Nghiên cứu ứng dụng công nghệ cọc bê tông ly tâm ứng lực trước trong thi công công trình ngân hàng việt nam thương tín, tỉnh sóc trăng

Để khắc phục các hạn chế của cọc bê tông cốt thép thường thi ta sử dụng cọc bê tông ly tâm ứng suất trước vì có các ưu điểm: Bê tông được nén trước ở điều kiện khai thác phần bê tông khô

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

LÝ THANH TRUNG

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ CỌC BÊ TÔNG LY TÂM ỨNG LỰC TRƯỚC TRONG THI CÔNG CÔNG TRÌNH NGÂN HÀNG VIỆT NAM THƯƠNG TÍN, TỈNH SÓC TRĂNG

Chuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

Mã số: 60 – 58 – 02 – 04

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN QUANG TUẤN

HÀ NỘI - 2017

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu kêt quả nêu trong luận văn là trung thực và kết quả tính toán được nêu trong luận văn là trung thực

và chưa từng được sử dụng trong bất kỳ công trình nào khác

Mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đều được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đều được ghi gõ nguồn gốc

Hà Nội, ngày tháng năm 2017

Người làm luận văn

Lý Thanh Trung

LỜI CẢM ƠN

Trước hết, tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô của trường Đại học Thủy Lợi Hà Nội, đặc biệt là những thầy cô thuộc bộ môn Địa kỹ thuật và những thầy cô đã trực tiếp giảng dạy cho tôi trong thời gian theo học vừa qua

Tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến TS Nguyễn Quang Tuấn đã tận tình hướng dẫn tôi hoàn thành luận văn này

Nhân đây, tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn đến những người thân trong gia đình, bạn

bè và đồng nghiệp đã khích lệ, ủng hộ, động viên về mọi mặt để tôi hoàn thành luận văn này

Mặc dù tôi đã có nhiều cố gắng để hoàn thiện luận văn bằng tất cả sự nhiệt tình và sự hiểu biết của mình, tuy nhiên không thể tránh khỏi những thiếu xót, rất mong nhận được những đóng góp quý báo của quý thầy cô và các bạn

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày tháng năm 2017

Người làm luận văn

Lý Thanh Trung

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH vi

DANH MỤC BẢNG BIỂU viii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ ix

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC CỌC BÊ TÔNG, CỌC BÊ TÔNG ỨNG LỰC TRƯỚC VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC BÊ TÔNG ỨNG LỰC TRƯỚC 4

1.1.Phân loại cọc: 4

1.1.1.Cọc bê tông cốt thép thường: 4

1.1.2.Cọc khoan nhồi: 5

1.1.3.Cọc bê tông ly tâm ứng lực trước: 6

1.2.Phạm vi ứng dụng: 6

1.2.1.Cọc bê tông cốt thép thường: 6

1.2.2.Cọc khoan nhồi: 7

1.2.3.Cọc bê tông ly tâm ứng lực trước: 8

1.3.Ưu điểm và nhược điểm của cọc bê tông ly tâm ứng lực trước : 9

1.3.1 Ưu điểm: 9

1.3.2 Nhược điểm: 10

1.4.Các phương pháp kiểm tra khả năng chịu tải của cọc đơn: 10

1.4.1 Phương pháp tra bảng thống kê: 10

1.4.2 Phương pháp tính theo cường độ: 12

1.4.3 Phương pháp tính từ kết quả thí nghiệm xuyên động (SPT) 13

1.4.4 Phương pháp tính từ kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh 13

1.4.5 Phương pháp xác định từ thí nghiệm nén tĩnh cọc 14

1.4.6 Phương pháp xác định từ thí nghiệm thử động: 15

1.5.Ảnh hưởng của quá trình thi công cọc đến sức chịu tải của cọc: 16

1.6 Một số dạng hư hỏng thường gặp của cọc bê tông ly tâm ứng lực trước: 17

1.6.1 Cọc bị nứt, gãy khi cẩu vận chuyển: 17

1.6.2 Cọc bị nứt dọc theo thân: 18

1.6.3 Cọc bị vỡ đầu trong quá trình ép cọc: 19

1.6.4 Cọc bị nghiêng lệch quá mức cho phép trong quá trình ép: 21

1.6.5 Cọc gặp vật cản: 22

1.7 Kết luận chương 1: 23

CHƯƠNG 2 LÝ THUYẾT VỀ BÊ TÔNG ỨNG LỰC TRƯỚC , PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC , THI CÔNG CỌC BÊ TÔNG LY TÂM ỨNG LỰC TRƯỚC 24

2.1.Khái niệm về bê tông ứng lực trước: 24

2.2 Các phương pháp gây ứng lực: 25

2.2.1.Phương pháp căng trước: 25

2.2.2.Phương pháp căng sau: 26

2.3.Vật liệu sử dụng cho bê tông ứng lực trước: 27

2.3.1.Bê tông cường độ cao: 27

2.3.2.Thép cường độ cao: 27

2.4 Đánh giá tổn hao ứng suất trong các giải pháp ứng lực: 28

2.5 Lý thuyết cấu kiện chịu nén lệch tâm ứng suất trước: 29

2.5.1.Trường hợp lệch tâm bé: 29

2.5.2.Trường hợp lệch tâm lớn: 29

2.6.Cọc bê tông ly tâm ứng lực trước: 29

2.6.1.Phân loại cọc: 29

2.6.2.Hình dáng cọc: 30

2.6.3 Ký hiệu quy ước: 31

2.6.4 Bê tông sử dụng cho cọc ly tâm ứng lực trước: 31

2.6.5 Tính toán khả năng chịu tải của cọc bê tông ly tâm ứng lực trước: 31

2.6.6 Quy trình sản xuất cọc bê tông ly tâm dự ứng lực: 33

2.7 Phương pháp thi công và nghiệm thu cọc bê tông ly tâm ứng lực trước: 38

2.7.1 Công tác kiểm tra chất lượng cọc khi đưa vào công trường: 38

2.7.2 Công tác chuẩn bị mặt bằng và phương tiện cơ giới: 39

2.7.3.Các phương pháp thi công hạ cọc hiện hành: 40

2.8 Các sự cố liên quan đến thi công cọc ly tâm ứng lực trước: 45

2.9 Giải pháp hạn chế và khắc phục các sự cố: 47

2.10 Kiểm soát chất lượng thi công: 48

2.11 Kết luận chương 2: 48

CHƯƠNG 3 ÁP DỤNG TÍNH TOÁN ĐỂ XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC

LY TÂM ỨNG LỰC TRƯỚC TRONG THI CÔNG CÔNG TRÌNH NGÂN HÀNG

VIỆT NAM THƯƠNG TÍN, TỈNH SÓC TRĂNG 49

3.1 Giới thiệu công trình: 49

3.1.1 Vị trí công trình: 49

3.1.2 Nguyên tắc thiết kế: 51

3.1.3 Không gian kiến trúc: 51

3.2 Khảo sát địa chất công trình: 53

3.2.1 Số liệu địa chất công trình: 53

3.2.2.Mặt cắt địa chất công trình: 54

3.3 Mô tả tổng quát kết cấu công trình: 55

3.3.1 Các thông số chính của công trình: 55

3.3.2 Hệ thống kết cấu chịu lực chính của công trình: 55

3.4 Tính toán sức chịu tải và chọn phương án móng cọc hợp lý cho công trình: 60

3.4.1 Phương án móng cọc ép thông thường: 60

3.4.2 Phương án móng cọc bê tông ly tâm ứng lực trước: 62

3.4.3 Phương án móng cọc khoan nhồi: 66

3.4.4 Tính toán giá thành cho cọc BTCT thường và cọc bê tông ly tâm ứng lực trước:69 3.5 Phân tích chuyển vị của cọc bê tông ly tâm ứng lực trước: 70

3.6 Kết luận chương 3: 73

KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ VÀ BÀI HỌC KINH NGHIỆM KHI THI CÔNG VỚI CỌC BÊ TÔNG LY TÂM ỨNG LỰC TRƯỚC 74

TÀI LIỆU THAM KHẢO 77

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Công trình sử dụng cọc bê tông cốt thép thường 7

Hình 1.2: Công trình sử dụng cọc khoan nhồi 8

Hình 1.3: Công trình sử dụng cọc bê tông ly tâm ứng lực trước 9

Hình 1.4:Vết nứt dọc (nhìn bên ngoài và bên trong lòng cọc) 18

Hình 1.5: Cọc bị vỡ đầu sau khi đóng ép 19

Hình 1.6: Cọc bị gẫy ngang thân khi ép 21

Hình 2.1 Sơ đồ phương pháp căng trước 26

Hình 2.2 Sơ đồ phương pháp căng sau 27

Hình 2.3 Sơ đồ biểu diễn các trường hợp nén lệch tâm ứng suất trước 29

Hình 2.4 Cọc bê tông ứng lực trước PC, PHC 30

Hình 2.5 Đoạn đầu cọc 30

Hình 2.6 Đoạn cọc nối thêm 30

Hình 2.7 Hình ảnh quy trình sản xuất và kiểm tra chất lượng cọc 36

Hình 2.8: Đúc cọc ống theo phương pháp ly tâm 37

Hình 2.9: Kỹ sư kiểm tra phân loại cọc ngay khi tháo khuôn 38

Hình 2.10 :Máy ép tĩnh theo phương cổ điển 41

Hình 2.11: Máy đóng cọc 41

Hình 2.12: Máy khoan tạo lỗ cọc 42

Hình 2.13: Máy Robot ép cọc 43

Hình 2.14: Chi tiết của mối nối cọc 44

Hình 2.15:Mối nối cọc ly tâm dự ứng lực có bản mã 45

Hình 2.16: Công tác nối cọc ở công trường 45

Hình 2.17: Bể đầu cọc khi ép 46

Hình 2.18: Sự cố nứt cọc khi vận chuyển 46

Hình 2.19: Máy bị lún nghiêng do mặt bằng yếu 47

Hình 2.20: Máy bị lún do mặt có nước 47

Hình 3.1: Phối cảnh công trình 50

Hình 3.2: Mặt bằng tổng thể công trình 50

Hình 3.3: Mặt cắt ngang của công trình 52

Hình 3.4: Mặt cắt địa chất công trình 54

Hình 3.5: Sơ đồ không gian tính toán của công trình 56

Hình 3.6: Mô hình đã tính toán của cọc 71

Hình 3.7: Các điểm chảy dẻo của đất 71

Hình 3.8: Chuyển vị ngang của cọc theo hai phương 72

Hình 3.9: Chuyển vị ngang tại đỉnh cọc 72

Hình 3.10: Chuyển vị ngang dọc thân cọc 73

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Hệ số uốn dọc 5

Bảng 1.2: Hệ số các loại búa 15

Bảng 2.1:Bảng kích thước cọc 31

Bảng 2.2: Thông số cọc 39

Bảng 3.1: Bảng xác định các đại lượng của địa chất công trình 53

Bảng 3.2: Bảng tĩnh tải do tường gạch 57

Bảng 3.3: Bảng hoạt tải trên các sàn 57

Bảng 3.4: Bảng các tổ hợp tải trọng tác dụng lên kết cấu khung 58

Bảng 3.5: Kết quả tính toán cọc ép thông thường 61

Bảng 3.6: Kết quả tính toán cọc bê tông ly tâm ứng lực trước 65

Bảng 3.7: Kết quả tính toán cọc khoan nhồi 67

Bảng 3.8: So sánh các loại cọc 68

Bảng 3.9: bảng dự toán cho 1 cọc bê tông cốt thép thường với chiều dài 10m 69

Bảng 3.10: Bảng báo giá cọc bê tông ly tâm ứng lực trước của nhà máy 69

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ

BT: trọng lượng bản thân cấu kiện bê tông cốt thép

DEAD: tĩnh tải do tường gạch, gạch lát nền, …

LIVE : hoạt tải chất đầy trên sàn

GioXdương : tải trọng gió tác dụng theo chiều dương trục X

GioXâm: tải trọng gió tác dụng theo chiều âm trục X

GioYdương : tải trọng gió tác dụng theo chiều dương trục Y

GioYâm: tải trọng gió tác dụng theo chiều âm trục Y

ULT: ứng lực trước

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài:

Trong các công trình xây dựng sử dụng cọc bê tông cốt thép thường có các mặt hạn chế

Việc xuất hiện sớm các vết nứt trong cọc bê tông cốt thép thường do biến dạng không tương thích giữa thép và bê tông

Khi cọc chịu kéo và uốn, phần bê tông trong cọc phát sinh các vết nứt làm giảm khả năng chống ăn mòn của cọc, từ đó làm giảm tuổi thọ của cọc, nhất là trong các môi trường ăn mòn mạnh Để khắc phục các hạn chế của cọc bê tông cốt thép thường thi ta

sử dụng cọc bê tông ly tâm ứng suất trước vì có các ưu điểm:

Bê tông được nén trước ở điều kiện khai thác phần bê tông không suất hiện ứng suất kéo (hoặc nếu có suất hiện thì giá trị nhỏ không gây nứt) Do bê tông được ứng suất trước, kết hợp với quay ly tâm đã làm cho cọc đặc chắc chịu được tải trọng cao không nứt, tăng khả năng chống thấm, chống ăn mòn cốt thép Do sử dụng bê tông và thép cường độcao nên tiết diện cốt thép giảm dẫn đến trọng lượng của cọc giảm, thuận lợi cho việc vận chuyển, thi công

Cọc bê tông ly tâm ứng suất trước có độ cứng lớn hơn cọc bê tông cốt thép thường nên

có thể đóng sâu vào nền đất hơn tận dụng khả năng chịu tải của đất nền dẫn đến sử dụng ít cọc trong một đài móng hơn Chi phí xây dựng móng giảm dẫn đến có lợi về kinh tế

2 Mục đích của đề tài:

Trên cơ sở khảo sát thực tế và các kết quả nghiên cứu của các tác giả trong và ngoài nước về bê tông ứng lực trước Chúng ta vận dụng vào cọc bê tông ly tâm ứng lực trước

Thay thế cọc bê tông cốt thép thường bằng cọc bê tông ly tâm ứng lực trước cho các công trình xây dựng

Bằng các ứng dụng công nghệ hiện đại vào cọc bê tông ly tâm ứng lực trước và điều kiện thi công thực tế để sử dụng cọc bê tông ly tâm ứng lực trước đạt hiệu quả cao

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài:

Nghiên cứu tổng quan về cọc bê tông ly tâm ứng lực trước

Đối tượng nghiên cứu là phương án cọc bê tông ly tâm ứng lực trước, khả năng nghiên cứu áp dụng của phương pháp, cùng các phương pháp tính toán và thi công liên quan đến cọc bê tông ly tâm ứng lực trước

Điều kiện địa chất công trình chung khu vực địa bản tỉnh Sóc Trăng và điều kiện địa chất công trình tại vị trí dự án áp dụng (Ngân hàng Việt Nam Thương Tín)

Tìm hiểu các công thức tính toán liên quan đến cọc bê tông ly tâm ứng lực trước tại

Việt Nam cụ thể là địa bàn tỉnh Sóc Trăng

Ứng dụng các phương pháp nghiên cứu dưới đây để tính toán cho một vài công trình tại Sóc Trăng , Áp dụng tính toán cọc ly tâm cho công trình cụ thể là Ngân hàng Việt Nam Thương Tín.

4 Nội dung nghiên cứu của đề tài:

Tính toán móng cọc theo TCXD 205-1998

Tính toán sức chịu tải và bố trí cho móng cọc ly tâm ứng lực trước

Phân tích kết quả và nhận xét, chọn ra phương án cọc hợp lý nhất

5 Phương pháp nghiên cứu của đề tài:

Phương pháp điều tra thu thập số liệu

Phương pháp giải tích

Phương pháp khảo sát thực tế

Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

6 Nội dung của đề tài:

Nội dung báo cáo gồm 3 chương:

Chương 1: Tổng quan về cọc bê tông, cọc bê tông ly tâm ứng lực trước và các phương pháp đánh giá sức chịu tải của cọc bê tông ly tâm ứng lực trước

Chương 2: Lý thuyết về bê tông ly tâm ứng lực trước, phương pháp xác định sức chịu tải của cọc, thi công cọc bê tông ly tâm ứng lực trước

Chương 3: Áp dụng tính toán để xác định sức chịu tải của cọc bê tông ly tâm ứng lực trước trong thi công công trình Ngân Hàng Việt Nam Thương Tín, tỉnh Sóc Trăng

7.Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài:

Với điều kiện thực tế xây dựng hiện nay đại đa số các công trình đều sử dụng cọc bê tông cho các công trình nhà cao tầng, nhất là cọc ly tâm ứng lực trước nên việc nghiên cứu đề tài này hoàn toàn áp dụng được cho thực tiễn

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC CỌC BÊ TÔNG, CỌC BÊ TÔNG ỨNG LỰC TRƯỚC VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC BÊ TÔNG ỨNG LỰC TRƯỚC

1.1 Phân loại cọc:

1.1.1 Cọc bê tông cốt thép thường:

Là loại cọc được sản xuất tại xưởng hoặc công trường bằng bê tông cốt thép đúc sẵn

và dùng thiết bị đóng, hoặc ép xuống đất Loại cọc phổ biến thường có tiết diện vuông, chiều dài tiết diện cọc phụ thuộc vào thiết kế, nếu chiều dài cọc quá lớn, có thể chia cọc thành những đoạn ngắn để thuận tiện cho việc chế tạo và phù hợp với thiết bị chuyên chở và thiết bị hạ cọc

Cạnh cọc thường gặp ở Việt Nam hiện nay là 0,2 ÷ 0,4m, chiều dài cọc thường nhỏ hơn 12m vì chiều dài tối đa của 1 cây thép là 11,7m Bê tông dùng cho cọc có mác từ

250 ÷ 350 (tương đương cấp độ bền (B20 ÷ B25) Khả năng chịu tải theo vật liệu cọc

bê tông cốt thép thường được tính theo công thức:

Bảng 1.1: Hệ số uốn dọc

Ltt/d 12,1 13,9 15,6 17,3 19,1 20,8 22 24,3 26

ϕ 0,93 0,89 0,85 0,81 0,77 0,73 0,66 0,64 0,59 Trong đó:

Khả năng chịu tải theo vật liệu cọc được tính theo công thức :

Q vl = k.m(R b A c + R s A s ) (1.2)

Trong đó:

Rb – cường độ chịu nén của bê tông

Ac – diện tích mặt cắt ngang cọc

Rs – cường độ chịu nén của thép

As – diện tích của cốt thép bố trí trong cọc

k.m – hệ số điều kiện làm việc, k.m = 0,7

1.1.3 Cọc bê tông ly tâm ứng lực trước:

Là loại cọc được sản xuất trên dây chuyền, bảo dưỡng trên dây chuyền và thực hiện hoàn toàn trong nhà máy Cọc bê tông ly tâm dự ứng lực có hai loại hình dạng: cọc tròn và cọc vuông

Cọc có đường kính từ 300 ÷ 1000 (mm) Được sản xuất bằng phương pháp quay ly tâm có cấp độ bền chịu nén của bê tông từ B40 đến B60 Chiều dài và bề dày thành cọc tùy thuộc vào đường kính ngoài của cọc Với cọc có đường kính ngoài 300mm thì chiều dài cọc tối đa là 13m và chiều dày thành cọc là 60mm, với cọc có đường kính ngoài 1000mm thì chiều dài cọc tối đa là 24m, chiều dày thành cọc là 140mm

1.2 Phạm vi ứng dụng:

1.2 1.Cọc bê tông cốt thép thường:

Cọc bê tông cốt thép thường có mác bê tông là mác 250 đến mác 350 Với loại cọc này tiết diện cọc chủ yếu nằm trong loại cọc nhỏ, là loại nhỏ hơn 45x45cm sức chịu tải của cọc theo vật liệu vì vậy cũng không lớn

Cọc nhỏ thường là giải pháp tối ưu cho công trình có tải trọng không lớn, khi tải trọng chân cột lớn, đòi hỏi nhiều cọc trong một nhóm cọc do đó đài cọc rất lớn và việc bố trí đài cọc trong công trình ngầm cũng gặp khó khăn

Cọc bê tông cốt thép thường sử dụng thích hợp và tốt trong môi trường khu dân cư mới, tại những nền địa chất mới san lấp, đất nền có chướng ngại vật Trong trường hợp này, cọc bê tông cốt thép thường có khả năng xuyên qua các lớp địa chất phức tạp và chướng ngại vật mà vẫn đảm bảo cọc không bị nứt gãy, kỹ thuật viên hoàn toàn có thể kiểm soát được chất lượng cọc đã ép

Hình 1.1: Công trình sử dụng cọc bê tông cốt thép thường

1.2 2.Cọc khoan nhồi:

Cọc khoan nhồi có tiết diện và độ sâu mũi cọc lớn hơn nhiều so với cọc đúc sẵn, nên mặc dù sức kháng đơn vị nhỏ đi, nhưng sức chịu tải vẫn lớn, do đó số lượng cọc trong một đài cọc ít, việc bố trí đài cọc trong các công trình ngầm cũng dễ dàng hơn vì vậy khi tải trọng công trình rất lớn khoảng 15 tầng thì ta nên dùng cọc khoan nhồi

Ưu điểm của cọc khoan nhồi là cọc có thể đặt vào những lớp đất rất cứng thậm chí tới

đá mà cọc đóng không thể tới được

Một ưu điểm khác của cọc nhồi là sức chịu tải ngang rất lớn việc thi công cọc nhồi có chấn rung nhỏ hơn nhiều so với thi công cọc đóng, thi công cọc nhồi không gây trồi đất xung quanh không đẩy các cọc sẵn có xung quanh sang ngang

Cọc khoan nhồi có sức chịu tải ngang rất lớn nên việc thi công cọc nhồi có chấn rung nhỏ hơn nhiều so với thi công cọc đóng, thi công cọc nhồi không gây trồi đất xung quanh, không đẩy các cọc sẵn có xung quanh sang ngang nên cọc khoan nhồi hoàn toàn có thể áp dụng để xây dựng nhà cao tầng tại các khu dân cư đông đúc, nhà xây chen, nhà xây liền kề mặt phố, nhà biệt thự vì nó khắc phục được các sự cố lún nứt các nhà liền kề, lấy lại thăng bằng các nhà đã xây dựng bị nghiêng lún trong khi sử dụng, gia cố móng nhà bị yếu, có thể thi công tại các địa điểm chật hẹp hoặc trong ngõ ngách nhỏ

Hình 1.2: Công trình sử dụng cọc khoan nhồi

1.2 3.Cọc bê tông ly tâm ứng lực trước:

Cọc ly tâm dự ứng lực có thể cắm sâu hơn rất nhiều so với cọc bê tông cốt thép thường nên tận dụng được khả năng chịu tải của đất nền do đó số lượng cọc trong một đài ít, việc bố trí và thi công cũng dễ dàng, tiết kiệm chi phí xây dựng đài móng

Do sử dụng bê tông và thép cường độ cao nên giảm tiết diện cốt thép dẫn đến giảm trọng lượng thuận tiện cho việc vận chuyển, thi công kinh tế hơn

Một ưu điểm khác của cọc bê tông ly tâm dự ứng lực là sức chịu tải ngang lớn do bê tông trong cọc được ứng lực trước nên tăng khả năng chịu kéo của bê tông vì thế tăng khả năng chống thấm, chống ăn mòn

Cọc ống ly tâm ứng lực trước được sử dụng trong trường hợp nền địa chất không có chướng ngại vật như đất ruộng hoặc đất mới san lấp Việc thi công cọc có thể dùng nhiều phương pháp như cọc hạ bằng búa, máy ép, phương pháp xoắn hoặc phương pháp xói nước

Hình 1.3: Công trình sử dụng cọc bê tông ly tâm ứng lực trước

1.3 Ưu điểm và nhược điểm của cọc bê tông ly tâm ứng lực trước :

- Do sử dụng bê tông và thép cường độ cao nên giảm tiết diện bê tông và cốt thép dẫn đến trọng lượng cọc giảm thuận lợi cho việc vận chuyển, thi công lên hiệu quả kinh tế cao hơn cọc thông thường

- Cọc có chiều dài lớn hơn cọc bê tông cốt thép thường nên có ít mối nối hơn

- Sức chịu tải theo đất nền tăng do: Với cùng tiết diện thì cọc tròn có diện tích ma sát nhiều hơn cọc vuông vì thế tăng khả năng chịu tải

- Do cọc có hình dạng tròn nên cọc có khả năng chịu tải đều

- Việc sử dụng bê tông cường độ cao sẽ làm giảm kích thước ngang của cấu kiện, giảm trọng lượng của cấu kiện, sẽ làm tăng hiệu quả kinh tế, kỹ thuật

Có độ cứng lớn hơn do đó có độ võng và biến dạng bé hơn

1.3.2 Nhược điểm:

- Khả năng chịu cắt của cọc tương đối kém

- Khả năng chịu tải trọng do đập kém

- Cọc chỉ nên được ứng dụng tại những địa điểm có điều kiện địa chất tương đối ổn định mềm có thể đóng ép trực tiếp được, nhưng vùng có lớp đá phong hóa hoặc cát chặt phải dùng biện pháp khoan dẫn

- Kinh phí đầu tư nhà máy lớn

1.4 Các phương pháp kiểm tra khả năng chịu tải của cọc đơn:

1.4 1 Phương pháp tra bảng thống kê:

Phương pháp này dựa trên quy phạm của Liên Xô

Sức chịu tải của cọc đơn được dùng là

tc a

at

Q Q K

mR– hệ số điều kiện làm việc tại mũi cọc, lấy mR = 0,7 cho sét, mR = 1 cho cát

mf – hệ số điều kiện làm việc của đất bên hông, lấy mf = (0,9 ÷ 1) cho cọc

mf = 0,6 cho cọc khoan nhồi

qm – khả năng chịu tải mũi cọc, tra bảng

fsi – khả năng ma sát xung quanh cọc

Fc – tiết diện cọc

Li, u – chiều dài phân đoạn và chu vi cọc

Đối với cọc trong đất yếu với độ sệt B < 0,6 và cát có Df < 0,33 (trạng thái rời) thì quy phạm khuyến cáo nên xác định bằng phương pháp nén tĩnh

γ ',γ1 - dung trọng của đất nền dưới và trên mũi cọc

L, D – chiều dài cọc và đường kính cọc

Trường hợp trong sét

Trị số qm được tra bảng theo độ sệt B

1.4 2 Phương pháp tính theo cường độ:

Với FSs là hệ số an toàn cho thành phần ma sát FSs = 2

FSp là hệ số an toàn cho sức chống dưới mũi cọc FSp = 3

1.4.2.2 S ức chịu tải của mũi cọc (qp)

a Theo phương pháp Terzaghi:

qp =1,3.C.Nc +σ'v Nq +0,6 γ R Nγ (đối với cọc tròn) (1.10)

qp =1,3.C.Nc +σ 'v Nq +0,4 γ b Nγ (đối với cọc vuông) (1.11)

Nc , Nq , Nγ Tra bảng 3.5 trang 174 sách Nền Móng của TS Châu Ngọc Ẩn [1]

b Theo phương pháp Meyerhof:

qp= C Nc + q Nq (1.12)

Tra biểu đồ 3.28 trang 178 sách Nền Móng của TS Châu Ngọc Ẩn [1]

c Theo TCVN 205-1998:

Qp= C Nc+σ'v Nq+γ R Nγ (1.13)

1.4 3 Phương pháp tính từ kết quả thí nghiệm xuyên động (SPT)

Xuyên động (SPT) được thực hiện bằng ống tách đường kính 5,1cm, dài 45cm, đóng bằng búa rơi tự do nặng khoảng 63,5kg, với chiều cao rơi là 76cm Đếm số búa để đóng cho từng 15cm ống lún trong đất (3 lần đếm), 15cm đầu không tính, chỉ dùng giá trị số búa cho 30cm sau là N (búa), được xem như là số búa tiêu chuẩn N

Quy phạm (TCXD 205- 1998) cho phép dùng công thức của Meyerhof (1956)

Q u = K1 N A c + K2 N tb u L c (1.14)

Trong đó:

K1 = 400 cho cọc đóng và K1 = 120 cho cọc khoan nhồi

K2 = 2 cho cọc đóng và K2 = 1 cho cọc khoan nhồi

N – số búa dưới mũi cọc

Ntb – số búa trung bình suốt chiều dài cọc

Hệ số an toàn áp dụng cho công thức trên là 2,5 ÷ 3,0

1.4 4 Phương pháp tính từ kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh

Xuyên tĩnh được thực hiện bằng mũi côn tiết diện 10cm2, góc đỉnh 60o

, xuyên trong đất để đo sức chống xuyên Rp cho từng 20cm độ sâu dưới đất

Từ giá trị Rp này, quy phạm cho phép tính qm và fs như sau:

Khả năng chịu tải mũi cọc

qm = Kr.Rp (1.15)

Trong đó:

Rp – khả năng chống xuyên tại mũi cọc

Kr – hệ số tra theo loại đất và loại cọc, được lấy trung bình Kr = 0,5 cho cọc thường và

Kr = 0,3 cho cọc khoan nhồi

Hệ số an toàn cho mũi cọc được lấy FS = 3

Khả năng ma sát xung quanh

pi S i

R f

α

= (1.16)

Được tính cho từng lớp i mà cọc xuyên qua tương ứng với Rpi, hệ số α trong trường hợp này thay đổi khá lớn

Cọc bê tông α = (30 ÷ 40) cho sét từ yếu đến cứng α = 150 cho cát

Cọc khoan nhồi α = (15 ÷ 35) cho sét từ yếu đến cứng α = (80 ÷ 120) cho cát

Hệ số an toàn cho ma sát được lấy FS = 2

Mỗi cấp gia tải thực hiện lấy bằng 1/10 Qu theo thiết kế

Tương quan độ lún S theo lực nén P cho ta xác định giá trị phá hoại sức chịu tải cực hạn của cọc Qu.

Trong điều kiện đất yếu, biểu đồ thể hiện đường cong đều thì giá trị Qu có thể được chọn tại độ lún ∆ = 0,1.[Sgh ]

Trong trường hợp tải trọng của cọc quá lớn không thể thực hiện để đạt đến giá trị xác định tải trọng giới hạn thì ta có thể dùng phương pháp của Davisson như sau:

Qu được xác định tại giao điểm của biểu đồ với đường thẳng S có phương trình biểu diễn

0, 0038 0, 0038

c c

Đối với đất sét do đặc tính nhạy nên các màng nước bao xung quanh hạt sẽ bị phá hoại khi đóng búa, làm cho đất bị phá hoại cấu trúc và trở nên yếu đi, do đó càng đóng búa nhanh trong đất sét cọc càng dễ xuống, độ chối tăng lên, người ta gọi là độ chối giả Ngưng lại một thời gian, đóng tiếp cọc khó xuống hơn do đất sét có khả năng phục hồi

Ngược lại trong đất cát, càng đóng nhanh cọc càng khó xuống do ứng suất bị dồn nén ngay tại mũi cọc trở nên rất cứng và cản trở cọc khó xuống được, ta cũng có độ chối giả Ngưng lại thời gian để cát ở dưới mũi cọc giãn ra cọc đóng sẽ xuống được

Để thử độ chối của cọc khi đóng cọc ta cần phải nghỉ một thời gian như sau: 3 ngày cho cát và 5 - 7 ngày cho đất sét

1.5 Ảnh hưởng của quá trình thi công cọc đến sức chịu tải của cọc:

Khi thi công cọc, đất sét bị xáo trộn, do đó sức kháng cắt không thoát nước của đất sét tạm thời giảm xuống còn Sur (Sur = Su / St trong đó St là độ nhạy của đất sét) Tuy nhiên, sau một thời gian dài cọc nghỉ, áp lực nước lỗ rỗng dư sẽ tiêu tán dần, ở đa số đất sét sẽ có hiện tượng sức kháng cắt sẽ phục hồi một hoặc toàn phần theo thời gian Với cọc nhồi nếu ta không giữ thành bằng dung dịch (bentonite hoặc polyme), có thể

có những tảng, cục sét bị lở, đặc biệt nếu chúng lở trong quá trình đổ bê tông thì chất lượng bê tông kém đi Sức kháng cắt của đất sét xung quang cọc sẽ bị giảm do hút ẩm

từ nước thừa trong quá trình đông kết bê tông Còn nếu khi khoan cọc nhồi có sử dụng dung dịch, mà đáy lỗ khoan lại không được vệ sinh sạch sẽ mùn khoan trước khi đổ bê tông, thì sức kháng mũi giảm đi rất nhiều.Tuy nhiên bê tông tươi trong cọc nhồi lại có một ưu điểm khác là: Xi măng sẽ có phản ứng hóa học với đất sét xung quanh (người

ta tận dụng phản ứng này trong việc gia cố đất sét bằng xi măng hoặc vôi) Hơn nữa, thành phần của cọc nhồi thường sần sùi hơn so với cọc đúc sẵn, do đó sức kháng được cải thiện một phần.Với đất dính bão hòa nước, ta nên sử dụng sức kháng cắt không thoát nước Su ,để dự báo sức chịu tải của cọc vì đây là trường hợp nguy hiểm hơn Khi có tải trọng tác dụng, toàn bộ tải trọng sẽ do nước lỗ rỗng dư tiếp nhận Với đất dính thoát nước kém nước lỗ rỗng dư tiêu tán cực kỳ chậm (coi như không tiêu tán) Do đó thời gian đầu, ứng suất hữu hiệu σ’ không đổi, cho nên sức kháng cắt không đổi Vì vậy ta sử dụng Su để tính toán

Sau một khoản thời gian dài, nước lỗ rỗng sẽ tiêu tán dần, và do đó tải trọng bên ngoài

sẽ truyền dần lên hạt đất, ứng suất hữu hiệu σ’ tăng lên, làm cho sức kháng cắt cũng tăng lên Như vậy, độ an toàn của công trình cũng tăng lên

Tóm lại thời điểm nguy hiểm nhất với đất dính là khi công trình vừa thi công xong, nước chưa kịp thoát đi

Ngược lại với một số đất dính “quá cố kết mạnh” (OCR ≥ 1), có hiện tượng “chùng” hay “mềm” đi, tức là sức kháng cắt giảm theo thời gian, nguyên nhân của hiện tượng này là khi chịu tải trọng đất “quá cố kết mạnh” có thể bị nở ngang, do đó hút nước ở các vùng lân cận Độ ẩm tăng lên làm sức kháng cắt giảm đi Trường hợp này, nên đánh giá sức chịu tải theo thông số thoát nước

1.6 Một số dạng hư hỏng thường gặp của cọc bê tông ly tâm ứng lực trước:

1.6.1 Cọc bị nứt, gãy khi cẩu vận chuyển:

Trên thực tế, một số đơn vị thi công cho công nhân dùng móc cẩu móc trực tiếp tại 2 đầu cọc để cẩu chuyển mà không tính toán kiểm tra vì nghĩ rằng cọc bê tông ứng suất trước có độ cứng rất lớn, cọc không bị tổn hại Ở một số công trình đã xảy ra hiện tượng gãy cọc khi cẩu bằng cách này, vừa gây tổn thất lớn về vật tư, vừa gây nguy hiểm cho thiết bị (cần cẩu, sà lan) và những người đang ở bên dưới

Nhiều trường hợp cọc bị nứt do cách cẩu chuyển này nhưng rất ít khi được quan tâm phát hiện, tổn hại này tuy không lớn nhưng ảnh hưởng đến tuổi thọ của cọc, trong khi tuổi thọ của cấu kiện này trong công trình cảng thường là nhân tố quyết định đến tuổi thọ của cả công trình

a Nguyên nhân:

Thông thường cọc ống bê tông ứng lực trước không đặt trước được móc cẩu nhô ra khỏi cọc mà chỉ đánh dấu điểm cẩu trên thân cọc bằng sơn tại nhà máy chế tạo Theo qui định, việc cẩu cọc ống phải dùng vòng cẩu quàng qua thân cọc tại điểm cẩu để nâng chuyển cọc, sau khi nâng chuyển xong thì tháo vòng cẩu ra

Việc lắp và tháo vòng cẩu khá mất thời gian nên dẫn đến tình trạng Đơn vị thi công không tuân thủ nghiêm túc qui trình này

b Cách khắc phục:

Sự cố này hoàn toàn có thể phòng tránh được một cách dễ dàng, chủ yếu đòi hỏi sự tuân thủ qui trình nghiêm túc

- Trong giai đoạn thiết kế, người thiết kế cần thể hiện rõ các qui định về việc cẩu chuyển, cẩu dựng cũng như kê xếp cọc Các qui định này cần xuất phát từ tính toán cụ thể cho từng trường hợp làm việc, từng kích cỡ cọc

- Những nhóm cọc nào có độ cứng đủ lớn, cho phép cẩu tại 2 đầu mút (hoặc những nhóm cọc nào không cho phép cẩu tại 2 đầu mút) cũng nên ghi rõ, giúp Nhà sản xuất, Đơn vị thi công và Giám sát biết để thực hiện đúng, đảm bảo an toàn trong lao động

- Trong giai đoạn thi công, những chỗ nào thiết kế chưa qui định hoặc chưa thể hiện

rõ thì phải yêu cầu thiết kế làm rõ, không nên tự thực hiện theo ý chủ quan của mình, cẩn thận nhất là tiến hành tính toán kiểm tra lại (việc tính toán khá đơn giản, có thể thực hiện bằng tay!)

- Tư vấn giám sát cần đặc biệt quan tâm đến những yếu tố ảnh hưởng nhiều đến chất lượng công trình và an toàn lao động, khi cần thiết có thể yêu cầu thí nghiệm dò tìm các khuyết tật có thể tiểm ẩn bên trong cọc trong quá trình nghiệm thu cọc (phương án tốt nhất là kiểm tra quá trình chế tạo cọc để ngăn ngừa ngay từ đầu các yếu tố có thể gây khuyết tật cho cọc)

Trường hợp này cho thấy cốt đai xoắn cấu tạo trong cọc không đủ khả năng chịu tác động của các ngàm kẹp của Robot do lực kẹp cọc quá cao hoặc do trong quá trình sản xuất ván khuôn cọc không kín khít lên khi qua ly tâm cọc bị mất nước xi măng tạo thành các khe rỗng không chịu được lực lên khi ép bị phá hoại

và thử đi thử lại vài lần nếu thấy được mới tiến hành ép cọc

1.6.3 Cọc bị vỡ đầu trong quá trình ép cọc:

Hiện tượng này gặp khá phổ biến, sau khi cọc đã ép sâu vào nền, mức độ vỡ từ nhẹ (chỉ bị vỡ một phần bê tông đầu cọc) đến nặng (toàn bộ đầu cọc vỡ nát, thậm chí bung

có một số đặc điểm riêng nên dễ bị vỡ đầu hơn, mặc dù bê tông và cốt thép của chúng

có cường độ cao hơn so với cọc bê tông thông thường nhiều:

- Bề dày không lớn so với đường kính ngoài, đường kính ngoài của cọc càng lớn thì kết cấu cọc thuộc loại càng mỏng Đường kính ngoài càng lớn thì ma sát hông và sức kháng mũi càng lớn, dẫn đến sức chịu tải của cọc theo đất nền lớn

- Do trong quá trình ép cọc dùng cọc dẫn ép dẫn cọc xuống đất người vận hành cẩu thả không căn chỉnh hai mặt đầu cọc dẫn và cọc ép tiếp xúc hết vào nhau làm cho cọc chịu lực không đều gây ra vỡ đầu cọc

- Đầu cọc không có cấu tạo đặc biệt để chịu ứng suất phát sinh do lực ép bị lệch tâm ngoài vòng thép tấm quanh miệng cọc Tuy nhiên vòng thép này có chiều cao (theo phương trục cọc) không lớn (khoảng 150-200mm) so với phạm vi ảnh hưởng của lực xung kích nên hiệu quả không cao Mặt khác thiếu các chi tiết neo để liên kết vòng thép này vào phần bê tông cọc nên nhiều trường hợp vòng thép bị tách ra khỏi phần bê tông trong quá trình thi công cũng như khai thác

- Cấu tạo mũi cọc điển hình của các nhà sản xuất cọc ống cũng chưa thật sự hợp lý vì đều làm loại mũi bằng , không thấy khuyến cáo nên dùng cho trường hợp nào, dễ dẫn đến việc Đơn vị thiết kế nghĩ rằng mũi cọc này thích hợp cho mọi trường hợp địa chất Theo TCXD 205:1998 “Móng cọc – Tiêu chuẩn thiết kế” – điều 3.3.3 [4] thì loại mũi bằng chỉ nên dùng trong nền đất sét đồng nhất Thực tế cho thấy mũi cọc loại bằng làm cho việc ép cọc khó khăn hơn mũi loại nhọn nhiều và đầu cọc dễ bị lệch khỏi phương

hạ cọc, cọc khó xuống khi độ chối nhỏ, lực ép lớn rất dễ gây vỡ đầu cọc

b Cách khắc phục:

- Chỉ nên dùng ép vừa đủ khoảng 70% theo sức chịu tải vật liệu của cọc để hạ cọc, không lựa chọn cọc có đường kính nhỏ mà ép sâu dẫn đến độ mảnh lớn (đường kính cọc càng lớn thì độ mảnh của thành cọc càng lớn)

- Khi dùng cọc dẫn để ép cọc xuống âm mặt đất phải căn chỉnh sao cho mặt cọc dẫn và mặt cọc ép phải khít tiếp xúc hết vào nhau chánh ép lệch cọc

- Cấu tạo lại đầu cọc cho hợp lý hơn trong việc chịu các tải xung lực, đảm bảo bê tong

và thép (thép cốt, thép hình) thành một khối thống nhất, khó bị tách rời (như thêm các râu thép neo vành thép vào bê tông)

- Sử dụng đệm đầu cọc thích hợp (không quá cứng cũng như không quá mềm)

- Cấu tạo mũi cọc loại nhọn thay cho loại bằng

1.6.4 Cọc bị nghiêng lệch quá mức cho phép trong quá trình ép:

Trường hợp này thường xảy ra đối với các cọc được tổ hợp từ nhiều phân đoạn trong quá trình ép, càng về giai đoạn cuối của quá trình ép cọc càng lệch nhiều, cả về tọa độ đầu cọc trên mặt bằng và về độ nghiêng của trục cọc, có thể làm cọc gẫy ngang thân như trong hình vẽ này

Hình 1.6: Cọc bị gẫy ngang thân khi ép

a Nguyên nhân:

Những nguyên nhân chủ quan gây nghiêng lệch cọc khi hàn mũi cọc bị lệch, trục cọc, mặt phẳng đầu cọc không vuông góc trục cọc,… gặp rất phổ biến ở các cọc đúc tại công trường nhưng hầu như rất ít khi gặp ở cọc ống bê tông ứng lực trước vì được đúc tại nhà máy trong những điều kiện khá chuẩn Trừ việc đóng cọc trên mái đất nghiêng

là nguyên nhân khách quan gây nghiêng lệch đối với mọi loại cọc (phải chấp nhận) thì trong thực tế cọc ống bê tông ứng lực trước bị nghiêng lệch chủ yếu là do dùng mũi cọc loại bằng và công tác nối cọc thực hiện không chuẩn (nối cọc bị vênh do đoạn mũi

cọc đã xiên, cố tình nắn cho thẳng), phân đoạn cọc càng ngắn thì cọc có càng nhiều mối nối, khả năng lệch khỏi trục chính của cọc càng nhiều

độ tin cậy về khả năng chịu lực theo vật liệu của cọc

- Khi cọc đã bị xiên hàn nối đoạn tiếp theo có thể đệm thêm mặt bích để giảm độ xiên hoặc phải ép xiên theo đoạn trước đã xiên không cố lắn cho cọc thẳng rồi ép sẽ làm cọc bị gẫy ngang thân

1.6.5 Cọc gặp vật cản:

Đang ép cọc xuống bình thường, chưa đạt được độ sâu thiết kế bỗng nhiên xuống chậm hẳn lại hoặc không xuống

Cọc bị dịch chuyển trong mỗi hành trình ép

Ép cọc vào tầng đá nghiêng, mũi cọc bị chạy nghiêng đi.Có thể là do gãy cọc hoặc là cọc bị nghiêng chệch rồi gãy

- Khi vật cản đã phá xong, ta tiếp tục ép cọc

- Thực tế thì có nhiều cách để kiểm tra cọc đã đạt yêu cầu mà đề nghị dừng ép, nếu ép

cố thì có thể vỡ cọc, mất tim, tốn cọc bù, tốn thời gian chờ

1.7 Kết luận chương 1:

Từ những vấn đề đã được nêu ở trên cho thấy mỗi loại cọc đều có những ưu nhược điểm riêng của nó Việc áp dụng loại cọc nào tuỳ thuộc vào quy mô, đặc điểm và vị trí xây dựng của công trình

Cùng với thực tế xây dựng tại Sóc Trăng, ta thấy rằng cọc bê tông ứng lực trước là loại cọc hoàn toàn có thể áp dụng tại Sóc Trăng nói riêng và ở nước ta nói chung Việc nghiên cứu và áp dụng công nghệ cọc bê tông ứng lực trước cho các công trình xây dựng theo điều kiện đất nền Sóc Trăng nói riêng và ở nước ta nói chung là hợp lý và cần thiết

CHƯƠNG 2 LÝ THUYẾT VỀ BÊ TÔNG ỨNG LỰC TRƯỚC , PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC , THI CÔNG CỌC BÊ TÔNG LY TÂM ỨNG LỰC TRƯỚC

2.1.Khái niệm về bê tông ứng lực trước:

Bê tông ứng lực trước là bê tông trong đó thông qua lực nén trước để tạo ra và phân bố một phần ứng suất bên trong phù hợp nhằm cân bằng với một lượng ứng suất do tải trọng ngoài gây ra Với cấu kiện bê tông ứng lực trước, ứng suất được tạo ra bằng cách kéo thép cường độ cao

Bê tông thường có cường độ chịu kéo rất nhỏ so với cường độ chịu nén Đó là nhân tố

dẫn đến việc xuất hiện một loại vật liệu hỗn hợp “bê tông cốt thép”

Việc xuất hiện sớm các vết nứt trong bê tông cốt thép do biến dạng không tương thích giữa thép và bê tông là điểm khởi đầu cho một loại vật liệu mới đó là “bê tông ứng suất trước” việc tạo ra ứng suất nén cố định cho một loại vật liệu chịu nén tốt nhưng chịu kéo kém như bê tông sẽ làm tăng đáng kể khả năng chịu kéo vì ứng suất kéo xảy

ra khi ứng suất nén đã bị vô hiệu

Sự khác nhau cơ bản giữa bê tông cốt thép và bê tông ứng lực là ở chỗ, trong khi bê tông cốt thép chỉ là sự kết hợp đơn thuần giữa bê tông và cốt thép để chúng cùng làm việc một cách bị động thì bê tông ứng lực trước là sự kết hợp một cách tích cực có chủ

ý giữa bê tông cường độ cao và thép cường độ cao

Trong cấu kiện bê tông ứng lực trước người ta đặt vào một lực nén trước tạo bởi việc kéo cốt thép, nhờ tính đàn hồi cốt thép có xu hướng co lại và sẽ tạo nên lực nén trước, lực nén này sẽ gây nên ứng suất trong bê tông và sẽ triệt tiêu hay giảm ứng suất kéo do tải trọng sử dụng gây ra Do vậy làm tăng khả năng chịu kéo của bê tông và 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 vật liệu, đó

là trong khi thép có tính đàn hồi và cường độ chịu kéo cao thì bê tông lại dòn và có cường độ chịu kéo nhỏ so với cường độ chịu nén của nó Như vậy ứng lực trước chính

là việc tạo ra cho kết cấu một cách có chủ ý các ứng suất tạm thời nhằm tăng cường sự làm việc của vật liệu trong các điều kiện sử dụng khác nhau Chính vì vậy bê tông ứng lực trước đã trở thành một sự kết hợp lý tưởng giữa hai loại vật liệu hiện đại có cường

sử dụng thép cường độ cao là thích hợp nhất

Cần phải sử dụng bê tông cường độ cao trong bê tông ứng lực trước vì loại vật liệu này

có khả năng chịu kéo, chịu cắt, chịu uốn cao và sức chịu tải cao Bê tông cường độ cao

ít xảy ra vết nứt do co ngót, có mođun đàn hồi cao hơn, biến dạng do từ biến ít hơn do

đó ứng suất trước trong thép sẽ bị mất ít hơn Việc sử dụng bê tông cường độ cao sẽ làm giảm kích thước ngang của cấu kiện, giảm trọng lượng của cấu kiện, vượt nhịp lớn

sẽ làm tăng hiệu quả kinh tế, kỹ thuật

Có khả năng chống nứt cao hơn (do khả năng chống thấm tốt hơn) dùng bê tông ứng lực trước người ta có thể tạo ra các cấu kiện không xuất hiện các khe nứt trong vùng

bê tông chịu kéo hoặc hạn chế sự phát triển của bề rộng vết nứt khi chịu tải trọng sử dụng.Có độ cứng lớn hơn do đó có độ võng và biến dạng bé hơn

2.2 Các phương pháp gây ứng lực:

2.2.1.Phương pháp căng trước:

Cốt thép ứng lực trước được neo một đầu cố định vào bệ còn đầu kia được kéo ra với lực kéo N dưới tác dụng của lực N, cốt thép được kéo trong giới hạn đàn hồi và sẽ giãn

ra một đoạn tương ứng với các ứng suất xuất hiện trong thanh, điểm B của thanh

chuyển sang điểm B1(xem hình 2.1) Trong trạng thái kéo căng cốt thép như thế, lực N được truyền tới các bệ tỳ hoặc các đầu mặt của coffa người ta tiến hành đổ bê tông cấu kiện Sau khi bê tông đông cứng và đạt được cường độ cần thiết thì thả tự do các cốt

nhưng nhờ lực dính của nó với bê tông cho nên cấu kiện sẽ bị ép bằng lực N đã dùng khi kéo cốt thép

Hình 2.1: Sơ đồ phương pháp căng trước

a- Trước khi buông cốt thép ULT - b) sau khi buông cốt thép ULT

1- C ốt thép ứng lực trước 4 – Thiết bị kéo thép

2– B ệ căng; 5 – Thiết bị cố định cốt thép ứng lực trước 3– Ván khuôn; 6 – Tr ục trung hòa

Tùy theo loại và mặt ngoài của cốt thép mà lực N được truyền lên bê tông qua các đầu mặt khi dùng các bộ phận neo hoặc là nhờ lực dính giữa cốt thép với bê tông trên suốt chiều dài của cấu kiện (trường hợp bám dính) Trong trường hợp sau, để làm cốt thép căng trước, người ta dùng cốt thép có gờ (có bề mặt xù xì) hoặc tao thép xoắn lại để đảm bảo cốt thép tự neo suốt chiều dài của cấu kiện và đảm bảo sự cùng làm việc nguyên khối với bê tông Phương pháp này có thể dùng khi chế tạo các cấu kiện của những kết cấu chỉ đòi hỏi lực N tương đối nhỏ để ép bê tông và trong thời gian bê tông đông cứng, lực N đó có thể truyền lên bệ tỳ hoặc lên đầu mặt của copfa trong quá trình

thi công

2.2.2 Phương pháp căng sau:

Trước hết đặt các cốt thép thông thường vào các ống rãnh bằng tôn, kẽm hoặc bằng vật liệu khác để tạo các rãnh dọc, rồi đổ bê tông sau khi bê tông đông cứng thì tiến hành luồn và căng cốt thép ứng lực Trong trường hợp này người ta dùng những cấu kiện đã được chế tạo để làm bệ tỳ Khi kéo căng cốt thép phản lực được truyền lên các đầu mặt của cấu kiện (thông qua đầu neo) và gây ra ứng suất nén trong bê tông ở các

tiết diện của nó như trường hợp căng trước Để tạo ra liên kết (lực dính) giữa bê tông

và giúp cốt thép khỏi bị ăn mòn thì phải phun vữa xi măng có áp lực vào các khe hở giữa cốt thép và ống rãnh Phương pháp căng sau dùng khi chế tạo các cấu kiện yêu cầu có lực ép bê tông tương đối lớn

Ưu điểm của phương pháp căng sau là không tốn coffa, kiểm soát được ứng suất nén tạo ra trong cấu kiện Không cần bệ tỳ đơn giản dễ thi công

Hình 2.2: Sơ đồ phương pháp căng sau

a- Trước khi buông cốt thép ULT - b) sau khi buông cốt thép ULT 1- C ốt thép ứng lực trước 4 – Thiết bị kích

2– C ấu kiện BTCT; 5 – Neo

3– Ống rãnh; 6 – Trục trung hòa

2.3.Vật liệu sử dụng cho bê tông ứng lực trước:

2.3.1.Bê tông cường độ cao:

Bê tông ứng suất trước yêu cầu sử dụng bê tông đạt cường độ chịu nén cao trong thời gian ngắn với cường độ chịu kéo tương đối cao hơn so với bê tông thông thường, độ

co ngót thấp, tính từ biến thấp nhất và giá trị môđun đàn hồi lớn

2.3.2.Thép cường độ cao:

Thép ứng suất trước có thể là sợi, cáp hoặc thanh thép hợp kim

Thép sợi sử dụng cho bê tông ứng lực trước nói chung tuân theo TCVN 6284 cốt thép

bê tông ứng lực trước [6] Sợi thép được quấn thành cuộn và được cắt là lắp ở nhà máy

hay hiện trường Trước khi thi công, sợi thép cần được vệ sinh bề mặt để tăng lực dính kết với bê tong

Cáp ứng suất trước phổ biến nhất là loại cáp 7 sợi, có cường độ chịu kéo tới hạn fpu là

1720Mpa và 1860Mpa, kết dính hoặc không kết dính

2.4 Đánh giá tổn hao ứng suất trong các giải pháp ứng lực:

Trong quá trình chế tạo và sử dụng cấu kiện bê tông cốt thép có xảy ra hiện tượng ứng suất kéo trước bị tổn thất làm ảnh hưởng rất nhiều đến sự làm việc của kết cấu Những tổn thất thường xảy ra bao gồm:

Sự dão ứng suất trong cốt thép (khi kéo căng vào bệ tỳ)

Các biến dạng của khuôn của các neo và các bộ phận kẹp (ép các mối nối giữa các khối lắp ghép, ép các vòng đệm của neo)

Tổn thất do các chùm hoặc các thanh cốt thép riêng rẽ không được kéo căng đều nhau Tổn thất do co ngót và do từ biến của bê tông Do tác động của tải trọng có chu kỳ

Do dão ứng suất trong cốt thép (khi kéo căng cốt thép vào bê tông)