Nghiên cứu giải pháp ứng dụng cọc khoan nhồi đường kính nhỏ trên địa bàn thành phố sóc trăng

Giải quyết vấn đề trên đây sẽ giúp hoàn thiện thêm lý thuyết tính toán và ứng dụng móng cọc trong điều kiện địa chất của thành phố Sóc Trăng, đồng thời tăng thêm sự lựa chọn cho người th

L ỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sĩ này là công trình nghiên cứu của bản thân Các số liệu kết quả trình bày trong luận văn này là đúng sự thật, có nguồn gốc rõ ràng và chưa được công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào

Tác giả

Nguyễn Xuân Vinh Hiển

LỜI CẢM ƠN

Luận văn được hoàn thành là thành quả của sự cố gắng, nỗ lực hết mình và sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô trong bộ môn Địa kỹ thuật trường Đại học Thủy lợi, Hà Nội, đặc biệt dưới sự hướng dẫn khoa học của thầy TS Nguyễn Văn Lộc

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy hướng dẫn, đã tận tâm hướng dẫn khoa học suốt quá trình từ khi lựa chọn đề tài, xây dựng đề cương đến khi hoàn thành luận văn

Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Địa kỹ thuật, Khoa Công trình đã giúp đỡ và tạo điều kiện tác giả hoàn thành luận văn này

Hà Nội, ngày tháng năm 2017

Tác giả

Nguyễn Xuân Vinh Hiển

MỤC LỤC

L ỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH vi

DANH MỤC CÁC BIỂU BẢNG vii

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1

3 Nội dung và phương pháp nghiên cứu 1

4 Kết quả dự kiến đạt được 2

5 Bố cục luận văn 2

Mở đầu 2

Chương 1 Tổng quan về móng cọc và cọc khoan nhồi đường kính nhỏ 2

Chương 2 Phương pháp tính toán cọc khoan nhồi đường kính nhỏ 2

Chương 3 Tính toán, ứng dụng cho công trình nhà dân dụng trên địa bàn thành phố Sóc Trăng 2

Kết luận và kiến nghị 2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÓNG CỌC VÀ CỌC KHOAN NHỒI ĐƯỜNG KÍNH NH Ỏ 3

1.1.Tổng quan về móng cọc 3

1.1.1 Định nghĩa và phân loại 3

1.1.1.1 Định nghĩa: 3

1.1.2 Dự báo sức chịu tải của cọc 5

1.2.Tổng quan về móng cọc khoan nhồi đường kính nhỏ 5

1.2.1 Khái niệm 5

1.2.2 Lịch sử phát triển 5

1.2.3 Phạm vi ứng dụng 6

1.2.4 Phân loại cọc đường kính nhỏ 7

1.3.Công nghệ thi công cọc khoan nhồi đường kính nhỏ 7

1.3.1 Định vị tim cọc 7

1.3.2 Khoan tạo lỗ, kiểm tra địa tầng, kiểm tra độ sâu 8

1.3.2.1 Khoan tạo lỗ 8

1.3.2.2 Kiểm tra địa tầng 9

1.3.2.3 Kiểm tra độ sâu của hố khoan 10

1.3.3 Lấy phôi khoan 10

1.3.4 Gia công lồng thép và thả ống đổ 10

1.3.5 Vệ sinh hố khoan 11

1.3.6 Đổ bê tông 12

1.3.7 Phương pháp kiểm tra: 13

1.4.Kết luận chương 1 14

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN CỌC KHOAN NHỒI ĐƯỜNG KÍNH NH Ỏ 15

2.1.Khái niệm về sức chịu tải của cọc đơn 15

2.1.1 Định nghĩa 15

2.2.Tính toán sức chịu tải của cọc khoan nhồi theo độ bền vật liệu 16

2.3.Tính toán sức chịu tải cọc theo đất nền 17

2.3.1 Tính toán sức chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm trong phòng: 17

2.3.2 Tính toán sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cường độ đất nền: 21

2.3.3 Sức chịu tải của cọc ma sát chịu nén đúng tâm 23

2.3.4 Sức chịu tải của cọc khi chịu tải trọng nhổ 27

2.3.5 Tính toán sức chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh (CPT): 27

2.3.6 Sức chịu tải của cọc theo kết quả xuyên tiêu chuẩn (SPT): 29

2.3.7 Sức chịu tải của cọc theo TCVN 31

2.4.Độ lún của nhóm cọc 37

2.4.1 Xác định khối móng cọc 37

2.4.2 Tính lún cho móng cọc (quy ước) 39

2.5.Kết luận chương 2: 41

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN, ỨNG DỤNG CHO CÔNG TRÌNH NHÀ DÂN D ỤNG TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ SÓC TRĂNG 42

3.1.Giới thiệu về công trình 42

3.1.1 Quy mô của dự án 42

3.1.2 Các kích thước chi tiết kết cấu phần trên của hạng mục được chọn để tính toán

nền móng 42

3.1.3 Các điều kiện địa chất, thủy văn cơ bản 45

3.2.Tính toán các loại tải trọng tác dụng lên công trình và tính toán nội lực cho từng chân cột 46

3.3.Phân tích và đề xuất các phương án xử lý nền cho công trinhg 55

3.4.Tính toán sức chịu tải của cọc khoan nhồi đường kính nhỏ 57

3.4.1 Chọn loại móng cọc và vật liệu làm cọc 57

3.4.1.1 Chọn loại móng cọc 57

3.4.1.2 Chọn kích thước cọc và đài cọc 57

3.4.1.3 Chọn cột đại diện để thiết kế 57

3.4.1.4 Nguyên tắc tính toán sức chịu tải của cọc 58

3.4.2 Tính toán sức chịu tải của cọc khoan nhồi theo vật liệu làm cọc 58

3.4.3 Xác định sức chịu tải của cọc theo đất nền : 59

3.4.4 Xác định số lượng cọc 63

3.4.4.1 Xác định số lượng cọc cột điển hình cột 1 63

3.4.4.2 Bố trí cọc 67

3.4.5 Kiểm tra khả năng chịu tải của cọc 69

3.4.6 Kiểm tra móng cọc và nền của nó theo trạng thái giới hạn II 71

3.4.7 Kiểm tra lún cho móng cọc 76

3.5.Sử dụng phần mềm Geoslop tính toán sức chịu tải của cọc 79

3.5.1 Trường hợp tính toán 79

3.5.2 Tính ứng suất và biến dạng cho móng cọc theo modul SIGMA/W 82

3.5.2.1 Trình tự tính toán theo modul SIGMA/W 82

3.5.2.2 Kết quả tính theo modul SIGMA/W 83

3.6.Phân tích các kết quả tính và nhận xét 86

3.7.Kết luận chương 3 87

1 Kết luận và kiến nghị 88

2 Một số điểm còn tồn tại 88

3 Kiến nghị 88

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

Hình 1.1a: Cấu tạo móng cọc đài thấp: 1- cọc; 2- đài cọc; 3- kết cấu phần trên 3

Hình 1.1b: Cấu tạo móng cọc đày cao: 1 cọc; 2- đài cọc; 3- kết cấu phần trên 3

Hình 1.2 Khoan tạo lỗ cọc 9

Hình 1.3 Cho cốt thép vào lỗ khoan 10

Hình 1.4 Hình ảnh các bước thi công cọc khoan nhồi mini 13

Hình 2.1: Sơ đồ tính lún của móng cọc 37

Hình 2.2: Xác định kích thước móng khối quy ước đối với nền đồng chất 38

Hình 2.3: Xác định kích thước móng khối quy ước khi trong nền có tầng đất yếu 38

Hình 2.4 Xác định kích thước móng khối quy 39

ước đối với nền đất nhiều lớp 39

Hình 3.1: Mặt đứng tòa nhà theo phương Y 44

Hình 3.2: Mặt bằng tòa nhà 45

Hình 3.3 : Mặt cắt địa chất khu vực xây dựng công trình 46

Hình 3.4: Mô phỏng mô hình tòa nhà trên Sap2000 47

Hình 3.5: Mặt bằng bố trí cột trên công trình 48

Hình 3.6: Bố trí cọc trong đài 4 cọc 67

Hình 3.7: Bố trí cọc trong đài 5 cọc 67

Hình 3.8: Bố trí cọc trong đài 6 cọc 68

Hình 3.9: Bố trí cọc trong đài 9 cọc 68

Hình 3.10: Bố trí móng cọc cho toàn bộ côt trong công trình 69

Hình 3.11: Sơ đồ tính toán móng cọc cột 1 70

Hình 3.12: Sơ đồ khối móng quy ước 72

Hình 3.13 Khối móng quy ước 74

Hình 3.14 Ứng suất đáy khối móng quy ước 78

Hình 3.15 Sơ đồ tính lún cho móng cọc 81

Hình 3.16 : Sơ đồ mô hình tính toán của bài toán 83

Hình 3.17 Lưới chuyển vị 83

Hình 3.18 Đường đẳng chuyển vị theo phương đứng 84

Hình 3.19 Đường đẳng chuyển vị ngang 84

Hình 3.20 Đường đẳng ứng suất theo phương đứng 85

Hình 5.21 Các giá trị lún tại điểm tâm móng 85

Hình 3.22: Biểu đồ chuyển vị theo phương Y 86

DANH MỤC CÁC BIỂU BẢNG

Bảng 2.1 Bảng xác định hệ số ktc 17

Bảng 2.2 Sức kháng ma sát giữa thành cọc và đất fi 18

Bảng 2.3 Hệ số mf 19

Bảng 2.4- các hệ số của công thức (2.4) 20

Bảng 2.5- Trị số qp 21

Bảng 2.6 Sức kháng ma sát giữa thành cọc và đất fi 24

Bảng 2.7 Hệ số mf 25

Bảng 2.8 Các hệ số của công thức trên 26

Bảng 2.9 Trị số qp 27

Bảng 2.10 Bảng xác định hệ số Kc và α theo loại đất 29

Bảng 2.11 Hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất γcf 34

Bảng 2.12 - Các hệ số α1, α2 , α3 và α4 trong công thức (2.24) 35

Bảng 2.13 Cường độ sức kháng qb, của đất dính dưới mũi cọc nhồi 36

Bảng 2.14 Giá trị hệ số Kođể xác định các ứng suất σz 40

dưới tâm diện tích chịu tải 40

Bảng3.1: Tài liệu địa chất nền và các chỉ tiêu cơ lý dung trong tính toán 46

Bảng 3.2: Kết quả tính toán nội lực chân cột từ phần mềm Sap2000 49

Bảng 3.3: Sức chịu tải dọc trục theo điều kiện vật liệu 58

Bảng 3.4 : Bảng tính toán sức chịu tải cọc theo đất nền của cọc D450 mm 60

Bảng 3.5 : Bảng tính toán sức chịu tải cọc theo đất nền của cọc D500 mm 61

Bảng 3.6 : Bảng tính toán sức chịu tải cọc theo đất nền của cọc D600 mm 62

Bảng 3.7 : Kết quả sức chịu tải của cọc đơn 63

Bảng 3.8: Sơ bộ tính toán số lượng cọc cho phương án tiết diện D500 64

Bảng 3.9 Cường độ tiêu chuẩn của đất nền dưới cọc 76

Bảng 3.10: Tính ứng suất tại tâm móng 78

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong những năm gần đây tốc độ phát triển công nghiệp và đô thị hóa ngày càng nhanh, nhiều hệ thống giao thông, khu công nghiệp, khu đô thị phát triển mạnh đòi hỏi phải có nhiều giải pháp xử lý, gia cố nền móng đảm bảo hiệu quả ổn định cho công trình xây dựng

Việc lựa chọn giải pháp móng hợp lý trong điều kiện phức tạp cả về địa chất và thi công là vấn đề được đặc biệt quan tâm Để gia cố và xây dựng móng công trình có quy mô vừa và nhỏ trong điều kiện đất nền yếu hay điều kiện thi công khó khăn chật hẹp (nhà xây chèn) là một vấn đề đặt ra trong điều kiện thi công hiện tại trên địa bàn thành phố Sóc Trăng Do đó, việc nghiên cứu phương pháp tính toán ứng dụng cọc siêu nhỏ trong địa bàn thành phố Sóc Trăng là cấp thiết Các nghiên cứu này bước đầu

có thể cung cấp cơ sở cho việc xây dựng phương pháp tính toán và thiết kế cọc siêu nhỏ trong điều thành phố Sóc Trăng Giải quyết vấn đề trên đây sẽ giúp hoàn thiện thêm lý thuyết tính toán và ứng dụng móng cọc trong điều kiện địa chất của thành phố Sóc Trăng, đồng thời tăng thêm sự lựa chọn cho người thiết kế về các giải pháp móng khi thiết kế các công trình xây dựng

Xuất phát từ yêu cầu trên việc nghiên cứu phương pháp tính toán ứng dụng cọc khoan nhồi đường kính nhỏ vào điều kiện thành phố Sóc Trăng để xử lý, gia cố nền móng các công trình xây dựng là rất cần thiết

2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Phân tích, xác định sức chịu tải của cọc khoan nhồi đường kính nhỏ theo lý thuyết và xác định độ lún của móng cọc

- Ứng dụng tính toán xử lý nền cho công trình tòa nhà 10 tầng ở thành phố Sóc Trăng

3 Nội dung và phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu tổng quan về cọc khoan nhồi, phân loại cọc khoan nhồi đường kính nhỏ

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về tính toán sức chịu tải của cọc khoan nhồi

- Phương pháp phân tích lý thuyết: nghiên cứu cơ sở lý thuyết về tính toán sức chịu tải của cọc khoan nhồi

- Phương pháp phần tử hữu hạn, với việc sử dụng phần mềm Geo-slope, Plaxis để phân tích, kiểm tra biến dạng

- Áp dụng tính toán cọc khoan nhồi đường kính nhỏ trong điều kiện thực tế trên địa bàn thành phố Sóc Trăng

4 Kết quả dự kiến đạt được

- Hiểu biết cơ sở lý thuyết tính toán móng cọc khoan nhồi đường kính nhỏ

- Ứng dụng tính toán móng cọc khoan nhồi đường kính nhỏ xử lý nền cho công trình tòa nhà 10 tầng ở thành phố Sóc Trăng

5 Bố cục luận văn

Mở đầu

Chương 1 Tổng quan về móng cọc và cọc khoan nhồi đường kính nhỏ

Chương 2 Phương pháp tính toán cọc khoan nhồi đường kính nhỏ

Chương 3 Tính toán, ứng dụng cho công trình nhà dân dụng trên địa bàn thành phố Sóc Trăng

Kết luận và kiến nghị

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÓNG CỌC VÀ CỌC KHOAN NHỒI ĐƯỜNG KÍNH NHỎ

Hình 1.1a,b thể hiện 2 loại móng cọc: móng cọc đài thấp và đài cao Móng cọc bao gồm 3 bộ phận: cọc, đài cọc, đất bao quanh cọc

- Cọc là bộ phận chính có tác dụng truyền tải trọng từ công trình lên đất ở đầu mũi và xung quanh cọc

- Đài cọc liên kết các cọc thành một khối và phân phối tải trọng công trình lên các cọc

- Đất xung quanh cọc tiếp thu một phần tải trọng và phân bố đều hơn lên đất đầu mũi cọc

Hình 1.1a: Cấu tạo móng cọc đài thấp:

1.1.2 Phân loại

Các loại cọc hiện nay khá đa dạng về chủng loại vật liệu, kích thước và biện pháp thi công Mỗi loại cọc đều có những ưu, nhược điểm và phạm vi áp dụng khác nhau

- Theo vật liệu người ta chia cọc ra thành các loại như sau:

Cọc gỗ: vật liệu sử dụng là gỗ, dài từ 5-7m, đường kính từ 20-30cm

Cọc tre: Sử dụng các loại tre gốc, đặc chắc

Cọc bê tông: Vật liệu sử dụng là bê tông, sử dụng cho cọc chịu nén

Cọc bê tông cốt thép: vật liệu sử dụng là bê tông cốt thép, loại cọc ày được sử dụng nhiều nhất

Cọc thép: Vật liệu là thép I, H, C, loại cọc này dễ bị gỉ khi tiếp xúc với nước, đặc biệt

là nước măn

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

- Theo phương thức làm việc người ta chia cọc thành các loại như sau:

Cọc chống: Là cọc có sức chịu tải chủ yếu là lực chống của đất, đá tại mũi cọc

Cọc ma sát: Là cọc có sức chịu tải chủ yếu là do ma sát mặt bên của cọc và đất xung quanh thân cọc

Cọc hổn họp: Là cọc có sức chịu tải kết hợp giữa hai loại trên

- Theo phương pháp hạ cọc người ta phân ra thành các loại sau:

Cọc đóng: Là cọc được chế tạo sẵn, được hạ xuống bằng búa treo hoặc búa Diezel hoặc hạ xuống bằng búa máy rung có thể khoan dẩn hoặc không

Cọc ép: Là cọc được chế tạo sẵn, được hạ xuống bằng thiết bị ép thủy lực

Cọc khoan nhồi: Là cọc có tiết diện hình tròn được thi công bằng cách khoan tạo lỗ trong đất với phương pháp khoan hoặc ống thiết bị

1.1.2 Dự báo sức chịu tải của cọc

Theo tiêu chuẩn xây dựng TCXD 10304: 2014- Móng cọc – Tiêu chuẩn thiết kế Để

dự báo sức chịu tải của cọc người ta có thể dùng các phương pháp sau:

- Theo độ bền của đất nền;

- theo chỉ tiêu cơ lý của đất đá;

- Theo kết quả xuyên tĩnh (CPT);

- Theo kết quả xuyên tiêu chuẩn (SPT);

- Theo kết quả các thí nghiệm hiện trường;

- Theo kết quả nén tĩnh cọc/

1.1.3 Dự báo độ lún của móng cọc

Theo tiêu chuẩn xây dựng TCXD 10304: 2014- Móng cọc – Tiêu chuẩn thiết kế Để

dự báo sức độ lún của móng cọc người ta có thể dùng các phương pháp sau:

- Dựa trên quan hệ ứng suất, biến dạng theo lý thuyết bán không gian biến dạng

- Phương pháp móng khối quy ước

- Theo lý thuyết bài toán phẳng

- Phương pháp lớp biến dạng tuyến tính

1.2 Tổng quan về móng cọc khoan nhồi đường kính nhỏ [4]

1.2.1 Khái niệm

Cọc khoan nhồi đường kính nhỏ-cọc mini (Micropile) là loại cọc có đường kính từ 300-600 (mm) Cọc khoan nhồi đường kính nhỏ được dùng hiệu quả cho công trình có diện tích nhỏ hơn 70m2

và chiều cao lớn hơn 4 tầng Cọc bê tông cốt thép có đường kính nhỏ từ 300-600 (mm) có sức chịu tải từ 30 đến 120 tấn trên 1 cọc tùy thuộc vào địa chất công trình

1.2.2 Lịch sử phát triển

Cọc khoan nhồi đường kính nhỏ đã được nghiên cứu phát triển cách đây trên 100 năm xuất phát từ nhu cầu cải tạo sửa chữa các công trình kiến trúc cổ đại tại ltalia do kiến trúc sư P.Lizz phát minh và đưa vào ứng dụng Với lịch sử phát triển 100 năm cọc khoan nhồi đường kính nhỏ đã sử dụng rộng rãi trên thế giới (Ý, Mỹ, Đức, Trung Quốc ….) với các ứng dụng khác nhau như xây dựng các công trình xây chèn trong thành phố, cải tạo sửa chữa, phục hồi các công trình kiến trúc văn hóa

Ban đầu, đa số các ứng dụng của cọc siêu nhỏ là được sử dụng vào việc xây móng kết cấu tại các môi trường đô thị Bắt đầu từ năm 1957, có thêm nhiều các nhu cầu kỹ thuật bắt nguồn từ việc giới thiệu hệ thống cọc siêu nhỏ dạng mắt lưới Các hệ thống này bao gồm nhiều loại cọc siêu nhỏ dạng thẳng đứng và dạng nghiêng kết hợp với mạng lưới ba chiều, tạo ra một kết cấu phức hợp hạn chế chuyển vị ngang Mạng lưới cọc siêu nhỏ dạng mắt lưới được ứng dụng vào quá trình làm ổn định độ dốc, gia cố tường bờ kè, bảo vệ các kết cấu chôn ngầm, các móng đỡ kết cấu và mặt đất khác

Nhà thầu Fondedile đã giới thiệu cách sử dụng cọc siêu nhỏ tại Bắc Mỹ vào năm 1973 thông qua một số ứng dụng trong thi công xây móng tại các khu vực ở New York và Boston Hiện nay, chi phí xây dựng và nhu cầu kỹ thuật tại các nước trên thế giới là tương đối giống nhau và do đó, tiếp tục thúc đẩy sự phát triển của nhu cầu sử dụng cọc siêu nhỏ

Từ năm 2001 đã được ứng dụng trong công trình xây dựng đầu tiên tại thành phố Hà nội, đã dược thị trường xây dựng thành phố Hà Nội chấp nhận và phát triển rất mạnh cho đến nay Hiện nay công nghệ sử lý bằng khoan nhồi đường kính nhỏ đã áp dụng cho hàng ngàn công trình xây dựng dân dụng nhà ở dân cư, nhà cao tầng khách sạn văn phòng Tuy nhiên, ưu thế chính của công nghệ chính là các công trình nhiều tầng xây chen trong thành phố, nơi có mặt bằng thi công chật hẹp, dễ gây ảnh hưởng đến các công trình lân cận Chính vì vậy, nhiều chủ đầu tư đã quyết định chọn giải pháp thi công này cho công trình của mình

1.2.3 Phạm vi ứng dụng

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 thi công tốt trong điều kiện mặt bằng chật hẹp và sức chịu tải cao Các công trình có yêu cầu về bảo đảm an toàn cho các công trình lân cận, cần tránh xảy ra tranh chấp, đền bù hư hỏng cho quá trình xây dựng.Ngoài ra, cọc khoan nhồi đường kính nhỏ còn áp dụng cho các công trình cầu, móng hàng rào, tường bao cho tầng hầm, công trình trên bờ sông , các công trình có địa tầng xen kẹp phức tạp

1.2.4 Phân loại cọc đường kính nhỏ

Cọc khoan nhồi bê tông cốt thép đường kính nhỏ: Đường kính từ 300÷700mm (cọc mini); chịu tải trọng từ 30÷160 tấn/đầu cọc; thường dùng cho các nhà 4, 5 tầng Trên thực tế, loại cọc mini-BTCT dùng tốt cho các nhà có diện tích >70m2 × 4 tầng

Cọc khoan nhồi bê tông cốt thép đường kính lớn: Thường cọc có đường kính D=800÷3000mm, sâu 35÷60m và có thể >100m

Phân loại theo tác dụng làm việc giữa đất và cọc

- Cọc chống: truyền tải trọng lên lớp đất đá có cường độ lớn, vì thế lực ma sát ở mặt xung quanh cọc thực tế không xuất hiện và khả năng chịu tải của cọc chỉ phụ thuộc khả năng chịu tải của đất đầu mũi cọc

- Cọc treo (cọc ma sát): Đất bao quanh cọc là đất chịu nén (đất yếu) và tải trọng được truyền lên nền nhờ lực ma sát ở xung quanh cọc và cường độ của đất đầu mũi cọc

- Nói chung cọc khoan nhồi thường có chiều dài lớn để vươn tới tầng đá gốc hoặc các lớp đất đá có cường độ lớn ở sâu, do đó khả năng chịu tải của cọc phụ thuộc vào cả khả năng chịu tải của đất đầu mũi cọc và sức kháng của đất xung quanh cọc

1.3 Công nghệ thi công cọc khoan nhồi đường kính nhỏ [5]

1.3.1 Định vị tim cọc

Căn cứ vào bản vẽ thiết kế để triển khai, do đặc điểm hiện trường thi công cọc nhồi rất sình lầy (vì phôi khoan và dung dịch trộn lẫn) rất dễ làm mất dấu định vị của các cọc, hoặc thiết bị khoan di chuyển sẽ làm lệch, phá dấu định vị Do vậy cách làm tiện ích nhất như sau: Chọn hai trục trên bản vẽ vuông góc tạo thành hệ tọa độ khống chế, 4 mốc của hệ trục này được gửi lên chỗ an toàn nhất (có thể ở bên ngoài khu vực xây dựng) Từ hệ tọa độ này sẽ triển khai xác định các vị trí tim cọc Trước khi tiến hành khoan tại vị trí mỗi tim cọc phải kiểm tra lại một lần nữa

Sai số định vị tim cọc sau khi thi công không được lệch quá 1/3 đường kính cọc

1.3.2 Khoan tạo lỗ, kiểm tra địa tầng, kiểm tra độ sâu

1.3.2.1 Khoan tạo lỗ

Trước khi khoan tạo lỗ phải kiểm tra độ thẳng đứng dây dọi của tháp dẫn hướng cần khoan để đảm bảo lỗ khoan không bị xiên lệch quá độ nghiêng cho phép (1/100) Kiểm tra độ lệch xiên hiện trường tiện lợi và nhanh nhất bằng cách xem việc lắp ráp các ống đổ bê tông từng đoạn Ống đổ bê tông có đầu hở để đưa bê tông xuống đáy hố, khi lỗ khoan bị lệch nghiêng thì không thể đưa ống đổ xuống đáy hố được, tự thân ống bằng kim loại sẽ xuống theo đường dây dọi do trọng lượng bản thân ống gây ra

Trong quá trính khoan tạo lỗ, dung dịch khoan sẽ đi tuần hoàn từ đáy giếng khoan rồi trồi lên hố lắng và mang theo một phần mùn khoan nhỏ lên cùng Nếu trong quá trình khoan gặp địa tầng thấm lớn, dung dịch khoan sẽ bị thấm nhanh, phải nhanh chóng điều chỉnh tỉ trọng của dung dịch bằng cách hòa thêm vào một lượng bột sét hoặc bentonite tương thích

Ngoài nhiệm vụ vận chuyển mùn khoan lên hố lắng, dung dịch còn có nhiệm vụ giữ căn bằng thủy tĩnh nhằm ổn định thành hố khoan Do đó, trong mọi trường hợp ngừng thi công do thời tiết hay phải ngừng qua đêm, người kỹ thuật phải xác định chắc chắn rằng hố khoan đầy dung dịch và không bị thấm đi trong thời gian ngừng thi công

Hình 1.2 Khoan tạo lỗ cọc

1.3.2.2 Kiểm tra địa tầng

Trước tiên kỹ thuật viên thi công hoặc kỹ sư giám sát phải đọc kỹ hồ sơ khảo sát địa chất để nắm rõ địa tầng mô tả khi thi công Kỹ thuật viên phải có nhiều kinh nghiệm

để nhận biết được các địa tầng thực tế có thể sai lệch nhiều hoặc gần đúng như cột địa tầng mô tả trong hồ sơ khảo sát ban đầu Điều này phải dựa vào tốc độ khoan, màu sắc dung dịch, thành phần mùn khoan, mức độ rung, lắc của máy khoan

Kết quả địa tầng của từng cọc được ghi rõ trong hồ sơ lí lịch cọc

Trong trường hợp địa tầng mô tả ở lý lịch cọc quá khác biệt với hồ sơ khảo sát địa chất ban đầu, giám sát thi công phải báo cho bên tư vấn thiết kế biết để có những quyết định cần thiết

1.3.2.3 Kiểm tra độ sâu của hố khoan

Dùng thước dây có treo quả dọi thả xuống hố khoan sau khi vệ sinh hố khoan hoặc đo chiều dài của từng cần khoan (hoặc ống đổ bê tông) để xác định

1.3.3 Lấy phôi khoan

Ta dùng mũi khoan có nắp (mũi khoan lapel) thả xuống tận đáy hố để kéo đất lên Khi cần thiết phải kéo hai lần Sau đó thả lồng sắt và các ống đổ bê tông được nối và thả xuống đáy hố

1.3.4 Gia công lồng thép và thả ống đổ

Căn cứ vào bản vẽ thiết kế để kiểm tra cốt thép Đường kính của thép đai, thép dọc, loại thép đều được kiểm tra bởi giám sát của hai bên trước khi đưa vào giếng khoan Chiều dài phần sắt nối chống giữa các cốt thép≈20d (với d: đường kính cốt thép dọc) Kiểm tra con kê bảo vệ và neo lồng sắt vào miệng hố khoan

Ống đổ phải được làm sạch các bùn đất Vữa bê tông còn dính trong lần đổ trước hoặc trong lúc bảo quản và di chuyển

Hình 1.3 Cho cốt thép vào lỗ khoan

1.3.5 Vệ sinh hố khoan

Đây là công đoạn quan trọng nhất trong quá trình thi công cọc khoan nhồi Trong quá trình khoan lượng phôi khoan không thể trồi lên hết Thêm vào đó, khi ngừng khoan, những phôi khoan lơ lửng trong dung dịch sẽ lắng trở lại xuống đáy hố khoan, hoặc những phôi khoan có kích thước lớn mà dung dịch không thể đưa lên khỏi hố khoan được Vì vậy, sau khi khoan đến chiều sâu thiết kế cần tiến hành vệ sinh hố khoan Có

2 phương pháp vệ sinh hố khoan :

Phương pháp dùng khí nén:

- Dùng ống PVC hoặc ống kim loại có đường kính từ 60 đến 100 mm (càng lớn càng

dễ bơm) đưa vào trong lòng ống đổ bê tông và xuống tới đáy hố Dùng khí nén áp suất cao, thổi ngược dung dịch từ trong lòng ống đổ ra ngoài

- Trong khi đó, phía ngoài vành xuyến (khoảng không gian giữa thành ống đổ và thành giếng khoan), dung dịch khoan được cấp bổ sung liên tục và di chuyển vào bên trong ống đổ ra ngoài Trong quá trình vận động, dung dịch sẽ mang các vật liệu thô còn sót lại trong giếng lên khỏi miệng giếng Quá trình được tiến hành cho đến khi không còn cặn lắng, không còn vật liệu thô lẫn trong dung dịch là được

Phương pháp bơm ép ngược:

- Đối với những địa tầng có tính bở rời, dễ bị sạt lở như địa tầng cát, á cát, bùn lỏng, ta phải dùng bơm ép ngược trong quá trình vệ sinh hố khoan

- Dùng máy Diezel bơm ép dung dịch vào trong ống đổ, luồng dung dịch này sẽ tuần hoàn trong ống đổ xuống đáy và thoát ra ở miệng dưới của ống đổ và tuần hoàn lên trên trong vành xuyến giữa ống đổ và thành lỗ khoan, trào ra ngoài về hố dung dịch Trong quá trình tuần hoàn này, dung dịch sẽ mang theo các vật liệu bở rời lên khỏi hố khoan

Chú ý:

+ Trong quá trình ép ngược ta phải kê máng máy và chuẩn bị dụng cụ đổ bê tông cho đầy đủ Khi dừng ép ngược thì phải đổ bê tông ngay, tránh tình trạng vật liệu bở rời lắng đọng

- Thời gian đổ bê tông cho một cọc không quá 6 giờ (để đảm bảo chất lượng, cường độ

bê tông suốt chiều dài cọc) Nếu quá trình thi công đổ bê tông ống bị tắc cần có biện pháp xử lý nhanh chóng, kể cả thời gian xử lý thì thời gian đổ bê tông không được vượt quá giới hạn nêu trên Trong trường hợp không xử lý được thì phải ngừng thi công ít nhất là 24 giờ, sau đó vệ sinh hố khoan lại một lần nữa (theo 2 phương pháp nêu ở trên) mới tiếp tục đổ bê tông

- Trước khi đổ bê tông cần phải kểm tra van trượt hoặc bong bóng cao su đã được đặt vào miệng ống đổ Van trượt hoặc bong bóng cao su khi để vào miệng ống đổ dùng tay kéo thử lên xuống nhẹ nhàng không được lỏng hoặc chặt quá

Rút ống đổ:

- Kỹ thuật viên và giám sát theo dõi cao độ của mức bê tông dâng lên trong hố khoan bằng cách tính sơ bộ lượng bê tông đổ qua từng mẻ trộn và theo đường kính danh định của cọc (thực tế đường kính sẽ lớn hơn 20→ 40% tùy theo địa tầng khoan qua) Khi nâng ống đổ lên chiều cao nâng không vuợt quá 1.5m Độ ngập của ống đổ trong bê tông khi đạt yêu cầu thì cho rút ống

- Khi bê tông dâng lên miệng hố khoan lớp bê tông trên cùng thường bị nhiễm bùn trong quá trình dâng lên Nên cho lớp bê tông này trào ra khỏi miệng hố khoan, bỏ đi cho tới khi bằng mắt thường xác định được lớp bê tông kế tiếp đạt yêu cầu thì ngừng

đổ

Kết thúc quá trình thi công cọc khoan nhồi tiết diện nhỏ

Hình 1.4 Hình ảnh các bước thi công cọc khoan nhồi mini

1.3.7 Phương pháp kiểm tra:

Có hai phương pháp kiểm tra: bằng nén tĩnh và siêu âm

Phương pháp kiểm tra bằng nén tĩnh: Thường chọn phương án này vì giá rẻ

- Trong bản vẽ thi công cọc Đơn Vị Thiết kế chọn một số cọc Thí Nghiệm (số lượng cọc thí nghiệm phụ thuộc tổng số cọc trong công trình) Quy định trên 15 cọc thì bắt buộc phải có cọc thí nghiệm

- Trong quá trình thi công các cọc không thí nghiệm sẽ được để sắt neo chờ phục vụ cho neo nén tĩnh cọc thí nghiệm sau này Nếu diện tích rộng nén tính bằng chất tải như cách thông thường đối ép cọc

Phương pháp siêu âm: Không thường chọn vì giá cao

- Trong quá trình thi công đơn vị thi công phải đặt 02 ống thép chờ suốt chiều dài cọc phục vụ cho siêu âm sau này.Đường kính ống thép phụ thuộc đơn vị thiết kế đưa ra nhưng thường D40 – D60 Đây cũng là một nguyên nhân đội giá thành nên cao.Ống siêu âm thường đặt 50% tổng số cọc và sẽ kiểm tra 25% bất kỳ

Loại cọc này có thể áp dụng rộng rãi được nếu khâu quản lý chất lượng thi công được đảm bảo Việc đảm bảo chất lượng thi công loại cọc này có thể sẽ khó hơn so với loại cọc khoan nhồi đường kính lớn Cần phải phải làm chủ được công nghệ, bởi vì nếu làm hỏng thì rất khó sửa chữa hoặc không sửa chữa được Tùy Kinh tế của chủ công trình mà có những biện pháp thí nghiệm khác nhau Với công trình lớn thường chọn cả hai phưong án

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN CỌC KHOAN NHỒI ĐƯỜNG KÍNH NHỎ

2.1 Khái niệm về sức chịu tải của cọc đơn [4]

2.1.1 Định nghĩa

Sức chịu tải của cọc đơn (viết tắt là SCT) là tải trọng lớn nhất tác dụng lên cọc và đảm bảo hai điều kiện:

- Cọc không bị nứt vỡ (điều kiện về vật liệu làm cọc)

- Đất ở mũi cọc và xung quanh cọc không bị phá hoại về cường độ hoặc về biến dạng (điều kiện về đất nền)

Như vậy, SCT của cọc là khả năng chịu tải lớn nhất (còn gọi là SCT giới hạn), phụ thuộc vào độ bền vật liệu làm cọc và tính chất của đất bao quanh cọc, nghĩa là

Qu = f (độ bền vật liệu cọc, tính chất đất bao quanh cọc)

Tuỳ theo phương của tải trọng tác dụng lên đầu cọc, phân biệt

- Sức chịu tải dọc trục của cọc Q u

- Sức chịu tải ngang trục của cọc Q uh

2.1.2 Nguyên tắc xác định

Qvl: SCT tính theo độ bền vật liệu làm cọc;

Qđ: SCT tính theo đặc tính của đất bao quanh cọc

Qu = min (Qvl , Qđ ) Sau khi xác định được sức chịu tải giới hạn, cần xác định sức chịu tải cho phép, được xác định theo công thức:

Qu = min (Qvl/FS , Qđ/FS )

2.2 Tính toán sức chịu tải của cọc khoan nhồi theo độ bền vật liệu

Sức chịu tải của cọc chịu nén được tính theo công thức:

Qvl = ϕ(m1m2RbFb + RaFa) Trong đó:

Rb - cường độ tính toán của bê tông khi nén mẫu hình trụ;

Fb - diện tích tiết diện ngang của bê tông cọc;

Ra - cường độ tính toán của cốt thép;

Fa - diện tích tiết diện ngang của cốt thép dọc;

m1 - hệ số điều kiện làm việc, đối với cọc được đổ bê tông bằng ống dịch chuyển thẳng đứng (tremie) thì m1 = 0,85

m2 - hệ số điều kiện làm việc kể đến phương pháp thi công

- Khi thi công trong đất sét dẻo, dẻo cứng, khoan và nhồi bê tông không cần ống vách, đồng thời mực nước ngầm thấp hơn mũi cọc thì m2=1

- Khi thi công có dùng ống vách nhưng nước ngầm không xuất hiện trong lỗ khoan khi

nhồi bê tông thì m2= 0,9

- Khi thi công cần dùng ống vách và đổ bê tông trong dung dịch huyền phù sét (Bentonite) thì m2 = 0,70

ϕ - hệ số uốn dọc của cọc; thông thường ϕ = 1; khi cọc xuyên qua các lớp đất yếu, ϕ

b - bề rộng của tiết diện chữ nhật

ltt – chiều dài tính toán của cọc

2.3 Tính toán s ức chịu tải cọc theo đất nền [4]

2.3.1 Tính toán sức chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm trong phòng:

a) Xác định sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền:

tc

tc a

K

Q

Trong đó:

Qa - sức chịu tải cho phép tính toán;

Qtc - sức chịu tải tiêu chuẩn cọc đơn;

ktc – hệ số an toàn, được lấy như sau:

Đối với móng cọc đài cao hoặc đài thấp có đáy đài nằm trên đất có tính nén lún lớn và đối với cọc ma sát chịu tải trọng nén, cũng như đối với bất kỳ loại đài nào mà cọc treo, cọc chống chịu tải trọng nhổ, tùy thuộc số lượng cọc trong móng, trị số ktc được lấy theo bảng sau:

Lưu ý: Nếu việc tính toán móng cọc có kể đến tải trọng gió và tải trọng cần trục thì

được phép tang tải trọng tính toán trên các cọc biên lên 20% (trừ móng trụ đường dây tải điện)

b) Xác định sức chịu tải tiêu chuẩn theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền:

Qtc = m(mRqpAp + uΣmffili)

Ap - Diện tích mũi cọc (tính bằng m2) lấy như sau:

+ Đối với cọc nhồi không mở rộng đáy, lấy bằng diện tích tiết diện ngang

+ Đối với cọc nhồi có mở rộng đáy, lấy bằng diện tích tiết diện ngang của phần

2,3

3 3,5 3,8

4 4,2

1,5 2,1 2,5 2,7 2,9 3,1

1,2 1,7

2 2,2 2,4 2,5

0,5 1,2 1,1 1,6 1,7 1,8

0,4 0,7 0,8 0,9

1

1

0,4 0,5 0,7 0,8 0,8 0,8

0,3 0,4 0,6 0,7 0,7 0,7

0,2 0,4 0,5 0,5 0,6 0,6

10

4,4 4,6 5,1 5,6 6,1 6,6

7

3,3 3,4 3,8 4,1 4,4 4,7

5

2,6 2,7 2,8

3 3,2 3,4 3,6

1,9 1,9

2

2

2 2,1 2,2

1

1 1,1 1,2 1,2 1,2 1,3

0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,9 0,9

0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,8 0,8

0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,7 0,7

mf – Hệ số điều kiện làm việc của đất ở mặt bên cọc, phụ thuộc vào phương pháp khoan tạo lỗ, lấy theo Bảng 2.3

a) khi không có nước

trong lỗ khoan (phương

pháp khô) hoặc khi dùng

0,7

0,6 0,8

0,7

0,6 0,8

0,6

0,6 0,7

qp - Cường độ chịu tải của đất ở đầu mũi cọc (T/m2), được tính như sau:

* Đối với đất hòn lớn có chất độn là cát và đối với đất cát trong trường hợp cọc nhồi

có và không có mở rộng đáy, tính theo công thức sau:

qp= 0,75β(γ’IdpAok+ αγILB0k) Trong đó:

Β, Ao

k,αB0

k - Hệ số không thứ nguyên lấy theo bảng 2.4;

γ’I - Trị tính toán trung bình (theo các lớp) của trọng lượng thể tích đất, t/m3

, nằm phía trên mũi cọc (khi đất no nước có kể đến sự đẩy nổi trong nước);

L- chiều dài cọc, m;

dp- Đường kính, m của cọc nhồi hoặc của đáy cọc (nếu có mở rộng đáy cọc

Lưu ý: Mũi cọc phải cắm vào tầng đất tốt một đoạn lớn hơn đường kính cọc, nếu là

cọc có mở rộng đáy thì phải lớn hơn 2m

12,8 24,8

17,3 32,8

24,4 45,5

34,6

64

48,6 87,6

10 12,5

15 17,5

20 22,5

25

0,78 0,75 0,68 0,62 0,58 0,55 0,51 0,49 0,46 0,44

0,79 0,76 0,7 0,67 0,63 0,61 0,58 0,57 0,55 0,54

0,8 0,77 0,7 0,67 0,63 0,61 0,58 0,57 0,55 0,54

0,82 0,79 0,74 0,7 0,67 0,65 0,62 0,61 0,6 0,59

0,84 0,81 0,76 0,73 0,7 0,68 0,66 0,65 0,64 0,63

0,85 0,82 0,78 0,75 0,73 0,71 0,69 0,68 0,67 0,67

0,85 0,83 0,8 0,77 0,75 0,73 0,72 0,72 0,71 0,7

0,86 0,84 0,82 0,79 0,7 0,76 0,75 0,75 0,74 0,74

0,87 0,85 0,84 0,81 0,80 0,79 0,78 0,78 0,77 0,77

0,31 0,21

0,29 0,23

0,27 0,22

0,26 0,21

0,25 0,20

0,24 0,19

0,28 0,18

0,28 0,17

* Đối với đất sét, trong trường hợp cọc nhồi có và không có mở rộng đáy lấy theo bảng 2.5

Bảng 2.5- Trị số q p

Chiều sâu

mũi cọc h,m Cường độ chịu tải qp, T/m

2, dưới mũi cọc nhồi có và không mở rộng đáy, ở đất sét có chỉ số sệt ILbằng

2.3.2 Tính toán sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cường độ đất nền:

a Sức chịu tải cực hạn của cọc:

Qu = Qp + Qs Trong đó:

Qu= sức chịu tải giới hạn;

Qp= sức chịu tải giới hạn tại chân cọc;

p a

FS

Q FS

Q

Trong đó:

FS - hệ số an toàn, được quy định tùy thuộc phương pháp xác định SCT, loại

SCT (Q u hay Q uh , Q p hay Q s ) Nói chung FS = 2 ÷ 6 Tính toán theo kết quả xuyên tĩnh, FS = 2 ÷ 3 (thường lấy FSp=3; FSs=2)

- Xác định sức chịu tải cực hạn do ma sát Qs:

i si

Trong đó:

u - chu vi tiết diện cọc

fsi – lực ma sát đơn vị ở giữa lớp đất thứ I tác dụng lên cọc

li – chiều dài của lớp đất thứ i mà cọc đi qua

- Lực ma sát đơn vị được tính như sau:

I ai I ai h

σ =Trong đó:

σ’vi - ứng suất hữu hiệu giữa lớp đất thứ I theo phương thẳng đứng

ksi - hệ số áp lực ngang của lớp đất thứ i, ksi = 1 – sinIϕi

- Sức chịu tải cực hạn do kháng mũi Qp:

Qp = ApqpTrong đó:

Ap - diện tích tiết diện ngang của mũi cọc

qp – cường độ đất nền dưới mũi cọc

- Cường độ chịu tải của đất dưới mũi cọc tính theo công thức:

γγ

cN

q p = c + 'vp q + p Trong đó:

Nc , Nq , Nγ -- hệ số sức chịu tải, phụ thuộc vào ma sát trong của đất, hình dạng mũi cọc và phương pháp thi công cọc

) 2 45 (

N c = ( q − 1 ) cot

ϕ

c - lực dính của đất dưới mũi cọc

σ’vp - ứng suất hữu hiệu theo phương thẳng đứng tại độ sâu mũi cọc do trọng lượng bản thân đất

γ - trọng lượng thể tích của đất ở độ sâu mũi cọc

dp - cạnh cọc vuông hoặc đường kính của cọc tròn

2.3.3 Sức chịu tải của cọc ma sát chịu nén đúng tâm

Sức chịu tải của cọc nhồi có và không có mở rộng đáy được xác định theo công thức:

Qtc = m(mRqpAp + u∑mffili)

Trong đó:

m - Hệ số điều kiện làm việc, nếu đầu cọc tựa trên đất sét có độ bão hoà G < 0,85 thì lấy m = 0,80; các trường hợp khác lấy m = 1

mR - Hệ số điều kiện làm việc của đất dưới mũi cọc Khi có mở rộng đáy cọc bằng phương pháp nổ mìn thì mR = 1,3 Khi thi công cọc có mở rộng đáy bằng phương pháp đổ bê tông dưới nước lấy mR = 0,9 Các trường hợp khác lấy mR=1

Ap - Diện tích mũi cọc (tính bằng m2) lấy như sau:

+Đối với cọc nhồi không mở rộng đáy, lấy bằng diện tích tiết diện ngang

+ Đối với cọc nhồi có mở rộng đáy, lấy bằng diện tích tiết diện ngang của phần

3 Cọc khoan nhồi, kể cả mở rộng đáy, đổ bê tông:

a) Khi không có nước trong lỗ khoan (phương pháp

c) Hỗn hợp bê tông cứng đổ vào cọc có đầm

6 Cọc khoan nhồi, cọc có lỗ tròn rỗng ở giữa, không

7 Cọc khoan phun chế tạo có ống chống hoặc bơm

qp - Cường độ chịu tải của đất ở đầu mũi cọc (T/m2), được tính như sau:

Đối với đất hòn lớn có chất độn là cát và đối với đất cát trong trường hợp cọc nhồi có

và không mở rộng đáy thì tính theo công thức

qp = 0,75 β(γ'1dAok + αγ1hBok)

Trong đó:

α, β, Aok, Bok - Những hệ số không thứ nguyên, xác định theo Bảng 2.3

γ '1 - Trị tính toán trọng lượng riêng của đất tự nhiên ở phía dưới mũi cọc, T/m3 Khi đất ở dưới mức nước ngầm phải kể đến đẩy nổi

γ 1 - Trị tính toán trung bình của trọng lượng riêng của đất, tính bằng T/m3

, nằm ở phía trên mũi cọc Nếu đất dưới mực nước ngầm thì kể đến đẩy nổi

d - Đường kính của cọc hoặc của đáy mở rộng

h - Chiều sâu hạ mũi cọc, m

Bảng 2.8 Các hệ số của công thức trên

Chú ý: Khi hệ số rỗng của đất ở đầu mũi cọc e > 0,60 thì giá trị qp trong bảng phải

giảm đi bằng cách nhân với một hệ số m như sau: m = 1 khi e = 0,60 và m = 0,6 khi e

= 1,1 Những giá trị ở giữa xác định bằng cách nội suy

m - Hệ số điều kiện làm việc, lấy bằng 0,8 u - Chu vi thân cọc

mf - Hệ số điều kiện làm việc của đất ở mặt bên cọc, phụ thuộc vào phương pháp khoan tạo lỗ, lấy theo Bảng 2.2

fi - Sức kháng ma sát của đất với thành cọc, T/m2,lấy theo Bảng 2.6

li - Chiều dầy lớp đất chia thứ i

w - Trọng lượng của cọc, tính bằng tấn

2.3.5 Tính toán sức chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh (CPT):

a) Theo kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh:

- Sức chịu tải cực hạn của một cọc:

Qu = Qs + Qp

- Sức chống mũi cực hạn ở mũi xác định theo công thức:

Trong đó:

u - chu vi tiết diện cọc

li – chiều dài của lớp đất thứ i mà cọc đi qua

fsi – lực ma sát đơn vị của lớp đất thứ i tác dụng lên cọc, được tính như sau:

i

ci si

q f

α

=

Trong đó:

αi – hệ số, lấy theo bảng 2.6 Sức chịu tải cho phép của một cọc Qa:

FS

Q

FS – hệ số an toàn lấy bằng 2÷3

Bảng 2.10 Bảng xác định hệ số K c và α theo loại đất Loại đất Sức chống ở mũi q

120

Đá phấn phong hóa,

2.3.6 Sức chịu tải của cọc theo kết quả xuyên tiêu chuẩn (SPT):

- Sức chịu tải cực hạn của cọc tính theo công thức của (Meyerhof, 1956) dùng cho đất rời:

Qu = K1NAp+ K2NtbAsTrong đó:

N- chỉ số SPT trung bình trong khoảng 1d dưới mũi cọc và 4d trên mũi cọc;

Ap- Diện tích tiết diện mũi cọc, m2;

Ntb- chỉ số SPT trung bình dọc thân cọc trong phạm vi lớp đất rời;

As- Diện tích mặt bên cọc trong phạm vi lớp đất rời, m2

;

K1- hệ số, lấy bằng 400 cho cọc đóng và bằng 120 cho cọc khoan nhồi

Hệ số an toàn áp dụng khi tính toán sức chịu tải của cọc theo xuyên tiêu chuẩn lấy bằng 2,5-3,0

- Sức chịu tải của cọc theo công thức của Nhật Bản:

Trong đó:

Na- chỉ số SPT của đất dưới mũi cọc;

Ns- chỉ số SPT của lớp cát bên thân cọc;

Ls-chiều dài đoạn cọc nằm trong đất cát, m;

Lc- chiều dài đoạn cọc nằm trong đất sét, m;

α- Hệ số, phụ thuộc vào phương pháp thi công cọc;

- Cọc bê tông cốt thép thi công bằng phương pháp đóng: α =30;

- Cọc khoan nhồi: α =15

- Tính sức chịu tải của cọc trong đất dính (theo David, 1979)

Qu = RF + fsFsTrong đó:

Qu - sức chịu tải của cọc (kN);

F - diện tích tiết diện ngang của cọc (m2);

Fs - diện tích mặt bên cọc trong phạm vi đất dính (m2

);

R - sức kháng đầu mũi cọc

R = CuNc

Cu = N/1,4 (T/m2) hay Cu = 7,14N (kPa)

fs - lực ma sát giữa đất dính và thành cọc fs = αCu

α - hệ số thực nghiệm

Sức chịu tải cho phép của cọc với hệ số an toàn FS = 3 là: Qa = Qu/FS

Ghi chú: Trong thực tế thường gặp 2 trường hợp:

Khi cọc xuyên qua các lớp đất sét yếu để cắm được vào các tầng cát và cuội sỏi bên dưới thì có thể dùng công thức của Mayerhof để xác định sức chịu tải của cọc

Khi cọc xuyên qua các lớp đất yếu (sét nhão chảy, cát mịn) để cắm vào tầng sét cứng bên dưới thì có thể dùng công thức của David để xác định sức chịu tải của cọc

2.3.7 Sức chịu tải của cọc theo TCVN [13]

a.Tiêu chuẩn "Nhà cao tầng Thiết kế cọc khoan nhồi" TCXD 195:1997

Sức chịu tải cho phép của cọc (Qa) trong nền gồm các lớp đất dính và đất rời tính theo công thức

Ap - diện tích tiết diện mũi cọc;

Ps - chu vi tiết diện ngang của cọc

Wp - hiệu số giữa trọng lượng cọc và trọng lượng trụ đất nền do cọc thay thế b.Sức chịu tải của cọc theo TCVN 10304-2014

Sức chịu tải trọng nén Rc,u, tính bằng kN, của cọc đóng hoặc ép nhồi và cọc khoan nhồi mở hoặc không mở rộng mũi và cọc ống moi đất và nhồi bê tông vào bên trong, được xác định theo công thức:

Rc,u = γc (γcq qb Ab + uΣγcf fi li) Trong đó:

γc - hệ số điều kiện làm việc của cọc, khi cọc tựa trên nền đất dính với độ bão hòa Sr< 0,9 và trên đất hoàng thổ lấy γc= 0,8; với các trường hợp khác γc = 1;

γcq - hệ số điều kiện làm việc của đất dưới mũi cọc, lấy như sau:

γcq = 0,9 cho trường hợp dùng phương pháp đổ bê tông dưới nước; đối với các trường hợp khác γcq = 1;

qb - cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc

Ab - diện tích tiết diện ngang mũi cọc, lấy như sau:

+ Không mở rộng mũi: lấy bằng diện tích tiết diện ngang của cọc;

+ Có mở rộng mũi: lấy bằng diện tích tiết diện ngang lớn nhất của phần

mở rộng;

+ Đối với cọc ống độn bê tông lòng và cọc ống có bịt mũi: lấy bằng diện tích mặt cắt ngang toàn bộ của ống;

u - chu vi tiết diện ngang thân cọc;

γcf - hệ số điều kiện làm việc của đất trên thân cọc, phụ thuộc vào phương pháp tạo lỗ và điều kiện đổ bê tông - xem Bảng 2.7;

fi - cường độ sức kháng trung bình của lớp đất thứ “i” trên thân cọc,

li - chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất thứ “i”

Chú thích: