LUẬN ÁN THẠC SĨ CHUYÊN NGÀNH XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG MÓNG CỌC ỐNG THÉP DẠNG GIẾNG CHO KẾT CẤU MÓNG MỐ TRỤ CẦU

Vì vậy tên chuẩn của loại móng này có thể gọi là Móng cọc ống thép dạng giếng Steel pipe well foundation, cọc ống thép của loại móng này là Cọc ván ống thép Steel pipe sheet pile Hình 1

- ∗∗∗∗∗ -

nguyÔn thÞ tuyÕt trinh

nghiªn cøu ¸p dông mãng cäc èng thÐp d¹ng giÕng

cho kÕt cÊu mãng mè trô cÇu

LuËn ¸n th¹c sü khoa häc kü thuËt

- ∗∗∗∗∗ -

nguyÔn thÞ tuyÕt trinh

LuËn ¸n th¹c sü khoa häc kü thuËt

nghiªn cøu ¸p dông mãng cäc èng thÐp d¹ng giÕng

cho kÕt cÊu mãng mè trô cÇu

Trong thời gian thực hiện luận án, tôi xin chân thành cảm ơn ý kiến đóng góp của các thầy cô giáo, sự quan tâm và hỗ trợ nhiệt tình của các bạn đồng nghiệp Đồng thời tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ nhiệt tình về tài liệu, thông tin, tranh ảnh có liên quan của Công ty tư vấn PCI và Liên đoàn thép Nhật Bản

Bên cạnh đó tôi xin gửi lời cảm ơn trân trọng đến khoa Công trình và khoa Sau Đại học Trường Đại học Giao thông vận tải, tập thể lớp Cao học khoá

10 – Ngành xây dựng công trình đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận án tốt nghiệp của mình

Đặc biệt, tôi xin trân trọng cảm ơn Phó giáo sư -Tiến sĩ Nguyễn Viết Trung, người thầy đã tận tâm hướng dẫn tôi làm luận án này

Hà nội ngày 20 tháng 10 năm 2005

Mục lục

Chương 1 Giới thiệu móng cọc ống thép dạng giếng 4

1 Giới thiệu chung 4

2 Cấu tạo và phân loại móng cọc ống thép dạng giếng 5

2.1 Cấu tạo móng cọc ống thép dạng giếng 5

2.2 Phân loại kết cấu móng cọc ống thép dạng giếng 6

2.3 Cấu tạo chi tiết cọc ống thép 8

3 Vật liệu chế tạo cọc ống thép 16

4 Các hệ số dùng trong tính toán và ứng suất cho phép của cọc ống thép 17

4.1 Các hệ số dùng trong tính toán cọc ống thép 17

4.2 ứng suất cho phép 18

Chương 2 Phương pháp thiết kế móng cọc ống thép

dạng Giếng 22

1 Khái quát thiết kế 22

1.1 Cơ sở thiết kế 22

1.2 Trình tự thiết kế .24

2 Hệ số phản lực của nền đất 25

2.1 Hệ số phản lực của nền đất theo phương nằm ngang 25

2.2 Hệ số phản lực nền theo phương thẳng đứng .28

2.3 Hệ số phản lực nền cắt theo phương ngang tại đáy giếng 28

3 Sức chịu tải cho phép của cọc ống thép 28

3.1 Sức chịu tải đóng xuống cho phép 28

3.2 Lực kéo nhổ cho phép .29

4 Thiết kế móng cọc ống thép dạng giếng 30

4.1 Chuyển vị .30

4.2 Phản lực thẳng đứng 33

4.3 ứng suất cọc của ống thép 34

4.4 ứng suất tổng hợp 35

4.5 ứng suất của cọc đơn đóng bên trong .36

5 Thiết kế bệ móng và phần liên kết với bệ móng 38

5.1 Thiết kế bệ móng 38

5.2 Thiết kế phần liên kết giữa cọc ống thép và bệ móng 44

6 Thiết kế vòng vây tạm 47

6.1 Đánh giá các phương pháp thi công vòng vây tạm .47

6.2 Phương pháp thiết kế 47

7 Ví dụ thiết kế móng cọc ống thép dạng giếng 49

Chương 3 Phương pháp thi công móng cọc ống thép

dạng giếng 64

1 Khái quát thi công 64

2 Thi công cọc ống thép 65

2.1 Sàn thi công 67

2.2 Lắp đặt hệ dẫn hướng 69

2.3 Đóng cọc ống thép 72

2.4 Hàn ống thép tại công trường 81

2.5 Xử lý tai nối 83

2.6 Phương pháp bơm bê tông vào trong lòng cọc ống thép 87

2.7 Đào đất trong giếng 89

2.8 Thi công bê tông bịt đáy 90

2.9 Lắp đặt hệ khung chống 92

2.10 Liên kết với bệ móng 94

2.11 Công tác cắt trong nước 98

Chương 4 Tổng kết công nghệ thi công vòng vây cọc ống thép cầu Thanh Trì 100

1 Khái quát 100

2 Vật liệu .100

3 Thiết bị 101

4 Trình tự thi công 103

4.1 Biểu đồ thi công vòng vây cọc ống thép 103

4.2 Đóng cọc ống thép .105

4.3 Bơm vữa lấp 107

4.4 Lắp đặt thanh giằng 108

4.5 Đào trong nước 110

4.6 Đổ bê tông bịt đáy 111

4.7 Tháo nước, làm khô 113

5 Quản lý an toàn 114

Kết luận và kiến nghị .117

Chương 1: Giới thiệu móng cọc ống thép dạng giếng

1 Giới thiệu chung

Từ đầu năm 1960 cọc ống thép được chính thức sử dụng như một kết cấu móng lý tưởng trong các loại kết cấu xây dựng Cùng với sự tiến bộ của kỹ thuật chế tạo và kỹ thuật thiết kế thi công, nó ngày càng được phát triển nhanh chóng

Đặc biệt trong những năm gần đây, nhiều kết cấu cầu đường lớn đã được xây dựng lên, bên cạnh đó là các kết cấu trong vùng nước sâu rộng hay nền đất yếu ở các khu vực cảng hay cửa sông Hiệp hội cọc ống thép Nhật Bản đã tiến hành nghiên cứu ra những móng có qui mô lớn thích hợp với các kết cấu trên theo nhu cầu của xã hội, trong đó thành tựu của cọc ống thép cũng đem lại cải cách lớn về mặt kỹ thuật

Khi tiến hành thi công theo phương pháp vòng vây tạm ở các vùng nước sâu rộng, nền đất yếu hay phương pháp đắp đảo, việc lựa chọn phương pháp móng giếng chìm bê tông sẽ gặp các vấn đề khó khăn về thời hạn thi công, kinh phí xây dựng và tính an toàn thi công Do đó Hiệp hội cọc ống thép đã phát minh ra móng cọc ống thép dạng giếng sử dụng hợp lý trong các điều kiện thiết kế thi công nói trên

Khởi đầu cho sáng kiến kết cấu móng này là công ty Paine của Tây Đức năm 1930

sử dụng cọc dạng hộp (thép hình H) gọi là cọc PAINE để chế tạo nên móng cầu, sau đó kết cấu này thâm nhập vào Nhật vào khoảng năm 1960 Năm 1966 đã sử dụng cọc dạng hộp này như móng cọc thép dạng giếng để xây dựng cầu Kinjo Ohashi Từ năm

1964 ở Nhật đã bắt đầu phát minh ra việc sử dụng cọc ván ống thép, năm 1967 đã xây dựng móng lò cao cỡ lớn và năm 1969 đã xây dựng móng cho cầu Ishikari Kawaguchi Vào năm 1969 năm công ty kết cấu thép đã nhận tiền hỗ trợ nghiên cứu của Bộ Xây dựng và thực hiện dự án nghiên cứu đặc điểm cấu tạo và độ cứng của móng cọc dạng giếng Năm 1970, hội nghiên cứu móng dạng giếng của Bộ Xây dựng, các trường đại học, các công ty kết cấu thép đã tóm tắt lại các kết quả đó và viết thành quyển sách

“Phương pháp thiết kế và thi công móng cọc dạng vòng vây” (Tháng 1 năm 1972) Năm 1970, việc áp dụng thi công cầu Omigdụng đã phản ánh được kết quả ban đầu của kết quả nghiên cứu này Sau đó kết cấu móng này được áp dụng rộng rãi trong các công trình đường bộ và đường sắt của Bộ Xây dựng và Bộ giao thông Nhật Bản

Hiện nay ở Việt Nam nước ta cọc ống thép đang bắt đầu được áp dụng trong các kết cấu xây dựng cầu lớn như móng cọc ống thép ở cầu Bính và vòng vây cọc ván ống thép

ở cầu Thanh Trì Tương lai loại móng cọc ống thép dạng giếng sử dụng loại cọc ván ống thép trình bày trong đề tài này có thể được áp dụng và thay thế cho móng giếng chìm, móng cọc khoan nhồi trong một số điều kiện nhất định

2 Cấu tạo và phân loại móng cọc ống thép dạng giếng

2.1 Cấu tạo móng cọc ống thép dạng giếng

Móng cọc ống thép dạng giếng là tổ hợp các cọc ống thép đường kính từ 800mm

đến 1200mm, liên kết với nhau bằng hai tai nối ở hai bên cọc, tạo thành một kết cấu khép kín tuỳ ý có dạng hình tròn, hình chữ nhật hay hình ô van Phần tai nối sẽ được nhồi vữa vào bên trong, phần đầu cọc được liên kết cứng lại bằng công tác xây dựng bệ móng, do đó móng có được sức chịu tải cao theo phương thẳng đứng và phương ngang Móng cọc ống thép dạng giếng trình bày trong đề tài này khác với móng cọc ống thép thông thường Nó là một loại móng có dạng vòng vây khép kín, các cọc ống thép không đứng độc lập mà liên kết lại với nhau qua các tai nối Vì vậy tên chuẩn của loại

móng này có thể gọi là Móng cọc ống thép dạng giếng (Steel pipe well foundation), cọc ống thép của loại móng này là Cọc ván ống thép (Steel pipe sheet pile)

Hình 1.1 Móng cọc ống thép dạng giếng kiểu kiêm làm vòng vây tạm

Thanh giằng Trụ cầu

Thanh nẹp

Liên kết chống cắt

Bê tông bịt đáy

Đệm cát Cọc đơn bên trong trong

* Móng cọc ống thép dạng giếng Cọc ống thép làm tường ngăn

Móng cọc ống thép dạng giếng

Bệ móng

Vị trí cắt Cắt dưới nước

Tai nối cọc

Tai nối

ống tai nối t=11mm Cọc ống thép

2.2 Phân loại kết cấu móng cọc ống thép dạng giếng

Có thể phân loại móng cọc ống thép theo hình thức chịu lực, phương pháp thi công hay điều kiện mặt bằng Ta có các loại móng cọc ống thép sau:

2.2.1 Phân loại theo hình thức chịu lực

(a) Kiểu giếng (b) Kiểu gắn với trụ

a Kiểu cọc ống thép kiêm làm cọc vòng vây tạm thời

Là phương pháp lợi dụng cọc làm luôn tường vòng vây, dựng cọc ống thép đến cao

độ mặt nước, nhồi vật liệu ngăn nước vào tai nối trong phạm vi định ra Sau khi xây dựng bệ móng và thân trụ, phần vòng vây tạm sẽ được cắt đi bằng máy cắt trong nước và rút lên Kiểu này có thể lợi dụng hệ móng cọc làm vòng vây tạm, do đó nó

có ưu điểm là thời gian thi công ngắn hơn so với kiểu phải dùng vòng vây tạm và diện tích thi công cũng nhỏ hơn Kiểu này được áp dụng rất nhiều cho móng trụ cầu trên sông nước

b Kiểu cọc thật

Là phương pháp xây dựng bệ móng và thân trụ trên hệ móng cọc sau khi đã lắp dựng cọc đến cao độ mực nước Kiểu này được áp dụng cho khu vực trên sông nước hay cảng biển không hạn chế mặt cắt lưu lượng và tĩnh không cho tàu qua lại

c Kiểu vòng vây

Là phương pháp xây dựng bệ trụ và thân trụ trong vòng vây thi công là cọc ống thép

(a) Kiểu kiêm làm

vòng vây tạm (b) Kiểu cọc thật

(c) Kiểu làm vòng vây

Hình 1.4 Phân loại theo phương pháp thi công 2.2.3 Phân loại theo hình dạng mặt bằng

Đối với hình dạng mặt bằng của móng cọc ống thép dạng giếng, nói chung có 3 loại Phía trong vòng vây của kết cấu móng cọc có thể thiết kế cọc ống thép làm thành tường ngăn hay các cọc ống thép đơn

a Cọc ống thép dạng tường ngăn bên trong

Nếu mặt cắt giếng lớn, để đảm bảo hình dạng mặt bằng và độ cứng của toàn hệ giếng, đóng thêm tường cọc ống thép vào Ngoài ra nó còn có tác dụng giảm ứng suất sinh ra ở các phần liên kết của cọc ống thép cấu tạo nên bệ trụ và giếng

b Cọc ống thép đơn bên trong

Được đóng xuống để giảm ứng suất sinh ra ở phần liên kết của cọc ống thép cấu tạo nên bệ trụ và giếng Ngoài ra nó còn có tác dụng làm tăng sức chịu tải thẳng đứng của toàn hệ móng cọc

Ngoài ra đối với mặt bằng của móng cọc cỡ lớn, có thể lựa chọn các dạng giếng cọc ống thép kiểu nhiều cột bố trí nhiều giếng hình chữ nhật, có thể xét đến các dạng kết cấu tường không có tường ngăn cọc ống thép ở bên trong

2.3 Cấu tạo chi tiết cọc ống thép

2.3.1 Tai nối cọc ống thép và khoảng cách các tai nối

Các loại tai nối của cọc ống thép có loại P-P, loại L-T, loại P-T qui định trong JIS A

5530 (cọc ván ống thép), đối với móng cọc ống thép dạng giếng thường qui định loại P-P

ảnh 1.1 Tai nối cọc ống thép

Để đảm bảo độ cứng của toàn hệ cọc ống thép, nên hàn ống tai nối của cọc ống thép trên toàn bộ chiều dài của cọc ống thép, nhưng khi đó sức kháng khi đóng xuống nền

đất chịu lực tại mũi cọc ống thép tăng lên, gây ra việc khó đóng cọc và làm hỏng tai nối Do đó để tránh hiện tượng này phạm vi hàn tai nối chỉ đến cao độ gần nền chịu lực

Tấm đế ở mũi tai nối

Hình 1.8 Phạm vi hàn tai nối vào cọc ống thép

Khoảng cách tiêu chuẩn của các tai nối khi bố trí cọc ống thép vòng ngoài và cọc ống thép tường ngăn lấy bằng 1,5 lần đường kính ngoài của ống tai nối

Trường hợp móng chỉ cấu tạo từ cọc ống thép vòng bên ngoài thì dùng giá trị tiêu chuẩn này để bố trí cọc ống thép

Trường hợp bố trí tường ngăn cọc ống thép ở móng có dạng lượn tròn ở vòng ngoài như hình tròn, hình ô van, hình chữ nhật góc lượn tròn thì khoảng cách các tai nối của cọc ống thép vòng vây ngoài về nguyên tắc sẽ lấy giá trị tiêu chuẩn nhưng có thể điều chỉnh bố trí khoảng cách các tai nối của cọc ống thép làm tường ngăn trong phạm vi

cách tai nối của cọc ống thép làm tường ngăn thì có thể điều chỉnh khoảng cách tai nối

cọc ống thép làm vòng ngoài tại phần góc lượn tròn Khi đó khoảng cách các tai nối của cọc ống thép làm vòng bên ngoài tại phần góc lượn tròn lấy giá trị gần với giá trị tiêu chuẩn nhất Trường hợp điều chỉnh theo cách này mà vẫn khó bố trí cọc ống thép làm tường ngăn thì có thể dùng đường kính ống tai nối khác với đường kính ống tai nối của cọc ống thép làm tường ngăn

Bảng 1.1 Kích thước, khối lượng của mối nối

Phần tường ngăn Đường kính ngoài D1000

Hình 1.9 Điều chỉnh khoảng cách giữa các tai nối 2.3.2 Cấu tạo tai nối tại phần cắt đi của cọc ống thép

Cọc ống thép dùng làm vòng vây tạm sau khi thi công xong thân trụ sẽ được tháo

bỏ Phần tháo bỏ sẽ được cắt đi tại vị trí trên bệ móng bằng máy cắt trong nước hay thợ lặn và nhổ lên Khi đó do tai nối có vữa ngăn nước nhồi bên trong và do năng lực của máy cắt trong nước hữu hạn nên rất khó có thể cắt được cả cọc ống thép và tai nối cùng một lúc Vì vậy nói chung người ta thường gia công cắt tai nối trước tại vị trí dự định sẽ cắt trong nước sau này Thi công móng cọc ống thép dạng giếng kiểu kiêm làm vòng vây cần phải có tính ngăn nước cao, do đó phải nhồi chất ngăn nước vào phần bị cắt đi của tai nối Chất ngăn nước này phải có tính dính bám tốt để khi có lực xung kích đóng cọc cũng không bị bong ra, phát huy tốt tính ngăn nước

Vị trí hàn chu vi ngoài công trường của các cọc ống thép không nên lấy giống nhau

mà nên lấy lệch nhau khoảng 1m Ngoài ra đối với kiểu kiêm làm vòng vây phần hàn chu vi ngoài công trường bố trí sao cho không nằm tại vị trí liên kết với bệ móng

Hàn tại nhà máy Bản dày 2,3

T

Hình 1.13 Cấu tạo tiêu chuẩn của mối hàn chu vi tại công trường thân cọc

Bảng 1.2 Chiều dày và chiều cao của vòng đai phía trong

Ghi chú 1: Lấy bằng 50 nếu áp dụng phương pháp đào bên trong

Ghi chú 2: Lấy lớn hơn 70 nếu đường kính ngoài lớn hơn 1000 là vì ưu tiên thi công cọc ống thép ở trên và ở giữa

2.3.4 Bê tông nhồi bên trong cọc ống thép

Mô men, lực cắt hay lực nằm ngang sẽ tác dụng từ bệ móng xuống phần liên kết với

bệ móng cọc ống thép dạng giếng của kiểu kiêm làm vòng vây tạm Hơn nữa trong thi công bệ móng, khi hàn bản thép vào mặt bên của cọc ống thép dễ xảy ra biến dạng cục

bộ do ảnh hưởng của nhiệt độ hàn Do đó người ta nhồi bê tông vào bên trong để chống biến dạng bên trong cọc ống thép vùng gần bệ móng Ngoài ra tại phần liên kết với bệ móng đối với kiểu dùng cốt thép cắm vào thì bê tông nhồi sẽ được gắn kết với các cốt thép đó

Phạm vi nhồi bê tông lấy từ đỉnh bệ móng xuống dưới là 2 lần chiều dày bệ móng

Đối với trường hợp móng cọc ống thép dạng giếng dạng hình tròn, khi kiểm toán vòng vây tạm, tiến hành phân tích xét đến ảnh hưởng của phần lượn tròn, phân biệt

công thức kiểm toán của lực sinh ra do tác dụng của lượn tròn đối với vùng có bê tông nhồi và không có bê tông nhồi

bị biến dạng thì phải có các biện pháp tăng cường cho mũi cọc hay đầu cọc bằng các

đai tăng cường

Đai tăng cường có 2 loại được hàn tại các vị trí khác nhau tuỳ thuộc vào từng mục

đích

1) Hàn bên ngoài mũi cọc để tăng cường cho mũi cọc

Do cọc ống thép được hàn 2 tai nối nên tại mũi cọc có sức kháng lớn, hơn nữa nếu nền chịu lực là nền rất cứng thì sức kháng khi đóng xuống càng tăng lên, làm cho số lần đóng búa có xu hướng tăng lên Ngoài ra nếu mũi cọc đóng xuống nền đất chịu lực càng sâu thì mũi cọc càng dễ bị hỏng Do vậy cần phải hàn đai tăng cường xung quanh mũi cọc thay cho việc tăng tỷ lệ t/D

L9x300 L9x300 6 Hàn đai tăng cường

Hình 1.15 Hàn đai tăng cường tại mũi cọc Bảng 1.3 Giá trị chiều dày tiêu chuẩn của bản cắt ma sát

của phương pháp đào bên trong

2) Hàn bên trong đầu cọc để chống uốn dọc

Cọc ống thép khi đóng xuống chịu lực đóng xung kích rất lớn ở đầu cọc, tại phần bắt đầu hàn tai nối, mặt cắt bị thay đổi nên dễ xảy ra hiện tượng uốn dọc Do đó để

điều hoà sự tập trung ứng suất tại phần bắt đầu hàn tai nối ở đầu cọc, chống hiện tượng uốn dọc cần phải hàn đai tăng cường bên trong cọc ống thép tại đầu cọc

Nhiều kết quả nghiên cứu cho thấy đai tăng cường không có tác dụng đối với uốn dọc do lực dọc trục nhưng có tác dụng lớn đối với lực xung kích khi đóng cọc Do vậy nếu dùng phương pháp đóng xung kích cho cọc có đường kính nhỏ hơn 1000mm thì nên đảm bảo tỷ lệ t/D lớn hơn 1,4%

Hình 1.16 Hàn đai tăng cường tại đầu cọc ống thép

3) Gia công mũi cọc ống thép được thi công bằng phương pháp đào bên trong

Cọc ống thép được thi công bằng phương pháp đào bên trong khi tiến hành xử lý mũi cọc bằng phương pháp phun vữa xi măng, để phát huy được khả năng truyền ứng suất giữa cọc ống thép và nền gia cố phải tiến hành gia công mũi cọc

Nói chung người ta thường hàn một bản chịu áp lực vào mũi cọc ống thép làm cơ cấu truyền tải trọng Bản chịu áp lực là thép phẳng hay cốt thép được hàn vào mặt trong của cọc ống thép như một bản chặn Tuỳ thuộc vào phương pháp đào mà cách hàn bản chịu áp lực sẽ khác nhau Nói chung bản chịu áp lực thường được hàn ngoài công trường nhưng cũng có thể hàn trong nhà máy

Vật liệu cọc ván ống thép và cọc ống thép sử dụng ở móng cọc ống thép dạng giếng

là SKY 400, SKY 490 qui định trong JIS A 5530-1994 (cọc ván ống thép) Thành phần hoá học và tính chất cơ lý chỉ ra trong Bảng 1.1 và Bảng 1.2

Điểm chảy hay Sức chịu tải (N/mm2)

Độ dãn dài % thí nghiệm theo một phương ngang

Cường độ kéo (N/mm2)

Khoảng cách giữa các bản nằm ngang (H) (D là đường kính cọc)

4.1.1 Giá trị hệ số vật lý của thép dùng trong tính toán lấy theo Bảng 1.6

4.1.2 Hệ số mô đun đàn hồi bê tông lấy theo Bảng 1.7 Lấy tỷ số mô đun đàn hồi

dùng cho tính toán ứng suất của kết cấu bê tông cốt thép là 15

Bảng 1.6 Hệ số vật lý của thép dùng cho tính toán thiết kế

Ec: Hệ số mô đun đàn hồi của bê tông (N/mm2)

4.2 ứng suất cho phép

ứng suất cho phép của vật liệu trong luận án này tham khảo Tiêu chuẩn thiết kế cầu đường bộ Nhật Bản; Tập IV, Phần kết cấu phần dưới, Chương 4

ứng suất cho phép trong Bảng 1.8 ~1.11 và Hệ số ứng suất cho phép trong Bảng 1.12

4.2.1 Vật liệu thép dùng trong kết cấu

Bảng 1.8 ứng suất cho phép của vật liệu thép dùng trong kết cấu chính

SM 490 SKK 490 SKY 490

Phần chính

Kéo Nén Cắt

Hàn nhóm trên toàn mặt cắt

Kéo Nén Cắt

bộ phận và

Hàn ở công trường

Kéo Nén Cắt

Hàn ở nhà máy 80% đối với phần nối với phần chính, 90%

đối với các phần còn lại

Ghi chú: SS400 không dùng làm kết cấu hàn

4.2.2 Bê tông

Bảng 1.9 ứng suất nén cho phép và ứng suất cắt cho phép của bê tông

(N/mm2) Loại ứng

Bảng 1.10 ứng suất dính bám cho phép của bê tông

(N/mm2) Cường độ tiêu

3) Giá trị cơ bản của t/h kể cả tải

trọng xung kích hay ảnh hưởng của

chiều dài nối chồng hay chiều dài

Tuy nhiên ứng suất cắt cho phép khi hàn với thép bị giảm yếu do cốt thép sẽ sử dụng ứng suất cắt cho phép của thép

4.2.4 Hệ số ứng suất cho phép

Bảng 1.12 Hệ số ứng suất cho phép

Các trường hợp tổ hợp tải trọng

Hệ số Kết cấu BTCT Kết cấu BT Kết cấu thép 1) Tải trọng chính (P) + Tải trọng đặc biệt tương đương với tải

2) Tải trọng chính (P) + Tải trọng đặc biệt tương đương với tải

trọng chính (PP) + ảnh hưởng của thay đổi nhiệt độ (T) 1,15 1,15 3) Tải trọng chính (P)+ Tải trọng đặc biệt tương đương với tải

trọng chính (PP) + Tải trọng gió (W) 1,25 1,25 4) Tải trọng chính (P) + Tải trọng đặc biệt tươn đương với tải

trọng chính (PP) + ảnh hưởng của thay đổi nhiệt độ (T) + Tải

trọng gió (W)

5) Tải trọng chính (P) + Tải trọng đặc biệt tươn đương với tải

trọng chính (PP) + Tải trọng phanh xe (BK) 1,25 1,25 6) Tải trọng chính (P)+ Tải trọng đặc biệt tươn đương với tải

trọng chính (PP) + Tải trọng xung kích (CO) 1,50 1,70 7) Hoạt tải và tải trọng chính ngoài xung kích + ảnh hưởng của

Chương 2: Phương pháp thiết kế móng cọc ống thép dạng giếng

1 Khái quát thiết kế

1.1 Cơ sở thiết kế

Trong móng cọc ống thép dạng giếng, các cọc ống thép liên kết khít lại với nhau bằng tai nối, tạo thành một hệ thống nhất, chống lại tác động của các ngoại lực tác dụng lên móng như lực thẳng đứng, lực nằm ngang, mô men Do đó cơ sở thiết kế móng là không để sinh ra các hiện tượng như lún, chuyển vị theo phương ngang, nghiêng quá lớn gây ra hư hỏng tới kết cấu phần trên

dạng cắt giữa các cọc ống thép ở đây, D là chiều rộng móng, L là chiều dài giếng

Tuy nhiên đối với móng cọc ống thép dạng giếng nằm ngoài phạm vi của qui mô

với nhau có khả năng lớn hơn do đó sử dụng phương pháp phân tích khung không gian

và phương pháp phân tích dựa trên dầm giếng giả định có xét đến sự chệnh lệch của lực cắt

Ngoài ra, đối với khả năng chịu lực theo phương ngang khi có động đất cấp 2, lượng biến dạng xét đến trong thiết kế lớn, do đó không thể bỏ qua chênh lệch lực cắt của tai nối nên phải thiết kế dựa trên dầm giếng giả định có xét đến chênh lệch lực cắt

Chiều rộng móng mặt truớc B Chiều rộng móng có hiệu Mặt truớc Be (để tính sức chịu tải có hiệu)

Bảng 2.1 Các phương pháp phân tích móng cọc ống thép dạng giếng

Mô hình thiết kế Phân tích dựa trên dầm dài

hữu hạn trên nền đàn hồi

Phân tích dựa trên dầm giếng giả định xét đến chênh lệch lực cắt giữa các

Cọc ống thép Tuyến tính Gẫy khúc

Tai nối

Sự chênh lệch lực cắt của tai nối được đánh giá bằng cách dùng hiệu suất tổng hợp à để giảm mô men thứ cấp của toàn mặt cắt giếng

và dùng tỷ lệ phân bố mô

men η

Sự chênh lệch lực cắt của tai nối được đánh giá bằng cách coi là hệ đàn dẻo dựa trên độ cứng chịu cắt và khả năng chịu cắt của tai nối

Bệ móng và liên kết bệ

móng

Độ cứng của bệ móng được coi giống như thân giếng

mặt trước móng

Độ đàn hồi xét đến sự tồn tại của biến dạng Gẫy khúc Gẫy khúc Cắt theo phương ngang

của mặt chu vi ngoài

móng

Kể cả lực kháng nằm ngang của nền đất mặt phía trước

đứng của mặt đáy móng Tuyến tính Gẫy khúc Gẫy khúc

Cắt theo phương ngang

của mặt đáy móng Tuyến tính Tuyến tính Tuyến tính

• Phân tích dựa trên dầm giếng giả định xét đến chênh lệch cắt của tai nối, nếu vượt quá trạng thái dẻo của cọc ống thép thì vẫn lấy là đường tuyến tính, do đó bỏ qua độ dốc thứ cấp của đường cong tải trọng - chuyển vị tại trạng thái chảy của móng để tính chuyển vị của móng và tỷ lệ độ dẻo phản ứng

1.2 Trình tự thiết kế

Hình 2.2 Trình tự thiết kế móng cọc ống thép dạng giếng

Bắt đầu

Lựa chọn dạng móng cọc ống thép

Giả định mặt cắt

Thiết lập điều kiện thiết kế

Hệ số phản lực nền Sức chịu tải cho phép

(kể cả US liên hợp)Kiểm tra ứng suất

Chi tiết kết cấu

Kết thúc

Qui mô cầu

Điều kiện đất nền Qui mô thi công

Kết quản điều tra địa chất

Tính trọng lượng đất nền phía trênTính trọng lượng BT nhồiTính trọng lượng BT bệ móng

Tính mô men Tính tải trọng nằm ngang Tính tải trọng thẳng đứng

Thiết lập cấp động đất Chu kỳ tự nhiên

Điều kiện dựa trên TK động đất Tính tải trọng thẳng đứng Tính mô men

Tính tải trọng nằm ngang

chênh lệch cắt của tai nối giếng giả định xét đến Phân tích dựa trên dầm Phân tích khung

Khả năng thay đổi PP

khi thi công

Kiểm tra PP thi công

Giả thiết mặt cắt kết cầu phần vòng vây tạm Thiết lậpp điều kiện TK Tải trọng thiết kế

Hệ số phản lực nền

Hệ số đàn hồi của hệ thống vòng vây tạm

Phân tích tính đàn hồi của vòng vây tạm

Kiểm tra ứng suất kết cấu

Cọc ống thép

Hệ chống đỡ

ứng suất dư có thích hợp không

2 Hệ số phản lực của nền đất

2.1 Hệ số phản lực của nền đất theo phương nằm ngang

Hệ số phản lực của nền đất theo phương nằm ngang xét đến sự tồn tại biến dạng

được tính theo công thức (2.1) đến (2.4)

2 1

0

y

y k

4 3

ngang của mặt bên giếng, thông thường lấy bằng 1,0

y: Chuyển vị theo phương ngang của móng trên mặt nền đất thiết kế (mm) Tuy nhiên trường hợp lớn hơn 50mm thì lấy là 50mm

B: Chiều rộng móng (m)

chiều dài cắm sâu có hiệu của móng (m)

Hệ số biến dạng có từ đường cong lặp của thí

nghiệm gia tải theo phương ngang lên bản cứng

Hệ số biến dạng suy luận từ thí nghiệm gia tải theo

Hệ số biến dạng có được từ thí nghiệm nén 1 trục

Trình tự tiến hành tính toán BH để tính ra kH1 thể hiện như sơ đồ sau đây:

l=∑l i; li: chiều dày các lớp B: chiều rộng móng ở mặt trước

Tính kH sử dụng giá trị BH và α Eo của mỗi lớp

1

β

1

3 0

30

4

4

'

I E

B k é H

β

hay

Lβ

2.2 Hệ số phản lực nền theo phương thẳng đứng

Hệ số phản lực nền theo phương thẳng đứng được tính theo công thức sau đây

4 3

2.3 Hệ số phản lực nền cắt theo phương ngang tại đáy giếng

Hệ số phản lực nền cắt theo phương ngang tại đáy giếng được tính theo công thức sau:

3 Sức chịu tải cho phép của cọc ống thép

3.1 Sức chịu tải đóng xuống cho phép

Sức chịu tải đóng xuống cho phép của một cọc ống thép được tính theo công thức sau:

n: Hệ số an toàn (khi bình thường là 3, khi có gió lớn và động đất cấp 1 là 2)

+ + +

n n n

A

q

3 2 1 1

và chu vi của cọc đơn (m)

xét phạm vi chiều dày nhỏ nhất của đất bên trong từ đáy (Lo)

Pa: Lực kéo nhổ cho phép của 1 cọc ống thép (kN/cọc)

n: Độ an toàn (khi bình thường bằng 6, khi có gió lớn và động đất cấp 1 bằng 3)

n

3 2

và chu vi của cọc đơn (m)

xét phạm vi chiều dày nhỏ nhất của đất bên trong từ đáy (Lo)

4 Thiết kế móng cọc ống thép dạng giếng

Các phương pháp phân tích của móng cọc ống thép dạng giếng đã có trong bảng 2.1 phần 1, sau đây luận án trình bày về phương pháp thiết kế đối dầm dài hữu hạn trên nền đàn hồi không xét đến biến dạng do chêch lệch lực cắt giữa các cọc ống thép với nhau

4.1 Chuyển vị

= + H U

u: Chuyển vị của thân móng của phần ngập trong lòng đất (m)

y: Chiều sâu tính từ mặt nền đất thiết kế (m)

1

2 0 0

n n

i

n n

i i i i

ES: Hệ số mô đun đàn hồi của cọc ống thép (=2.0x108kN/m2)

giếng hay thân trụ (m)

a Hệ số đàn hồi thẳng đứng tại đáy giếng

∑+

=

= 1 2

1 1

.

n n

.

n n

n n

i i V

Ho Mo Vo

S

E Mặt đất thiết kế

i

B i

A x A

x A

x

A M A

n A n A

n

A V P

± +

+

03 2 02

2 01

2

01 03

3 02 2 01

1

0 0 1

.

.

.

.

nhồi và đất đắp phía trên)

ngang của giếng hay thân trụ (m)

n2: Số cọc ống thép cấu tạo nên tường ngăn (cọc)

4.3 ứng suất của cọc ống thép

ứng suất dọc trục của cọc ống thép bao gồm cả tường ngăn do tải trọng sau khi hoàn thành được tính toán theo công thức sau đây:

3 02

2 01 1

03 2 02

2 01

2 03

3 02 2 01 1

0 ,

1

A x A

x A

x

M A n A n A

i

y i

++

±+

+

=

η η

σ

(2.18) Với:

nhồi và đất đắp phía trên)

nền đất thiết kế (kN.m)

ngang của giếng hay thân trụ (m)

η

σ α

σ

Víi:

α1.σ a 0

σ1 σ2

ứng suất kế hợp (N/m2)

Đáy bệ cọc

Hình 2.8 ứng suất kết hợp của cọc ống thép

4.5 ứng suất của cọc đơn đóng bên trong

Cọc độc lập đóng bên trong được chống đỡ liên kết cứng tại bệ cọc và đỉnh lớp đất chịu lực và được tính toán theo công thức sau đây:

Với:

l: Chiều dài từ đáy bệ móng đến đỉnh lớp đất chịu lực (m)

Tuy nhiên chuyển vị ngang tại đáy bệ móng, góc quay của bệ móng và mô men uốn thiết kế có quan hệ với nhau như sau:

Nếu lθ≤ 2δ thì |ML|≥|MU|

Nếu lθ > 2δ thì |ML|<|MU| (Với θ>0, δ>0)

Lấy mô men uốn tính được ở trên tính ra ứng suất theo công thức sau đây:

a x

03 03

i

x A x A

x A

x

A M A

n A n A

n

A V N

± +

+

03 2 02

2 01

2

03 ' 0 03

3 02 2 01

1

03

.

.

.

nhồi và đất đắp phía trên)

h: Chiều dày bệ móng (m)

ngang của giếng hay thân trụ (m)