Phân tích, xác định sức chịu tải của cọc theo lý thuyết

Hiện nay, để dự báo sức chịu tải của cọc có thể sử dụng nhiều công thức khác nhau theo chỉ tiêu cơ lý đất nền, chỉ tiêu cường độ đất nền hay theo kết quả xuyên tiêu chuẩn SPT,… Các công

Luận văn Thạc sĩ “Phân tích, xác định sức chịu tải của cọc theo lý

thuyết và theo thí nghiệm hiện trường tại khu vực tỉnh Vĩnh Long” đã được hoàn thành tại Trường Đại học Thủy lợi Cơ sở 2- Thành phố Hồ Chí Minh tháng 7 năm 2015 Trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn, tác giả đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ của các Thầy, Cô, bạn bè và đồng nghiệp

Trước tiên, với tất cả sự kính trọng và lòng biết ơn sâu sắc nhất, tác giả muốn

gửi lời cảm ơn chân thành đến PGS.TS Tô Văn Lận là người trực tiếp hướng dẫn

và giúp đỡ trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn

Tác giả cũng xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu Trường Đại học Thủy Lợi Cơ sở 2, phòng Đào tạo sau Đại học Trường Đại học Thủy lợi Cơ sở 2- Thành phố Hồ Chí Minh và toàn thể các Thầy, Cô đã giảng dạy, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả trong thời gian học tập cũng như thực hiện luận văn này

Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến những người thân trong gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã động viên, giúp đỡ tác giả trong thời gian học tập và làm luận văn này

Trong khuôn khổ luận văn, do thời gian, trình độ và điều kiện hạn chế nên không tránh khỏi những thiếu sót, vì vậy tác giả rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của các Thầy, Cô, đồng nghiệp và những người quan tâm

Tác giả

Trần Thị Hương Giang

Đề tài luận văn cao học “Phân tích, xác định sức chịu tải của cọc theo

lý thuyết và theo thí nghiệm hiện trường tại khu vực tỉnh Vĩnh Long” của học viên đã được Nhà trường giao nghiên cứu theo Quyết định số 1801/QĐ-ĐHTL ngày 11tháng 11 năm 2014 của Hiệu trưởng Trường Đại học Thủy lợi

Trong thời gian học tập tại trường với sự định hướng của các thầy cô cộng với kinh nghiệm làm việc tại cơ quan, sự giúp đỡ của bạn bè, đồng nghiệp và đặc biệt là sự giúp đỡ, chỉ bảo của PGS.TS Tô Văn Lận, học viên đã tự nghiên cứu và thực hiện đề tài Đây là thành quả lao động, là công trình nghiên cứu của tác giả

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2015

Học viên

Trần Thị Hương Giang

Trang

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài… ……… … 1

2 Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài……… … 1

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài………….……… …… 2

4 Nội dung nghiên cứu của đề tài……… …….……… 2

5 Phương pháp nghiên cứu……… …….……… 2

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT VÀ ĐẶC ĐIỂM MÓNG CỌC 1.1 Đánh giá chung về địa chất công trình trên địa bàn tỉnh Vĩnh Long… 3

1.2 Đặc điểm móng cọc và tiêu chuẩn thiết kế……… 4

1.2.1 Đặc điểm móng cọc……… ……… 4

1.2.2 Phân loại cọc……… ….……… 6

1.2.3 Tiêu chuẩn thiết kế……….……… 12

1.3 Một số công trình sử dụng móng cọc khu vực tỉnh Vĩnh Long …… 13

1.4 Kết luận chương 1……….……… 14

Chương 2: MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC VÀ KIỂM TRA BẰNG THÍ NGHIỆM NÉN TỈNH 2.1 Tính toán sức chịu tải dọc trục của cọc đơn bê tông cốt thép đúc sẵn 15

2.1.1 Nguyên tắc xác định……….……… … … 15

2.1.2 Sức chịu tải của cọc theo đất nền……….………… …… 15

2.1.3 Sức chịu tải của cọc theo vật liệu……….………… 16

2.2 Một số phương pháp xác định sức chịu tải của cọc đơn … … 17

2.2.1 Tính toán sức chịu tải của cọc theo độ bền của vật liệu… … … 17

2.2.2 Tính toán sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu đất nền…… … 20

2.3.2 Thử tải động……… … … 36

2.3.3 Thí nghiệm bằng hộp kích Osterberg……… … … 38

2.3.4 Thí nghiệm Statnamic……… … … 41

2.4 Kết luận chương 2……… … … 42

Chương 3: MÔ HÌNH MÔ PHỎNG SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC 3.1 Mục đích việc mô phỏng bài toán tính sức chịu tải của cọc … … 44

3.2 Giới thiệu chương trình Plaxis ……… 44

3.2.1 Cấu trúc chương trình ……… … 44

3.2.2 Một số lỗi thường gặp ……… … 45

3.3 Đặc tính hữu hiệu của Plaxis ……… ……… 45

3.4 Mô hình nền dùng để mô phỏng nén tĩnh cọc……… 45

3.4.1 Mô hình Mohr-Coulomb……… ……… ……45

3.5 Phân tích các thông số của đất nền, cọc để phục vụ mô phỏng …… 51

3.6 Phần tử tiếp xúc……… ……… ……… 54

3.7 Xác lập trạng thái ban đầu… …… ………….…… …… 54

3.7.1 Trạng thái áp lực nước lỗ rỗng ban đầu…………… … 54

3.7.2 Trạng thái ứng suất ban đầu trong nền… ………… ………… 54

3.7.3 Xác lập các giai đoạn tính toán…………… ……… 55

3.8 Kết luận chương 3…………… ……… 55

Chương 4: TÍNH TOÁN ỨNG DỤNG CHO MỘT SỐ CÔNG TRÌNH TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH VĨNH LONG 4.1 Mục đích…………… ……… 56

4.2 Tính toán ứng dụng công trình Trường Lưu Văn Liệt…… … 56

4.2.1 Giới thiệu về công trình………… 56

4.2.2 Tài liệu địa chất công trình, đặc điểm công trình……………… 57

4.3 Tính toán ứng dụng công trình Trụ sở Huyện ủy huyện Vũng Liêm.… 66

4.2.1 Giới thiệu về công trình………… 66

4.2.2 Tài liệu địa chất công trình, đặc điểm công trình………… 66

4.2.3 Phương pháp xác định sức chịu tải của cọc thí nghiệm … …… 68

4.2.4 Mô phỏng sức chịu tải của cọc đơn bằng Plaxis 3D…… … 72

4.4 Kết luận chương 4…… ………. 76

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1 Những kết quả đạt được của luận văn…… ………. 77

2 Những tồn tại trong quá trình thực hiện luận văn…… ………….………77

3 Những kiến nghị về hướng nghiên cứu tiếp theo…… ……… 77

TÀI LIỆU THAM KHẢO…… ……… 78

Trang

Hình 1.1: r o n t n n u v t n n on … … 3

Hình 1.2: Món ọ ……….… 5

Hình 1.3: Cọ bê tôn ……….… 7

Hình 1.4: Cá t ết b ạ ọ ……… … 7

Hình 1.5: C t ết ọ bê tôn ……….… 8

Hình 1.6: Cọ o n n ồ ó n t àn u ọ Fr n … 10

Hình 1.7: K o n ọ n ồ tron t dín … 10

Hình 1.8: Cá dạn ọ n , m sát và ọ x ên … 11

Hình 2.1: rườn ợp t ôn ép ( ón ) ọc … 18

Hình 2.2: rườn ợp ọ làm v ệ u tả trọn ôn tr n … 19

Hình 2.3: Sơ ồ t í n ệm nén t n ọ … 35

B u ồ qu n ệ ữ tả trọn - uy n v … 36

Sơ ồ t í n ệm t ử tả ộn … 36

ắp ặt t ết b t ử tả ộn … 37

Sơ ồ t í n ệm Osterber … 38

ắp ặt ộp í Osterber … 40

Sơ ồ t í n ệm St tn m … 41

ắp ặt, t í n ệm St tn m … 42

Hình 3.1: Qu n ệ ứn su t, b ến dạn dọ tr … 42

Hình 3.2: Cá mặt b o p á oạ MC tron ôn n ứn su t ín … 46

Hình 3.3: Xá n E 0 và E 50 từ ết quả t í n ệm b tr t oát nướ 47

Hình 3.4: Đườn on e-log ủ t í n ệm nén ết……… 48

Hình 3.5: Xá n ứn su t t ền ết ’ p ……… 49

Mặt ắt t ôn tr n ……… 58

: B u ồ qu n ệ tả trọn – uy n v ……… 60

3: B u ồ qu n ệ tả trọn – uy n v ………61

So sán tả trọn – uy n v ữ t ử n ệm và Pl x s……… 64

5: B u ồ qu n ệ tả trọn – uy n v ……… 65

6: Mặt ắt t ôn tr n ……… 68

7: B u ồ qu n ệ tả trọn – uy n v ……… 70

8: B u ồ qu n ệ tả trọn – uy n v ………71

4.9: So sán tả trọn – uy n v ữ t ử n ệm và Pl x s……… 74

10: B u ồ qu n ệ tả trọn – uy n v ……… 75

Bảng 2.1 Hệ số uốn dọc φ ……….………… 11

Bảng 2.2 Bảng xác định hệ số k tc ……….…… 20

Bảng 2.3 Sức chống của đất ở mũi cọc q P ……… 21

Bảng 2.4 Ma sát bên f S ……… … 23

Bảng 2.5 Các hệ số m R và m f ……….… 24

Bảng 2.6 Bảng xác định hệ số K c và theo loại đất ……….… 28

Bảng 2.7 Hệ số M……… … 33

Bảng 2.8 Năng lượng tính toán pcủa búa……… … … 33

Bảng 2.9 Năng lượng tính toán pcủa búa rung……… 33

Bảng 3.1 Hệ số R inter……… 51

Bảng 3.2 Các thông số của các lớp đất……… 52

Bảng 3.3 Các thông số của các lớp đất……… 52

Bảng 3.4 Các thông số về cọc bê tông cốt thép dự ứng lực………… 53

Bảng 4.1 Quy trình tăng tải, giảm tải……… … 59

Bảng 4.2 Kết quả so sánh giữa thử nghiệm cọc và Plaxis 3D………… 63

Bảng 4.3 Quy trình tăng tải, giảm tải……… …… 69

Bảng 4.4 Kết quả so sánh giữa thử nghiệm cọc và Plaxis 3D………… 73

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong quá trình thiết kế móng cọc, bài toán xác định sức chịu tải của cọc

là quan trọng nhất Hiện nay, để dự báo sức chịu tải của cọc có thể sử dụng nhiều công thức khác nhau theo chỉ tiêu cơ lý đất nền, chỉ tiêu cường độ đất nền hay theo kết quả xuyên tiêu chuẩn SPT,… Các công thức lý thuyết này phần lớn đều kế thừa từ công trình nghiên cứu và thực nghiệm của các nước trên thế giới như Liên Xô (cũ), Mỹ hoặc các nước Tây Âu Kết quả này chỉ phù hợp với cấu trúc địa chất bản địa Đề tài “Phân tích, xác định sức chịu tải của cọc theo lý thuyết và theo thí nghiệm hiện trường tại khu vực tỉnh Vĩnh Long“ là cần thiết, nhằm xác định hệ số hiệu chỉnh kết quả tính toán theo lý thuyết dựa trên thực tế ứng dụng cho từng khu vực có địa chất tương đồng Đây là đề tài có ý nghĩa lớn về mặt khoa học và thực tiễn Nghiên cứu ứng dụng hệ số hiệu chỉnh tính toán sức chịu tải móng trong xây dựng là hết sức cấp thiết trong đầu tư xây dựng hiện nay

Vì vậy đề tài: “Phân tích, xác định sức chịu tải của cọc theo lý thuyết

và theo thí nghiệm hiện trường tại khu vực tỉnh Vĩnh Long”

Có tính cấp thiết, có ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn

2 Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài

- Nghiên cứu mô phỏng tính toán trên cơ sở lý thuyết và kết quả thí nghiệm thực tế

- Phân tích, so sánh đánh giá để thiết lập hệ số hiệu chỉnh kết quả lý thuyết theo kết quả thí nghiệm thực tế, tối ưu hóa trong việc tính toán sức chịu tải móng công trình xây dựng

- Kiến nghị và các khuyến cáo khi sử dụng

3 Đối tượng và phạm vi nghiêm cứu của đề tài

- Đối tượng nghiên cứu: Sức chịu tải dọc trục của cọc đơn bêtông cốt thép dự ứng lực

- Phạm vi nghiên cứu: Do thời gian có hạn, đề tài sẽ tập trung nghiên cứu các khu vực có số liệu địa chất và kết quả thử nghiệm cọc bê tông cốt thép dự ứng lực bằng tải trọng tĩnh ép dọc trục trên địa bàn tỉnh Vĩnh Long

4 Nội dung nghiên cứu của đề tài

- Tổng quan về địa chất trên địa bàn tỉnh Vĩnh Long

- Cơ sở lý thuyết về xác định sức chịu tải của cọc

- Một số phương pháp đánh giá khả năng chịu tải cọc và kiểm tra bằng thí nghiệm nén tỉnh cọc

- Tính toán ứng dụng cho một số công trình trên địa bàn tỉnh Vĩnh Long

5 Phương pháp nghiên cứu

- Thống kê tài liệu: Thu thập và tổng hợp các tài liệu đã có về địa chất

và kết quả thí nghiệm thử tải thực tế

- Phân chia các khu vực có địa tầng tương đồng, lập sơ đồ phân bố theo địa tầng

- Tính toán đánh giá thiết lập hệ số hiệu chỉnh ứng dụng cho từng khu vực

Chương 1 TỔNG QUAN

1.1 Đánh giá chung về địa chất công trình trên địa bàn tỉnh Vĩnh Long

Vĩnh Long thuộc đồng bằng sông Cửu Long, nằm giữa sông Tiền và sông Hậu Đây là vùng có khí hậu nhiệt đới gió mùa cận xích đạo Trong năm chia làm hai mùa rõ rệt, mùa mưa từ tháng 5 và kết thúc vào tháng 11, mùa khô kéo dài từ tháng 12 đến tháng 4 năm sau Về đặc điểm địa chất, nhìn chung Vĩnh Long có bề mặt được bao phủ bởi tầng đất sét mềm yếu với sức chịu tải dưới 0,5kG/cm2

xen kẽ các thấu kính cát, dày vài mét đến vài chục mét phủ l n tầng đất cứng h n có sức chịu tải từ 2kG/cm2 đến 4kG/cm2

Mực nước ngầm thay đổi theo mùa, nước không có tính ăn mòn đối với b tông

Do đó khả năng sử dụng nền thi n nhi n hầu như không có, n n chỉ sử dụng móng cọc làm việc như cọc ma sát N n việc nghi n ứng dụng móng cọc ở vùng đất yếu này là đề tài có ý nghĩa khoa học và thực tế

Mặt c t hố khoan địa chất điển h nh ở khu vực tỉnh Vĩnh Long:

Hình 1.1: T o n n ìn ở n n on

+ Lớp k: Lớp sân b tông Lớp này bao phủ toàn bộ bề mặt khu vực xây dựng, dày khoảng 0.4m - 0.6m

+ Lớp 1: Lớp đất sét pha nặng, dẻo chảy Lớp này xuất hiện ngay b n dưới lớp sân b tông, thành phần thạch học chủ yếu là đất sét pha nặng, màu xám xanh, xám vàng Trạng thái dẻo chảy Bề dày khoảng 2.4m - 3.4m Thí nghiệm SPT cho N= 0

+ Lớp 2: Lớp đất sét pha nặng, xen kẹp cát, chảy Thành phần thạch học là đất sét pha nặng xen kẹp cát, màu xám nâu, trạng thái chảy Bề dày khá lớn, dao động trong khoảng 22m - 23.2m Đây là lớp sét pha xen kẹp cát n n thí nghiệm SPT khá phức tạp Số búa N dao động từ 0 – 10 búa, trung bình là

5 – 6 búa

+ Lớp 3: Lớp sét pha xen kẹp cát, dẻo chảy Phân bố sau cùng theo chiều sâu thiết kế Thành phần thạch học là đất sét pha nặng, xen kẹp cát, màu xám nâu, trạng thái dẻo chảy Trong phạm vi hố móng sâu 30m chưa xác định được bề dày lớp này Thí nghiệm SPT cho N dao động từ 5 – 6 búa

Như vậy mặt c t địa chất điển h nh Vĩnh Long cho thấy sự phân bố của các lớp đất có trạng thái chảy Đây là vấn đề với người thiết kế cọc nếu sử dụng các bảng tra trong quy phạm và sẽ dẫn đến sai số lớn trong quá tr nh tính toán

1.2 Đặc điểm móng cọc và tiêu chuẩn thiết kế

1.2.1 Đặc điểm móng cọc [2]

Trong nhiều trường hợp, một bộ phận phía tr n của nền công tr nh có thể là lớp đất tư ng đối yếu, v thế cần phải truyền áp lực từ công tr nh đến các lớp đất chặt h n nằm ở độ sâu nào đó Trong những trường hợp này người

ta không dùng móng nông mà thường dùng móng cọc và có thể coi nó là biện pháp xử lý nền dưới sâu, nó có khả năng tiếp thu tải trọng lớn và tiết kiệm do

giảm khối lượng đào đ p đất Hiện nay móng cọc được sử dụng rộng rãi trong các ngành xây dựng, thuỷ lợi, giao thông

Cấu tạo: móng cọc gồm ba bộ phận: cọc, đài cọc và đất bao quanh cọc, trong đó cọc là bộ phận chính có tác dụng truyền tải trọng từ công tr nh l n đất ở mũi cọc và xung quanh cọc Đài cọc có tác dụng li n kết các cọc thành một khối và phân phối tải trọng công tr nh l n các cọc Đất bao quanh cọc được cọc lèn chặt tiếp thu một phần tải trọng và phân bố đều h n l n đất đầu mũi cọc Móng cọc có tác dụng truyền tải trọng từ công tr nh xuống lớp đất có cường độ lớn ở đầu mũi cọc và đất xung quanh móng Trong thực tế xây dựng móng cọc thường được sử dụng khi tải trọng công tr nh tư ng đối lớn và lớp đất tốt lại nằm ở sâu, hoặc ở những n i có mực nước ngầm tư ng đối cao

) Món ọ à p b) Món ọ à o

Hình 1.2: Món ọ

Móng cọc có các ưu điểm nổi bật như sau:

- Giảm khối lượng làm đất, tận dụng được lớp đất nền cũ và tiết kiệm vật liệu làm móng

- Dễ dàng c giới hoá trong việc thi công

Một số y u cầu kỹ thuật cho một cây cọc gỗ như nó phải đủ tư i, độ ẩm không nhỏ h n 20%, độ thon không nhỏ h n 1%, không được cong v nh hai chiều và độ cong phải nhỏ h n 1%

Trong một số trường hợp cần thiết, cọc gỗ thông được ngâm tẩm nhựa đường và thuốc mối mọt để có thể sử dụng tr n mực nước ngầm sâu Loại này

có tuổi thọ đạt đến ba, bốn mư i năm

Hầu hết các loại cây có thân thon và thẳng đều có thể sử dụng làm cọc, nhưng phải nghĩ đến việc lạm dụng sử dụng cây làm cọc sẽ ảnh hưởng xấu đến môi trường sống của loài người

Cọc bê tông

Có rất nhiều loại cọc b tông như: Các loại cọc chế tạo sẵn đặc ruột hoặc rỗng ruột và hạ búa bằng đóng, hoặc ép bằng các kích thuỷ lực, hay hạ bằng xói nước, đôi khi kết hợp khoan mồi và đóng Mặt khác, ta cũng có các loại cọc đúc b tông ngay trong các hố khoan (hoặc đào) tại chỗ, thường được gọi chung là cọc nhồi, loại này cũng có nhi u phư ng pháp thực hiện: khoan hoặc đào đ n giản trong sét có độ dẻo từ trung b nh đến cao, hoặc phải giữ ổn định thành vách bằng ống chống hay sử dụng dịch huyền phù bentonite khi gặp đất rời,….Một số cọc b tông đã được đổ sẵn, phư ng pháp thi công hạ

cọc và thiết bị hạ cọc được thấy rõ ở hình 1.3 và hình 1.4

Cọc bê tông tiền chế

Cọc b tông tiền chế tại công tr nh hoặc ở những nhà máy Chúng có tiết diện ngang dạng vuông cạnh d = 20cm đến 40cm, dài từ 4m đến 8m cho các cọc hạ vào đất bằng các máy ép (như các cọc Méga) và có thể dài từ 8m

Hình 1.3: Cọ bê tông Hình 1.4: Cá ế b ạ ọ

đến 20m cho loại hạ bằng búa đóng cọc Dĩ nhi n, chiều dài cọc còn phụ thuộc vào phư ng tiện vận chuyển từ n i sản xuất đến công trường

Ngoài ra, cọc cũng có thể có dạng tiết diện tròn, tam giác, lục giác có cấu tạo đặc hoặc rỗng ruột, đôi khi cọc cũng được làm bằng b tông ứng suất trước

Loại cọc b tông ứng suất trước thường là cọc ống rỗng ruột có kích thước từ 0,4m đến vài mét đường kính

Cọc b tông chế tạo sẵn thường được bố trí 4 hoặc 8 thanh thép dọc chịu uốn, thép đai chống c t do cẩu vận chuyển hoặc cẩu l p dựng, cácvỉ thép

6 lưới ô vuông 50x50 ở đầu cọc để chống vỡ b tông khi bị ép mặt mạnh, khu vực bố trí loại vỉ này ở hai đầu đoạn cọc nối một khoảng bằng cạnh B, thanh thép gia cường ở mũi cọc để chịu đựng lực kháng xuy n khi qua các lớp

đất cứng, ngoài ra còn có thép để móc, cẩu cọc (xem ế ìn 1.4)

Hình 1.5: C ế ọ bê ôn

D

L Theùp chính Theùp ñai

Cọc nhồi

Cọc nhồi là loại cọc được đúc b tông tại chỗ vào lỗ trống đào hoặc khoan trong lòng đất, tiết diện ngang là tròn, h nh chữ nhật, hoặc dạng chữ thập, chữ H, chữ L;… Để ổn định thành vách các lỗ trống này trong đất dễ bị sạt lở, có thể sử dụng ống vách hoặc sử dụng bùn khoan bentonite Loại thứ hai giá thành rẻ, thi công nhanh và có thể thực hiện được những cọc tiết diện lớn h n loại thứ nhất, nhưng đòi hỏi nhiều điều kiện kỹ thuật g t gao trong suốt quá tr nh thực hiện

Cọc nhồi có thể không có cốt thép chịu lực khi các tải trọng công tr nh chỉ gây n n ứng suất nén trong thân cọc Trong trường hợp này, chúng ta có thể đặt một ít thép chờ c m trực tiếp vào b tông tư i nhằm xác định trục cọc đồng thời gia cường mạch dừng giữa mạch cọc và đài cọc Trong trường hợp cần cốt thép chịu mô men do tải ngang hoặc chịu tải nén cùng với b tông, chúng ta cần phải tính toán cẩn thận chiều dài cần thiết của cốt thép này Cọc nhồi được chia thành các nhóm chính: Cọc nhồi ổn định thành vách bằng ống chống có thu hồi ống vách hoặc không thu hồi ống vách; Cọc nhồi không có thành vách khi nền đất là sét dẻo trung b nh đến cứng; Cọc nhồi ổn định thành vách bằng dung dịch huyền phù

+ Cọc nhồi ổn định thành vách bằng ống chống

Nhóm này gồm:

- Loại cọc Franki; ống vách được hạ bằng cách đóng trực tiếp l n nút

b tông bịt đầu ống (Hình 1.6);

- Loại cọc hạ ống vách sau lưỡi khoan:

- Và loại cọc hạ ống vách bằng các tia nước áp lực cao Việc thu hồi ống vách rất khó khăn và cần các máy móc thiết bị chuy n dụng làm giảm ma sát giữa đất và mặt ngoài ống trong suốt thời gian ống nằm trong đất Chính điều này làm hạn chế kích thước của cọc loại này

+ Cọc nhồi và cọc barrette ổn định thành vách bằng bùn khoan

Cọc nhồi và cọc barrette được phát triển từ các loại cọc rễ phát minh bởi người Ý vào những năm 30 của thế kỷ XX, và được phát triển bởi người Pháp, Nhật,…

Kích thước tiết diện ngang của cọc nhồi tuỳ thuộc vào dụng cụ tạo lỗ trong đất

Loại cọc nhồi và barrette này có khả năng chịu lực rất lớn, chiều sâu cọc kỷ lục là 125m ở Malaysia cuối thế kỷ 20, ở Việt Nam kỷ lục là 98m ở cầu Mỹ Thuận vào năm 1998

Đôi khi cọc được phân chia thành cọc đứng và cọc xi n, (hình 1.8)

Ngoài ra cọc còn được phân loại theo kích thước như: cọc nhỏ có cạnh

1.2.3 Tiêu chuẩn thiết kế

Hiện tại các công tr nh xây dựng đang tuân thủ theo ti u chuẩn Việt Nam, ti u chuẩn Xây dựng, ti u chuẩn thiết kế, thi công và nghiệm thu móng cọc bao gồm các ti u chuẩn ri ng biệt như sau:

-TCXD 189:1996 Móng cọc tiết diện nhỏ, ti u chuẩn thiết kế

-TCXD 190:1996 Móng cọc tiết diện nhỏ-ti u chuẩn thi công và

nghiệm thu

-TCXD 205: 1998 Móng cọc-Ti u chuẩn thiết kế

-TCXD 206: 1998 Móng khoan nhồi -Y u cầu về chất lượng thi công -TCXD 88: 1982 Cọc Phư ng pháp thí nghiệm hiện trường

- TCVN 9393: 2012 Cọc-Phư ng pháp thí nghiệm tải trọng tĩnh dọc trục

Hiện các tính toán, thiết kế sức chịu tải của cọc nói chung và của cả cọc khoan nhồi, cọc barette ở nước ta đều dựa tr n các công thức tính toán thuộc các ti u chuẩn đã n u ở tr n và cá biệt có một số đ n vị ứng dụng các nghi n cứu của nước ngoài Đây là công thức vẫn mang nhiều tính quy ước và giả định trong đó có hệ số hiệu chỉnh chưa được nghi m cứu đầy đủ cho đất nền Vĩnh Long, n n chưa ch c đã phù hợp khi áp dụng cho các công trình trên khu vực Vĩnh Long

Theo kết quả s bộ trong đề tài nghi m cứu cấp Trường tại trường Đại học Xây dựng Hà Nội mã hiệu 27-2009/KHXD [8] thực hiện, trị số ma sát

đ n vị của các lớp đất đo được trong thực tế lớn h n nhiều so với các giá trị thường được dùng các phư ng pháp, ti u chuẩn hiện hành Điều đó có nghĩa

là trong một số trường hợp ta có thể giảm giá thành bởi sức chịu tải của cọc

có thể lấy tăng th m so với các thiết kế sử dụng các công thức tính toán truyền thống hiện nay đang được dùng

Tuy nhi n các nghi n cứu vẫn còn ít và các kết quả chỉ mới áp dụng trực tiếp cho các thiết kế của công tr nh đó, chưa được nghi n cứu và tổng kết

để có thể áp dụng một cách rộng rải cho một nền đất đặt trưng trong khu vực

1.3 Một số công trình sử dụng móng cọc khu vực tỉnh Vĩnh Long

Trường Trung học Phổ thông Lưu Văn Liệt [9] được xây dựng lại trong khuôn vi n hiện có của trường tại số 105, đường 30/4, phường 1, thành phố Vĩnh Long, tỉnh Vĩnh Long Giải pháp phần móng là đài móng tr n cọc ép b tông cốt thép dự ứng lực 300 với các thông số kỹ thuật sau:

+ Đường kính ngoài cọc:  300mm

+ Cấp độ bền b tông theo thiết kế: 600 daN/cm2

+ Chiều dài: L = 4x12 = 48m

+ Sức chịu tải tính toán: Ptk = 30 tấn

+ Sức chịu tải thử tĩnh: Pthử tĩnhmax = 60 tấn

+ Số lượng cọc thử: n = 2 cọc

Trụ sở làm việc Huyện ủy huyện Vũng Li m [10] được xây dựng tại ấp

An Nh n, xã Trung Thành, huyện Vũng Li m, tỉnh Vĩnh Long Giải pháp phần móng là đài móng tr n cọc ép b tông cốt thép dự ứng lực 300 với các thông số kỹ thuật sau:

+ Đường kính ngoài cọc:  300mm

+ Cấp độ bền b tông theo thiết kế: 600 daN/cm2

+ Chiều dài: L = 2x10 + 1x7= 27m

+ Sức chịu tải tính toán: Ptk = 40 tấn

+ Sức chịu tải thử tĩnh: Pthử tĩnhmax = 80 tấn

+ Số lượng cọc thử: n = 6 cọc

Trụ sở làm việc Cục thuế tỉnh Vĩnh Long được xây dựng tại phường 9, thành phố Vĩnh Long, tỉnh Vĩnh Long Giải pháp phần móng là đài móng tr n cọc ép b tông cốt thép dự ứng lực 600 với các thông số kỹ thuật sau:

+ Đường kính ngoài cọc:  600mm

+ Cấp độ bền b tông theo thiết kế: 600 daN/cm2

+ Chiều dài: L = 3x12 + 1x7= 43m

+ Sức chịu tải tính toán: Ptk = 125 tấn

+ Sức chịu tải thử tĩnh: Pthử tĩnhmax = 250 tấn

+ Số lượng cọc thử: n = 4 cọc

1.4 Kết luận chương 1

Một thực tế đối với các công tr nh tr n địa bàn Vĩnh Long các thí nghiệm nén tĩnh cọc với tải trọng nén bằng 2 lần tải trọng cho phép theo thiết kế của cọc hầu như cho thấy kết cấu cọc làm việc tốt, chưa đạt đến trạng thái phá hoại Điều đó có ý nghĩa g ? Phải chăng sức chịu tải theo thiết kế của cọc đang bị đánh giá thấp h n khả năng thực sự của nó, đặt biệt với thành phần kháng ma sát

Chương 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC

2.1 Tính toán sức chịu tải dọc trục của cọc đơn bê tông cốt thép đúc sẵn

2.1.1 Nguyên tắc xác định [1]

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

- Cọc không bị gãy, vỡ theo điều kiện vật liệu làm cọc

- Đất nền xung quanh cọc không bị phá hoại

Như vậy sức chịu tải của cọc Qc= f (Vật liệu, đất nền)

Gọi Pvl là sức chịu tải tính theo điều kiện vật liệu làm cọc

Gọi Pđn là sức chịu tải của cọc tính theo điều kiện đất nền bao quanh cọc

Về mặt kỹ thuật ta chọn Qc= min (Pvl,Pđn)

Về mặt kinh tế, phải chọn Qc ≈Pvl≈Pđn

Không bao giờ được chọn Pvl< Pđn

Nếu không chú ý đến điều đó thì vô tình đã chôn vùi vào trong đất một khối lượng cọc thật là vô ích

Trên thực tế, để đảm bảo vấn đề kinh tế, thường người ta chọn kích thước cọc sao cho: Pđn < Pvl Nếu điều này không thỏa mãn thì phải giảm bớt chiều dài hoặc tiết diện của cọc một cách thích hợp

2.1.2 c chịu t i c c c th o đ t n n [1]

Sức chịu tải cọc được xác định dựa trên các yêu c u là cọc phải có khả

n ng chịu được đ y đủ tải trọng tác dụng xuống nhiều trường hợp tải khác nhau sau khi hạ cọc và chịu được chuyển vị đứng và chuyển vị ngang của cọc trong giới hạn cho ph p

Sức chịu tải cọc c ng được xác định dựa trên hai yếu tố là sức chịu tải cọc theo vật liệu và sức chịu tải cọc theo đất nền, t đó s chọn giá trị thấp nhất của một trong hai yếu tố này để thiết kế cọc

Sức chịu tải cọc theo đất nền xác định dựa theo điều kiện mặt nền, nh ng yêu c u quy định của công tác đóng cọc và công tác th tải cọc Sức chịu tải cọc theo đất nền bao g m sức chịu tải đ u cọc (sức kháng m i) và sức chịu tải mặt bên cọc (sức kháng bên) Khả n ng huy động sức kháng m i phụ thuộc đáng kể vào việc khi cọc được hạ s u vào t ng đất cứng so với khả n ng huy động sức kháng bên nh hư ng của ma sát m th n cọc và cột đất ch n (trường hợp cọc không bịt m i) đối với sức chịu tải cọc theo đất nền được kiểm tra một cách độc lập với nhau khi ma sát m hình thành và phát triển hoặc khi bên trong th n cọc được ch n cột đất

2.1.3 c chịu t i c c c th o v t i u [1]

Sức chịu tải cọc theo vật liệu được xác định b i sức bền của kết cấu cọc Sức chịu tải cọc theo vật liệu được kiểm tra lại nh ng tác động đến t kết cấu chống đ của cọc Moment uốn sinh ra t tải trọng ngang, độ lệch t m và moment ngàm c ng có thể tác động tải trọng lên cọc Thêm vào đó, do đặc điểm của kết cấu cọc, sức chịu tải cọc nên được tính toán đến yếu tố bị phá hoại hoặc tải trọng t ng cường như ma sát m, khả n ng cọc bị uốn liên quan đến độ lún của đất nền hoặc độ uốn cong g y ra b i áp lực đất một phía Độ dày thấp nhất của cọc ống th p nên s dụng là 10mm Đối với cọc có đường kính tối thiểu đến 600mm thì chiều dày thành cọc có thể s dụng 8mm Khả

n ng n m n cọc c n được x t đến khi xác định sức chịu tải dài hạn của cọc theo vật liệu

- ng suất vật liệu cho ph p của cọc được xác định dựa trên cơ s vật liệu cọc và điều kiện đất nền Đối với điều kiện của đất nền là đá cuội, nó có thể được giảm ứng suất vật liệu cho ph p trong trạng thái bình thường

- Sức chịu tải cọc theo vật liệu được kiểm tra các cấp tải trọng được đề

ra có xem x t đến độ giảm tác động n m n cọc

- N ng lượng đóng cọc phụ thuộc vào sức chịu tải cọc theo đất nền được xác định và ứng suất đóng cọc được kiểm tra có kể đến hệ số an toàn Khi đó, khả n ng n m n cọc có thể không c n x t đến

2.2 Một số phương pháp xác định sức chịu tải của cọc đơn bê tông cốt thép chế tạo sẵn [5]

As - diện tích tiết diện ngang của cốt th p dọc trong cọc

Ab - diện tích của tiết diện ngang của bê tông trong cọc (đã tr diện tích cốt th p)

Rb - cường độ chịu n n của bê tông (phụ thuộc vào cấp độ bền của bê tông)

Rs - cường độ chịu n n của cốt th p

φ 1.0 0.98 0.96 0.93 0.90 0.87 0.84 0.81 0.78 0.74 0.70 0.65 0.60 0.55

r - bán kính của cọc tr n hoặc cạnh cọc vuông

b - bề rộng của tiết diện ch nhật

lo - chiều dài tính toán của cọc được xác định như sau:

- rường hợp 1: Khi thi công p (đóng) cọc:

Trong trường hợp này: lo1 = ν1l1

Trong đó: ν1 = 1.0 (thiên về an toàn xem tại vị trí nối cọc là liên kết khớp, tại vị trí lực tác dụng khi p cọc như tựa đơn)

l1 – chiều dài đoạn cọc lớn nhất khi chưa p vào đất

(Cũng cần lưu ý rằng, trong trường hợp đoạn lớp đất yếu nằm trên cùng

Hình 2.1: Trường hợp thi công ép (đóng) cọc [1]

- rường hợp 2: Khi cọc chịu tải trọng công trình

Trong trường hợp này: lo2 = ν2l2

Trong đó: ν2 = 0.5 (thanh hai đ u ngàm)

l2 = le

le – chiều dài tính đổi (trong trường hợp này xem cọc như ngàm tại vị trí cách m p dưới đài cọc một khoảng le cọc khi làm việc (trong ph n cọc chịu tải ngang)

Thiên về an toàn chọn giá trị lo = max (lo1, lo2)

Hình 2.2: Trường hợp cọc làm việc chịu tải trọng công trình [1]

2.2.2 nh toán c chịu t i c c c th o chỉ tiêu đ t n n [5]

2.2.2.1 Tính toán s c chịu tải c a cọc theo kết quả thí nghiệm trong phòng

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

Sức chịu tải cho ph p của cọc đơn, theo đất nền, được tính:

tc

tc a

k

Q

Q  (2.2)

Trong đó:

Qa - sức chịu tải cho ph p tính toán

Qtc – sức chịu tải tiêu chuẩn của 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

n n lún lớn và đối với cọc ma sát chịu tải trọng n n, c ng 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 lấy như sau:

Bảng 2.2 Bảng xác định hệ số k tc

Lưu ý:

- Nếu việc tính toán móng cọc có kể đến tải trọng gió và tải trọng c n

trục thì được ph p t ng tải trọng tính toán trên các cọc biên lên 20% (tr móng trụ đường d y tải điện)

- Đối với móng chỉ có 1 cọc đóng, mang tải trên 600kN thì ktc = 1.6

Số cọc trong móng ktc

Móng có trên 21 cọc 1.4 Móng có t 11 đến 20 cọc 1.55 Móng có t 6 đến 10 cọc 1.65 Móng có t 1 đến 5 cọc 1.75

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

Sức chịu tải tiêu chuẩn của cọc ma sát thi công bằng phương pháp đóng

có cạnh cọc đến 0.8m, chịu tải trọng n n, được xác định theo công thức:

Q tc mm R q p A pum f f si l i (2.3) Trong đó:

Việc lấy tổng cường độ chịu tải của đất phải được tiến hành trên tất cả các lớp đất mà cọc xuyên qua Trong trường hợp khi san nền c n gạt bỏ hoặc

có thể bị xói trôi đất đi, phải tiến hành lấy tổng sức chống tính toán của tất cả các lớp đất nằm l n lượt bên dưới mức san nền (gọt bỏ hoặc dưới cốt xói l cục bộ khi bị l )

thô vừa

10

2,3

3 3,5 3,8

4 4,2 4,4 4,6 5,1 5,6 6,1 6,6

7

1,5 2,1 2,5 2,7 2,9 3,1 3,3 3,4 3,8 4,1 4,4 4,7

5

1,2 1,7

2 2,2 2,4 2,5 2,6 2,7 2,8

3 3,2 3,4 3,6

0,5 1,2 1,1 1,6 1,7 1,8 1,9 1,9

2

2

2 2,1 2,2

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

1

1

1

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

0,4 0,5 0,7 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,9 0,9

0,3 0,4 0,6 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,8 0,8

0,2 0,4 0,5 0,5 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,7 0,7

Độ sâu hạ cọc trong các lớp đất ở vùng có dòng chảy trong nước nên lấy có lưu ý đến khả năng chúng bị xói trôi ở m c lũ tính toán

Khi thiết kế cọc cho các đường vượt qua hào rãnh thì chiều sâu c a mũi cọc nêu ở bảng 2.3 nên lấy từ cốt địa hình tự nhiên ở vị trí móng công trình

điều kiện độ chôn sâu c a cọc trong đất không bị xói trôi hoặc gọt bỏ không nhỏ hơn :

- Đối với công trình thuỷ lợi : 4m ;

- Đối với nhà và các công trình khác : 3m

nhỏ đồng nhất có chiều dầy không quá 2m

trình bày trong bảng 2.3

Bảng 2.5 Các hệ số m R và m f

toán sức chịu tải của cọc

2 Hạ cọc bằng cách đóng vào lỗ khoan m với

độ s u m i cọc không nhỏ hơn 1 m dưới đáy hố

khoan, khi đường kính lỗ khoan m i :

a) Bằng cạnh cọc vuông

b) Nhỏ hơn cạnh cọc vuông 5cm

c) Nhỏ hơn cạnh cọc vuông hoặc đường kính

cọc tr n (đối với trụ đường d y tải điện) 15cm

1

1

1

0,5 0,6

1

3 Hạ cọc có xói nước trong đất cát với điều kiện

đóng tiếp cọc m t cuối cùng không xói nước

1

0,9 0,8 0,7

1

5 Cọc rỗng h m i hạ bằng búa có kết cấu bất

kì

a) Khi đường kính lỗ rỗng của cọc ≤ 40cm

b) Khi đường kính lỗ rỗng của cọc > 40cm

1 0,7

1

1

1

Chú thích: Hệ số m R và m f ở điểm 4 bảng 2.5 đối với đất sét có độ sệt 0,5 > I L

> 0 được xác định bằng cách nội suy

2.2.2.2 Tính toán s c chịu tải c a cọc theo chỉ tiêu cường độ c a đất nền

a ) Sức chịu tải cực hạn của cọc

s

Q FS

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

(2.6) Trong đó:

u – chu vi tiết diện cọc fsi – lực ma sát đơn vị gi a 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 I h

si ai c ai

f  ' tan  

(2.12)

(2.13)

si vi

hi; ; .k

 

) 2 45 (

N c  ( q 1 ) cot



N  2 ( q 1 )

dp – cạnh cọc vuông hoặc đường kính của cọc tr n

2.2.2.3 Tính toán s c chịu tải c a cọc theo kết quả thí nghiệm xuyên hiện trường

a) Theo kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh (CPT)

Sức chịu tải cực hạn của một cọc:

Qu = Qs + Qp (2.14) Sức kháng m i cực hạn m i xác định theo công thức:

Qp = Ap + qp (2.15) Giá trị của qp được xác định theo công thức:

li - chiều dài của cọc trong lớp đất thứ i

u – chu vi tiết diện cọc

fsi - lực ma sát đơn vị của lớp đất thứ i và được xác định theo cường độ đất nền m i cọc qc cùng độ s u, theo công thức:

i

ci si

q f



 (2.18)

i

si l f u

bùn vì khi tác dụng một tải trọng nhỏ lên nó, hoặc ngay cả với tải trọng bản thân, cũng làm cho loại đất này lún và tạo ra ma sát âm

- Đối với cọc nhồi, thành hố được giữ tốt, khi thi công không gây phá hoại thành hố và bê tông cọc đạt chất lượng cao;

- Đối với cọc đóng có tác dụng làm chặt đất khi đóng cọc

 Giá trị s c chống xuyên ở mũi nêu trong bảng 2.6 tương ng với

)

b) 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:

s tb p

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

Ap - diện tích tiết diện m i cọc

Ntb - chỉ số SPT trung bình dọc th n cọc trong phạm vi lớp đất rời

As - diện tích mặt bên cọc trong phạm vi lớp đất rời

L - chiều dài đoạn cọc nằm trong đất dính

u - chu vi của tiết diện cọc

 - hệ số, phụ thuộc vào phương pháp thi công cọc: