3.2.1 Giới thiệu về cọc bê tơng cốt thép đúc sẵn:
Cọc bê tống cốt cốt thép đúc sẵn được chế tạo trên mặt đất rồi hạ vào nền bằng các phương pháp khác như: đĩng, ép, xĩi nước…
Ưu điểm:
Cọc được chế tạo trên mặt đất nên chất lượng dễ kiểm sốt, hiệu quả sử dụng vật liệu cao; cọc làm việc khơng phụ thuộc mực nước ngầm.
Nhược điểm: Khả năng chịu uốn kém dễ bị nứt khi vận chuyển, cẩu lắp do đĩ khĩ sử dụng cọc chiều dài lớn; là cọc chiếm gỗ cĩ thể gây ra nâng mặt nền lân cận; sức chịu tải nhỏ so với cọc đổ tại chổ do khĩ hạ cọc chiều dài, tiết diện lớn.
Trong quá trình hạ, cọc cĩ thể chịu tải trọng gấp 2 thậm chí 3 lần tải trọng thiết kế do đĩ cấp độ bền của bê tơng chịu được các ứng suất trong quá trình thi cơng. Cọc thi cơng bằng ép đỉnh B ≥ 15, ép tĩnh B ≥ 20. Cọc đĩng trong điều kiện bình thường và dễ đĩng ( độ chối e ≤ 2mm ) B ≥ 20, đống đến độ chối rất nhỏ ( độ chối e ≤ 2mm ) B ≥ 30. Cọc hạ bằng xĩi nước B ≥ 15. Cọc bê tơng cốt thép ứng suất trước bê tơng B ≥ 30 đối với mĩng cọc đaià cao và B ≥ 25 với mĩng cọc đài thấp.
Cốt thép cọc phải thỏa mãn các điều kiện quy định về chất lượng cốt thép để cĩ thể chịu được các nội lực phát sinh trong quá trình bốc dỡ, vận chuyển và cá lực kéo và moment uốn của cơng
GVHD: TRƯƠNG QUANG THÀNH
MĨNG
trình bên tác dụng vào cọc; cũng cần xét đêbs trị ứng suất kéo cĩ thể phát sinh do hiện tượng nâng nền do đĩng các cọc tiếp theo.
Cốt thép chủ yếu cần được kéo dài lien tục theo suốt chiều dài cọc. Trong trường hợp 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 tang khả năng chịu moment, thép được tang cường ở phần đầu cọc, nhưng cần bố trí sao cho sự gián đoạn đột ngột của cốt thép khơng gây ra hiện tượng nứt khi cọc chịu tác động xung trong quá trình đĩng cọc.
Cốt thép được xác định theo tính tốn. Theo TCXD 205:1998, hàm lượng thép khơng nhỏ hơn 0,8%, đường kính khơng nhỏ hơn 14mm. Đối với những trường hợp sau, nhất là các cọc cho nhà cao tầng, hàm lượng của cốt thép dọc cĩ thể nâng lên 1-1,2%:
- Mũi cọc xuyên qua lớp đất cứng;
- Độ mãnh của cọc λ = L/d > 60 ( L là chiuề dài cọc; d là bề rộng hoặc đường kính cọc ); - Sức chịu tải của cọc đơn khá lớn mà số cọc của 1 đài ít hơn 3 cây.
Cốt đai cĩ vai trị đặc biệt quan trọng để chịu ứng suất nảy sinh trong quá trình đĩng cọc. CỐt đai cĩ dạng mĩc, đai kín hoặc xoắn. Trừ trường hợp cĩ sử dụng mối nối đặc biệt hoặc mặt bích bao quanh đầu cọ mà cĩ thể phân bố được ứng suất gây ra trong quá trình đĩng cọc, trong khoảng cách bằng 3 lần cạnh nhỏ của cọc tại hai đầu cọc, hàm lượng cốt đai khơng ít hơn 0.6% của thể tích vùng nêu trên.
Trong phần thân cọc, cốt đai cĩ tổng tiết diện khơng nhỏ hơn 0,2% và được bố trí với khoảng cách khơng lớn hơn 1/2 bề rộng tiết diện cọc. Sự thay đổi các vùng cĩ khoảng cách cá đai cốt khác nhau khơng nên quá đột ngột.
Chiều dài cọc bê tơng cốt thép cĩ thể đạy chiều dài 40 ÷ 45m, chiều dài đoạn cọc phụ thuộc chủ yếu vào điều kiện thi cơng ( thiết bị chế tạo, vận chuyển, cẩu lắp, hạ cọc… ) và lien quan tới khả năng chịu lực của cọc. Một cây cọc khơng nên cĩ quá 2 mối nối ( trừ trường hợp cọc thi cơng bằng phương pháp ép ); khi cọc cĩ trên 2 mối nối phải tang hệ số an tồn đối với sức chịu tải. Mối nối cọc nên thực hiện bằng phương pháp hàn. Cần cĩ biện pháp bảo vệ mối nối trong các lớp đất cĩ tác nhân ăn mịn.
Tiết diện cọc bê tơng cốt thép khá đa dạng: trịn, vuơng, chữ nhật, chữ T, chữ I, vuơng cĩ lỗ trịn, tam giác, đa giác… trong đĩ cọc cĩ tiết diện vuơng được sử dụng phổ biến nhất.
3.2.2 Cọc bê tơng cốt thép hình lăng trụ:
Hiện nay cọc lăng trụ được sủ dụng khá rộng rãi với các tiết diện vuơng chủ yêu là 200x200mm, 250x250mm, 300x300mm, 400x400mm, 500x500mm, 550x550mm, 600x600mm chiều dài của
MĨNG
đoạn cọc tiết diện < 300x300 mm thường nhỏ hơn 10m, cịn đối với loại cĩ tiết diện ≥ 30x30cm thường cĩ chiều dài đoạn cọc lớn hơn 10m.
Cấu tạo cốt thép của cọc được thể hiện ở hình vẽ bên dưới:
500(a50) 1000(a100) L-4000(a150-a200) 1500(a100) 1000(a50)
L 0,207L 2 1 0,207L 5 4 5 6 3
a) Cấu tạo cọc gồm 1 đoạn cọc.
500(a50) 1000(a100)
L
L-4000(a150-a200) 1500(a100) 1000(a50)
0,207L 2 1a 0,207L 5 4 5 6 3 7 8 1000(a50) 1500(a100) L-5000(a150-a200) 1500(a100) 1000(a50) L 0,207L 2 1b 0,207L 5 4 5 7 7 8 4 8
b) Cấu tạo cọc gồm nhiều đoạn cọc nối với nhau.
1.Cốt chịu lực; 2.Cốt thép đai; 3.Đai gia cường mũi cọc; 4.Chán thép gia cường đầu cọc; 5.Mĩc cẩu; 6.Thanh dẫn hướng; 7.Đai thép đầu cọc; 8.Bản thép ốp đàu cọc.
Cốt thép số 1 là cốt dọc chịu lực chính của cọc khi vận chuyển, cẩu lắp cũng như chịu lực ngang đối với mĩng cọc đài cao. Cốt thép chịu lực cĩ đường kính lớn hơn 10mm thép CII ( AII ). Cốt thép số 2 là cốt thép đai dung để định vị cốt thép dọc, chịu lực cắt, đảm bảo cốt thép dọc khơng ép vỡ bê tơng. Cốt đai cấu tạo đai ngang hoặc đai xoắn, đường kính Ø6, Ø8.
Trong phạm vi 1m tính từ đầu cọc và 0,5m tính từ mũi cọc, bước cốt đai a = 50mm để tang cường độ cứng tại đầu cọc.
Phần giữa cọc bố trí bước cốt đai a = 150mm cho cọc cĩ tiết diện ≤ 250mm, a = 200mm cho cọc cĩ tiết diện > 250mm.
Cốt thép số 6 đường kính Ø ≥ 20mm, L = 100mm + 30Ø, dung để tang độ cứng mũi cọc, dẫn hướng trong quá trình hạ cọc.
Cấu tạo đai thép số 7 để thực hiện nối cọc bằng phương pháp hàn.
Bản thép ốp đầu cọc số 8 được dùng để tạo tiếp xúc tốt giữa 2 đầu cọc, đảm bảo nối cọc thẳng trục.
GVHD: TRƯƠNG QUANG THÀNH
MĨNG
Đầu cọc bố trí lưới thép Ø6, a = 50mm để chống ứng suất cục bộ tại đầu cọc khi đĩng cọc, tránh vỡ đầu cọc khi đĩng hoặc ép. Thường bố trí 4-5 lưới cách nhau 50mm cho cọc đĩng, 3-4 lưới cho cọc ép tĩnh.
1,1a,1b- Cốt chịu lực; 2,2a,2b- Cốt thép đai Hình 4.2 Mặt cắt ngang thân cọc
MĨNG
a- Hàn chụm đầu cốt thép; b- Thép lá dày 8mm Hình 4.3 Cấu tạo cốt thép mũi cọc
Lưới thẳng - Lưới cĩ neo – Cốt thép mĩc cẩu Hình 4.4. Chi tiết lưới thép đầu cọc và mĩc cẩu cọc
GVHD: TRƯƠNG QUANG THÀNH
MĨNG
Hình 4.5: Cấu tạo thép chờ và đai thép đầu cọc và mĩc cẩu cọc.
Hình 4.6: Chi tiết nối cọc.
MĨNG
Cĩ thể sử dụng thép bàn táp để liên kết hàn đầu cọc hoặc dùng thép gĩc L để táp vào và hàn lại. Với cọc chịu uốn, chịu kéo phải kiểm tra cường độ mối nối. Sauk hi nối cọc cần quét một lớp bitum phủ bề mặt chống gỉ.
3.2.3 Cột bê tơng cốt thép tiết diện vuơng với lỗ rỗng trịn:
Trong nhiều trường hợp cọc bê tơng cốt thép tiết diện vuơng với lỗ trịn rỗng được sủ dụng xuất phát từ yêu cầu tiết kiệm chi phí bê tơng, cốt thép, giảm trọng lượng bản thân cọc. Để đơn giản cọc được làm rỗng trên tồn bộ chiều dài.
3.2.4 Hình ảnh minh họa cho cọc BTCT đúc sẵn:
GVHD: TRƯƠNG QUANG THÀNH
MĨNG
3.3 CỌC NHỒI:
3.3.1 Giới thiệu về cọc nhồi:
Trong TCXDVN 205:1997 Mĩng cọc - Tiêu chuẩn thiết kế cĩ đề cập đến cọc khoan nhồi đường kính nhỏ bằng việc định nghĩa trong mục 3.3.6 Cọc nhồi : "Cọc nhồi là cọc được thi cơng tạo lỗ trước trong đất, sau đĩ lỗ được lấp đầy bằng bê tơng cĩ hoặc khơng cĩ cốt thép. Việc tạo lỗ được thực hiện bằng phương pháp khoan, đĩng ống hay các phương pháp đào khác. Cọc nhồi cĩ đường kính bằng và nhỏ hơn 600mm được gọi là cọc khoan nhồi đường kính nhỏ, cọc cĩ đường kính lớn hơn 600mm được gọi là cọc khoan nhồi đường kính lớn"
Cọc khoan nhồi là cọc bê tơng cốt thép được đổ tại chỗ trong các lỗ được tạo bằng phương pháp khoan (cĩ hoặc khơng cĩ ống chống).
Tên cọc khoan nhồi cĩ nhiều loại, tên được gọi theo cơng nghệ tạo lỗ và đổ bê tơng.
Tiếng Anh tên gọi chung nhất cho cọc khoan nhồi là "bored pile" hoặc "drilled piers" cho cọc từ đường kính 800 trở lên, Tiếng Mỹ gọi là "cast-in-place pile" hoặc "Cast-in-drilled-hole
piles (CIDH piles)" hoặc "Cast-in-Situ piles"[1] cho các loại cọc từ 300 trở lên (dịch là cọc thi
cơng (khoan) và đổ bê tơng tại chỗ).
Tiếng Anh cọc từ 300 -800 là "small diameter bored pile", tiếng Mỹ cũng cĩ tên như vậy. Cịn cọc từ 60-300 cả Anh và Mỹ đều gọi là "Micropile" (dịch là cọc mini), tiếng Anh cĩ thêm tên gọi"root pile" là dịch từ tiếng Italia "pali radice".
3.3.2 Ứng dụng:
Cọc khoan nhồi dùng để gia cố nền đất và liên kết với mĩng giữ ổn định cho cơng trình. Đây là
một phương pháp tiên tiến nĩ cĩ thể đỡ được các cơng trình lớn trên các nền đất yếu.
Cọc khoan nhồi là một trong những giải pháp mĩng được áp dụng rộng rãi trong xây dựng nhà
cao tầng ở trên thế giới và ở Việt Nam. Chúng thường được thiết kế để mang tải lớn nên chất lượng của cọc luơn luơn là vấn đề được quan tâm nhất. Khâu quan trọng nhất để quyết định chất lượng của cọc là khâu thi cơng, nĩ bao gồm cả kỹ thuật, thiết bị, năng lực của đơn vị thi cơng, sự nghiêm túc thực hiên qui trình cơng nghệ chặt chẽ, kinh nghiệm xử lý khi gặp các trường hợp cụ thể.
Trong hơn mười năm qua, cơng nghệ cọc khoan nhồi đã được áp dụng mạnh mẽ trong xây dựng cơng trình ở nước ta. Hiện nay, ước tính hàng năm chúng ta thực hiện khoảng 60 ÷ 90 nghìn mét dài cọc khoan nhồi cĩ đường kính 0,8 ÷ 2,5m, với chi phí khoảng 1500 ÷ 1800 tỷ đồng
3.3.3 Ưu điểm của cọc nhồi:
Cọc khoan nhồi là một giải pháp mĩng cĩ nhiều ưu điểm sau:
MĨNG
- Về mặt kết cấu:
Căn cứ vào tài liệu khảo sát địa chất, người thiết kế cĩ thể xác định được chiều sâu cọc sao cho sức chịu tải của đất nền tương đương với sức chịu tải do vật liệu làm cọc (Pvl≈ Pđn). Điều này với phương pháp cọc đĩng, nén tĩnh hoặc ép neo khơng thực hiện được. Đĩ là điều kiện đưa đến giải pháp nền mĩng hợp lý và kinh tế hơn.
Khả năng chịu lực cao hơn 1,2 lần so với các cơng nghệ khác,
Cọc khoan nhồi cĩ thể được đặt vào những lớp đất rất cứng, thậm chí tới lớp đá mà cọc đĩng khơng thể tới được,
Cĩ tiết diện và độ sâu mũi cọc lớn hơn nhiều so với cọc chế sẵn do vậy sức chịu tải lớn hơn nhiều so với cọc chế tạo sẵn.
Số lượng cọc trong một đài cọc ít, việc bố trí các đài cọc (Cùng các cơng trình ngầm) trong cơng trình được dễ dàng hơn.
Sức chịu tải ngang của cọc khoan nhồi là rất lớn, việc thi cơng cọc nhồi cĩ chấn dung nhỏ hơn nhiều so với cọc đĩng, thi cơng cọc nhồi khơng gây hiện tượng trồi đất ở xung quanh, khơng đẩy ngang các cọc sẵn cĩ xung quanh.
Thích hợp với các loại nền đất đá, kể cả vùng cĩ hang castơ.
Thích hợp với các cơng trình lớn, tải trọng nặng, địa chất nền mĩng là đất hoặc cĩ địa tầng thay đổi phức tạp.
Khơng gây ảnh hưởng đến các cơng trình xây dựng liền kề (lún nứt, hiện tượng trồi đất, lún sụt cục bộ, ). Xây dựng nhà cao tầng tại các khu dân cư đơng đúc, nhà xây chen, nhà xây liền kề mặt phố, nhà biệt thự vì nĩ khắc phục được các sự cố lún nứt các nhà liền kề, lấy lại thăng bằng các nhà đã xây dựng bị nghiêng lún trong khi sử dụng, gia cố mĩng nhà bị yếu, cĩ thể thi cơng tại các địa điểm chật hẹp hoặc trong ngõ ngách nhỏ.
Cơng nghệ này tạo ra một khối cọc bê tơng đúc liền khối (khơng phải hàn nối như cơng nghệ đĩng cọc khác), cho nên tăng khả năng chịu lực và độ bền cho mĩng của các cơng trình cơng nghiệp, cầu giao thơng quy mơ nhỏ,..
- Về mặt thi cơng:
Cơng nghệ này đảm bảo việc khoan nhồi cọc bê tơng theo phương thẳng đứng, khơng bị xiên nghiêng như các phương pháp khác.
Chi phí: giảm được 20-30% chi phí cho xây dựng mĩng cơng trình
Độ chính xác của cọc theo phương thẳng đứng cao hơn so với cơng nghệ ép cọc khác
GVHD: TRƯƠNG QUANG THÀNH
MĨNG
Cơng nghệ thi cơng cọc khoan nhồi đã tạo thế chủ động cho ngành xây dựng cơng trình giao thơng, khơng những trong thi cơng các cơng trình cầu lớn mà cho cả cơng trình cầu cảng, cảng biển, cảng sơng nhà cao tầng.
3.3.4 Nhược điểm của cọc nhồi:
- Sản phẩm trong quá trình thi cơng đều nằm sâu trong lịng đất, khĩ kiểm sốt chất lượng bê tơng cọc.
- Cọc đổ tại chổ nên dể xảy ra các khuyết tật ảnh hưởng tới chất lượng cọc như:
+ Hiện tượng co thắt, hẹp cục bộ thân cọc hoặc thay đổi kích thước tiết diện khi cọc xuyên qua các lớp đất khác nhau.
+ Hiện tượng co thắt, hẹp cục bộ than cọc hoặc thay đổi kích thước tiết diện khi cọc xuyên qua các lớp đất khác nhau.
+ Bê tơng xung quanh thân cọc bị rửa trơi gây ra rỗ mặt thân cọc. + Lỗ khoan nghiêng lệch, sụt vách lỗ khoan.
+ Bê tơng đổ thân cọc khơng đồng nhất và phân tầng.
- Quá trình thi cơng cọc khoan nhồi là tại cơng trường ngồi trời nên phụ thuộc nhiều vào thời tiết như bão,…, mặt bằng thi cơng lầy lội ảnh hưởng đến mơi trường.
- Chi phí kiểm tra thí nghiệm với cọc khoan nhồi tốn kém.
3.3.5 Vật liệu làm cọc:
Bê tơng dùng cho cọc khoan nhồi là các loại bê tơng thơng thường B >= 15.Ngồi điều kiện về cường độ, bê tơng phải cĩ độ sụt lớn để đảm bảo tính liên tục của cọc trong quá trình thi cơng.
Bảng 4.1. Độ sụt của bê tơng cọc nhồi:
Điều kiện sử dụng: Độ sụt (cm)
Hổ trợ trong nước, cốt thép cĩ khoảng cách lớn cho phép bê tơng dịch chuyển dể dàng.
7,5/12,5
Khoảng cách cốt thép khơng đủ lớn, để cho phép bê tơng dịch chuyển dể dàng, khi cốt đầu cọc nằm trong vùng vách tạm.
Khi đường kính cọc nhỏ hơn 600 mm.
10/17,5
Khi bê tơng được đổ dưới nước hoặc trong dung dịch sét bentơnit qua ống đồ (tremie)
>15
Thơng thường bê tơng của cọc nhồi cĩ hàm lượng xi măng khơng nhỏ hơn 350kg/m3.
MĨNG
Để tránh sự phân tầng do bê tơng cĩ độ sút lớn hoặc bê tơng bị mất nước trong điều kiện mùa hè, nên sử dụng các loại phụ gia thích hợp.
Cốt thép của cọ nhồi xác định theo tính tốn, đồng thời phải thỏa mãn một số yêu cầu cấu tạo sau:
- Trong trường hợp cọc nhồi chịu kéo, cốt thép dọc cần được bố trí theo suốt chiều dài cọc. Khi cốt thép dọc được nối cần phải hàn theo yêu cầu chịu lực. Khi lực nhổ là nhỏ, cốt thép dọc được bố trí đến độ sâu cần thiết để lực kéo được triệt tiêu hồn tồn thong qua ma sát cọc.
- Đối với cọc chịu nén dọc trục, hàm lượng cốt thép khơng nên nhỏ hơn 0,2÷0,4%. Đường kính cốt thép khơng nhỏ hơn 10mm và bố trí đều theo chu vi cọc. Đối với cọc chịu tải trọng ngang, hàm lượng cốt thép khơng nhỏ hơn 0,4÷0,65%.
- Cốt đai cọc nhồi thường là Ø6÷Ø10, khoảng cách 200÷300mm. Cĩ thể dung đai hàn vịng đơn hoặc đai xoắn ốc chưa liên tục. Nếu chiều dài lồng thép lớn hơn 4m, để tang cường độ cứng tính