Luận văn thạc sĩ nghiên cứu so sánh khả năng ứng dụng cọc bê tông ly tâm ứng lực trước và cọc bê tông cốt thép thông thường cho các công trình xây dựng trên địa bàn tỉnh kon tum

Ngoài ra, cọc bê tông li tâm ứng suất trước có độ cứng lớn hơncọc bê tông cốt thép thường nên có thể đóng sâu vào nền đất hơn, tận dụng khả năngchịu tải của đất nền, do đó sử dụng ít cọc

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TRỊNH VĂN ĐỨC

NGHIÊN CỨU SO SÁNH KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỌC BÊ TÔNG LI TÂM ỨNG SUẤT TRƯỚC VÀ CỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP THÔNG THƯỜNG CHO CÁC CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG TRÊN ĐỊA BÀN

TỈNH KON TUM

Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng công trình Dân dụng và Công nghiệp

Mã số: 60.58.02.08

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học: TS LÊ KHÁNH TOÀN

Đà Nẵng Năm 2019

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.

Tác giả luận văn

Trịnh Văn Đức

2 ục tiêu nghiên cứu

3 ối tượng, phạm vi nghiên cứu

4 Phương pháp nghiên cứu

5 ội dung nghiên cứu

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn u t c u n văn

HƯƠ G1.TỔ GQU

BÊTÔ G

1.1 Tổng quan về cọc bê tông cốt thép đ c sẵn

1.1.1 ọc bê tông cốt thép tiết diên vuông

1.1.3 ọc bê tông cốt thép với các tiết diện khác

1.2 Tổng quan về cọc bê tông i t m ứng su t t ước

1.2.2 Ph n oại cọc bê tông i t m ứng su t t ước

1.3 Thi công cọc BT T đ c sẵn và cọc bê tông i t m ứng su t t ước

2.1.3 Trình tự tính toán móng cọc

2.2 Tính toán, thiết kế cọc bê tông

3.1.1 Giới thiệu chung

3.1.2 Quy mô của dự án

3.1.3 Giải pháp kỹ thuật chung của toà nhà

3.2.1 Quan niệm tính toán

3.2.2 Thiết kế móng điển hình

3.3.1 Tính sức chịu tải của cọc

3.3.2 Tính toán, kiểm t a phương án móng cọc BT ƯST

Khóa: K34.XDD.KT, T ường ại học Bách khoa H

Tóm tắt: ề tài này đã tiến hành nghiên cứu khả năng ứng dụng cọc bê tông y t m ứng

su t t ước cho các công trình xây dựng trên địa bàn tỉnh Kon Tum thông qua viêc tính toán 2phương án cọc cho môt công t ình cụ thể Dựa vào tổ hợp tải t ọng tính được từ đăc điểm công

t ình và các điều kiên địa ch t tại tỉnh Kon Tum, tác giả đã thiết kế phương án móng cọc bê tông li tâm ứng su t t ước và so sánh với phương án móng cọc thông thường Kết quả nghiên cứu cho th y, với cùng các điều kiên như nhau, phương án cọc bê tông y t m ứng su t t ước có nhiều ưu điểm vượt t ôi cả về kỹ thu t và giá thành thi công so với phương án móng cọc thôngthường hư v y có thể sử dụng cọc bê tông y t m ứng su t t ước thay thế cho phương án móng cọc thông thường của các công t ình x y dựng t ên địa bàn tỉnh Kon Tum

Từ khóa: ọc bê tông cốt thép, cọc bê tông y t m ứng su t t ước, cọc ỗng, sức chịu tải của

cọc bê tông y t m ứng su t t ước, thi công ép cọc bê tông

COMPARISON STUDYING OF APPLICABILITY OF PRESTRESSED SPUN CONCRETE PILE AND NORMAL CONCRETE PILE FOR CONSTRUCTION

WORKS IN KON TUM PROVINCE

Summary: This topic has studied the applicability of the prestressed concrete pile for

construction works in Kontum province through the design of two different foundation planswith a certain construction work Based on calculated load combination from the workcharacteristics and the geological conditions in Kontum province, the author has designed theprestressed spun concrete pile plan and compared with the normal concrete pile plan.Research result show that, with the same conditions, the prestressed spun concrete pile planhas many outstanding advantages in both engineering and construction cost compared to thenormal concrete pile plan Thus, it is possible to use prestressed spun concrete piles to replacethe normal precast reinforced concrete piles of construction works in Kontum provice

Keywords: precast reinforced concrete pile, prestressed spun concrete pile, hollow pile,

the bearing capacity of the prestressed spun concrete pile, to drive the precast concrete pile

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Hệ số uốn dọc của cọc

Bảng 2.1 T ị số các hệ số k và μ

Bảng 3.1 Dự kiến quy mô diện tích của một khối công trình

Bảng 3.2 Bảng thống kê diện tích nhà làm việc

Bảng 3.3 ôị ực tính toán móng

Bảng 3.4 Bảng tính ực ma sát của từng ớp đ t mà cọc đi qua

Bảng 3.5 Bảng tính cường độ sức kháng t ên thân cọc

Bảng 3.6 Bảng tính ứng su t hữu hiệu

Bảng 3 Bảng tính cường độ sức kháng t ên thân cọc

Bảng 3.8 Thông số cọc bê tông i t m ƯST Ø350

Bảng 3.9 Thông số cọc ống ƯST Ø350

Bảng 3.10 Thông số cáp cường đô cao dung tạo ứng su t t ước

Bảng 3.11 Bảng so sánh các thông số kỹ thuật và các điều kiện kiểm traBảng 3.12 Bảng so sánh chi phí xây ắp

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.2 hi tiết nối cọc

Hình 1.9.c cọc BT ƯST

Hình 1.10 ăng cáp ƯST

Hình 1.11 Quay li tâm

Hình 1.12 Bể bảo dưỡng cọc bê tông

Hình 2.3 họn sơ bộ chiều cao đài

Hình 2.4 Kiểm t a ổn định nền dưới mũi cọc

Hình 2.5 Xác định kích thước móng quy ước

Hình 2.6 Kiểm t a chọc thủng đài

Hình 2 Kiểm t a tiết diện nghiêng

Hình 2.8 Biến dạng của cốt thép và của c u kiện, các tổn th t của ứng su t

Hình 3.1 Phối cảnh công t ình khối tổng hợp

Hình 3.3 ịa tầng khu vực thiết kế móng cọc

Hình 3.4 Biểu đồ mô men t ong cọc khi vận chuyển cọc

Hình 3.5 Biểu đồ mô men t ong cọc khi t eo cọc

Hình 3.6 Hình xác định hệ số uốn dọc khi thi công

Hình 3 Hình xác định hệ số uốn dọc khi chịu tải

Hình 3.8 hia ớp đ t tính toán sức chịu tải theo điều kiện đ t nềnHình 3.9 Biểu đồ t a hê số α phụ thuộc đặc điểm

Hình 3.11 Kích thước đài móng và bố t í cọc BT

Hình 3.12 Kích thước đài móng và bố t í cọc bê tông i t m ƯST Ø350

và tải trọng xuống móng không quá lớn Khoảng hơn mười năm trở lại đây, phương ánmóng cọc bê tông li tâm ứng suất trước đã được các kỹ sư thiết kế ứng dụng khá nhiềutrên nhiều công trình xây dựng thay thế cho phương án móng cọc bê tông cốt thép đúcsẵn thông thường Do bê tông cọc được tạo ứng suất trước, kết hợp với quay li tâm đãlàm cho cọc đặc chắc, chịu được tải trọng cao, không nứt, tăng khả năng chống thấm,chống ăn mòn cốt thép, ăn mòn sulphate Do sử dụng bê tông cường độ cao để chế tạocọc nên tiết diện cốt thép giảm, dẫn đến trọng lượng của cọc giảm, thuận lợi cho việcvận chuyển, thi công Ngoài ra, cọc bê tông li tâm ứng suất trước có độ cứng lớn hơncọc bê tông cốt thép thường nên có thể đóng sâu vào nền đất hơn, tận dụng khả năngchịu tải của đất nền, do đó sử dụng ít cọc trong một đài móng hơn, nên chi phí xâydựng móng giảm, đồng nghĩa với có lợi về kinh tế.

Năm 2014, Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7888:2014 - Cọc bê tông li tâm ứng suấttrước đã được ban hành [1], làm cơ sở trong thiết kế, thi công và nghiệm thu loại cọcnày Đối với một công trình cụ thể, để lựa chọn phương án móng cọc hợp lí đòi hỏiphân tích dựa trên nhiều yếu tố khác nhau, trong đó các yếu tố về kỹ thuật, thi công,hiệu quả về kinh tế cũng như thời gian thi công là những yếu tố cơ bản và quan trọngdùng để so sánh và lựa chọn

Kon Tum là một tỉnh thuộc vùng cực bắc Tây Nguyên của Việt Nam, có vị trí địa lýnằm ở ngã ba Đông Dương, phần lớn nằm ở phía Tây dãy Trường Sơn Trong đó, thànhphố Kon Tum là trung tâm kinh tế - văn hoá của tỉnh Kon Tum, nằm ở vùng địa hình lòngchảo phía Nam của tỉnh Căn cứ Quyết định số 1335/QĐ-UBND ngày 01/11/2016 của Ủyban Nhân dân tỉnh Kon Tum về việc phê duyệt đồ án điều chỉnh phê duyệt chung thànhphố Kon Tum, tỉnh Kon Tum đến năm 2030, theo đó, xây dựng thành phố Kon Tum là đôthị tỉnh lỵ, trung tâm chính trị - kinh tế, văn hóa - xã hội và khoa học - kỹ thuật của tỉnhKon Tum; là một trong những trung tâm kinh tế động lực của vùng Bắc Tây Nguyên vềthương mại, dịch vụ, du lịch, công nghiệp chế biến; là đầu mối giao thông quan trọng củakhu vực miền Trung, Tây Nguyên và giao lưu quốc tế; là đô thị sinh thái, mang đậm bảnsắc văn hóa, lịch sử, dân tộc vùng Tây Nguyên; có vị trí an ninh quốc phòng quan trọngcủa vùng Bắc Tây Nguyên Mô hình phát triển và cấu trúc đô thị là: phát triển thành phốKon Tum thành một thành phố hiện đại, sôi động và

bền vững theo mô hình “Thành phố xanh mới - New Green City” Cấu trúc đô thị đatrung tâm, dựa trên hệ thống giao thông tổ chức dạng hướng tâm, vành đai và hànhlang xanh dọc sông Đăk Bla và các suối

Với định hướng phát triển như đã nêu, hiện nay trên địa bàn tỉnh Kon Tum nóichung và thành phố Kon Tum nói riêng đã và đang triển khai nhiều dự án, công trình xâydựng có quy mô lớn như: công trình Trụ sở VIETCOMBANK Kon Tum với qui mô 7tầng; công trình Trung tâm hành chính - thương mại ngân hàng TMCP Công Thương ViệtNam tại Kon Tum với qui mô 10 tầng; công trình Trụ sở làm việc của các sở, ban ngànhthuộc khối tổng hợp với qui mô 9 tầng; công trình trụ sở làm việc các sở, ban ngành thuộckhối văn hóa - xã hội với qui mô 9 tầng; dự án tòa nhà VIETTEL Kon Tum với qui mô 07tầng, v.v Hiện nay, các công trình xây dựng trên địa bàn chủ yếu sử dụng phương ánmóng cọc bê tông cốt thép đúc sẵn thi công bằng công nghệ ép tĩnh

Nghiên cứu trong luận văn này đề cập đến khả năng sử dụng cọc bê tông li tâm ứngsuất trước thay thế cọc bê tông cốt thép đúc sẵn, thông qua việc thiết kế hai phương ánmóng khác nhau, ứng với điều kiện địa chất và khí hậu của Kon Tum cho một công trình

cụ thể, từ đó so sánh, đánh giá dựa trên những tiêu chí về kỹ thuật, thi công, hiệu quả kinh

tế cũng như thời gian thi công, qua đó đề xuất khả năng ứng dụng loại cọc bê tông li tâmứng suất trước cho các công trình xây dựng trên địa bàn tỉnh Kon Tum

2 Mục tiêu nghiên cứu

- Tính toán 2 phương án móng cọc: cọc bê tông cốt thép thường và cọc bê tông li tâm ứng suất trước (BT ƯST) trên một công trình cụ thể tại Kon Tum;

- Đánh giá hiệu quả kinh tế, kỹ thuật của móng cọc bê tông li tâm ứng suất trước

so với móng cọc bê tông cốt thép đúc sẵn;

- Đề xuất khả năng sử dụng cọc bê tông li tâm ứng suất trước cho các công trình trên địa bàn tỉnh Kon Tum

3 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: cọc bê tông li tâm ứng suất trước và cọc bê tông cốt thép

đúc sẵn

- Phạm vi nghiên cứu: áp dụng cho các công trình xây dựng trên địa bàn tỉnh Kon

Tum sử dụng phương án móng cọc đúc sẵn

4 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu lý thuyết: tìm hiểu các tài liệu, phương pháp tính toán móng cọc bêtông cốt thép đúc sẵn và cọc bê tông li tâm ứng suất trước, áp dụng tính toán trên côngtrình thực tại địa phương

- Tổng hợp, phân tích và đề xuất

5 Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu tổng quan cọc bê tông cốt thép đúc sẵn và cọc bê tông li tâm ứng suất

- Tổng hợp, phân tích đánh giá các phương án, rút ra kết luận

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Nghiên cứu và đề xuất khả năng thực tế sử dụng cọc bê tông li tâm ứng suất trước trong phương án thiết kế móng cọc đối với các công trình trên địa bàn tỉnh Kon Tum

7 Cấu trúc luận

văn Mở đầu

1.Lí do chọn đề tài

2.Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

3.Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

4.Phương pháp nghiên cứu

5.Nội dung nghiên cứu

6.Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Chương 1: Tổng quan về cọc bê tông cốt thép đúc sẵn và cọc bê tông li tâm ứng suất trước

1.1 Tổng quan về cọc bê tông cốt thép đúc sẵn

1.2 Tổng quan về cọc bê tông li tâm ứng suất trước

1.3 Thi công cọc bê tông cốt thép đúc sẵn và cọc bê tông li tâm ứng suất trước1.4 Nhận xét chương 1

Chương 2: Cơ sở lý thuyết tính toán cọc bê tông cốt thép đúc sẵn và cọc bê tông li tâm ứng suất trước

2.1 Thiết kế móng cọc thông thường

2.2 Tính toán, thiết kế cọc bê tông li tâm ứng suất trước (BT ƯST)

2.3 Nhận xét chương 2

Chương 3: Tính toán các phương án móng cọc bê tông cốt thép đúc sẵn và cọc bê tông li tâm ứng suất trước trên công trình cụ thể

3.1 Giới thiệu công trình

3.2 Phương án cọc bê tông cốt thép đúc sẵn

3.3 Phương án cọc bê tông li tâm ứng suất trước

3.4 Phân tích, đánh giá và đề xuất

3.5 Nhận xét chương 3

Kết luận và kiến nghị

Tài liệu tham khảo

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP ĐÚC SẴN VÀ CỌC

BÊ TÔNG LI TÂM ỨNG SUẤT TRƯỚC1.1 Tổng quan về cọc bê tông cốt thép đúc sẵn

Cọc bê tông cốt thép (BTCT) thường có dạng hình vuông Cạnh cọc thường gặp

ở Việt Nam hiện nay là 0,2 ÷ 0,4 m, chiều dài cọc thường nhỏ hơn 12 m vì chiều dàitối đa của 1 cây thép là 11,7 m Bê tông dùng cho cọc có mác từ 250 ÷ 350 (tươngđương cấp độ bền (B20 ÷ B25) Khả năng chịu tải theo vật liệu của cọc BTCT thườngđược tính theo công thức:

Qvl = φ.(Rb Ac + Rs As )

Trong đó:

Rb – cường độ chịu nén của bê tông;

Rs – cường độ chịu nén của thép;

φ– hệ số uốn dọc của cọc Tra bảng 1.1;

As – diện tích của cốt thép bố trí trong cọc; Ac – diện tích mặt cắt ngang cọc

Bảng 1.1 - Hệ số uốn dọc của cọc

L tt /b

L tt /d φ

Ưu điểm: cọc được chế tạo trên mặt đất do đó chất lượng cọc dễ kiểm soát, hiệu

quả sử dụng vật liệu cao; cọc làm việc không phụ thuộc mực nước ngầm

Nhược điểm: khả năng chịu uốn kém dễ bị nứt khi vận chuyển, cẩu lắp do đó khó

sử dụng cọc chiều dài lớn; là cọc chiếm chỗ có thể gây ra nâng mặt nền lân cận; sứcchịu tải nhỏ so với cọc đổ tại chỗ do khó hạ cọc chiều dài, tiết diện lớn

Trong quá trình hạ, cọc có thể chịu tải trọng gấp 2 thậm chí 3 lần tải trọng thiết

kế do đó cấp độ bền của bê tông cọc cần chọn đảm bảo bê tông chịu được các ứng suấttrong quá trình thi công Thông thường cấp bền bê tông cọc B ≥ 20, thi công đóngtrong điều kiện bình thường với độ chối e ≤ 2 mm B ≥ 20 Khi đóng cọc trong điềukiện khó khăn, khó đóng, yêu cầu bê tông cọc có cấp bền B ≥ 30 Cọc hạ bằng xóinước, yêu cầu cấp bền B ≥ 15 Cọc bê tông ứng suất trước, yêu cầu bê tông mác cao,cấp bền B ≥ 30 đối với móng cọc đài cao và B ≥ 25 với móng cọc đài thấp

Cốt thép cọc phải thoả mãn các điều kiện quy định về chất lượng cốt thép để cóthể chịu được các nội lực phát sinh trong quá trình bốc dỡ, vận chuyển và các lực kéohoặc mô men uốn của chân cột tác dụng vào cọc; cũng cần xét đến trị số ứng suất kéo

có thể phát sinh do hiện tượng nâng nền khi đóng các cọc tiếp theo

Cốt thép chủ cần được kéo dài liên tục theo suốt chiều dài cọc Trong trườnghợp bắt buộc phải nối cốt thép chủ, mối nối cần được tuân theo quy định về nối thép và

bố trí mối nối của các thanh

Trong trường hợp cần tăng khả năng chịu mô men, thép được tăng cường ởphần đầu cọc, nhưng cần bố trí sao cho sự gián đoạn đột ngột của cốt thép không gây

ra hiện tượng nứt khi cọc chịu tác động xung lực lớn trong quá trình đóng cọc

Cốt thép dọc được xác định theo tính toán theo các điều kiện thi công, trong một sốtrường hợp phải được tính toán theo điều kiện chịu lực đặc biệt Hàm lượng thép khôngnhỏ hơn 0,8%, đường kính không nên nhỏ hơn 14 mm Đối với những trường hợp sau,nhất là các cọc cho nhà cao tầng, hàm lượng của cốt thép dọc có thể nâng lên

1% đến 1,2%:

- Mũi cọc xuyên qua lớp đất cứng;

- Độ mảnh của cọc = L/d > 60 (L - chiều dài cọc, d - bề rộng hoặc đường kính

cọc);

- Sức chịu tải thiết kế của cọc đơn khá lớn mà số cọc của 1 đài ít hơn 3 cây

Cốt đai có vai trò đặc biệt quan trọng để chịu ứng xuất nảy sinh trong quá trìnhđóng cọc Cốt đai có dạng móc, đai kín hoặc xoắn Trừ trường hợp có sử dụng mối nốiđặc biệt hoặc mặt bích bao quanh đầu cọc mà có thể phân bố được ứng suất gây ratrong quá trình đóng cọc, trong khoảng cách bằng 3 lần cạnh nhỏ của cọc tại hai đầucọc, hàm lượng cốt đai không ít hơn 0,6% của thể tích vùng nêu trên

Trong phần thân cọc, cốt đai có tổng tiết diện không nhỏ hơn 0,2% và được bố

số an toàn đối với sức chịu tải Mối nối cọc nên thực hiện bằng phương pháp hàn Cần cóbiện pháp bảo vệ mối nối trong các lớp đất có tác nhân ăn mòn.

Tiết diện cọc bê tông cốt thép khá đa dạng : tròn, vuông, chữ nhật, chữ T, chữ I,vuông có lỗ tròn, tam giác, đa giác trong đó cọc có tiết diện vuông được sử dụng phổbiến nhất

1.1.1 Cọc bê tông cốt thép tiết diện vuông

Hiện nay, cọc tiết diện vuông được sử dụng khá rộng rãi với các tiết diện vuôngchủ yếu là 20 × 20 cm, 25 × 25 cm, 30 × 30 cm, 35 × 35 cm, 40 × 40 cm, chiều dài củađoạn cọc tiết diện 20 × 20 cm và 30 × 30 cm thường nhỏ hơn 10 m, còn đối với loại cótiết diện 30 × 30 cm và 40 × 40 cm thường có chiều dài đoạn cọc lớn hơn 10 m

Hình 1.1 - Cấu tạo chi tiết cốt thép cọc BTCT tiết diện vuông (kích thước-cm)

1 Cốt chịu lực; 2 Cốt thép đai; 3 Đai gia cường mũi cọc;

4 Cốt thép gia cường đầu cọc; 5 Móc cẩu; 6 Thanh dẫn

Có thể sử dụng thép bản táp để liên kết hàn đầu cọc hoặc dùng thép góc L để tápvào và hàn lại (Hình 1.2) Với cọc chịu uốn, chịu kéo phải kiểm tra cường độ mối nối

1.1.2 Cọc bê tông cốt thép tiết diện vuông với lỗ rỗng tròn

Trong nhiều trường hợp cọc bê tông cốt thép tiết diện vuông với lỗ tròn rỗngđược sử dụng xuất phát từ yêu cầu tiết kiệm chi phí bê tông, cốt thép, giảm trọnglượng bản thân cọc Để đơn giản cọc được làm rỗng trên toàn bộ chiều dài

1.1.3 Cọc bê tông cốt thép với các tiết diện khác

Ngoài ra tiết diện cọc còn có các hình dạng tam giác, chữ I, hình vuông khoét lỗ

Hình 1.3 - Các dạng tiết diện ngang thân cọc BTCT đúc sẵn

1.2 Tổng quan về cọc bê tông li tâm ứng suất trước

1.2.1 Đặc điểm về chịu lực của cọc bê tông li tâm ứng suất trước

Hình 1.4 - Căng kéo cốt thép để tạo ứng suất chịu nén trước

Cọc bê tông li tâm ứng suất trước là cọc BTCT đúc sẵn sử dụng biện pháp căngkéo cốt thép để tạo ra ứng suất chịu nén sẵn có trong cọc trước khi thi công Khi làmviệc trong kết cấu móng, ứng suất trước (ƯST) này phát huy hiệu quả để chịu lực nén

và có thể chịu lực ngang tốt Hơn nữa khi thi công, vì tính chất chịu nén trước tốt nên

dễ thi công hạ cọc vào nền đất hơn so với loại cọc BTCT thông thường

Cọc bê tông li tâm ứng suất trước thông thường được chế tạo với bê tông máccao từ 60 MPa đến 85 MPa trong nhà máy, với dây chuyền công nghệ cao Trong đócọc được đổ bê tông với định lượng đã được tính toán trước vào trong khuôn thép bịtkín và được căng kéo thép trước Bệ căng neo giữ thép chính là ván khuôn cọc và đượcquay li tâm ở tốc độ cao bê tông được văng đều ra bên ngoài tạo thành phần thân cọctheo hình tròn rỗng và được trưng hấp trong bể cao áp từ 6 giờ đến 8 giờ sau đó đượctháo dỡ ván khuôn và có thể vận chuyển được ngay khi tháo ván khuôn đến bãi tập kết

1.2.2 Phân loại cọc bê tông li tâm ứng suất trước

Cọc bê tông li tâm ứng suất trước thường (Pretensioned spun concrete piles - PC)

là cọc bê tông li tâm ứng suất trước được sản suất bằng phương pháp quay li tâm, cócường độ chịu nén của bê tông với mẫu thử hình trụ, kích thước 150 × 300 mm khôngnhỏ hơn 60 MPa [1]

Cọc bê tông li tâm ứng suất trước cường độ cao ((Pretensioned spun highstrength concrete piles - PHC) là cọc bê tông li tâm ứng lực trước được sản suất bằngphương pháp quay li tâm, có cường độ chịu nén của bê tông với mẫu thử hình trụ, kíchthước 150 × 300 mm không nhỏ hơn 80 MPa [1]

1.2.3 Cấu tạo cọc bê tông li tâm ứng suất trước

Hình 1.5 - Cọc bê tông ứng suất trước PC, PHC [1]

L: Chiều dài cọc, D: Đường kính ngoài cọc, t: Chiều dày thành cọc CT a : Đầu cọc hoặc đầu mối nối, CT b : Mũi cọc hoặc đầu mối nối

Trong một số công trình thực tế, cách thể hiện chi tiết cấu tạo cọc như sau:

-1.2.4 Chế tạo cọc bê tông li tâm ƯST

- Bước 1: Kiểm tra chất lượng vật liệu đầu vào

+ Cát, đá, được kiểm tra sau đó được rửa và sàng kỹ trước khi đưa vào trạm trộn

+ Riêng cát phải đúng theo module làm cọc, sạch và được giữ ẩm

+Đá 1×2 được sàng ra theo tiêu chuẩn và cũng được rửa sạch để làm tăng mác

bê tông

+Cốt liệu sử dụng đảm bảo yêu cầu của tiêu chuẩn TCVN 7570-2006, kích thướccủa cốt liệu không lớn hơn 25 mm và không vượt quá 2/5 độ dày của thành cọc

- Bước 2: Chế tạo và gia công lồng thép

Tạo lồng thép có các công tác cơ bản: cắt thép chủ, tạo đầu neo thép bằng cáchdập đầu thép, tạo lồng, lắp mặt bích Tạo lồng thép thông qua hàn tự động tạinhà máy

Hình 1.7 - Chuẩn bị cốt thép chế tạo cọc BT ƯST tại nhà máy

- Bước 3: Chuẩn bị khuôn cọc

Hình 1.8 - Chuẩn bị khuôn đúc cọc

- Bước 4: Trộn bê tông và đúc cọc

Hình 1.9 - Đúc cọc BT ƯST

Sau khi đặt lòng thép vào khuôn tiến hành rải bê tông, sau đó đóng nắp và xiết chặt khuôn lại

- Bước 5: Căng cáp ứng suất trước

Tiến hành căng thép ứng lực trước cho cọc BT ƯST theo các ứng suất theo thiết

kế để có các mô men kháng uốn khi đi vào sử dụng Các kết quả kéo thép được lưu tạiphòng thí nghiệm

Hình 1.10 - Căng cáp ƯST

- Bước 6: Quay li tâm

Sau khi đã nạp bê tông xong và căng thép tới cường độ thiết kế thì ta cho quay litâm để làm cho bê tông trong cọc được đặc chắc Đây là bước rất quan trọng để làm chặt

bê tông và thông thường có 4 cấp độ quay để cọc đạt được chất lượng như thiết kế

bề mặt do bị khô nhanh Thông thường hấp cọc khoảng 8h Hoặc tùy theo công

nghệ của từng nhà máy sản xuất

+Khi bê tông đạt được 70% cường độ R28 ngày tuổi ta có thể cắt thép ứng lực.Lúc đó thép co lại và nén bê tông tạo ứng lực trước trong cọc

Hình 1.12 - Bể bảo dưỡng cọc bê tông

- Bước 8: Lưu bãi và vận chuyển cọc đến công trình thi công

Hình 1.13 - Lưu kho bãi

1.3 Thi công cọc bê tông cốt thép đúc sẵn và cọc bê tông li tâm ứng suất trước

Nhìn chung, các biện pháp thi công hạ cọc bê tông cốt thép đúc sẵn và cọc bêtông li tâm ứng suất trước tương đối giống nhau Các biện pháp thông thường được sửdụng cho cả hai loại móng này như: ép tĩnh, ép bằng phương pháp xói nước, đóng cọc,rung hạ cọc Ngoài ra, đối với cọc bê tông li tâm ứng suất trước, người ta còn sử dụngnhiều biện pháp thi công khác như: khoan thả (Nakabory), khoan ép (Sotobory)

1.3.1 Ép tĩnh

Sử dụng các loại máy ép thủy lực tác dụng lực ép tĩnh lên đỉnh cọc (ép đỉnh)hoặc thông qua lực ma sát giữa thiết bị kẹp cọc với thân cọc (ép ôm thân cọc) để đưamũi cọc xuống độ sâu thiết kế

Nhìn chung, phương pháp ép cọc hạn chế ảnh hưởng của rung động trong quá trình

hạ cọc, giảm tiếng ồn, giảm ô nhiễm môi trường, do đó được áp dụng phổ biến khi thicông các công trình trong đô thị, gần hoặc giữa khu dân cư Tuy nhiên, tùy thuộc vào đặcđiểm vị trí thi công, đặc điểm cọc và các yêu cầu cụ thể khác mà áp dụng biện pháp épđỉnh hay ép ôm ma sát thân cọc Không ép ddược cọc xiên, cọc ở dưới nước

- Đối với ép đỉnh: chiều cao lồng ép bị giới hạn, lực ép không quá lớn nên nênkhông ép được các cọc có đường kính (kích thước tiết diện ngang) và chiều dài lớn Tốc

độ ép chậm nên năng suất không cao

Hình 1.14 - Máy ép tĩnh đỉnh cọc

thuyết có thể ép cọc với chiều dài bất kỳ Tuy nhiên cọc dài và lớn bao nhiêu còn phụthuộc và sức trục của cần cẩu và lực ép mà máy có được Rô bốt ép cọc có khả năng tựhành di chuyển ngang, dọc, xoay máy rất thuận tiện trong thi công Có cần trục tíchhợp cùng với máy nên có thể tự cẩu hạ và lắp cọc vào bộ phận ép mà không cần nhờđến cần trục hỗ trợ bên ngoài Nhiều rô bốt hiện nay có khả năng ép cọc được đườngkính lớn, đến 800 mm, lực ép lên đến 1200 tấn Máy có độ ổn định cao nên không sợlật khi ép với lực ép lớn Tuy nhiên máy có kích thước cồng kềnh, không ép được cáccọc quá gần công trình, đòi hỏi mặt bằng thi công rộng rãi

Hình 1.16 - Máy đóng cọc

Tốc độ đóng cọc nhanh, có thể đóng được các loại cọc xiên, cọc ở dưới nước.Tuy nhiên, một trong những nhược điểm lớn của phương pháp đóng cọc là gây ra tiếng

ồn và rung động lớn, nên ảnh hưởng đến công trình lân cận và gây ô nhiễm môi trường

Do đó, đóng cọc không được phép áp dụng trong đô thị hay khu dân cư

Ngoài 2 phương pháp ép cọc và đóng cọc phổ biến như đã trình bày, trong thực

tế thi công, tùy thuộc vào điều kiện địa chất mà áp dụng các phương pháp: xói nước hạcọc; rung ép hạ cọc Các phương pháp này áp dụng cho trường hợp thi công cọc trongđất cát, nền sỏi đá hoặc cọc xuyên qua các lớp đất đá có độ chặt cao

1.3.3 Phương pháp khoan thả (Nakabory)

Dùng phương pháp khoan dẫn lấy đất lên trước sau đó đổ một lượng vữa bêtông mác thấp xuống hố khoan sau đó hạ cọc xuống, phương pháp này chủ yếu dùngcho các vùng đất lớp trên yếu lớp dưới cứng, cần đặt mũi cọc ngàm với lớp đá cứng

Do khoan tạo lỗ trước nên khi hạ cọc không cần phải tác động lực lớn lên thânhay đỉnh cọc nên rất an toàn cho cọc khi hạ vào đá Tuy nhiên, phương pháp này đòihỏi máy móc, thiết bị thi công chuyên dụng, tốc độ thi công cọc chậm, thời gian thicông kéo dài, giá thành cao Ngoài ra, quá trình hạ cọc phải vận chuyển đất đá ra khỏicông trường, phải sử dụng ống vách hoặc dung dịch giữ thành trước khi hạ cọc Giảm

ma sát giữa cọc và nền đất

Hình 1.17 - Máy khoan tạo lỗ hạ cọc BT ƯST bằng phương pháp khoan thả

1.4 Nhận xét chương 1

Hiện nay móng cọc BTCT đã trở nên rất phổ biến trong xây dựng công trình dokhả năng chịu lực tốt, công nghệ thi công thuận lợi, đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuậtcũng như kinh tế hiệu quả Để chúng ta có sự lựa chọn nhiều hơn khi xây dựng cáccông trình đòi hỏi có các yêu cầu kỹ thuật khác hơn như về nước ngầm, khả năng chịulực lớn hơn móng cọc BT ƯST đã được nghiên cứu và sử dụng để đáp ứng các yêucầu nêu trên

Mặt khác, cọc BT ƯST ra đời cũng để khắc phục các nhược điểm mà khi sửdụng móng cọc BTCT thường tạo vướng phải:

không tương thích giữa thép và bê tông;

giảm khả năng chống ăn mòn của cọc, từ đó làm giảm tuổi thọ của cọc, nhất là trongcác môi trường ăn mòn mạnh

Ngược lại, cọc BT ƯST lại có các ưu điểm để khắc phục hạn chế của cọc BTCTnhư:

Bê tông được nén trước ở điều kiện khai thác phần bê tông không suất hiện ứngsuất kéo (hoặc nếu có xuất hiện thì giá trị nhỏ không gây nứt)

Do bê tông được ứng suất trước, kết hợp với quay li tâm đã làm cho cọc đặcchắc chịu được tải trọng cao không nứt, tăng khả năng chống thấm, chống ăn mòn cốtthép, ăn mòn sulphate

Do sử dụng bê tông và thép cường độ cao nên tiết diện cốt thép giảm dẫn đếntrọng lượng của cọc giảm Thuận lợi cho việc vận chuyển, thi công

Cọc bê tông li tâm ứng suất trước có độ cứng lớn hơn cọc bê tông cốt thépthường nên có thể đóng sâu vào nền đất hơn tận dụng khả năng chịu tải của đất nềndẫn đến sử dụng ít cọc trong một đài móng hơn

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN CỌC BÊ TÔNG ĐÚC SẴN VÀ CỌC

BÊ TÔNG LI TÂM ỨNG SUẤT TRƯỚC

Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 10304:2014 Móng cọc - Tiêu chuẩn thiết kế [4]trình bày cụ thể việc thiết kế móng cọc các loại Ngoài ra, Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN7888:2014 - Cọc bê tông li tâm ứng lực trước [1] cũng trình bày về cọc bê tông ứngsuất trước với các yêu cầu kỹ thuật, tính toán thiết kế và thi công loại cọc này

2.1 Thiết kế móng cọc thông thường

2.1.1 Những chỉ dẫn cơ bản về tính toán

Theo [4], nền và móng cọc phải được tính toán theo các trạng thái giới hạn:

2.1.1.1 Nhóm trạng thái giới hạn thứ nhất

- Tính theo cường độ vật liệu cọc và đài cọc;

- Tính theo sức kháng của đất đối với cọc (sức chịu tải của cọc theo đất nền);

- Tính theo sức chịu tải của đất nền tựa cọc;

nền đủ lớn, trong đó kể đến tải động đất, nếu công trình nằm trên sườn dốc hay gần đó,hoặc nếu các lớp đất của nền ở thế dốc đứng Việc tính toán cần kể đến các biện phápkết cấu để có thể lường trước và ngăn ngừa chuyển dịch của móng

2.1.1.2 Nhóm trạng thái giới hạn thứ hai gồm

- Tính theo độ lún nền tựa cọc và móng cọc chịu tải trọng thẳng đứng;

- Tính theo chuyển vị đồng thời của cọc với đất nền chịu tác dụng của tải trọng ngang và moment;

- Tính theo sự hình thành hoặc mở rộng các vết nứt cho các cấu kiện bê tông cốt thép móng cọc

2.1.2 Một số điểm lưu ý khi tính toán móng cọc

thành phần lực và các ảnh hưởng bất lợi của môi trường bên ngoài (ảnh hưởng củanước dưới đất và tình trạng của nó đến các chỉ tiêu cơ - lý đất…)

- Công trình và nền cần được xem xét đồng thời, nghĩa là phải tính tác dụng tương hỗ giữa công trình và nền bị nén

- Sơ đồ tính toán hệ “công trình - nền” hoặc “móng - nền” cần được chọn lựa có

kể đến những yếu tố cơ bản nhất xác định trạng thái ứng suất và biến dạng của nền và

kết cấu công trình (các sơ đồ tĩnh định của công trình, đặc tính xây dựng, đặc điểm thếnằm của các lớp đất, các tính chất đất nền và khả năng thay đổi chúng trong quá trìnhxây dựng và sử dụng công trình…) Nên kể đến sự làm việc không gian của kết cấucông trình, tính phi tuyến về hình học và vật lý, tính dị hướng, các tính dẻo, từ biến củavật liệu xây dựng và đất, sự phát triển của các vùng biến dạng dẻo dưới móng

- Tải trọng và tác động đưa vào tính toán, các hệ số tin cậy của tải trọng cũng như các tổ hợp tải trọng phải lấy theo yêu cầu của TCVN 2737:1995

- Khi tính cọc, móng cọc và nền theo trạng thái giới hạn thứ nhất phải tính vớicác tổ hợp cơ bản và tổ hợp đặc biệt của tải trọng tính toán, khi tính theo trạng thái giớihạn thứ hai thì tính với các tổ hợp cơ bản của tải trọng tiêu chuẩn

- Các tải trọng và tác động, các tổ hợp tải trọng và hệ số tin cậy của tải trọngkhi tính móng cọc của cầu và công trình thủy được lấy theo yêu cầu của các tiêu chuẩnngành

tính toán của vật liệu và đất nền

- Tính toán cọc và đài cọc theo cường độ vật liệu cần tuân theo các yêu cầu của các tiêu chuẩn hiện hành về kết cấu bê tông, bê tông cốt thép và thép

- Kết cấu của mọi loại cọc phải được tính toán chịu tải trọng từ nhà hoặc côngtrình truyền vào Riêng đối với cọc đúc sẵn còn phải tính cọc chịu lực do trọng lượngbản thân khi chế tạo, lắp đặt và vận chuyển, cũng như khi nâng cọc lên giá búa tại

điểm móc cẩu cách đầu cọc 0,3l (trong đó l là chiều dài đoạn cọc) Nội lực do trọng

lượng bản thân cọc (giống nội lực dầm) phải nhân với hệ số xung kích lấy bằng:

1,50 - khi tính theo cường độ;

1,25 - khi tính hình thành và mở rộng vết nứt

Trong những trường hợp này, hệ số tin cậy của trọng lượng bản thân cọc bằng 1

- Cọc nằm trong móng hoặc cọc đơn chịu tải trọng dọc trục đều phải tính theo sức chịu tải của đất nền với điều kiện:

Đối với cọc chịu nén:

Nc,d

Đối với cọc chịu kéo:

N

t ,d

Trong đó:

Nc,d và Nt,d - tương ứng là trị tính toán tải trọng nén và tải trọng kéo tác dụng lêncọc (lực dọc phát sinh do tải trọng tính toán tác dụng vào móng tính với tổ hợp tảitrọng bất lợi nhất);

Rc,d và Rt,d - tương ứng là trị tính toán sức chịu tải trọng nén và sức chịu tảitrọng kéo của cọc;

Rc,k và Rt,k - tương ứng là trị tiêu chuẩn sức chịu tải trọng nén và sức chịu tảitrọng kéo của cọc, được xác định từ các trị riêng sức chịu tải trọng nén cực hạn Rc,u vàsức chịu tải trọng kéo cực hạn Rt,u;

0 - hệ số điều kiện làm việc, kể đến yếu tố tăng mức độ đồng nhất của nền đất khi

sử dụng móng cọc, lấy bằng 1 đối với cọc đơn và lấy bằng 1,15 trong móng nhiều cọc;

n - hệ số tin cậy về tầm quan trọng của công trình, lấy bằng 1,2; 1,15 và 1,1 tươngứng với tầm quan trọng của công trình cấp I, II và III;

k- là hệ số tin cậy theo đất

- Trị riêng sức chịu tải cực hạn của cọc Rc,u và Rt,u có thể xác định theo cácphương pháp dựa vào các chỉ tiêu cơ lý đất của đất Để đơn giản từ đây về sau gọi Rc,u

là “sức chịu tải trọng nén” và Rt,u là “sức chịu tải trọng kéo” của cọc

Trong trường hợp những điều kiện nền giống nhau, nếu số trị riêng của sức chịutải cực hạn ít hơn 6, trị tiêu chuẩn sức chịu tải trọng nén và chịu tải trọng kéo của cọcghi trong công thức (2.1) và (2.2) phải lấy bằng giá trị nhỏ nhất trong số các trị riêng:

Rc,k = Rc,u min và Rt,k = Rt,u min

Trường hợp, nếu số trị riêng của sức chịu tải cực hạn trong những điều kiện nhưnhau bằng hoặc lớn hơn 6, trị tiêu chuẩn sức chịu tải của cọc Rc,k và Rt,k là trị trungbình được xác định từ kết quả xử lý thống kê các trị riêng sức chịu tải cực hạn

- Khi xác định giá trị tải trọng truyền lên cọc, cần xem móng cọc như kết cấu

khung tiếp nhận tải trọng thẳng đứng, tải trọng ngang và mômen uốn

Đối với móng dưới cột gồm các cọc thẳng đứng, có cùng tiết diện và độ sâu,liên kết với nhau bằng đài cứng, cho phép xác định giá trị tải trọng Nj truyền lên cọcthứ j trong móng theo công thức:

N

N

n

xi, yi là tọa độ tim cọc thứ i tại cao trình đáy đài;

xj, yj là tọa độ tim cọc thứ j cần tính toán tại cao trình đáy đài

- Đối với cọc chịu tải trọng ngang, yêu cầu tính toán sức chịu tải của đất nhưđối với cọc chịu tải dọc trục Tải trọng ngang tác dụng vào móng có đài cứng gồm cáccọc thẳng đứng có cùng tiết diện ngang được phân bố đều cho toàn bộ các cọc

- Kiểm tra ổn định móng cọc và nền phải tuân theo yêu cầu của TCVN

S - là trị biến dạng đồng thời của cọc, móng cọc và công trình (độ lún, chuyển

vị, hiệu độ lún tương đối của cọc, móng cọc );

Sgh - là trị biến dạng giới hạn đồng thời của nền, móng cọc và công trình, quy địnhtheo chỉ dẫn của TCVN 9362:2012, hoặc tham khảo Phụ lục E trong tiêu chuẩn [4]

2.1.3 Trình tự tính toán móng cọc

2.1.3.1 Chọn chiều dài, tiết diện cọc

- Chiều dài và tiết diện cọc hợp lý khi đảm bảo khả thi khi thi công, mũi cọc hạvào lớp đất đủ tốt để giảm độ lún, số lượng cọc trong đài hợp lý (đài có 1, 2 cọc có độtin cậy thấp cần hạn chế; đài có quá nhiều cọc ảnh hưởng đến thời gian thi công, diệntích bố trí cọc)

- Mũi cọc không được tựa lên lớp đất chịu lực mà nên ngàm vào tối thiểu 0,5 m cho nền đá; 3d cho nền đất (với d là bề rộng hoặc đường kính cọc)

- Cọc chiếm chỗ nên hạn chế số mối nối ≤ 2

- Những công trình chịu tải trọng ngang lớn (cầu, tường chắn cao), công trình cảng thường dùng cọc có tiết diện lớn nhằm tăng độ cứng của hệ móng

- Chiều dài và tiết diện cọc có ảnh hưởng rất lớn đến sức chịu tải của cọc theovật liệu và theo đất nền Khi đất càng xuống sâu càng tốt và tải trọng cọc chịu trongquá trình thi công không lớn hơn tải trọng đưa vào thiết kế thì tối ưu là chọn chiều dài

và tiết diện cọc sao cho hai trị số này xấp xỉ nhau Trường hợp cọc hạ bằng phươngpháp đóng, ép thường chọn sao cho sức chịu tải cọc theo vật liệu lớn hơn 2 2,5 lần sứcchịu tải theo đất nền để đảm bảo cọc chịu được tải trọng lớn trong quá trình hạ

2.1.3.2 Xác định sức chịu tải của cọc

a) Xác định sức chịu tải của cọc theo theo các chỉ tiêu cơ lý đất, đá

Sức chịu tải trọng nén Rc,u, tính bằng kN, khi chúng tựa trên nền đá kể cả cọcđóng tựa trên nền ít bị nén được các định theo công thức:

Rc,u = γc qb Ab

Trong đó:

γc là hệ số điều kiện làm việc của cọc trong nền, γc =1;

qb là cường độ sức kháng của đất nền dưới mũi cọc chống;

Ab là diện tích tựa cọc trên nền, lấy bằng diện tích mặt cắt ngang đối với cọcđặc, cọc ống có bịt mũi; lấy bằng diện tích tiết diện ngang thành cọc đối với cọc ốngkhi không độn bê tông vào lòng cọc và lấy bằng diện tích tiết diện ngang toàn cọc khiđộn bê tông lòng đến chiều cao không bé hơn 3 lần đường kính cọc

Đối với mọi loại cọc đóng hoặc ép, tựa trên nền đá và nền ít bị nén, qb = 20 MPa

Sức chịu tải trọng nén Rc,u, tính bằng kN, của cọc treo, kể cả cọc ống có lõi đất,

hạ bằng phương pháp đóng hoặc ép, được xác định bằng tổng sức kháng của đất dướimũi cọc và trên thân cọc:

Rc,u = c ( cq qb Ab + u cf fi li)Trong đó:

c là hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất, c = 1; qb

là cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc; u là chu vi

tiết diện ngang thân cọc;

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

Ab là diện tích cọc tựa lên đất, lấy bằng diện tích tiết diện ngang mũi cọc đặc, cọc

ống có bịt mũi; bằng diện tích tiết diện ngang lớn nhất của phần cọc được mở rộng và bằng diện tích tiết diện ngang không kể lõi của cọc ống không bịt mũi;

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

cq và cf tương ứng là các hệ số điều kiện làm việc của đất dưới mũi và trên thân cọc có xét đến ảnh hưởng của phương pháp hạ cọc đến sức kháng của đất

Trong công thức (2.6) phải tính tổng sức kháng của tất cả các lớp đất mà cọc xuyên qua, trừ phần đất nằm trong dự kiến sẽ bị đào bỏ hoặc có thể bị xói

b) Xác định sức chịu tải của cọc theo các chỉ tiêu cường độ của đất nền

Cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc được xác định theo công thức (2.7):

qb = (c N’c + q’ ,p N’q) Ab

Trong đó:

N’c, N’q là các hệ số sức chịu tải của đất dưới mũi cọc;

q’ ,p là áp lực hiệu quả lớp phủ tại cao trình mũi cọc (có trị số bằng ứng suấtpháp hiệu quả theo phương đứng do đất gây ra tại cao trình mũi cọc)

Cường độ sức kháng của đất dính thuần tuý không thoát nước dưới mũi cọc xácđịnh theo công thức (2.8):

Cường độ sức kháng trung bình trên thân cọc là fi có thể xác định đối với đấtdính, ở trong lớp đất thứ i được xác định theo công thức (2.10):

fi = cu,i

Trong đó:

cu,i - là cường độ sức kháng không thoát nước của lớp đất dính thứ “i”;

- là hệ số phụ thuộc vào đặc điểm lớp đất nằm trên lớp dính, loại cọc và phương pháp hạ cọc, cố kết của đất trong quá trình thi công và phương pháp xác định cu

c) Xác định sức chịu tải của cọc theo độ bền của vật liệu

Với loại cọc này chúng ta có thể chia làm ba loại chủ yếu là cọc hình lăng trụ tiết diện đặc chế tạo sẵn, cọc ống và cọc khoan nhồi

+ Cọc hình lăng trụ tiết diện đặc chế tạo sẵn

Sức chịu tải cho phép của cọc theo vật liệu khi chịu nén như (2.11):

Pv = (RbAb + Rsc.As)

Trong đó:

Ab - diện tích tiết diện ngang của bê tông

Rb - cường độ chịu nén tính toán của bê tông

As - diện tích tiết diện ngang của cốt thép

Rsc - cường độ chịu nén tính toán của cốt thép

- hệ số uốn dọc

dọc được kể đến trong phạm vi chiều dài tự do của cọc (được tính từ đế đài đến bề mặtlớp đất có khả năng ngăn cản biến dạng uốn của cọc)

- Móng cọc đài thấp, cọc không xuyên qua than bùn, bùn thì = 1

Pv = (RbAb + Rsc.As + 2,5 Rsx.Asx)

Trong đó:

Ab - diện tích tiết diện ngang của lõi bê tông (phần bê tông nằm trong cốt đai)

Rsx - cường độ tính toán của cốt xoắn

Asx - diện tích quy đổi của cốt xoắn, Asx = Dnfx /tx

Dn - đường kính vòng xoắn

fx - diện tích tiết diện của cốt xoắn

tx - khoảng cách giữa các vòng xoắn

d) Xác định sức chịu tải từ các thí nghiệm hiện trường (CPT, SPT… )

Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT

Thí nghiệm SPT được thực hiện trong lỗ khoan bằng cách đóng ống đường kính5,1cm, dài 45cm, bằng búa nặng 64 kG với chiều cao rơi tự do 76 cm Khi thí nghiệm,đếm số búa để đóng cho từng đoạn 15cm ống lún trong đất, 15 cm đầu không tính, chỉđếm số búa cho 30 cm sau cùng kí hiệu là N30 được xem là số búa tiêu chuẩn N Thínghiệm xuyên tiêu chuẩn được áp dụng khá phổ biến ở các nước phương tây để xácđịnh sức chịu tải của cọc

Công thức của Meyerhof xác định sức chịu tải cực hạn của cọc:

Sức chịu tải cực hạn của cọc xác định theo đất theo công thức:

Rc,u = qb Ab + u fi li

Đối với trường hợp nền đất rời Meyerhof (1976) kiến nghị công thức xác địnhcường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc qb và cường độ sức kháng của đất ở trênthân cọc fi trực tiếp từ kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn như sau:

NP là chỉ số SPT trung bình trong khoảng 4d phía dưới và 1d phía trên mũi cọc;

k2 là hệ số lấy bằng 2,0 cho cọc đóng và 1,0 cho cọc khoan nhồi;

u là chu vi tiết diện ngang cọc;

h là chiều sâu hạ cọc;

Ns,i là chỉ số SPT trung bình của lớp đất thứ “i” trên thân cọc

và 3d phía dưới mũi cọc, d là đường kính, hoặc cạnh tiết diện ngang cọc;

li là chiều dài đoạn cọc trong lớp đất thứ “i”;

kc là hệ số chuyển đổi sức kháng mũi xuyên thành sức kháng mũi cọc;

fi là cường độ sức kháng trung bình trên thân cọc trong lớp đất thứ “i”, xác địnhtheo công thức:

fi =

qc,i là cường độ sức kháng mũi xuyên trung bình trong lớp đất thứ “i”;

i là hệ số chuyển đổi từ sức kháng mũi xuyên sang sức kháng trên thân cọc

2.1.3.3 Xác định sơ bộ số lượng và bố trí cọc trong đài

a) Yêu cầu bố trí cọc trong đài

Sau khi sơ bộ xác định số lượng cọc thì tiến hành bố trí cọc trong đài Trườnghợp chỉ có tải trọng thẳng đứng tác dụng thì bố trí cọc thẳng đứng và cách đều nhau.Trường hợp tải trọng ngang và mô men lớn thì có thể tăng độ cứng ngang của móngbằng cách bố trí cọc xiên, có thể xiên một hoặc hai chiều hoặc kết hợp cả cọc đứng vàcọc xiên (Hình 2.1)

Hình 2.1 - Các cách bố trí cọc trong đài

* Yêu cầu khoảng cách giữa các cọc liền kề

Về mặt thi công, phải đảm bảo khoảng cách giữa các cọc cần được lựa chọn saocho hiện tượng nâng cọc và làm chặt đất giữa các cọc là nhỏ nhất đồng thời tận dụng tối

đa sức chịu tải của cọc, khoảng cách tối thiểu giữa hai trục cọc phải đảm bảo để có thể hạcọc xuống độ sâu thiết kế mà không làm hư hỏng cọc khác và các công trình lân cận

Về mặt kinh tế, bố trí khoảng cách giữa các cọc càng gần càng có lợi Tăngkhoảng cách cọc không chỉ làm tăng khối lượng bê tông đài, khối lượng công tác đất,

mà còn làm tăng đáng kể mô men trong đài dẫn đến tăng diện tích cốt thép

Khoảng cách từ tim cọc biên đến mép đài ≥ 0,7d

- Tại mặt phẳng đáy đài, không được nhỏ hơn 1,5d

- Tại mặt phẳng mũi cọc không được nhỏ hơn 3d

* Nhận xét:

Với cùng một số cọc có thể có nhiều cách bố trí Tùy thuộc đài chịu tải đúng tâm,lệch tâm một phương, lệch tâm 2 phương cần tìm ra cách bố trí kinh tế nhất mà vẫn đảmbảo điều kiện lực truyền lên cọc Đưa nhiều cọc ra xa trọng tâm tiết diện các cọc tại đáyđài làm tăng khả năng chịu mô men (ngoại lực) nhưng cũng làm tăng mô men (nội lực)trong đài Với số cọc chọn, ban đầu nên bố trí nhiều cọc "ở gần" ít cọc "ở xa" nhằm giảmnội lực trong đài, nếu điều kiện lực truyền lên cọc không thỏa mãn mới bố trí lại

Hình 2.2 - Một số cách bố trí cọc trên mặt bằng (cọc ma sát)

- c 0,7d

- 2m 3d , n2 (3d)2 - m2

- a,b 3d

b: khoảng cách cọc theo phương chịu mômen nhỏ hoặc không chịu mômen

cọc theo phương chịu mômen)

2.1.3.4 Xác định sơ bộ số lượng cọc

Số lượng cọc được kiểm tra theo điều kiện lực truyền lên cọc, đảm bảo tổng tải

trọng lên cọc (kể cả trọng lượng cọc) không vượt quá sức chịu tải cho phép của cọc Số

lượng cọc là hợp lý khi tận dụng được tối đa khả năng làm việc của cọc (tổng tải trọng

lên cọc xấp xỉ sức chịu tải cọc)

Số lượng cọc có thể xác định bằng thử dần: chọn số cọc → bố trí cọc trong đài

→ kiểm tra lực truyền lên cọc Phương pháp này phù hợp khi sử dụng phần mềm tính

toán Số lượng cọc sơ bộ có thể được xác định như sau:

Bước 1: Giả thiết lực truyền lên cọc bằng đúng sức chịu tải cọc Pc , cọc trong

đài bố trí đều với khoảng cách 3d (d là bề rộng cọc vuông, chữ nhật hoặc đường kính

cọc tròn) Thay thế phản lực cọc tập trung ở đáy đài bằng áp lực tính toán giả định:

Nott - tổng lực dọc tính toán tác dụng tại đỉnh đài

tb.h- áp lực tiêu chuẩn truyền xuống đáy đài của trọng lượng đài và đất trên đài

n - hệ số độ tin cậy của trọng lượng đài và đất trên đài, n =1,1

Bước 3: Xác định tổng lực dọc sơ bộ tại đáy đài

Bước 4: Xác định số lượng cọc sơ bộ

m : hệ số kể đến ảnh hưởng của mô men m = 1 khi đài chịu tải đúng tâm.

Theo kinh nghiệm, khi độ lệch tâm của tải trọng tại đỉnh đài e =

chọn m = 1 1,4; khi e càng lớn nên chọn m càng lớn

Bước 5: Bố trí cọc trong đài → tính diện tích đáy đài Ad

2.1.3.5 Chọn sơ bộ chiều cao đài

Chiều cao đài trong một công trình có thể chọn khác nhau nhưng cần đảm bảođỉnh đài ở cùng một cao trình để thống nhất với sơ đồ tính toán kết cấu bên trên

Hình 2.3 - Chọn sơ bộ chiều cao đài

Để thuận lợi cho tính toán, thi công thường chọn chiều cao các đài bằng nhau.Khi đó chiều cao đài được chọn theo đài cọc chịu tải trọng lớn nhất, có số cọc nhiềunhất Bằng phương pháp vẽ, sau khi đã bố trí cọc trong đài, có thể chọn sơ bộ chiềucao đài sao cho tháp chọc thủng xuất phát từ mép chân cột nghiêng góc 45o đi qua mépngoài các cọc biên

2.1.3.6 Kiểm tra lực truyền lên cọc

Ntt

y

x