.2, biểu thức (4.2) và (4.4)[1], không quy định rõ giá trị tải trọng Do

đó có người dùng giá trị tải trọng tính toán theo trạng thái giới hạn tới hạn, cóngười dùng là giá trị tải trọng tiêu chuẩn Vì vậy cần có chỉ dẫn cụ thể để tránhnhững nhầm lẫn đáng tiếc

Bảng 2.2[1] - Độ sụt của bê tông cọc khoan nhồi, quy định điều kiện sai dodịch sai, trái nghĩa tài liệu nước ngoài: thay vì “đổ bê tông trong điều kiện hốkhoan khô” thì lại quy định là “đổ bê tông tự do trong nước”

Trong phần phụ lục C.2.3, biểu thức (C2.2)[1] được trích dẫn không chínhxác: trong công thức nguyên bản phần ma sát trong đất cát là (0.33NsLs), trongTCXD 205:1998 là (0.2NsLs); trong công thức nguyên bản phần ma sát trongđất sét là (CuLu), trong TCXD 205:1998 là (CLu);Thực tiễn cho thấy nếu tínhtoán theo nguyên bản thì sát với kết quả nén tĩnh cọc hơn

Từ các nghiên cứu trên ta có thể nhận thấy rằng tiêu chuẩn TCXD 205:1998

có hiệu lực từ năm 1998 sau một thời gian dài đưa vào ứng dụng đã phát sinhnhiều bất cập trong việc xác định sức chịu tải của cọc và một số vấn đề liên quantrong tính toán thiết kế cần thiết phải có sự nghiên cứu đánh giá soát xét vàchỉnh sửa tiêu chuẩn này để đưa vào ứng dụng một cách hiệu quả hơn Cụ thể:xem xét các công thức về xác định sức chịu tải của cọc theo vật liệu, công thứcxác định sức chịu tải của cọc theo chỉ số SPT C2.2[1]

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ KHOA HỌC

2.1 Các quan điểm thiết kế móng cọc.

2.1.1 Thiết kế cọc theo sức chịu tải cho phép(ASD - Allowable Stress

Design )[7]

Phương pháp này là còn được gọi là thiết kế cọc theo hệ số an toàn tổng thể Trong đó, sức chịu tải cho phép thu được bằng cách chiu sức chịu tải cực hạn cho hệ số an toàn Theo phương pháp này sức chịu tải trọng nén cho phép của cọc là:

F

P P

Fs - là hệ số an toàn thường lấy từ 2-4

Sức chịu tải trọng kéo cho phép của cọc là:

f

f

w F

Q

Q = + (KN) (2.2)Trong đó: Ff - hệ số an toàn khi tính cọc chịu kéo

Do sức kháng bên đạt cực hạn nhanh hơn sức kháng mũi( xem mục ) Ta nên dùng hệ số an toàn như sau:

F

Q F

Q P

an toàn riêng

Theo tài liệu của FHWA (Mỹ), ta cần phải kiểm tra 11 giới hạn sau:

1 Cường độ I: công trình làm việc với hoạt tải bình thường, không có gió

2 Cường độ II: công trình làm việc với hoạt tải đặc biệt, không có gió

3 Cường độ III: công trình làm việc không có hoạt tải, gió lớn hơn 90km/h

4 Cường độ IV: công trình có tỷ số tĩnh tải/hoạt tải rất lớn (≥7)

5 Cường độ V: công trình làm việc với hoạt tải bình thường, gió lớn hơn90km/h.

6 Sự cố I: có động đất xảy ra

7 Sự cố II: có tai nạn như xe đâm vào công trình, tàu bè đâm vào cầu

8 Sử dụng I: Kiểm tra độ lún trong trường hợp bình thường

9 Sử dụng II: kiểm tra kết cấu thép và mối nối kết cấu thép

10 Sử dụng III: Kiểm tra khe nứt

11 Kiểm tra mỏi

Tuy nhiên đối với cọc ta thường chỉ kiểm tra hai giới hạn sau:

Cường độ I:

w Q

Q P

Bảng 2.1 Các hệ số sức kháng Φf, Φp của cọc bê tông đóng

(kháng bên)

φ p nén (kháng mũi)

Sử dụng I:

Kiểm tra độ lún dưới tải trọng sau:

P= PD +Pw + PL+ 0.3PG (2.6)Trong đó: PD - Tĩnh tải

hệ số an toàn tổng thể Vì vậy cần nghiên cứu chuyển đổi từ phương pháp dùng

hệ số an toàn tổng thể sang dùng hệ số an toàn riêng để đem lại hiệu quả kinh tếcho công trình xây dựng, đồng thời phù hợp với xu thế phát triển của thế giới

2.2 Sức chịu tải dọc trục của cọc theo đất nền.

Công thức tổng quát về sức chịu tải dọc trục của cọc[5],[6],[7],[8].

Trong thực tế tính toán người ta thường phân biệt một cách áp đặt khả năngchịu tải của cọc ra hai phần: mũi Qu và bên Qf

Pu=Qf+Qu (KN) (2.7)Trong đó: Qf - sức kháng bên

Q f =u∑ f i∆z i (KN) (2.8)fi: ma sát bên đơn vị cực hạn của cọc