Nghiên cứu giải pháp móng cọc khoan nhồi đường kính nhỏ d=400 đến d=600 trong điều kiện đất nền khu vực các quận nội thành thành phố hải phòng

Mục đích nghiên cứu của đề tài Việc nghiên cứu đề tài nhằm một số mục đích sau: - Cọc nhồi đường kính nhỏ được nghiên cứu, ứng dụng như một giải pháp trung gian giữa cọc đóng, ép và cọc

Trang 1

Tôi xin cam đoan đề tài “Nghiên cứu giải pháp móng cọc khoan nhồi

đường kính nhỏ d=400 đến d=600 trong điều kiện đất nền khu vực các quận nội

thành thành phố Hải Phòng.” là kết quả nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết

quả đƣợc sử dụng trong luận văn là trung thực, đƣợc trích dẫn từ các nguồn dữ

liệu, báo cáo đáng tin cậy

Hải Phòng, ngày 07 tháng 10 năm 2016

Tác giả luận văn

Phạm Đức Toàn

Trang 2

Sau Đại học – Trường Đại học Hàng hải Việt Nam, gia đình và các đồng nghiệp đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu, thực hiện và hoàn thành luận văn thạc sĩ

Trang 3

Lời cám ơn ii

Mục lục iii

Danh mục các chữ viết tắt và kí hiệu ix

Danh mục các bảng xi

Danh mục các hình xiv

Mở đầu 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu của đề tài 2

3 Phạm vi nghiên cứu của đề tài 3

4 Phương pháp nghiên cứu 3

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 4

6.Nội dung nghiên cứu 4

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CỌC KHOAN NHỒI, CÔNG NGHỆ THI CÔNG VÀ ĐIỀU KIỆN ÁP DỤNG HỢP LÝ CỌC KHOAN NHỒI 5

1.1 Khái niệm chung về cọc khoan nhồi và công nghệ thi công 5

1.1.1 Ưu điểm, nhược điểm của cọc khoan nhồi 6

1.1.2 Phương pháp thi công cọc khoan nhồi 7

1.2 Tổng quan về cọc khoan nhồi đường kính nhỏ 8

1.2.1 Ưu, nhược điểm của cọc khoan nhồi đường kính nhỏ 9

1.2.2 Phạm vi áp dụng của cọc khoan nhồi đường kính nhỏ 10

1.2.3 Phân loại cọc khoan nhồi đường kính nhỏ 10

1.3 Kỹ thuật xây dựng và vật liệu 13

1.3.1 Các thiết bị khoan 14

1.3.2 Các kỹ thuật khoan 14

1.3.3 Các kỹ thuật Khoan qua lớp đá 16

1.3.4 Các kỹ thuật khoan hố mở 17

Trang 4

1.4 Xác định mức chịu tải của cọc 24

1.4.1 Sức chịu tải cho phép của vật liệu cọc 25

1.4.2 Sức chịu tải cho phép của cọc theo đất nền 26

1.4.3 Xác định sức chịu tải theo kết quả nén tĩnh 28

CHƯƠNG 2: ĐẶC ĐIỂM ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH KHU VỰC THÀNH PHỐ HẢI PHÒNG 32

2.1 Đặc điểm điều kiện địa chất công trình khu vực thành phố Hải Phòng 32

2.1.1 Vị trí địa lý và địa hình 32

2.1.2 Mặt cắt địa chất công trình đặc trưng của các dạng nền khu vực nội thành TP Hải Phòng 40

2.1.2.1 Mặt cắt địa chất điển hình, các chỉ tiệu cơ lý đặc trưng cho khu vực dạng nền B-2-b 41

2.1.2.2 Mặt cắt địa chất điển hình, các chỉ tiệu cơ lý đặc trưng cho khu vực dạng nền B-3-b 43

2.2 Tình hình xử lý nền móng các công trình xây dựng khu vực nội thành HP 45

2.2.1.Đối với nhà dân dụng từ 2 - 5 tầng; 6 - 8 tầng ; 9 - 11 tầng trên địa bàn Hải Phòng 45

2.2.1.1.Nhà cao từ 2 - 5 tầng 45

2.2.1.2.Nhà cao tầng 6 - 8 tầng 46

2.2.1.3.Nhà cao từ 9 -11 tầng 47

2.2.1.4.Nhà từ 12 - 20 tầng 47

2.2.2.Với nhà công nghiệp và công trình công cộng 47

2.2.2.1 Các công trình nhà xưởng, kho có khẩu độ nhỏ, không có cầu trục 47

Trang 5

2.3 Các công trình áp dụng cọc khoan nhồi khu vực nội thành hp 49

2.3.1Khu vực Dạng nền B-2-b 49

2.3.2 Khu vực Dạng nền B-3-b 50

2.4 Đánh giá hiệu quả xử lý nền móng cọc khoan nhồi khu vực nội thành Hải Phòng 51

CHƯƠNG 3 ĐỀ XUẤT ỨNG DỤNG CỌC KHOAN NHỒI TIẾT DIỆN NHỎ CHO CÁC CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG KHU VỰC NỘI THÀNH HẢI PHÒNG 52

3.1 Quy hoạch phát triển kinh tế - xã hội Hải Phòng giai đoạn tới 52

3.1.1 Quan điểm phát triển 52

3.1.2 Mục tiêu phát triển 53

3.1.3 Định hướng phát triển các ngành và lĩnh vực 55

3.1.3.1 Phát triển các ngành, lĩnh vực kinh tế 55

3.1.3.2 Quy hoạch phát triển không gian, lãnh thổ 57

3.1.4 Các giải pháp thực hiện Quy hoạch 57

3.1.4.1 Huy động các nguồn vốn đầu tư 57

3.1.4.2 Phối hợp chặt chẽ với các tỉnh, thành phố trong vùng 58

3.1.4.3 Điều hành và tổ chức thực hiện quy hoạch 58

3.2 Quy hoạch chung xây dựng thành phố Hải Phòng đến năm 2025 và tầm nhìn đến năm 2050 58

3.2.1 Tính chất đô thị 58

3.2.2 Phạm vi ranh giới, quy mô lập quy hoạch 59

3.2.3 Quy mô dân số và phân bố dân cư đô thị 59

3.2.4 Quy mô đất xây dựng đô thị 59

3.2.5 Định hướng phát triển không gian đô thị Hải Phòng 60

3.2.5.1 Lựa chọn đất xây dựng đô thị 60

3.2.5.2 Phân khu chức năng 60

Trang 6

3.2.7 Danh mục các chương trình, dự án ưu tiên đầu tư thời kỳ 2006 –

2020 65

3.2.7.1 Giai đoạn 2006 – 2010 65

3.2.7.2 Giai đoạn 2011 – 2020 67

3.3 Sức chịu tải của cọc khoan nhồi tiết diện nhỏ khu vực nội thành 68 3.3.1 Lựa chọn chiều dài cọc " hợp lý " đối với tiết diện cọc cho trước tại khu vực có dạng nền B-2-b 71

3.3.1.1 Tính toán chiều dài cọc hợp lý với cọc ép tiết diện 30x30cm 71 3.3.1.2 Tính toán chiều dài cọc hợp lý với cọc ép tiết diện 35x35cm 83 3.3.1.3 Tính toán chiều dài cọc hợp lý với cọc ống tiết diện D600 75

3.3.1.4 Tính toán chiều dài cọc hợp lý với cọc khoan nhồi tiết diện D400 76

3.3.1.7 Tổng hợp lại, ta có kết quả chiều dài cọc hợp lý và sức chịu tải tương ứng đối với từng loại tiết diện cọc ở vùng B-2-b như sau 81

3.3.2 Lựa chọn chiều dài cọc " hợp lý " đối với tiết diện cọc cho trước tại khu vực có dạng nền B-3-b 82

3.4 Yêu cầu nền móng của các công trình xây dựng khu vực nội thành 83

3.4.1 Tính toán móng cọc " hợp lý " đối với công trình B-2-b 83

3.4.1.1 Tính toán móng cọc " hợp lý " đối với công trình 5 tầng 83

3.4.1.3 Tính toán móng cọc " hợp lý" đối với công trình 9 tầng 85

Trang 7

khuc vực Dạng nền B-2-b 88

3.4.2 Tính toán móng cọc " hợp lý " đối với công trình B-3-b 88

3.4.2.2Tính toán móng cọc " hợp lý " đối với công trình 7 tầng 90

3.4.2.6 Giải pháp móng cọc " hợp lý " cho các công trình xây dựng tại khu vực Dạng nền B-3-b 93

3.5 Khuyến nghị ứng dụng móng cọc khoan nhồi tiết diện nhỏ cho các công trình khu vực nội thành HP 93

3.5.1 Cọc khoan nhồi là một giải pháp móng có nhiều ưu điểm sau 94

3.5.1.1 Về mặt kết cấu 94

3.5.1.2 Về mặt thi công 95

3.5.2 Đối với Vùng B-2-b: 95

3.5.2.1 Tổng hợp lại, ta có kết quả chiều dài cọc hợp lý và sức chịu tải tương ứng đối với từng loại tiết diện cọc ở vùng B-2-b như sau: 95

3.5.2.2 Giải pháp móng cọc " hợp lý " cho các công trình xây dựng tại khuc vực Dạng nền B-3-b 96

3.5.3 Đối với Vùng B-3-b: 97

3.5.3.1 Lựa chọn chiều dài cọc " hợp lý " đối với tiết diện cọc cho trước tại khu vực có dạng nền B-3-b 97

3.5.3.2 Giải pháp móng cọc " hợp lý " cho các công trình xây dựng tại khu vực Dạng nền B-3-b 98

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 99

I KẾT LUẬN 99

II.KIẾN NGHỊ 99

Trang 9

Chữ viết tắt Giải thích

AP Diện tích tiết diện mũi dọc

As Tổng diện tích mặt bên có thể kể đến trong tính toán

B Bề rộng của đáy móng quy ước

c Lực dính của đất

d Bề rộng tiết diện cọc

dp Đường kính mũi cọc

ES Mô - đun biến dạng của đất nền

EP Mô - đun biến dạng của vật liệu cọc

FS Hệ số an toàn chung của cọc

FSS Hệ số an toàn cho ma sát biên của cọc

FSP Hệ số an toàn cho sức chống tại mũi cọc

G1 Giá trị mô - đun của lớp đất xung quanh thân cọc

G2 Giá trị mô - đun cắt của lớp đát dưới mũi cọc

NH Tải trọng ngang tác dụng lên cọc

Nc, Nq,Ny Thông số sức chịu tải lấy theo giá trị góc ma sát trong

nền đất

NSPT Chỉ số SPT từ thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT)

Qa Sức chịu tải trọng nén cho phép của cọc

Qak Sức chịu tải trọng nhổ cho phép của cọc

Qah Sức chịu tải trọng ngang cho phép của cọc

Qu Sức chịu tải trọng nén cực hạn của cọc

Trang 11

1.3 Một số giá trị chuyển vị giới hạn quy ƣớc để

xác định sức chịu tải giới hạn

Trang 12

3.5 Kết quả tính toán đối với loại cọcD60 76

3.6 Kết quả tính toán đối với loại cọc D400 77

3.9 Chiều dài cọc hợp lý và sức chịu tải tương ứng

đối với từng loại tiết diện cọc ở vùng B-2-b

81

82

3.11 Tổng hợp kinh phí 1 cọc đối với công trình

B-2-b ( Gồm giá thành cọc, công ép cọc )

83

3.12 Tổng hợp kết quả tính toán phương án móng

cọc đối với công trình ( CT1 - 5 Tầng )

84

cọc đối với công trình : CT1-7 Tầng

85

cọc đối với công trình ( CT1-11 Tầng ):

86

cọc đối với công trình CT1 - 5 Tầng

89

3.20 Tổng hợp kết quả tính toán phương án móng 90

Trang 13

91

92

3.24 Tổng hợp kết quả lựa chọn phương án móng

cọc đối với dạng nền B-3-b

93

95

3.26 Tổng hợp kết quả lựa chọn phương án móng

cọc đối với dạng nền B-2-b

96

Trang 14

Số hình Tên hình Trang

1.1 Trình tự thi công cọc khoan nhồi đường kính nhỏ 9 1.2 Cọc siêu nhỏ loại 1- Cọc chịu tải trực tiếp 11 1.3 Cọc khoan nhồi đường kính nhỏ loại 2– Mạng

lưới cọc dạng lưới với khối đất gia cố được chất tải hoặc được kết hợp

11

1.4 Bố trí cọc khoan nhồi đường kính nhỏ 12 1.5 Phân loại cọc dựa trên phương pháp đổ bê tông 13

1.7 Các phương pháp khoan tầng đá (Bruce, 1988) 16 1.8 Ảnh hưởng của thành phần nước lên độ bền nén

của vữa và tính chất của dòng chảy (Barley và Woodward, 1992)

Trang 15

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Cùng với sự phát triển của đất nước, hệ thống tầu điện ngầm, hầm ngầm phục vụ cho giao thông, các công trình nhà cao tầng, đã được xây dựng và phát triển mạnh mẽ tại các thành phố lớn như thành phố Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh, Thái Bình, Nam Định, thành phố Hải Phòng,

Các công trình nhà cao tầng đã giải quyết một vấn đề cấp bách cho thành phố về nhu cầu sinh hoạt, làm việc và là trung tâm giao dịch văn phòng cho thuê chỗ ở, , gara đỗ xe

Trước sự xuất hiện cấp bách đó, nhà cao tầng, hầm ngầm đòi hỏi những yêu cầu về khảo sát, thiết kế thẩm mỹ và thi công phải đạt được chất lượng tiêu chuẩn quốc tế Sự phát triển quá nhanh về xây dựng đã kéo theo sự xuất hiện hang loạt các kỹ thuật và công nghệ mới của các nhà thầu nước ngoài cũng như các nhà thầu trong nước đã nhạy bén tiếp xúc và chuyển giao vào Việt Nam

Hầu như các thành phố lớn, do quỹ đất của thành phố có hạn và giá đất ngày càng cao, các nhà kinh tế và các nhà kiến trúc đã tìm cách cải tạo, xây mới đô thị của mình với ý tưởng chung là triệt để khai thác và sử dụng không gian dưới mặt đát cho nhiều mục đích khác nhau về kinh tế xã hội, văn hóa, môi trường và cả phòng vệ dân sự

Việc xây dựng các loại công trình nói trên theo xu hướng hiện nay dẫn đến xuất hiện hàng loạt công nghệ gia cố nền khác nhau mà để thực hiện chúng người thiết kế và thi công đã gặp phải rất nhiều khó khăn trong giải quyết những vấn đề

về sức chịu tải, biện pháp thi công, chắn giữ để bảo vệ thành vách hố đào Công nghệ thi công thích hợp về kỹ thuật kinh tế cũng như an toàn về môi trường và không gây ảnh hưởng xấu đến công trình lân cận đã xây dựng trước đó Thực tiễn

đã đặt ra cho những nhà xây dựng Việt Nam một vấn đề mới, đòi hỏi những nghiên cứu chặt chẽ về lý thuyết và kinh nghiệm để các công trình bớt xảy ra sự cố, rủi ro

Hiện nay các công trình khi xây dựng đều dung giải pháp gia cố nền bằng cọc bê tông cốt thép trừ các công trình nhỏ, các cọc chủ yếu đang được sử dụng là

Trang 16

cọc ép cho các công trình dưới 11 tâng, cọc đóng cho các công trình dưới 15 tầng, cọc nhồi đường kính lớn (D800 - D1500) cho các công trình cao tầng, gần đây một số công trình siêu cao tầng sử dụng cọc barret Mỗi giải pháp cọc đang được

sử dụng hiện nay đều có phạm vi ứng dụng nhất định kèm với nó là các ưu nhược điểm

Ưu nhược điểm của các giải pháp gia cố nền bằng cọc:

2 Mục đích nghiên cứu của đề tài

Việc nghiên cứu đề tài nhằm một số mục đích sau:

- Cọc nhồi đường kính nhỏ được nghiên cứu, ứng dụng như một giải pháp trung gian giữa cọc đóng, ép và cọc nhồi đường kính lớn.Với các ưu điểm về kỹ thuật, độ an toàn của cọc nhồi đường kính lớn và giá thành cọc ép, phạm vi áp dụng của cọc nhồi đường kính nhỏ khá rộng, từ công trình thấp tầng đến cao tầng,

áp dụng trong mọi các điều kiện khác nhau, không ảnh hưởng đến các công trình lân cận, có thể sử dụng làm cọc nhổ, cọc chịu uốn …

- Đặc biệt, thiết bị thi công nhỏ gọn, cọc khoan nhồi đường kính nhỏ có thể

Trang 17

thi công tốt trong điều kiện mặt bằng chật hẹp và sức chịu tải cao Cọc khoan nhồi đường kính nhỏ sẽ là lựa chọn của chủ đầu tư, các thiết kế trong hiện tại và tương lai

- Nghiên cứu phương pháp tính toán cọc khoan nhồi đường kính nhỏ khi xây dựng, xử lý, gia cố các công trình trên nền đất yếu hoặc trong các điều kiện thi công khó khăn Trên cơ sở đó đưa ra những kiến nghị về phương pháp tính toán ứng dụng cọc siêu nhỏ phù hợp với điều kiện tại Hải Phòng

3 Phạm vi nghiên cứu của đề tài

Đối tượng nghiên cứu:

- Hiện trạng ứng dụng cọc khoan nhồi trong xử lý nền móng các công trình xây dựng khu vực nội thành Hải Phòng

- Đề xuất ứng dụng cọc khoan nhồi tiết diện nhỏ cho các công trình xây dựng khu vực nội thành HP

Nhiện vụ cụ thể:

- Tình hình địa chất khu vực nội thành Hải Phòng

- Tình hình xử lý nền móng các công trình xây dựng khu vực nội thành

HP

- Các công trình áp dụng cọc khoan nhồi khu vực nội thành HP

- Đánh giá hiệu quả xử lý nền móng cọc khoan nhồi khu vực nội thành

HP

- Quy hoạch phát triển kinh tế - xã hội HP giai đoạn tới

- Quy hoạch xây dựng khu vực nội thành giai đoạn tới

- Yêu cầu nền móng của các công trình xây dựng khu vực nội thành

- Sức chịu tải của cọc khoan nhồi tiết diện nhỏ khu vực nội thành

- Khuyến nghị ứng dụng móng cọc khoan nhồi tiết diện nhỏ cho các công trình khu vực nội thành HP

4 Phương pháp nghiên cứu

Tổng hợp các nghiên cứu, thí nghiệm về địa chất khu vực nội thành Hải Phòng Các biện pháp xử lý nền móng các công trình tại khu vực nội thành Hải

Trang 18

Phòng Từ đó đánh giá hiệu quả xử lý nền móng theo các phương pháp đã được dùng từ trước đến nay, đánh giá hiệu quả xử lý nền móng bằng phương pháp móng cọc nhồi

Khảo sát địa chất các công trình khu vực nội thành, yêu cầu nền móng đối với các khu vực nội thành Hải Phòng Đánh giá sức chịu tải, tính thực tiễn, kinh tế, điều kiện thi công đối với cọc khoan nhồi tiết diện nhỏ tại khu vực nội thành Hải Phòng

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

- Ý nghĩa khoa học của đề tài:

Hệ thống hóa cơ sở, phương pháp tính toán cho cọc khoan nhồi nói chung và cọc khoan nhồi đường kính nhỏ nói riêng ứng dụng trong nội thành Hải Phòng

- Ý nghĩa thực tiễn của đề tài:

Đánh giá khả năng chịu lực của cọc khoan nhồi đường kính nhỏ và đưa ra phương án sử dụng hợp lý cho mỗi khu vực

6 Nội dung nghiên cứu

Ngoài phần Mở đầu, Kết luận, Kiến nghị và tài liệu tham khảo, nội dung của luận văn gồm 3 chương:

Chương 1 Tổng quan về cọc khoan nhồi, công nghệ thi công và điều kiện

áp dụng hợp lý cọc khoan nhồi

Chương 2 Hiện trạng ứng dụng cọc khoan nhồi trong xử lý nền mong cac

cong trinh xay dựng khu vực nội thành hải phòng

Chương 3 Đề xuất ứng dụng cọc khoan nhồi tiết diện nhỏ cho các

công trình xây dựng khu vực nội thành Hải Phòng

Trang 19

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CỌC KHOAN NHỒI, CÔNG NGHỆ

THI CÔNG VÀ ĐIỀU KIỆN ÁP DỤNG HỢP LÝ CỌC KHOAN NHỒI

1.1 Khái niệm chung về cọc khoan nhồi và công nghệ thi công

Cọc nhồi là cọc được đổ tại chổ trong các hố khoan hoặc hố tạo bằng cách

đóng ống thiết bị

Trong qúa trình sử dụng, nhiều công nghệ thi công thích hợp đã được áp

dụng nhằm nâng cao sức mang tải của cọc nhồi và làm giảm đáng kể giá thành của

móng Có thể kể ra đây các bước phát triển sau:

+ Cọc khoan nhồi: là cọc nhồi mà lỗ cọc được thi công bằng các phương

pháp khoan khác nhau như khoan gầu, khoan rửa ngược,

+ Cọc khoan nhồi mở rộng đáy : là cọc khoan nhồi có đường kính đáy cọc

được mở rộng lớn hơn đường kính thân cọc Sức mang tải của cọc này sẽ tăng hơn

chừng 5-10% do tăng sức mang tải đằng mũi

+ Cọc barret: là cọc nhồi nhưng có tiết diện không tròn với các hình dạng

khác nhau như chữ nhật, chữ thập, chữ I, chữ H, và được tạo lỗ bằng gầu ngoặm

Sức mang tải của cọc này có thể tăng lên tới 30% do tăng sức mang tải bên

+ Cọc khoan nhồi có xói rửa và bơm vữa xi măng gia cường đáy: là cọc

khoan nhồi có áp dụng công nghệ rửa sạch đáy (bằng cách xói nước áp lực cao) và

bơm vữa xi măng gia cường đáy (cũng với áp lực cao) Đây là bước phát triển gần

đây nhất trong công nghệ thi công cọc nhồi nhằm làm tăng đột biến sức mang tải

của cọc nhồi (có thể tới 200-300%), cho phép sử dụng tối đa độ bền của vật liệu bê

tông cọc

Hiện nay, theo kích thước đường kính cọc người ta gọi cọc lớn khi đường

kính cọc lớn hơn 76 cm, cọc nhỏ khi đường kính cọc từ 30 đến 76 cm

Các công đoạn chính thi công cọc nhồi bao gồm:

+ Tạo lỗ cọc: có thể bằng khoan, đào;

+ Rửa làm sạch đáy cọc;

+ Lắp dựng cốt thép;

Trang 20

+ Kiểm tra và rửa lại đáy cọc (nếu cần);

- Có khả năng tận dụng hết khả năng làm việc của cọc, giảm số cọc trong móng và có thể bố trí cốt thép phù hợp với khả năng chịu lực dễ dàng hơn

- Cho phép kiểm tra trực tiếp các lớp đất lấy mẫu từ các lớp đất đào lên, có thể đánh giá chính xác điều kiện đất nền, khả năng chịu lực của đất nền dưới đáy lỗ khoan

- Cho phép chế tạo cọc có đường kính lớn và độ sâu lớn, phù hợp với các công trình cầu lớn

- Không gây tiếng ồn và tác động đến đô thị, phù hợp để xây dựng các công trình lớn trong đô thị

- Do công tác thi công cọc tại chỗ, nên dễ xảy ra các khuyết tật ảnh hưởng

Trang 21

+ Lỗ khoan nghiêng lệch, sụt vách lỗ khoan

+ Bê tông đổ thân cọc dễ không đồng nhất và phân tầng

- Quá trình thi công cọc khoan nhồi là tại công trường ngoài trời nên phụ thuộc nhiều vào thời tiết như mưa bão…, mặt khác nó cũng dễ bị lầy lội ảnh hưởng trực tiếp đến môi trường

- Chi phí kiểm tra thí nghiệm với cọc khoan nhồi khá tốn kém

1.1.2 Phương pháp thi công cọc khoan nhồi

Hiện nay có 3 cách thi công cọc nhồi:

- Thi công trong hố có ống chống vách và ống này sẽ được rút ra khỏi đất

- Thi công trong hố có ống chống vách và ống này để lại trong đất không được rút ra

- Thi công trong hố khoan không có ống chống vách

1) Cọc Straux

Là loại cọc nhồi do kỹ sư Straux đề xuất năm 1899 Để thi công loại cọc Straux người ta tạo hố khoan có ống chống vách với đường kính 30 40cm Sau khi khoan đến độ sâu thiết kế người ta tiến hành vét sạch hố khoan rồi đổ một mẻ

bê tông vào ống chống vách Mẻ bê tông đổ vào phải tạo thành ở trong ống một lớp cao đến 1m Dùng đầm để đầm bê tông và từ từ rút ống lên Khi rút ống lên phải chú ý là lớp bê tông còn lại trong ống chống vách phảI không bé hơn 30  40cm để cho thân cọc khỏi bị phân đoạn Sau đó đổ mẻ bê tông tiếp theo và công việc lại tiếp tục như vậy

2) Cọc đầm nhanh

Để thi công cọc đầm nhanh, người ta đóng ống chống vách bằng thép xuống đất Loại ống này có đường kính 35  42cm được bít kín phía dưới bằng đế gang

Trang 22

Để nước ngầm khỏi chảy vào ống người ta dùng vòng đệm dày 12mm để lót giữa ống và đế Sau đó đóng ống thiết bị đến chiều sâu thiết kế, kiểm tra xem nước có vào ống không rồi hạ khung cốt thép vào, khung cốt thép gồm 6  8 thanh 18 với đai xoắn 6 Đổ bêtông M200 vào ống vách đến 1/3  1/2 chiều cao ống Phần trên của ống vách được gắn một bộ phận bằng thép nhằm làm chỗ đóng để rút ống lên Muốn rút ống lên người ta đóng vào bộ phận thép đó mấy nhát xuống rồi lại đóng mấy nhát theo chiều ngược lại Khi đóng như vậy ống thiết bị được hạ xuống rồi nâng lên, sau mỗi đợt đóng xuống rồi đóng lên như vậy ống được nâng lên 2  2,5cm, sau khi nâng ống chống vách lên được 1/4 chiều dài của nó thì đổ

mẻ bêtông thứ hai và quá trình được lặp lại như vậy Búa được dùng ở đây là loại búa máy có thể thực hiện 60  80 nhát đập/ 1 phút

3) Cọc Franki

Dùng ống thiết bị đóng xuống đất đến độ sâu thiết kế Đổ bê tông vào ống đến độ cao 0,8 1m hạ búa vào trong ống và đóng mạnh làm bê tông nén vào đất tạo thành đế mở rộng Sau đó đặt khung cốt thép vào và đổ bê tông rồi đầm bằng búa, đồng thời rút ống lên Vì đất quanh thân cọc được nén chặt nên đường kính cọc tăng 10 20% so với đường kính ống thiết bị

4) Cọc Raimond

Đây là loại cọc nhồi có vỏ thép để lại trong đất được các công ty xây dựng của Mỹ sử dụng Ở đây vai trò của ống thiết bị được thay thế bởi vỏ thép rất mỏng dạng hình nón được tăng độ cứng bằng các sườn hình sang và cốt xoắn Vỏ bao gồm nhiều đoạn được lồng vào nhau, ở giữa có lõi bằng gỗ Lõi gỗ có đường kính lớn hơn đường kính của đoạn vỏ dưới cùng Dùng búa đóng lõi gỗ xuống đất, các đoạn vỏ sẽ nối tiếp nhau xuống theo Khi đạt đến độ sâu thiết kế, nhổ lõi gỗ ra, bỏ khung cốt thép vào và tiến hành nhồi bê tông

1.2 Tổng quan về cọc khoan nhồi đường kính nhỏ

Cọc khoan nhồi đường kính nhỏ được thi công bằng cách khoan một lỗ khoan, đặt cốt thép vào và đổ vữa vào hố khoan như minh họa trong Hình 1.1

Trang 23

Hình 1.1: Trình tự thi công cọc khoan nhồi đường kính nhỏ Cọc khoan nhồi đường kính nhỏ có thể chịu được tải trọng dọc trục và tải trọng ngang, nó có thể được xem là cọc thay thế cho các cọc truyền thống hoặc như là một thành phần trong nền đất hỗn hợp tùy thuộc vào khái niệm thiết kế được ứng dụng Các cọc khoan nhồi đường kính nhỏ được thi công bằng nhiều phương pháp, ít gây ảnh hưởng đối với các kết cấu xung quanh, đối với đất và môi trường Các cọc này có thể được thi công trong điều kiện môi trường hạn chế ra vào và trong tất cả các loại đất cũng như tất cả các điều kiện địa chất

Do quy trình thi công gây ra rung chấn, độ ồn tối thiểu và có thể được ứng dụng với các điều kiện thông khoảng thấp, nên cọc khoan nhồi đường kính nhỏ thường được sử dụng để xử lý, gia cố móng các kết cấu hiện có Thiết bị khoan chuyên dụng thường được sử dụng để lắp dựng thi công cọc khoan nhồi đường kính nhỏ trong các công trình tầng hầm, móng hiện có

1.2.1 Ưu, nhược điểm của cọc khoan nhồi đường kính nhỏ

Ưu điểm:

- Sử dụng tốt trong điều kiện chật hẹp

Trang 24

- Chịu được tải trọng lớn từ 3 – 500 tấn

- Hàm lượng cốt thép từ 3% - 8% do đó có thể chịu được tải trọng ngang tốt hơn cọc bê tông thông thường

- Có thể thi công trong mọi loại đất nền

- Có thể gia cường móng theo nhiều cách khác nhau

1.2.2 Phạm vi áp dụng của cọc khoan nhồi đường kính nhỏ

- Gia cường móng công trình cũ, làm móng mới, chịu tải trọng ngang

- Ổn định mái dốc

- Gia tăng sức chịu tải của nền, giảm độ lún của nền

- Ổn định kết cấu

1.2.3 Phân loại cọc khoan nhồi đường kính nhỏ

Cọc khoan nhồi đường kính nhỏ được phân loại dựa trên hai tiêu chí: Phương pháp thiết kế và phương pháp đổ bê tông

a Phân loại theo phương pháp thiết kế

Loại 1: Là các cọc được chất tải trực tiếp và tại những nơi mà cốt thép cọc chịu được đa số các tải trọng áp dụng (Hình 1.2) Có thể được sử dụng để thay thế nhiều loại cọc truyền thống để truyền tải trọng kết cấu sang một địa tầng ổn định hoặc có đủ khả năng chịu tải hơn, sâu hơn, phù hợp hơn Các cọc này được thiết kế hoạt động đơn lẻ, mặc dù có thể thi công thành các nhóm cọc Phương pháp bố trí các cọc loại 1 được mô tả trong Hình 1.4

Loại 2: Các chi tiết cọc khoan nhồi đường kính nhỏ loại 2 giới hạn và gia cố bên trong lớp đất, tạo thành một khối đất được gia cố mà có thể chịu được tải trọng ứng dụng (Hình 1.3) Đó gọi là mạng lưới cọc dạng lưới Tải trọng kết cấu được ứng dụng với toàn bộ khối đất gia cố, như đối với các cọc đơn Cọc khoan nhồi

Trang 25

đường kính nhỏ loại 2 được gia cố nhẹ, do các cọc này không phải chịu tải trọng đơn lẻ như các cọc loại 1 Mạng lưới điển hình của cọc khoan nhồi đường kính nhỏ dạng mắt lưới được minh họa trong Hình 1.5

Hình 1.2: Cọc siêu nhỏ loại 1- Cọc chịu tải trực tiếp

Hình 1.3: Cọc khoan nhồi đường kính nhỏ loại 2– Mạng lưới cọc dạng lưới với

khối đất gia cố được chất tải hoặc được kết hợp

Trang 26

Hình 1.4: Bố trí cọc khoan nhồi đường kính nhỏ

b Phân loại theo phương pháp đổ bê tông

Phương pháp đổ vữa cọc có ảnh hưởng rất lớn đến khả năng chịu tải của liên kết vữa/đất Khả năng chịu tải của liên kết vữa/đất thay đổi trực tiếp với phương pháp đổ vữa Phần thứ hai của phân loại cọc mini bao gồm cách đặt tên theo chữ cái (từ A đến D), chủ yếu dựa trên phương pháp thay thế và tạo ra áp lực trong quá trình sử dụng vữa để thi công cọc Việc sử dụng ống vách và cốt thép đã xác định

rõ các phương pháp phân loại cọc khoan nhồi đường kính nhỏ Phương pháp phân loại được thể hiện bằng sơ đồ trong Hình 1.6

Loại A: Loại A thể hiện là loại vữa chỉ được đổ trong cột nước trọng lực Vữa

xi măng-cát, cũng như vữa xi măng thuần túy, cũng có thể được sử dụng, bởi vì cột vữa không bị tạo áp Hố khoan cọc có thể được khoét rộng bên dưới để tăng khả năng chịu kéo, mặc dù kỹ thuật này cũng không thông dụng hoặc không được sử dụng đối với các loại cọc khác

Loại B: Loại B thể hiện là vữa xi măng thuần túy được đổ vào hố khoan dưới áp lực khi rút ống vách tạm thời bằng thép lên Áp lực phun vữa nằm trong khoảng từ 0,5 đến 1 MPa, và được giới hạn để tránh phun nước dưới áp lực cao đối với nền đất xung quanh hoặc gây ra việc đổ quá nhiều vữa, và để giữ làm kín xung quanh ống vách trong quá trình rút ống vách lên, tại những vị trí có thể

Loại C: Loại C thể hiện quá trình đổ vữa gồm hai bước: 1) Đổ vữa xi măng thuần túy dưới cột nước trọng lực như đối với Loại A và 2) Trước khi lớp vữa đầu tiên đông cứng (sau khoảng 15-25 phút), tiến hành đổ cùng một loại vữa đó thêm

Trang 27

lần nữa bằng ống lồng đổ vữa mà không cần dùng đến thiết bị nén vữa (tại giao diện vùng liên kết) ở mức áp suất thấp nhất là 1 MPa Loại cọc này chỉ được sử

dụng tại Pháp và được gọi là IGU (Injection Globale et Unitaire)

Hình 1.5: Phân loại cọc dựa trên phương pháp đổ bê tông Loại D: Loại D thể hiện quá trình đổ vữa gồm hai bước như đối với Loại C, trong đó có điều chỉnh bước 2 khác chút Vữa xi măng thuần túy được đổ dưới cột nước trọng lực như đối với loại A và C và có thể được tạo áp như Loại B Sau khi lớp vữa đầu tiên đông cứng, tiến hành đổ thêm vữa thông qua ống lồng đổ vữa với

áp lực trong khoảng 2-8 MPa Có thể sử dụng thiết bị nén vữa bên trong ống lồng

để các lớp vữa được xử lý qua lại một vài lần, nếu có yêu cầu Loại cọc này được

sử dụng rộng rãi trên thế giới và ở Pháp được gọi là IRS (Injection RepCtitiveet Selective)

1.3 Kỹ thuật xây dựng và vật liệu

Việc xây dựng móng cọc khoan nhồi đường kính nhỏ liên quan đến sự thành công của các quy trình, trong đó công tác khoan, đặt cốt thép và đổ vữa là quan trọng nhất Có nhiều hệ thống khoan sẵn có dành cho đá phủ và đá, và nhiều hệ thống được sử dụng cho xây dựng móng cọc khoan nhồi đường kính nhỏ Nói

Trang 28

chung , thiết bị khoan và đổ vữa và các kỹ thuật được sử dụng đối với việc xây dựng móng cọc khoan nhồi đường kính nhỏ là tương tự như các kỹ thuật được sử dụng để lắp đặt cọc đóng vào đất, neo tiếp đất và hố để đổ vữa

1.3.1 Các thiết bị khoan

Thiết bị khoan chủ yếu được sử dụng là khoan thủy lực (điện hoặc diezen) cho phép thi công tiện dụng trên địa hình dốc hoặc khó khăn Cỡ của khoan có thể là rất khác nhau như trong Hình 1.7, với các khoan cỡ lớn hơn cho phép việc sử dụng các phần dài của cần khoan và đổ bê tông ở các điều kiện độ cao, trên không và khoan nhỏ cho phép làm việc ở các độ cao thấp hơn và khó tới hơn Trụ khoan có thể được lắp dựng trên một khung, cho phép làm việc trong một khu vực trên không thấp và tiếp cận hạn chế như là xây dựng các tầng hầm Một khung khoan được dựng, có thể được nối với vòi phun dài tới một đơn vị máy chạy điện thủy lực tách rời Điều này cho phép việc đặt thiết bị điện bên ngoài khu vực làm việc, giảm các yêu cầu về diện tích, tiếng ồn trong khu vực làm việc và các vấn đề về xả chất thải Khung khoan có thể được di chuyển và đỡ bởi một xe nâng hoặc di chuyển bằng tay bằng dây tời và đỡ do bắt vít vào một nền bê tông hoặc chân cầu hoặc giằng từ trần hoặc mặt vòm của cầu

đá và đất kết dính, hố khoan có thể cần chống đỡ tạm thời cho toàn bộ chiều dài, ví

dụ, thông qua việc sử dụng ống chống tạm thời và dung dịch khoan phù hợp Nếu vật liệu tự đỡ có trong toàn bộ chiều sâu của móng cọc, hố khoan có thể được hình thành bằng cách mở các hố kỹ thuật,ví dụ, không cần các hố khoan tạm thời bằng

Trang 29

ống chống khoan hoặc tay quay đầu khoan ngắn

Hình1.6: Một số thiết bị khoan thủy lực Một phương pháp khoan khác có thể được sử dụng trước hết để xuyên qua cấu trúc hiện tại Các kỹ thuật khoan lõi bê tông có thể được sử dụng để cung cấp một hố rộng ngoại cỡ trong các phiến đá và móng hiện có, và cho phép thân khoan tiếp theo xuyên qua Trong một số trường hợp, các phương pháp khoan đá thông thường có liên quan đến các kỹ thuật xoay đập có thể được sử dụng để xuyên qua các chân móng hoặc các cấu trúc với cốt thép nhẹ

Nước là một công cụ thông dụng nhất để làm sạch và xối hố móng trong khi khoan, tiếp theo là không khí, bùn lỏng và bọt Phải lưu ý khi sử dụng luồng không khí để tránh phun không khí vào nền đất xung quanh, gây ra nứt và trương

nở đất Việc sử dụng bùn nhão bentonit và các hố khoan ngập nước nói chung sẽ làm yếu khả năng kết dính của nền /vữa do tạo ra một lớp vỏ đất sét trên bề mặt

Trang 30

1.3.3 Các kỹ thuật Khoan qua lớp đá

Trên thế giới hiện nay về cơ bản có sáu phương pháp chung được sử dụng trong lĩnh vực xây dựng kỹ thuật địa chất đặc biệt (ví dụ, các đường kính nhỏ hơn

300 mm, độ sâu nhỏ hơn 60 m) Sau đây là giới thiệu tóm tắt về sáu phương pháp này Sáu phương pháp này được thể hiện một cách đơn giản trong Hình 1.7

Phun rửa bên ngoài bằng ống đơn (rửa hố khoan): Bằng phương pháp này, mũi của ống chống khoan được lắp vừa với một mũi khoan hoặc một vòng mở, và ống chống được nâng lên nền bằng xoay đầu khoan Nước xối được bơm liên tục qua ống chống, rửa sạch những vết còn lại ra khỏi vòng

Hình 1.7: Các phương pháp khoan tầng đá (Bruce, 1988)

Xoay hai chiều : Với kỹ thuật xoay hai chiều, cần khoan với mũi khoan phù

hợp được đặt bên trong ống chống khoan Nó được gắn liền với cùng một đầu xoay như ống chống, cho phép dây ống chống và khoan kết hợp được xoay và tiến lên liên tục Dung dịch xối, thông thường là nước được bơm qua một đầu xuống thông qua cần khoan ở giữa từ các cổng phun của đầu khoan

Khoan đôi kiểu va đập (đồng tâm ): các hệ thống khoan đôi kiểu va đập là

một sự phát triển của các phương pháp xoay hai chiều khi mà các thanh khoan và ống chống va đập liên tục, xoay và tiến về phía trước Sự va đập được cung cấp do một đầu khoan va đập xoay chiều xoay từ bên trên Phương pháp này yêu cầu một đầu khoan có năng lượng va đập và xoay thực chất

Khoan đôi kiểu va đập (Lệch tâm hoặc mất vòng khuyên): Ban đầu được

xem như là một hệ thống khoan lớp đá lệch tâm (ODEX), phương pháp này liên

Trang 31

quan đến việc sử dụng khoan kiểu va đập kết hợp với một đầu khoan mở rộng lệch tâm Đầu khoan lệch tâm cắt phía dưới ống chống khoan, sau đó có thể được đẩy vào hố khoan ngoại cỡ với năng lượng xoay ít hơn nhiều hoặc lực chống đẩy cần

có phương pháp đồng tâm được yêu cầu như mô tả ở trên

Đầu mũi khoan đôi : Với phương pháp đầu mũi khoan đôi, sự phát triển một

kỹ thuật xoay hai chiều tiêu chuẩn, các cán ống chống được xoay bằng các đầu mũi khoan riêng biệt dựng phía trên mũi khoan khác của cùng một giá trượt Những đầu mũi khoan này cung cấp lực xoắn mạnh nhưng có nhược điểm là tốc độ quay chậm Đặc điểm của xoay đối chiều là cải thiện độ thẳng của hố móng đáng kể, tăng cường khả năng xuyên, thậm chí thi công trong các điều kiện đất nền khó nhất

Mũi khoan cán nông: Mũi khoan cán nông là hệ thống mũi khoan nhẹ liên

tục với lõi nông, tương tự như những mũi khoan được sử dụng trong khoan móng cọc hoặc đối với khảo sát nền móng Những cọc này được lắp ráp bởi các đầu khoan xoay Khi khoan xuống, lõi nông sát với nắp của mũi khoan Khi hố móng

đã được khoan tới độ sâu, nắp bị bong ra hoặc bị nổ bởi áp suất đổ vữa, cho phép

hố móng được hình thành khi rút mũi khoan lên Mũi khoan như vậy được sử dụng chủ yếu để khoan những vật liệu kết dính hoặc các loại đá rất mềm

1.3.4 Các kỹ thuật khoan hố mở

Khi móng cọc siêu nhỏ được hình thành trong điều kiện ổn định và không

có giá đỡ, việc đóng ống chống có thể được dừng lại và hố móng được tiếp tục khoan tới một độ sâu cuối cùng bởi các kỹ thuật khoan hố mở Các kỹ thuật khoan hố mở có thể được phân loại như sau :

Khoan xoay va đập : Đặc biệt đối với các loại đất đá có độ nén cao, các kỹ thuật

khoan xoay va đập dùng dẫn động phía trên hoặc các búa tạo hố cọc phía dưới được sử dụng Đối với các hố móng có đường kính nhỏ, kỹ thuật sử dụng các cọc siêu nhỏ có hố cọc phía dưới là kinh tế và thông dụng nhất Hỗn hợp khí, nước hoặc bọt khí được sử dụng để xối rửa

Mũi khoan xuyên liên tục lõi cứng: Trong tầng đất đá cứng, đất sét rắn và trong

Trang 32

một số tầng đá yếu, có thể thực hiện khoan với một mũi khoan liên tục Các kỹ thuật khoan như vậy là nhanh, yên tĩnh và không cần có dụng cụ xối để chuyển các đất đá đào lên đi Có thể có rủi ro về giảm sức ép thành bên hoặc tường đắp, mặt tiếp xúc bị bẩn hoặc là có thể có ảnh hưởng bất lợi tới kết dính đất/ vữa

Mở rộng hố khoan: Các thiết bị khác nhau đã được triển khai để mở rộng các hố

móng mở trong đất dính và các trầm tích mềm, đặc biệt khi các móng cọc là để chịu kéo (ví dụ như các cọc truyền phát) Những công cụ này có thể được kích hoạt

về mặt cơ khí hoặc thủy lực và sẽ làm mở rộng hoặc cắt và mài mòn hố khoan đơn hoặc nhiều hố khoan

1.3.5 Đổ vữa

Các hoạt động đổ vữa có một ảnh hưởng lớn đến khả năng chịu lực của cọc siêu nhỏ và tạo nên sự phân loại cơ bản cốt lõi nhất cho các loại cọc siêu nhỏ Các chi tiết của mỗi dạng thao tác đổ vữa trên thế giới là khác nhau, phụ thuộc vào xuất xứ của việc thực hiện và chất lượng của các nguồn nguyên liệu địa phương Tuy nhiên, như đã quan sát chung, có thể ghi nhận rằng:

- Việc đổ vữa được thiết kế để cung cấp độ bền và ổn định cao, nhưng cũng phải bơm được Như được chỉ ra trong Hình 1.9, điều này nói đến các tỷ lệ nước /xi măng cơ bản trong phạm vi từ 0,40 tới 0,50 theo trọng lượng đổ vữa của cọc siêu nhỏ

- Vữa được tạo ra bằng nước có thể uống được, để giảm bớt nguy hiểm do cốt thép bị ăn mòn

- Dạng xi măng phù hợp được sử dụng và được cung cấp dưới dạng túi hoặc

là dạng khối phụ thuộc vào điều kiện công trình, qui mô công việc và sự sẵn có nguyên liệu ở địa phương, chi phí

- Nước xi măng nguyên chất trộn vữa được sử dụng thông thường nhất, mặc

dù cát cũng là một phụ gia thông dụng ở nhiều nước Bentonite được sử dụng trong các hỗn hợp ban đầu với sự thận trọng đặc biệt trong khi các chất phụ gia chỉ được giới hạn cho các điều kiện để cải thiện tính có thể bơm được trong khoảng cách xa và điều kiện nóng (ví dụ giảm bớt nước trong diện rộng)

Trang 33

- Thiết kế lực nén từ 28 tới 35 MPa có thể đạt được một mức phù hợp khi tạo hỗn hợp xi măng, vữa đúng mức

Hình 1.8:Ảnh hưởng của thành phần nước lên độ bền nén của vữa và tính chất

của dòng chảy (Barley và Woodward, 1992) Điều quan trọng thiết yếu của thao tác đổ vữa là trên thực tế, nơi đổ vữa được yêu cầu phục vụ cho một số mục đích:

- Chuyển tải trọng áp đặt giữa cốt thép và nền xung quanh

- Có thể hình thành phần chịu lực cắt chéo của cọc

- Phục vụ bảo vệ cốt thép khỏi bị ăn mòn

- Tác dụng có thể kéo dài các giới hạn của hố khoan bằng thẩm thấu, đầm nén và/ hoặc mạng đường nứt

Việc đổ vữa , do đó , cần phải có các đặc tính phù hợp về tính lỏng, lực, độ

ổn định , và độ bền Sự cần thiết tính lưu động của vữa có thể dẫn đến việc tăng thành phần nước một cách sai lầm; điều này có một ảnh hưởng tiêu cực lên ba đặc tính khác Tất cả các yếu tố ảnh hưởng tới độ lỏng của vữa và các đặc tính nêu trên, tỉ lệ nước /xi măng là cơ bản Việc đổ vữa là một thành phần chính yếu của cọc khoan nhồi đường kính nhỏ, phải chú ý cẩn thận tới sự điều khiển và chất

Trang 34

lượng của sản phẩm

1.3.6 Cốt thép

Số lượng của cốt thép được đặt ra trong cọc khoan nhồi đường kính nhỏ được quyết định bởi tải trọng đỡ và độ cứng được yêu cầu với giới hạn của sự chuyển vị đàn hồi Cốt thép có thể được bao gồm với thanh cốt thép đơn, một nhóm thanh cốt thép đơn, một đường ống chống bằng thép hoặc thép có cấu trúc tròn

Các thanh cốt thép: Chuẩn mực cốt thép (Bảng 1.1); phù hợp với chuẩn ASTM A61 YAASHTO M3l và ASTM A706, với độ bền hiệu suất của 420 và 520 MPa, điển hình được sử dụng Thanh có đường kính từ 25 mm tới 63 mm Một thanh đơn được sử dụng là điển hình, nhưng một nhóm thanh cũng có thể sử dụng Đối với một nhóm, các thanh đơn lẻ có thể được tách rời bằng việc sử dụng của các vòng đệm hoặc nối vào cốt thép xoắn ốc, để cung cấp diện tích đổ vữa chảy giữa các thanh và đảm bảo liên kết phù hợp các thanh và vữa như Hình 1.10 Hoặc các thanh có thể được bó lại, tạo thành một độ dài phù hợp đối với bó thanh được cung cấp

Đối với các điều kiện trần thấp khi việc thay thế các thanh có toàn bộ chiều dài là không khả thi, các nối ghép kỹ thuật có thể được sử dụng

Hình 1.9: Các thanh cốt thép với thanh định vị Bảng 1.1: Các kích thước, độ bền uốn, độ bền cơ bản của các thanh cốt thép

chuẩn

Trang 35

Mác 420 Mác 520 Đường kính

(mm) 25 29 32 36 43 57 36 43 57 63

Diện tích

(mm2) 510 645 819 1006 1452 2581 1006 1452 2581 3168 Giới hạn chảy

(kN) 211 267 339 416 600 1068 520 751 1334 1742 Giới hạn bền

(kN) 316 400 508 624 901 1601 690 997 1770 2168

*Ghi chú :

1 Mác cốt thép 420 tạo nên dự ứng lực fy= 420 MPa và lực kéo fu = 620 MPa

2 Mác cốt thép 520 tạo nên dự ứng lực fy=520 MPa và lực kéo fu = 690 MPa

3 Thanh khía ren DSI 63 mm có cường độ chịu uốn tối thiểu fy= 550 MPa

Các thanh thép ren liên tục: Thanh cốt thép có một độ dài ren liên tục, như là hệ thống thanh khía ren chuẩn mực quốc tế (DSI) hay thanh khía ren Williams All

Hệ thống thanh khía ren DSI cũng được gọi là cọc GEWI (Hình 1.11), là một lựa chọn thông dụng trên toàn thế giới cho cốt thép cọc khoan nhồi đường kính nhỏ Thanh có một khoảng cách thô, liên tục có gờ ren cuốn vào trong khi sản xuất Thép có đường kính từ 19 mm đến 63 mm sẵn có phù hợp với ASTM A615/AASHTO M 31, với độ bền uốn là 420,520, và 550 MPa Loạt cỡ từ 44

mm tới 63.5 mm được sử dụng thường xuyên nhất Độ bền lớn hơn, lực của các thanh thép phù hợp với ASTM A722/AASHTO M 275 với độ bền cơ bản là 1,035 MPa cũng sẵn có , với các đường kính từ 26,32 và 36 mm

Hình 1.10: Các chi tiết của thanh ren liên tục Dywidag (DSI, 1993) Các Thanh khía ren Williams sẵn có các loại thép đường kính từ 20 mm tới

53 mm phù hợp với ASTM A615/AASHTO M 31 và thép từ 26 mm tới 45 mm

Trang 36

phù hợp với ASTM A722/AASHTO M 275 , với độ bền cơ bản là 1,035 MPa Thanh có ren tinh xảo hơn thanh Dywidag

Ren trên các thanh không chỉ đảm bảo gắn kết vữa vào thép mà còn cho phép thanh được cắt tại bất kỳ điểm nào và nối với một bộ nối để phục hồi toàn bộ lực nén/ kéo

Các thanh thép ren lõi nông liên tục: Cốt thép với thanh có một lõi nông và đường ren liên tục bao gồm các thanh cán tròn Dwyidag (Dạng MAI), Ischebeck Titan và Chance IBO Các dạng thanh này có các ưu điểm là rãnh ren liên tục và lõi nông cho phép thanh được sử dụng để khoan hố móng Một đầu khoan được lắp dựng trên đầu thanh và thanh được khoan cùng với vòi phun vữa tới đầu mũi khoan thông qua lõi nông của thanh Như một sự lựa chọn một vòi phun khí hoặc nước có thể được sử dụng , với việc đổ vữa được tiến hành thông qua thanh sau khi khoan tới độ sâu cuối cùng

Việc ren liên tục cho phép thanh được cắt theo chiều dài và kết hợp cho phép sử dụng một đai ốc sáu cạnh nối với đỉnh hố móng Hạn chế chính của dạng này là cốt thép có giá cao hơn

Đường ống chống bằng thép : Với xu hướng các cọc khoan nhồi đường kính nhỏ có thể đỡ tải lớn hơn với chuyển vị nhỏ và đối với các yêu cầu để chống đỡ các tải phía bên, đường ống cốt thép đã trở nên thông dụng hơn (Hình 1.12) Đường ống cốt thép có thể cung cấp các phần thép lớn để đỡ tải trọng lớn và góp phần làm móng cọc chắc chắn, trong khi tạo ra mặt cắt lớn hơn và tính năng uốn phù hợp để chống đỡ tải ở phía bên

Đường ống cốt thép được đặt hoặc bằng cách sử dụng ống chống khoan như

là cốt thép vĩnh viễn, hoặc bằng cách đặt đường ống vĩnh viễn có đường kính nhỏ hơn bên trong ống chống khoan Việc sử dụng ống chống khoan đối với toàn bộ chiều dài cốt thép là cơ bản chỉ sử dụng đối với các cọc khoan nhồi đường kính nhỏ đóng trong đá, khi mà việc rút ống chống đối với áp suất đổ vữa là không cần thiết [20]

Trang 37

Hình 1.11: Ống chống bằng thép [20]

Đường ống có các cỡ điển hình được dùng trong xây dựng các cọc khoan nhồi đường kính nhỏ bằng sắt sẵn có phù hợp với ASTM A53, A519, A252 và A106 với một cường độ điển hình là 241Mpa Các nhược điểm chính khi sử dụng các loại đường ống này là cường độ tương đối thấp và đơn giá mỗi mét ống rất cao

Ống chống API 5CT hoặc 5L (N-80) có thể được sử dụng Cường độ cao

551 MPa hỗ trợ phần lớn khả năng đỡ tải trọng của cọc khoan nhồi đường kính nhỏ

và nâng cao độ bền của các mối nối ren được gắn theo cấu trúc vào vách đường ống Các kích thước đường ống và độ bền tạo ra đối với các loại thép khác nhau được thể hiện trong Bảng 1.2

Bảng 1.2: Các kích thước và cường độ của các dạng, cỡ cọc khoan nhồi đường

kính nhỏ thông dụng API N-80 – Cỡ cọc thông dụng Đường kính ống casing OD (mm) 139,7 177,8 177,8 244,5

Độ dày thép (mm) 9,17 12,65 18,54 11,99 Diện tích (mm 2 ) 3760 6563 9276 8756 Cường độ uốn (kN) 2075 3619 5117 4829

ASTM A519, A106 – Cỡ cọc thông dụng Đường kính ống casing OD (mm) 141,3 168,3 203,2 273,1

Độ dày thép (mm) 12,7 12,7 12,74 15,9 Diện tích (mm 2

) 5128 6204 8230 12820

Trang 38

Cường độ uốn (kN) 1919 2319 3075 4794

Ghi chú :

1 Đường kính bên ngoài của ống chống (OD) và độ dày của vách (t)

là các kích thước định danh

2 Diện tích thép được tính là As= (/4) x (OD2 – ID2)

3 Ứng suất đàn hồi danh định đối với thép API N-80 là Fy = 551 MPa

4 Ứng suất đàn hồi danh định đối với thép ASTM A519 & A106 là

Fy= 241 MPa

5 Các cỡ đường ống khác được sản xuất nhưng có thể không sẵn có Kiểm tra khả năng thông qua nhà cung cấp

1.4 Xác định mức chịu tải của cọc

Móng cọc là một loại móng sâu, thường dùng khi tải trọng công trình lớn hoặc lớp đất tốt nằm sâu dưới lòng đất Móng cọc gồm có cọc và đài cọc, trong đó cọc là bộ phận chính có tác dụng truyền tải trọng từ công trình lên tầng đất dưới mũi cọc và các lớp đất xung quanh cọc Đài cọc là bộ phận liên kết các cọc thành một khối

Sức chịu tải của cọc dưới đáy móng có thể là chịu nén dọc trục hay chịu tải trọng ngang hoặc chịu đồng thời cả hai loại tải trọng dọc trục và ngang

Sức chịu tải của cọc được phân thành hai loại:

1 Sức chịu tải theo vật liệu;

2 Sức chịu tải theo nền đất;

Về phương diện sức chịu tải theo vật liệu thì sức chịu tải cực hạn được tính toán dựa trên sức chịu tải cực hạn của vật liệu

Về phương diện sức chịu tải của cọc theo đất nền, cọc được sử dụng để truyền tải trọng từ kết cấu bên trên xuống nền theo sức kháng bên và sức kháng mũi cọc

Sức chịu tải cực hạn là tải trọng mà tại đó vật liệu hoặc đất nền bị phá hoại và được lấy giá trị nhỏ nhất của giá trị sức chịu tải theo vật liệu và theo đất nền

Trang 39

Qu = Min (Quvl , Quđn) (1) Phương trình tổng quát về sức chịu tải của cọc:

Qu = Qf + Qp (2) Trong đó: là sức kháng bên;

Qf = u∑fi∆Zi là sức kháng bên;

Qp = qpAc là sức kháng mũi;

u: Chu vi tiết diện thân cọc;

fi: Ma sát bên đơn vị cực hạn của cọc;

∆Zi: Chiều dài đoạn phân tố cọc mà trên đó fi là hằng số;

Ac: Tiết diện ngang mũi cọc;

Nếu cọc chịu nhổ (chịu kéo) không mở rộng chân thì Ac = 0; còn mở rộng chân thì Ac = diện tích phần mở rộng tiếp xúc với đất

Trong quá trình làm việc của cọc đôi khi còn xảy ra hiện tượng ma sát âm do đất xung quanh cọc lún nhiều hơn cọc

Nhiều nghiên cứu cho thấy sức kháng bên đạt cực hạn rất nhanh và sức kháng mũi đạt cực đại rất chậm

Trong khuôn khổ đề tài, tác giả tính toán trên cơ sở nguyên tắc gần đúng, đó

là bỏ qua sức chịu tải của lớp đất dưới đài cọc, coi toàn bộ tải công trình được cọc tiếp nhận

1.4.1 Sức chịu tải cho phép của vật liệu cọc

Qvl =  (m.Rn.Fb+Ra.Fa)

Trong đó:

 - Là hệ số làm việc của cọc trong đất có kể đến sự uốn dọc trục cọc, phụ thuộc vào tỉ số L/D;

m - Hệ số làm việc của bê tông cọc trong đất, lấy bằng 0,85 - 1,0;

Rn - Cường độ chịu nén của bê tông ( kg/m2 );

Ra - Cường độ của cốt thép dọc trục cọc ( kg/m2 );

Fn - Diện tích tiết diện bê tông ( m2 );

Fa - Diện tích cốt thép dọc trục cọc ( m2 );

Trang 40

1.4.2 Sức chịu tải cho phép của cọc theo đất nền

a) Phương pháp dự báo sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ lý của đất

1,2 Nếu sức chịu tải xác định bằng nén tĩnh cọc hiện trường;

1,25 Nếu sức chịu tải xác định theo kết quả thử động cọc có kể đến biến dạng đàn hồi của đất hoặc theo kết quả thử đất tại hiện trường bằng cọc mẫu;

1,4 Nếu sức chịu tải xác định bằng tính toán, theo kết quả thử động không kể đến biến dạng đàn hồi của đất;

1,4 (1,25) Đối với mố cầu đài thấp, cọc ma sát, cọc chống, còn khi ở đài cọc đài cao, khi cọc chống chỉ chịu tải trọng thẳng đứng, không phụ thuộc vào số lượng cọc trong móng;

Đối với đài cao hoặc đài thấp mà đáy của nó nằm trên đất có tính nén lớn và đối với cọc ma sát chịu tải trong nén, cũng như bất kỳ loại đài nào mà cọc treo, cọc chống chịu tải trọng nhỏ thì phụ thuộc vào số lượng cọc trong móng ta lấy Ktc như sau:

Móng có trên 21 cọc Ktc = 1,4 (1,25)

Từ 11 đến 20 cọc Ktc = 1,55 (1,4 )

Từ 06 đến 10 cọc Ktc = 1,65 (1,550 )

Từ 01 đến 05 cọc Ktc = 1,75 (1,6 )

Định dạng
Số trang	116
Dung lượng	2,14 MB