MĨNG CỌC 4.1KHÁI NIỆM CHUNG
Định nghĩa: Mĩng cọc thuộc loại mĩng sâu và khi tính SCT của cọc theo đất nền cĩ kể đến thành phần ma sát xung quanh mĩng
- Mĩng cọc được sử dụng rất lâu (chủ yếu dùng cọc gỗ để đỡ cơng trình trên nước) và hiện nay mĩng cọc được sử dụng rất phổ biến. Kỷ lục về chiều sâu cọc nhồi là 125m, D = 2m, ở Malaysia. Ơû Việt Nam, cọc nhồi sử dụng cho cầu dây văng Mỹ Thuận là D = 2m, L = 98m
- Cùng với sự phát triển của các loại cọc thì các phương tiện hạ cọc cũng phát triển. Phương tiện hạ cọc chủ yếu hiện nay là búa Diezel, búa hơi, búa rơi, búa rung,...
- Phương án mĩng cọc được dùng khi các phương án mĩng nơng khơng phù hợp (do tải trọng cơng trình bên trên quá lớn hay địa chất bên trên yếu, bên dưới tốt), khi đĩ người ta sử dụng mĩng cọc để truyền tải trọng cơng trình xuống lớp đất tốt bên dưới
-
Hình 1: Thi cơng cọc
4.2 PHÂN LOẠI CỌC
4.2.1 Theo đặc tính chịu lực
- Cọc chịu mũi (cọc chống): phần lớn tải trọng cơng trình được truyền qua mũi cọc, khi đĩ cọc được đặt trong nền đất yếu và trên lớp đất cứng
- Cọc ma sát (cọc treo): phần lớn tải trọng truyền qua ma sát giữa cọc và đất, khi đĩ cọc khơng tựa lên lớp đất cứng
4.2.2 Theo điều kiện làm việc
- Cọc đài thấp: cọc khơng chịu uốn ngang và lực ngang sẽ cân bằng với áp lực đất bị động và ma sát dưới đáy mĩng
- Cọc đài cao chịu uốn ngang, do đĩ cần phải xác định nội lực trong cọc để tính cốt thép
4.2.3 Theo vật liệu
- Cọc thép: thường dùng để giữ ổn định cho đất nền, chủ yếu là các loại cọc bản dạng chữ I, H,
- Cọc gỗ: thường dùng Tràm, gỗ thơng, tre,.. dưới dạng từng cọc riêng lẽ hay nhĩm cọc. Để đảm bảo chất lượng cọc sử dụng lâu dài thì cọc phải thường xuyên nằm dưới mực nước ngầm (MNN) để khỏi bị mối, mục,.. - Cọc Bê tơng: cĩ nhiều loại
+ Cọc chế tạo sẵn: tiết diện vuơng, tam giác, đa giác, trịn đặc hay rỗng,... với chiều dài khác nhau từ 4-16m, tùy theo đường kính cọc (hay cạnh cọc). Cọc chế tạo sẵn được hạ bằng nhiều phương pháp khác nhau như đĩng, ép hay đĩng kết hợp với khoan mồi.
+ Cọc nhồi tại chỗ: được tạo bằng cách khoan hay đào (giữ ổn định bằng thành vách hay bùn Bentonite) với nhiều loại tiết diện như: trịn, chữ I, H, L, chữ thập,... sau khi khoan xong thì đặt cốt thép (cấu tạo hay chịu lực) rồi đổ bê tơng.
• Nếu dùng thành vách để giữ ổn định cho hố khoan thì giá thành cao, chiều sâu hạn chế nhưng đơn giãn, dễ sử dụng
• Nếu dùng bùn khoan Bentonite giá rẻ, thi cơng nhanh nhưng địi hỏi điều kiện kỹ thuật gắt gao trong suốt quá trình thi cơng
Các quá trình thi cơng cọc nhồi
¾ Chuẩn bị
+ Tường dẫn hay ống dẫn để định vị cọc, tránh lỡ miệng khoan trong quá trình đào
+ Bùn khoan Bentonite dùng để giữ ổn định thành vách trong quá trình tạo lỗ. Thành phần của bùn gồm: nước, đất sét Bentonite và phụ gia (nếu cần) cĩ các chỉ tiêu vật lý như sau:
oKhối lượng riêng =1.01 – 1.05 g/cm3 oĐộ nhớt Marsh > 35 giây opH >7 oĐộ chứa cát = 0 oĐộ lọc nước < 30m3 oĐộ bám thành < 2mm 1. 2-2m Tường dẫn ¾ Tạo lỗ MNN Bùn Bentonite >1m Tường dẫn
+ Sau khi chuẩn bị tường dẫn xong thì tiến hành tạo lỗ bằng khoan hay dùng tia nước áp lực cao kết hợp với gầu đào
+ Trong quá trình tạo lỗ, dung dịch bùn phải cao hơn MNN > 1m để bùn thấm vào đất và giữ ổn định cho vách
+ Trong quá trình khoan thì bùn sẽ nặng dần (do đất lẫn vào bùn) làm giảm độ nhớt của bùn. Do đĩ cần phải dùng phụ gia để tăng độ nhớt cho bùn
¾ Thay bùn
+ Sau khi tạo lỗ xong thì phải thay bùn để đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật nhằm tránh bùn bám vào thép trong quá trình đỗ bê tơng.
+ Để thay bùn thì ta thả máy bơm xuống tới đáy hố khoan (vì bùn nặng hơn nên nằm ở đáy) đồng thời bơm bùn mới vào trên mặt
¾ Đặt lồng thép
+ Đặt lồng thép vào hố khoan, định vị cẩn thận, tạo lớp bê tơng bảo vệ sau đĩ đặt ống Trepie (ống đổ Bê tơng). Oáng Trepie được nối từ nhiều đoạn 0.5 – 3m, đường kính 6 – 30cm, đầu dưới của ống phải cách đáy hố khoan > 20cm để mẽ bê tơng đầu tiên thốt ra dễ dàng
+ Lồng thép phải neo cẩn thận vì nĩ cĩ thể bị chìm hay đẩy nỗi trong quá trình đổ bê tơng
¾ Đổ bê tơng
+ Đây là giai đoạn quan trọng nhất, nĩ quyết định chất lượng của cọc nhồi
+ Để cách ly bê tơng và bùn đang lấp đầy trong ống Trepie, ta thường dùng quả bĩng (vì sau khi đổ bê tơng thì quả bĩng cĩ thể nỗi lên).
+ Ta phải đổ nhanh mẽ BT đầu tiên (6 hay 12m3) trong thời gian <2 phút để BT chứa đầy trong ống cĩ thể phủ nhanh đầu ống Trepie.
+ Để tránh BT khơng bị lẫn vào bùn thì đầu dưới ống Trepie phải ngập trong BT > 2m
+ Bê tơng cĩ độ sụt SN = 14-18cm để dễ dàng chảy trong ống Trepie chứ khơng được rơi tự do (vì BT sẽ phân tầng).
+ Sau mỗi mẽ BT, ta phải đo thể tích BT trong hố khoan để kiểm tra xem cĩ bị sụp thành vách hay khơng. Nếu thất bại khi đổ (bị sụp vách) thì ngừng và đào lên làm lại.
CẤU TẠO CỌC Cấu tạo cọc: Cấu tạo cọc: 4Þ20 D D 1-1 1 1
lưới vuơng Þ6a50
1Þ2550 50 D 0.207L 0.207L L Þ6a200 1000
Þ6a100 Þ6a1001000 Þ6a50500 Þ6a50500
Lưu ý:
+ Thép chịu lực được tính từ điều kiện cẩu lắp và vận chuyển
Tùy theo đường kính và chiều dài cọc mà cĩ thể chọn sơ bộ thép chịu lực như sau: + D<300 → 4Þ14
+ D=350 → 4Þ16-18 + D>400 → 8Þ20-25
+ Thép đai cấu tạo thường chọn Þ6-8, đai ngang hay xoắn
+ Lưới thép đầu cọc chọn Þ6 lưới vuơng 50x50, thường bố trí 5 lớp @50
Þ14a150 Þ16a150 b 100 100D 3D D 100 100 L D 3D D 100 hm Df ĐÁ 4x6 MÁC 100 BÊ TƠNG LĨT cổ cột -2.00 0.00 -25.50
Cấu tạo đài cọc:
Chú ý:
+ Phải ghi đầy đủ cao trình và kích thước mĩng
+ Phải ghi chú về vật liệu sử dụng trong bản vẽ và ghi chữ hoa
+ Khi chiều cao mĩng >1m thì phải đặt 2 lớp thép
+ Đoạn cọc neo vào đài x=10-15cm
+ Khoảng cách giữa các cọc L=3D-6D
+ Khoảng cách mép hàng cọc biên đến mép đài i=D/2-D/3
+ Đoạn thép cọc neo vào đài ln=(30-40)Þ
+ Chiều cao đài được xác định từ điều kiện xuyên thủng
4.3 SỨC CHỊU TẢI DỌC TRỤC CỦA CỌC
Khả năng chịu tải dọc trục của cọc được lấy giá trị nhỏ nhất trong 2 trị số tính theo vật liệu và đất nền
4.3.1 Theo vật liệu làm cọc
vl vl vl
Q =ϕA R
− ϕ: hệ số uốn dọc, hpụ thuộc vào độ mãnh của cọc
− Avl: diện tìch tiết diện ngang của Vật liệu làm cọc
− Rvl: cường độ chịu nén tính tốn của vật liệu làm cọc Ví dụ: gỗ tràm Rvl = 40-50KG/cm2
gỗ thơng Rvl <100KG/cm2, tùy theo tuổi của gỗ Theo TCXD 21-86: Qvl =kmRgh
+ m: hệ số điều kiện làm việc, m=1 với cọc chịu nén và m=0.6 với cọc nhỗ
+ k = 1-ν = 0.7: hệ số đồng nhất của vật liệu
+ ν : hệ số biến động, với vật liệu cĩ ν > 0.3 : thì khơng dùng được
− Với cọc bê tơng cốt thép
( )
vl a a b n
Q =ϕ R F +F R hay Qvl =km R F( a a+F Rb n)
lưu ý: khi tính cọc chịu nhỗ thì Rn = 0
− Với cọc nhồi bê tơng cốt thép
Vì đổ bê tơng trong hố khoan nên khĩ kiểm sốt được chất lượng của bê tơng, do vậy ta giảm cường độ của bê tơng xuống và tính tốn như cọc bê tơng cốt thép thường + Bê tơng: Rn = 4.5 4.0 R R ÷ , R là Mác thiết kế < 60-70 KG/cm2
+ Thép: Ran =
1.5
o
R ,
< 2100 KG/cm2 Ví dụ: cọc nhồi dưới bùn Bentonite, L = 40m, D = 1m Vật liệu: Bê tơng M300, thép 12φ20, Ra = 2100 KG/cm2 Sức chịu tải cọc theo vật liệu:
( ) 2100 37.7 7850 60 548 vl a a b n Q = R F +F R = x + x = T i m q F u m f L ⎛ ⎞ ⎜ ⎟ = ⎜ + ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ ∑ 14243 với R = 300/4.5=66.67>60→ R = 60 KG/cm2 4.3.2 Theo đất nền (cĩ 6 cách tính)
Lời giải giải tích cho SCT của cọc theo đất nền vẫn chưa cĩ. Trong thiết kế thực tế, SCT được phân ra một cách khá tuỳ tiện gồm 2 thành phần: chịu mũi và ma sát.