Đang tải... (xem toàn văn)
Ngày nay, móng cọc gần như là giải pháp tối ưu cho việc lựa chọn kết cấu hạ tầng các công trình xây dựng nói chung và đặc biệt là công trình cầu. Hầu hết những công trình này đều được sử dụng móng cọc do các ưu điểm về chế tạo, thi công cũng như tính kinh tế. Móng cọc thuộc loại móng sâu, chi phí xây dựng chiếm khoảng trên 25% giá trị xây lắp của công trình. Những hư hỏng về móng cọc đóng, đặc biệt là cọc bê tông cốt thép thường, cọc dự ứng lực và cọc ống bê tông cốt thép, phần lớn là do hiện tượng gẫy cọc xuất hiện tại vị trí mối nối, gây thiệt hại rất lớn về tiền của, độ an toàn của công trình, cũng như tính mạng của con người. Mối nối cọc đóng vai trò hết sức quan trọng trong việc tồn tại và phát huy khả năng làm việc của cọc mà thực tế vấn đề này rất ít được quan tâm trong quá trình thiết kế cũng như thi công. Nội dung bài viết trình bày những nghiên cứu về các giải pháp nối ghép các đoạn cọc sao cho đảm bảo được khả năng chịu lực cũng như độ bền của mối nối.
Nghiên cứu giải pháp xử lý nối ghép đoạn cọc bê tông cốt thép I Đặt vấn đề Ngày nay, móng cọc gần giải pháp tối ưu cho việc lựa chọn kết cấu hạ tầng công trình xây dựng nói chung đặc biệt cơng trình cầu Hầu hết cơng trình sử dụng móng cọc ưu điểm chế tạo, thi cơng tính kinh tế Móng cọc thuộc loại móng sâu, chi phí xây dựng chiếm khoảng 25% giá trị xây lắp cơng trình Những hư hỏng móng cọc đóng, đặc biệt cọc bê tông cốt thép thường, cọc dự ứng lực cọc ống bê tông cốt thép, phần lớn tượng gẫy cọc xuất vị trí mối nối, gây thiệt hại lớn tiền của, độ an tồn cơng trình, tính mạng người Mối nối cọc đóng vai trò quan trọng việc tồn phát huy khả làm việc cọc mà thực tế vấn đề quan tâm q trình thiết kế thi cơng Nội dung viết trình bày nghiên cứu giải pháp nối ghép đoạn cọc cho đảm bảo khả chịu lực độ bền mối nối II Các biện pháp nối ghép cọc bê tông cốt thép lắp ghép Để đảm bảo khả chịu tải cơng trình, cọc thường có chiều dài lớn, nên móng cọc sử dụng mối nối để thực nhiệm vụ Có nhiều biện pháp nối ghép đoạn cọc khác Tuy nhiên, việc kiểm tra làm việc mối nối, bảo đảm chất lượng mối nối q trình thi cơng vấn đề chưa kiểm soát chặt chẽ Bộ phận nối cọc chế tạo riêng gọi mối nối cọc Chúng đực sản xuất theo yêu cầu loại mối nối khác nhau, số loại sản xuất nhà máy chế tạo chuyên dụng cần có yêu cầu đặc biệt Các biện pháp nối ghép cọc có nhiều dạng, phân loại sau: dạng hàn, vít bulơng, khố khí, vòng nối, nêm (chèn), lồng nhau, đóng chốt kéo căng sau cáp dự ứng lực với loại tiết diện khác khả chịu lực khác Từ dạng mối nối đưa dạng chính: mối nối hàn, ma sát (măng xơng), dự ứng lực mối nối chốt - Mối nối hàn: Đây dạng mối nối sử dụng tương đối phổ biến, đặc điểm thi cơng nhanh, tốn kém, dễ dàng thi công Tuy nhiên dạng mối nối khả chịu uốn cắt không cao, đặc biệt tác dụng tải trọng trùng phục, hình thành lực cắt tượng mỏi vị trí hàn Ngồi ra, lực xung kích q trình đóng cọc gây lực cắt lớn cho mối hàn, nguyên nhân dẫn đến phá hoại phát triển nhanh chóng Đặc biệt mối nối hàn có hạn chế lớn tạo ứng suất nhiệt trình hàn bê tông cọc, làm giảm chất lượng bê tơng vị trí xung yếu Ngồi ra, việc sử dụng mối nối hàn buộc phải sử dụng thép liên kết, việc tạo nên trình oxy hố mối nối mơi trường nước bị nhiễm mặn Phải bảo vệ mối nối trường hợp Loại mối nối thường sử dụng cho loại cọc đóng vng với kích thước khác nhau, cầu đường nhà cao tầng, cảng… - Mối nối ma sát: Mối nối dạng sử dụng ống nối hộp nối thép bọc phía ngồi cọc Chiều dài họp nối tính tốn đảm bảo khả chịu lực làm việc hộp nối cọc Với biện pháp khả truyền ứng suất nén mối nối tốt, chịu ứng suất kéo chịu tải trọng động có ứng xử khơng đồng Đối với cọc tròn có đường kính nhỏ 300 mm đoi lớn hơn, biện pháp thường dùng sử dụng vòng thép để nối hai đốt cọc Các thép thường đực hàn chặt vào vòng thép Khả chịu lực mối nối ma sát mối nối hàn, đặc biệt lực kéo mômen uốn Để khắc phục nhược điểm này, người ta sử dụng mối nối hỗn hợp vừa ma sát vừa hàn (măng xông - hàn) mối nối đóng cọc bên ngồi ống nối có đường hàn nối ngang chạy dọc hai bên ống - Mối nối dự ứng lực căng sau: Đây loại mối nối dựa nguyên lý nối cáp dự ứng lực Các đoạn cọc liên kết lại với thông qua cáp dự ứng lực căng sau luồn qua lỗ chờ thân cọc, neo liên kết vữa dính bám (Grout) Mối nối áp dụng phù hợp cho cọc bê tơng cốt thép dự ứng lực làm tăng khả chịu mômen cho cọc Cáp dự ứng lực căng sau tạo nên kết cấu dự ứng lực suốt chiều dài cọc làm tăng khả chịu kéo uốn cọc, tránh tượng hình thành vết nứt lực kéo uốn gây Do cọc ứng sức trước liên tục toàn chiều dài cọc, nên phân bố ứng suất phân bố liên tục, tránh tượng tập trung ứng suất mối nối ma sát mối nối hàn Để đảm bảo mối nối đạt yêu cầu, cần phải xác định lực căng cần thiết cho cọc quy trình căng cáp Tuy nhiên, việc thi cơng mối nối dự ứng lực phức tạp, tốn kém, thời gian thi công xong mối nối lâu, kéo dài khoảng 120 phút đòi hỏi phải tập kết đầy đủ thiết bị: Kích, cáp, neo, vữa, máy cắt cáp Ngồi ra, để thực quy trình kỹ thuật căng cáp, đội ngũ kỹ sư công nhân thi cơng phải thành thạo cơng việc Vì khó khăn phức tạp trên, việc sử dụng mối nối dự ứng lực sử dụng thực tế - Mối nối chốt: Mối nối chốt liên kết nhờ thép chờ liên kết hai đầu đoạn cọc keo epoxy để tăng cường dính bám, nhờ keo epoxy vữa xi măng lấp kín lỗ rỗng, tránh tượng ăn mòn cốt thép, mà hạn chế mối nối ma sát mối nối hàn Ngoài ra, liên kết chốt tạo thành cọc liên tục, tránh tượng tập trung ứng suất chịu lực Mối nối chốt có sử dụng keo epoxy ưu việt cả, khả chịu lực kéo mômen uốn liên kết cao, đồng thời việc thi công liên kết chốt thực đơn giản, nhanh gọn, tốn so với loại liên kết khác Nó khắc phục hạn chế mối nối ma sát, mối nối hàn mối nối dự ứng lực khả làm việc thi công Vì nên sử dụng loại liên kết cho móng cọc dạng cơng trình như: Cầu, cảng, cơng trình nhà cao tầng phù hợp Trong liên kết thường sử dụng thép làm khố có tác dụng chống uốn, chiều dài thép thường lấy 30 – 40d với d đường kính thép Kích thước thép chốt chiếm khoảng 3% diện tích bê tơng vị trí mối nối Việc lắp đătỵ lúc khó khăn, nên thực tế để thuận tiện cho q trình thi cơng an tồn dùng khố thoả mãn điều kiện tính kiểm tra Keo epoxy bơm đầy vào lỗ trước đặt khoá Mối nối dạng chốt dùng cho loại cọc đặc vuồng, cọc ống thường sử dụng cho cọc bê tông cốt thép dự ứng lực III Kiến nghị lựa chọn giải pháp nối Từ loại mối nối cọc nghiên cứu với ưu nhước điểm chúng cho thấy, mối nối hỗn hợp ma sát – hàn mối nối chốt hai loại có nhiều ưu điểm khả chịu lực, tính kinh tế đơn giản thi công Mối nối hỗn hợp ma sát – hàn dạng mối nối mà dùng phổ biến cho cọc đóng kích thước 45 x 45cm trở xuống, khắc phục hạn chế mối nối ma sát, tăng cường khả chịu lực kéo mômen uốn liên kết Mối nối dễ chế tạo, thi công đơn giản thuận tiện phù hợp với dạng cọc nhỏ ngồi cơng trường Các loại cọc đường kính lớn, đặc biệt cọc bê tông cốt thép dự ứng lực nên sử dụng mối nối dạng chốt Mối nối chốt khắc phục nhược điểm mối nối hàn trình hàn tạo ứng suất nhiệt cho bê tông, khả chịu tải trọng động Ngoài ra, mối nối hàn mối nối bulông sử dụng cho cọc bê tơng cốt thép, dễ bị ơxy hố điều kiện nước ngầm bị nhiễm mặn, dễ bị ảnh hưởng lực xung kích lớn q trình đóng cọc, chế truyền lực khơng đồng khó kiểm sốt chất lượng mối nối thi công Trong mối nối chốt, hỗn hợp vữa keo epoxy sử dụng để làm chức dính bám tuỳ theo loại mối nối mà hỗn hợp vữa phải đảm bảo yêu cầu riêng Tại Nauy, người ta không dùng keo epoxy mà sử dụng nhựa khô polyester Với cấu trúc độ bền mối nối kết hợp với keo epoxy mà đạt được, phương pháp nối khuyến khích phát triển Thay loại mối nối có chốt cho loại bốn chốt khơng thật tốt, nhiên sử dụng loại hai chốt hợp lý Trong nội dung phần này, giới thiệu kiến nghị phương pháp tính toán mối nối chốt theo tiêu chuẩn ACI nghiên cứu nước Trong số trường hợp khả bị phá hoại cọc theo chiều ứng suất lực cắt gây lớn Khi diện tích chốt thép chốt khơng đủ gây tượng phá hoại cắt Do diện tích cốt thép thường chốt xác định dựa phương pháp Shear friction Method – phương pháp lực cắt Phương pháp thiết lập dựa sở vết nứt trượt xuất dọc theo mặt phẳng yếu biết trước Diện tích cốt thép thường phải tính tốn mặt cắt ngang theo lý thuyết phương pháp lực cắt đơn giản Lực cắt Vn có phương song song với vết nứt, xu hướng tách rời khối bên bên chống lại lực ma sát dọc theo mặt phẳng vết nứt Khi mặt phẳng vết nứt tạo nhám làm tăng lực ma sát Các thí nghiệm xác định với điều kiện cốt thép dính bám tốt phá hoại cắt xảy ra, ứng suất cốt thép đạt giới hạn chảy Bỏ qua khả chịu cắt thân bê tơng áp lực lớn xuất tiết diện là: A vt.fy Khả chống cắt tiết diện xác định: Vn = .Avt.fy (1) Với hệ số ma sát Mặt khác:Avt/Ac Phương trình viết lại: Vn = .f.Ac.fy (2) Các thép đóng vai trò chốt làm ngăn cản chuỷen vị cắt Tuy nhiên, thiết kế bỏ qua vai trò làm chót khố thép này, mà tăng hệ số ma sát Dựa vào thí nghiệm kiến nghị dùng hệ số ma sát = 1.4 bê tơng tồn khối Điều kiện kiểm tra: Vn 0.2 fc.Ac Vn 800Ac (Ib) (3) Phương trình (2) thể độ an toàn lớn Thực khả chống cắt lớn bố trí cốt thép hợp lý Theo Mattock Howkins hiệu chỉnh phương trình (2): Vn = .f.fy 300 + 0.5 với f.fy 600psi (4) f.fy Với phương trình (4) thể tương quan với nghiên cứu Đại học Washington công thức kinh nghiệm bê tơng có ứng suất lớn 2500psi Tuy nhiên, vấn đề chưa đưa kết cuối Theo cung cấp ACI Code dựa vào phương trình (1), trường hợp thiết kế theo độ bền sử dụng công thức V u = Vn với = 0,85 dùng cho thiết kế chịu cắt có xét tới ma sát Lấy Vn = 0.2 fcAc; 800Ac (Ib) (5) Ứng suất chảy cốt thép fy 60000 psi Nếu lực cắt vị trí Vu Vu = Vn (6) Và diện tích thép cần thiết chốt: Avf = Vu ..fy Kết luận Hiện Việt Nam, việc chế tạo thi cơng mối nối cọc lắp ghép có đường kính cọc ống, cọc bê tơng cốt thép dự ứng lực bị hạn chế Các cơng trình lớn hầu hết sử dụng cọc khoan nhồi, loại cọc có sức chịu tải lớn, phù hợp với móng cầu có tải trọng tác dụng lớn giá thành cao chất lượng cọc khó kiểm sốt Trong năm gần đây, cọc bê tông cốt thép dự ứng lực bắt đầu đưa vào sử dụng ưu điểm phân tích Để áp dụng rộng rãi tiếp cận cơng nghệ tiên tiến nước giới, việc nghiên cứu triệt để giải pháp xử lý nối ghép đoạn cọc bê tông cốt thép lắp ghép (thiết kế công nghệ thi công) vấn đề cần thiết mang tính chất định cho việc đảm bảo chất lượng tính kinh tế cơng trình xây dựng Nguồn tin: T/C Giao thơng vận tải, số 9/2007