›
›

Bài giảng môn cơ sở kỹ thuật xây dựng Nền và Móng - Chương 3: Móng cọc

pdf 64 trang huongle 2990
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng môn cơ sở kỹ thuật xây dựng Nền và Móng - Chương 3: Móng cọc", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfbai_giang_mon_co_so_ky_thuat_xay_dung_nen_va_mong_chuong_3_m.pdf

Nội dung text: Bài giảng môn cơ sở kỹ thuật xây dựng Nền và Móng - Chương 3: Móng cọc

  1. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Giáo trình môn cơ sở kỹ thuật xây dựng Nền và móng
  2. Simpo PDFTrườ Mergeng ĐẠ Iand HỌC Split BÁCH Unregistered KHOA ĐÀ NẴ VersionNG - Nhóm chuyên môn CHĐ-Nền Móng Bộ môn Cơ sở kỹ thuật Xây dựng Bài giảng Nền và Móng CHƯƠNG III: MÓNG CỌC ß1. CÁC KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI 1.1. Khái niệm. 1.1.1.Lịch sử phát triển. Móng cọc là một trong những loại móng được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay. Người ta có thể đóng, hạ những cây cọc lớn xuống các tầng đất sâu, nhờ đó làm tăng khả năng chịu tải trọng lớn cho móng. Móng cọc đã được sử dụng từ rất sớm khoảng 1200 năm trước, những người dân của thời kỳ đồ đá mới của Thụy Sĩ đã biết sử dụng các cọc gỗ cắm xuống các hồ nông để xây dựng nhà trên các hồ cạn (Sower 1979), cũng trong thời kỳ này, người ta đóng các cọc gỗ xuống các vùng đầm lầy để chống quân xâm lược, người ta đóng các cọc gỗ để làm đê quai chắn đất, người ta dùng thân cây, cành cây để làm móng nhà .v.v. Ngày nay, cùng với sự tiến bộ về khoa học kỹ thuật nói chung, móng cọc ngày càng được cải tiến, hoàn thiện, đa dạng về chủng loại cũng như phương pháp thi công, phù hợp với yêu cầu cho từng loại công trình xây dựng. 1.1.2. Một số ưu điểm và phạm vi sử dụng. Móng cọc sử dụng hợp lý đối với các công trình chịu tải trọng lớn mà lớp đất tốt nằm dưới sâu, giảm được biến dạng lún và lún không đều. Khi dùng móng cọc làm tăng tính ổn định cho các công trình có chiều cao lớn, tải trọng ngang lớn như các nhà cao tầng, nhà tháp, Móng cọc với nhiều phương pháp thi công đa dạng như : Cọc đóng, cọc ép, cọc khoan nhồi .v.v. nên có thể sử dụng làm móng cho các công trình có điều kiện địa chất, địa hình phức tạp mà các loại móng nông không đáp ứng được như vùng có đất yếu hoặc công trình trên sông Móng cọc sử dụng rộng rãi trong các ngành xây dựng dân dụng và công nghiệp, cầu đường, thuỷ lợi - thuỷ điện. 1.1.3. Các bộ phận a) b) chính của móng cọc. Cäng trçnh bãn trãn Móng cọc gồm hai bộ phận chính là Âaìi coüc cọc và đài cọc. - Cọc : Là kết Coüc cấu có chiều dài lớn so với bề rộng tiết diện ngang, được đóng hay thi công tại chỗ vào lòng đất, đá, để truyền tải trọng công trình xuống các tầng đất, đá sâu hơn nhằm cho công trình trình bên trên đạt các yêu cầu Hình 3.1: a) Móng cọc đài thấp; b) Móng cọc đài cao của trạng thái giới hạn Đà nẵng 9/2006 CHƯƠNG III TRANG 73
  3. Simpo PDFTrườ Mergeng ĐẠ Iand HỌC Split BÁCH Unregistered KHOA ĐÀ NẴ VersionNG - Nhóm chuyên môn CHĐ-Nền Móng Bộ môn Cơ sở kỹ thuật Xây dựng Bài giảng Nền và Móng quy định. - Đài cọc : Là kết cấu dùng để liên kết các cọc lại với nhau và phân bố tải trọng của công trình lên các cọc. Nhiệm vụ chủ yếu của móng cọc là truyền tải trọng từ công trình xuống các lớp đất dưới và xung quanh nó. 1.1.4. Một số định nghĩa và thuật ngữ. - Cọc chiếm chỗ: Là loại cọc được đưa vào lòng đất bằng cách đẩy đất ra xung quanh. Bao gồm các loại cọc được chế tạo trước, được đưa xuống độ sâu thiết kế bằng phương pháp đóng, ép, rung hay cọc nhồi đổ tại chỗ mà lỗ tạo bằng phương pháp đóng. - Cọc thay thế: Là loại cọc được thi công bằng cách khoan tạo lỗ, và sau đó lấp vào bằng vật liệu khác (như bê tông, bê tông cốt thép) hoặc đưa các cọc chế tạo sẵn vào. - Cọc thí nghiệm: Là cọc được dùng để đánh giá sức chịu tải hoặc kiểm tra chất lượng cọc (siêu âm, kiểm tra chất lượng bê tông). - Nhóm cọc: Gồm một số cọc được bố trí gần nhau và cùng chung một đài. - Băng cọc: Gồm những cọc được bố trị theo 1-3 hàng dưới các móng băng. - Bè cọc: Gồm nhiều cọc, có chung một đài lớn với kích thước lớn hơn 10x10m. - Cọc chống: Là cọc có sức chịu tải chủ yếu do lực chống của đất, đá tại mũi cọc. - Cọc ma sát: Là cọc có sức chịu tải chủ yếu do ma sát mặt bên của cọc và đất và phản lực của đất nền tại mũi cọc. - Lực ma sát âm: Là giá trị lực do đất tác dụng lên thân cọc, có chiều cùng với chiều của tải trọng công trình tác dụng lên cọc khi chuyển dịch của đất xung quanh cọc lớn hơn chuyển dịch của cọc. - Sức chịu tải cho phép của cọc: Là giá trị tải trọng mà cọc có khả năng mang được bằng cách chia sức chịu tải cực hạn cho hệ số an toàn quy định. - Sức chịu tải cực hạn: Là giá trị sức chịu tải lớn nhất của cọc trước thời điểm xảy ra phá hoại, xác định bằng tính toán hoặc thí nghiệm. - Tải trọng thiết kế của cọc: Là giá trị tải trọng dự tính tác dụng lên cọc. - Móng cọc đài thấp: Là móng cọc có đài cọc nằm dưới mặt đất thiên nhiên, sự làm việc của móng này với giả thiết toàn bộ tải trọng ngang do đất từ đáy đài trở lên chịu. - Móng cọc đài cao: Là móng cọc có đài cọc nằm cao hơn mặt đất tự nhiên, lúc này toàn bộ tải trọng đứng và ngang đều do các cọc trong móng chịu. Thường gặp ở móng cọc các mố trụ cầu, cầu cảng, .v.v. Sự làm việc của móng cọc đài cao và móng cọc đài thấp khác nhau nên tính toán cũng khác nhau. 1.2. Phân loại cọc, móng cọc 1.2.1. Dựa vào vật liệu chế tạo cọc, người ta phân thành các loại : Cọc gỗ: Vật liệu sử dụng là gỗ, chiều dài từ 5 ÷ 7m, đường kính 20 − 30cm . Cọc tre: Sử dụng các loại tre gốc, đặc chắc. Cọc bê tông: Vật liệu là bê tông, sử dụng cho cọc chịu nén. Cọc Bê tông cốt thép: Loại cọc này được sử dụng nhiều nhất. Đà nẵng 9/2006 CHƯƠNG III TRANG 74
  4. Simpo PDFTrườ Mergeng ĐẠ Iand HỌC Split BÁCH Unregistered KHOA ĐÀ NẴ VersionNG - Nhóm chuyên môn CHĐ-Nền Móng Bộ môn Cơ sở kỹ thuật Xây dựng Bài giảng Nền và Móng Cọc thép: Vật liệu thép I, H, C, loại cọc này dễ bị gỉ khi tiếp xúc với nước, đặc biệt là nước mặn. Ngoài ra còn có các loại cọc thép bê tông, cọc liên hợp, tuy nhiên các loại cọc này ít được sử dụng. 1.2.2. Dựa vào đặc điểm làm việc của cọc. Dựa vào đặc điểm làm việc của cọc trong nền đất người ta phân thành cọc chống và cọc ma sát. Định nghĩa các loại cọc này đã trình bày ở mục (1.1.4). 1.2.3. Dựa vào phương pháp thi công. Tuỳ theo phương pháp thi công để hạ cọc đến độ sâu thiết kế mà người ta phân ra các loại cọc sau đây: a. Cọc hạ bằng búa: là cọc chế tạo sẵn, được hạ xuống bằng búa treo hoặc búa Diezel hoặc hạ xuống bằng búa máy rung, ép hoặc xoắn có thể khoan dẫn hoặc không. Thuộc loại cọc này gồm cọc gỗ, cọc bê tông cốt thép chế tạo sẵn, cọc nối, cọc tháp, cọc nêm, cọc Cọc xoắn, cọc nạng, cọc ống bê Đối trọng tông cốt thép, cọc cột, cọc thép, * Một số ưu điểm và phạm vi sử dụng. Ray dọc - Móng cọc loại này Tà vẹt có thể hạ sâu 30 – 35m Khung Bailey trong nền đất cát hoặc cát pha. Tiết diện cọc từ Rọ đá 20x20 – 40x40, nếu cọc có chiều dài lớn thì đúc thành Hình 3.2: Sơ đồ thi công cọc đóng BTCT từng đốt rồi hạ xuống độ sâu thiết kế. - Thi công dễ dàng và cơ giới hóa hoàn toàn trong thi công hạ cọc. - Chi phí xây dựng móng không cao. - Chất lượng cọc đảm bảo. b. Cọc hạ bằng phương pháp xói nước. Thường gặp đối với các cọc có tiết diện lớn, cọc hạ qua các lớp đất cứng, biện pháp hạ cọc gặp khó khăn khi dùng phương pháp thông thường. Đặc điểm của phương pháp thi công này là dùng tia nước có áp lực cao, xói đất dưới mũi cọc, đồng thời vì có áp suất lớn, nước còn theo dọc thân cọc lên trên làm giảm ma sát xung quanh cọc, kết quả là cọc sẽ tụt xuống khi dùng búa đóng nhẹ lên đầu cọc. Đà nẵng 9/2006 CHƯƠNG III TRANG 75
  5. Simpo PDFTrườ Mergeng ĐẠ Iand HỌC Split BÁCH Unregistered KHOA ĐÀ NẴ VersionNG - Nhóm chuyên môn CHĐ-Nền Móng Bộ môn Cơ sở kỹ thuật Xây dựng Bài giảng Nền và Móng Với tia nước xói đất có thể dùng để hạ cọc 3 trong các loại đất rời, dễ xói như cát, á cát, sỏi, hỗ 3 trợ trong các công nghệ hạ cọc khác như đóng cọc, 4 rung cọc, cọc ống có đường kính lớn, khi đóng cọc bằng búa trên đất cát chặt, lực cản sẽ rất lớn, búa không đủ năng lực sẽ không giải quyết nổi, đóng mãi sẽ vỡ cọc. Do vậy nếu dùng kết hợp với xói nước trong phạm vi mũi cọc thì sẽ loại trừ bớt những trở lực chính, giúp cho búa đóng hạ cọc dễ 2 2 dàng hơn. Để đảm bảo khả năng chịu lực của cọc thi khi còn cách độ sâu thiết kế 1÷ 2m thì kết thúc 1 1 xói nước và dùng búa đóng nốt xuống độ sâu thiết kế. * Ưu điểm của loại cọc này : - Năng suất hạ cọc cao. - Ít gây hư hỏng như gãy mũi cọc, hỏng đầu, nứt, gãy cọc, - Dễ vượt qua chướng ngại vật trong đất. - Thiết bị và kết cấu phụ trợ không đòi hỏi Hình 3.3: Sơ đồ hạ cọc bằng nhiều. phương pháp xói nước - Công nghệ không phức tạp. 1-Cọc; 2-ống xói nước; c. Cọc xoắn. 3- Búa đóng; 4- Đai giữ Cọc xoắn bao gồm hai bộ phận là thân cọc bằng bê tông cốt thép hay ống thép và để bằng kim loại đúc hay hàn với 1,25 vòng xoắn. Đường kính vòng vít xoắn bằng 3÷8,5 đường kính thân cọc. Cọc được hạ xuống đất nhờ thiết bị quay đặc biệt quay bằng động cơ điện và nhờ hệ thống bánh răng truyền động làm cho cọc bị xoay và xuyên vào đất. Loại 1 cọc này được sử dụng cho các công trình cầu cảng, cột điện, cao thế Ưu điểm của loại cọc xoắn là việc hạ cọc xoắn được êm thuận, không có rung động. Thuận lợi khi xây dựng công trình gồm các công trình cũ trong thành phố. Cọc xoắn chịu tải trọng dọc trục rất lớn vì có đáy mở rộng, đặc biệt khả năng chống nhổ của cọc xoắn cũng 2 rất lớn. Tuy nhiên sử dụng cọc xoắn thì thiết bị thi công phức tạp và chỉ sử dụng cho các loại đất nền mềm yếu, không thể dùng với các loại đất lẫn nhiều sỏi đá hoặc Hình 3.4: Cọc xoắn sét quá cứng. 1-Cọc; 2-Vòng xoắn Đà nẵng 9/2006 CHƯƠNG III TRANG 76
  6. Simpo PDFTrườ Mergeng ĐẠ Iand HỌC Split BÁCH Unregistered KHOA ĐÀ NẴ VersionNG - Nhóm chuyên môn CHĐ-Nền Móng Bộ môn Cơ sở kỹ thuật Xây dựng Bài giảng Nền và Móng d. Loại cọc hạ bằng máy chấn động : Loại cọc hạ bằng phương pháp này chủ yếu là cọc ống bê-tông cốt thép, hạ vào đất nhờ tác dụng rung của máy chấn động. Bằng phương pháp này cọc ống có thể hạ được vào chiều sâu khá lớn trong nền đất, do vậy sức chịu tải của cọc lớn. Đường kính cọc thường từ 0,6 ÷ 3m. So với các loại móng sâu, cọc ống có các ưu điểm sau : - Có thể áp dụng các phương pháp công nghiệp hoá trong xây dựng và cơ giới hoá trong toàn bộ các công tác thi công. - Tốn ít vật liệu vì không cần phải lấp đầy bê-tông vào lòng ống. - Sử dụng tới mức cao nhất khả năng làm việc của vật liệu móng. - Có thể hạ cọc đến sâu rất lớn Hình 3.5: Cọc ống và lấp đấy bê tông mà không cần đến móng giếng chìm trong cọc hoặc giếng chìm hơi ép ảnh hưởng sức khoẻ công nhân. - Có thể sử dụng với bất kỳ tình hình địa chất thủy văn. - Có thể thi công quanh năm và toàn bộ công tác thực hiện trên mặt nước, do vậy nâng cao được năng suất thi công. Cọc ống được áp dụng rộng rãi trong khoảng 20 ÷ 25 năm trở lại đây. Ở nước ta móng cọc ống được sử dụng khi xây dựng lại cầu Hàm Rồng, đường kính cọc có D=1,55m. Để dễ dàng trong việc sản xuất và vận chuyển, người ta chế tạo cọc ống thành từng đốt 5 ÷ 12m và khi hạ nối lại với nhau. e. Loại cọc đổ tại chỗ (Cọc khoan nhồi) : Đây là loại móng sâu thịnh hành nhất trong xây dựng ở nước ta trong 10 năm trở lại đây. Đường kính cọc từ 60 ÷ 300 cm, các cọc có đường kính 76 cm được xem là cọc lớn. Việc tạo lỗ có nhiều cách: Có thể đào bằng thủ công, hoặc khoan bằng các tổ hợp máy khoan hiện đại. Với việc sử dụng các tổ hợp khoan hiện đại người ta có thể hạ cọc đến độ sâu rất lớn và đường kính lớn (Cầu Thuận Phước cọc khoan nhồi đường kính 2.5m, chiều sâu hạ cọc 50 – 70 mét, Cầu Mỹ Thuận: Cọc khoan nhồi đường kính 2.5m, chiều sâu hạ cọc đến hàng trăm mét ). Hiện nay một số cầu lớn đang xây dựng như cầu Rạch Miễu, cầu Cần Thơ cũng dùng cọc khoan nhồi đường kính lớn để làm móng. Quy trình thi công cọc khoan nhồi cho móng công trình gồm các bước chủ yếu sau: - Chuẩn bị thi công (Preparation work); - Khoan tạo lỗ (Drilling hole); - Làm sạch hố khoan (Cleaning the Bored hole); - Gia công lắp dựng lồng thép (Producing and erecting steel cage); Đà nẵng 9/2006 CHƯƠNG III TRANG 77
  7. Simpo PDFTrườ Mergeng ĐẠ Iand HỌC Split BÁCH Unregistered KHOA ĐÀ NẴ VersionNG - Nhóm chuyên môn CHĐ-Nền Móng Bộ môn Cơ sở kỹ thuật Xây dựng Bài giảng Nền và Móng - Thi công đổ bê tông cọc khoan nhồi (Placing concrete for Bored Pile); - Hoàn thiện cọc; - Kiểm tra chất lượng cọc khoan nhồi; - Đập đầu cọc; - Thi công bệ móng. Hình vẽ sau thể hiện trình tự các bước thi công cọc khoan nhồi: 1. Chuáøn bë màût bàòng 2. Âæa maïy vaìo vë trê thi cäng 3. Khoan läù 4. Thi cäng thaí läöng theïp 5. Âäø bã täng thán coüc 6 Hoaìn thiãûn coüc khoan nhäöi Hình 3.6: Các giai đoạn chủ yếu khi thi công cọc khoan nhồi. Đà nẵng 9/2006 CHƯƠNG III TRANG 78
  8. Simpo PDFTrườ Mergeng ĐẠ Iand HỌC Split BÁCH Unregistered KHOA ĐÀ NẴ VersionNG - Nhóm chuyên môn CHĐ-Nền Móng Bộ môn Cơ sở kỹ thuật Xây dựng Bài giảng Nền và Móng Việc giữ vách cho cọc có thể dùng ống vách hạ xuống để khoan lỗ, đến khi đổ bê tông thì rút lên, cách này đảm bảo chất lượng cọc nhưng với cọc có chiều sâu lớn thì việc hạ và rút ống vách sẽ gặp khó khăn, nhiều lúc để lại trong nền đất thì chi phí thép ống vách cũng khá lớn. Do vậy người ta hạ ống vách một đọan 5-10m vào đất, còn độ sâu tiếp theo để giữ thành hố khoan người ta dùng dung dịch Bentonite để giữ thành hố thành hố khoan không bị sạt. * Ưu khuyết điểm của cọc khoan nhồi: Ưu điểm chính : - Rút bớt được công đoạn đúc cọc, do đó không còn các khâu xây dựng bãi đúc, lắp dựng ván khuôn - Vì cọc đúc ngay tại móng nên dễ thay đổi kích thước hình học của cọc như chiều dài, đường kính để phù hợp với thực trạng đất nền. - Có khả năng sử dụng trong mọi loại địa tầng khác nhau, dễ dàng vượt qua các chướng ngại vật như đá, đất cứng bằng cách sử dụng các dụng cụ như khoan choòng, máy phá đá, nổ mìn - Cọc khoan nhồi thường tận dụng hết khả năng làm việc của vật liệu, giảm được số cọc trong móng, có thể bố trí cốt thép phù hợp với điều kiện chịu lực của cọc. - Không gây tiếng ồn và tác động đến môi trường, phù hợp để xây dựng các công trình lớn trong đô thị. - Cho phép trực quan kiểm tra các lớp địa chất bằng cách lấy mẫu từ các lớp đất đào lên, để có thể đánh giá chính xác điều kiện đất nền, khả năng chịu lực của đất nền dưới đáy hố khoan. - Cho phép chế tạo các cọc khoan nhồi đường kính lớn và độ sâu lớn, phù hợp cho các công trình cầu lớn. Các nhược điểm : - Sản phẩm trong suốt quá trình thi công đều nằm sâu trong lòng đất, các khuyết tật dễ xảy ra. - Thường đỉnh cọc nhồi kết thúc trên mặt đất nên khó có thể kéo dài thân cọc lên phía trên, do đó phải làm bệ móng ngập sâu dưới mặt đất, do vậy không thuận lợi cho việc thi công các móng cọc bệ cao vì phải làm vòng vây ngăn nước tốn kém. - Dễ xảy ra những khuyết tật ảnh hưởng đến chất lượng cọc như: + Hiện tượng co thắt, hẹp cục bộ thân cọc hoặc thay đổi kích thước tiết diện khi qua các lớp đất khác nhau. + Bê tông xung quanh thân cọc dễ bị rửa trôi lớp ximăng khi gặp mạch nước ngầm hoặc gây ra rỗ mặt thân cọc. + Lỗ khoan nghiêng lệch, sụt vách lỗ khoan. + Bê tông đổ thân cọc dễ bị không đồng nhất và phân tầng. - Thi công phụ thuộc nhiều vào thời tiết như mùa mưa bão Vì việc bố trí thi công thường hoàn toàn ngoài trời. - Hiện trường thi công dễ bị lầy lội ảnh hưởng đến môi trường. - Chi phí thí nghiệm cọc khoan nhồi quá tốn kém. * Kiểm tra chất lượng cọc khoan nhồi: - Siêu âm kiểm tra chất lượng bê tông. Đà nẵng 9/2006 CHƯƠNG III TRANG 79
  9. Simpo PDFTrườ Mergeng ĐẠ Iand HỌC Split BÁCH Unregistered KHOA ĐÀ NẴ VersionNG - Nhóm chuyên môn CHĐ-Nền Móng Bộ môn Cơ sở kỹ thuật Xây dựng Bài giảng Nền và Móng - Thí nghiệm thử động biến dạng nhỏ PIT (Pile Integrity Test) để kiểm tra độ toàn vẹn của cọc. - Thí nghiệm thử động biến dạng lớn PDA (Pile Dynamic Analysis) để xác định sức chịu tải của cọc. - Thí nghiệm nén tĩnh để xác định sức chịu tải của cọc : Đối với công trình cầu, thường sử dụng phương pháp thí nghiệm Osterberg để xác định sức chịu tải (Phương pháp này áp dụng thí nghiệm cọc ở cầu Mỹ Thuận, cầu Cần Thơ, ) tuy nhiên chi phí lớn. * Nhận xét: Cọc khoan nhồi thuộc một trong những công nghệ thi công móng công trình tương đối mới ở nước ta, nó có nhiều ưu điểm như đã phân tích trên. Tuy nhiên hiện nay hầu như tất cả các công trình cầu sử dụng loại móng này đều có vấn đề về chất lượng cọc, việc xử lý các sự cố rất khó khăn và tốn kém. Do vậy khi sử dụng loại móng này cần quản lý chặt chẽ trong tất cả các bước của quy trình thi công để đảm bảo chất lượng cọc. f. Móng cọc Barét Cọc Barét thuộc loại cọc bê tông cốt thép đỗ tại bc chỗ như cọc khoan nhồi, tiết diện ngang thân cọc có dạng hình chữ nhật từ 1,5x2,5m đến 2,5x4m. Quy trình thi công cọc Barét về cơ bản giống b như thi công cọc khoan nhồi, chỉ khác là ở thiết bị thi ac công đào hố và hình dạng lồng thép. Thi công cọc khoan nhồi thì dung lưỡi khoan hình ống tròn, còn thi công cọc Barét thì dùng loại gàu ngoạm hình chữ nhật a và lồng thép có tiết diện hình chữ nhật. Hình 3.7: Móng cọc Barét Đặc điểm và phạm vi sử dụng: Cọc Barét cũng có các đặc điểm chung của cọc nhồi, tuy nhiên do tiết diện hình chữ nhật nên cọc Barét ổn định rất cao so với cọc khoan nhồi. Cọc Barét thường được sử sụng để làm móng cọc cho nhà cao tầng, móng công trình cầu cạn, cầu vượt trong thành phố. g. Cọc ống thép nhồi bê tông Móng cọc này thường sử dụng khi xây ống thép dựng móng cho các cầu dẫn, cầu trung. Đường kính cọc ống thép có thể đạt đến 0,9 -1,0m, Bê tông lấp lòng chiều dài cọc hạ đến độ sâu 35 – 40m. Các M 300-400 bước thi công cọc như sau: - Chế tạo cọc ống thép; - Đóng cọc ống thép bịt kín mũi xuống độ sâu thiết kế; - Đặt cốt thép vào lòng cọc; - Đổ bê tông lấp lòng cọc; - Kiểm tra chất lượng cọc, thử tải cọc. Hình 3.8: Mặt cắt ngang cọc ống Cọc được thi công theo phương pháp đóng thép nhồi bê tông Đà nẵng 9/2006 CHƯƠNG III TRANG 80
  10. Simpo PDFTrườ Mergeng ĐẠ Iand HỌC Split BÁCH Unregistered KHOA ĐÀ NẴ VersionNG - Nhóm chuyên môn CHĐ-Nền Móng Bộ môn Cơ sở kỹ thuật Xây dựng Bài giảng Nền và Móng cọc bằng búa rơi tự do. Cọc ống thép được sản xuất tại nhà máy theo công nghệ hàn xoắn ốc, vật liệu làm cọc ống thép, có chiều dày 12-14mm, mũi cọc được bịt kín. Cọc được chia thành từng đoạn 15 – 20m và nối lại bằng các mặt bích khi hạ xuống. Sau khi hạ cọc xuống cao độ thiết kế, tiến hành làm sạch, lắp đặt cốt thép và đổ bê tông Mác 300 – 400 lấp lòng cọc. * Nhận xét: Loại cọc này có chất lượng tốt, rất tốt về mặt chịu lực, phát huy tối đa sự làm việc của vật liệu, thép chịu kéo và bê tông chịu nén. Đề nghị nên thiết kế, so sánh và áp dụng loại cọc này ở các công trình cầu trung, cầu lớn trong các điều kiện phù hợp. Loại cọc này đã được sử dụng thi công trụ cầu Bính với 231 cọc ống thép với chiều dài mỗi cọc khoảng 40m. h. Cọc Shin-so Móng Shin – so là một loại móng cọc có đường kính lớn, sức chịu tải rất lớn, áp dụng phù hợp khi xây dựng các trụ cầu chịu tải trọng lớn, trụ có chiều cao lớn. Đây là một trong các công nghệ mới trong xây dựng móng sâu. * Ưu điểm: - Công nghệ thi công đơn giản, không sử dụng máy móc phức tạp; - Quá trình thi công chủ yếu sử dụng nhân công lao động phổ thông; - Chất lượng cọc rất tốt vì quá trình thi công hố móng giữ khô và không có khả năng bị sạt vách; - Có thể tạo ra cọc có đường kính lớn, sức chịu tải lớn; - Ít ảnh hưởng đến sức khỏe công nhân. * Nhược điểm: - Quá trình thi công chịu ảnh hưởng nhiều của nước ngầm, cần xử lý bơm thoát nước tốt khi đào đất; - Thi công chịu ảnh hưởng của thời tiết; - Khó thực hiện được khi móng nằm ở giữa song và trường hợp mực nước ngầm cao. Quá trình thi công móng được thể hiện như sau: Thang lãn xuäúng Thuìng chæïa Baín vaïch Váût liãûu âaìo Cao âäü hoaìn thaình 1. Cäng taïc âaìo âáút2. Di chuyãøn váût liãûu âaìo3. Làõp âàût baín vaïch chäúng saût låí thaình vaïch Đà nẵng 9/2006 CHƯƠNG III TRANG 81
  11. Simpo PDFTrườ Mergeng ĐẠ Iand HỌC Split BÁCH Unregistered KHOA ĐÀ NẴ VersionNG - Nhóm chuyên môn CHĐ-Nền Móng Bộ môn Cơ sở kỹ thuật Xây dựng Bài giảng Nền và Móng Âäø bã täng Båm væîa láúp âáöy 4. Làõp âàût cäút theïp 5. Âäø bã täng 6. Båm væîa Hình 3.9: Trình tự các bước thi công cọc Shin-so Trong các bước trên, công tác đào đất được thực hiện bằng nhân công và các thiết bị nhỏ như xẻng và khoan tay. Các bản vách bằng thép được lắp đặt xung quanh để chống áp lực ngang của đất trong suốt quá trình đào. Sau khi công tác đào được thực hiện xong, tiến hành lắp ráp cốt thép, đặt và cố định vị trí, sau đó tiến hành đổ bê tông cọc và bơm vữa lấp đáy. * Nhận xét: Công nghệ thi công móng Shin-so này có nhiều ưu điểm như trên, phù hợp để làm móng trong xây dựng cầu lớn ở nước ta. Cầu Bãi cháy ở Quảng Ninh, phần cầu dẫn sử dụng loại móng này. i. Cọc mở rộng chân : Mở rộng chân cọc là một trong những biện pháp làm tăng sức chịu tải của cọc. Việc mở rộng chân cọc có thể thực hiện bằng nhiều phương pháp: Phương pháp nổ phá, phương pháp khoan hoặc các phương pháp cơ học khác. Trong đó có phương pháp nổ phá được sử dụng rộng Hình 3.10: Cọc mở rộng chân rãi nhất. Đà nẵng 9/2006 CHƯƠNG III TRANG 82
  12. Simpo PDFTrườ Mergeng ĐẠ Iand HỌC Split BÁCH Unregistered KHOA ĐÀ NẴ VersionNG - Nhóm chuyên môn CHĐ-Nền Móng Bộ môn Cơ sở kỹ thuật Xây dựng Bài giảng Nền và Móng ß2. CẤU TẠO CỌC Như đã giới thiệu ở ß1, hiện nay có nhiều loại cọc, phụ thuộc vào từng cách phân loại. Trong khuôn khổ chương này ta đi vào xét cấu tạo chi tiết của cọc gỗ và cọc đóng bêtông cốt thép, là những loại được sử dụng rộng rãi hiện nay. 2.1. Cọc gỗ Cọc gỗ thường gặp ở các công trình phụ tạm, vì khả năng chịu tải theo vật liệu của gỗ không lớn và cọc gỗ chỉ giữ được chất lượng bền lâu trong điều kiện nằm hoàn toàn dưới mực nước thấp. Về mặt thi công ưu điểm của cọc gỗ là nhẹ, dễ chế tạo, búa và thiết bị hạ cọc khá đơn giản. Cọc gỗ được làm bằng các loại gỗ thông, gỗ lim .v.v., khi chế tạo cần chú ý một số điểm sau: Gỗ thân thẳng, đồng đều, cường độ cao, trục thẳng, độ cong lớn nhất không quá 1% chiều dài, không võng quá 12 cm, đường kính chênh lệch không quá 1cm trên 1m dài. Nếu là cọc lớn đường kính thường từ 18 ÷ 30cm, chiều dài từ 4,5 đến 12m, nếu ghép ba hoặc ghép bốn chiều dài có thể đến 20 ÷ 25m. Việc chế tạo tốt nhất là dùng cơ giới, rọc bỏ hết vỏ cây, cưa đầu cọc và vát mũi cọc. Đỉnh cọc phải được bảo vệ bằng đai thép để bảo vệ đầu cọc. Mũi cọc vát nhọn và bịt thép để không toè khi đóng. Khi chiều dài lớn có thể nối cọc, khi cần tiết diện lớn có thể ghép 3 hoặc 4 cây lại với nhau. Cấu tạo thể hiện ở hình vẽ sau: 2 5 1/ Thán coüc gäù Så âäö coüc âån 2/ Âai theïp 3/ Voí chuûp theïp bët 9 muîi coüc 8 D 4/ Muîi coüc 5/ Khe näúi 1 7 6/ Bu läng 8/ Láûp laïch 9/ ÄÚng theïp näúi 6 Så âäö gheïp 3 coüc 5 3 Hình 3.11 Cấu tạo cọc gỗ Đà nẵng 9/2006 CHƯƠNG III TRANG 83
  13. Simpo PDFTrườ Mergeng ĐẠ Iand HỌC Split BÁCH Unregistered KHOA ĐÀ NẴ VersionNG - Nhóm chuyên môn CHĐ-Nền Móng Bộ môn Cơ sở kỹ thuật Xây dựng Bài giảng Nền và Móng 2.2. Cấu tạo cọc bê tông cốt thép Cọc bê tông cốt thép đúc sẵn là loại cọc được sử dụng rộng rãi nhất trong xây dựng móng sâu và chịu lực ngang lớn. Ưu điểm: Điều kiện áp dụng không phụ thuộc vào tình hình nước ngầm, điều kiện địa hình, chiều dài, tiết diện cọc cấu tạo tuỳ theo ý muốn, cường độ vật liệu làm cọc lớn, có thể cơ giới hoá trong thi công, chất lượng cọc đảm bảo tốt vì cọc được đúc vẫn dễ kiểm tra chất lượng. Nhược điểm: Khi tiết diện và chiều dài lớn thì trọng lượng cọc lớn, gây khó khăn cho việc vận chuyển, đưa vào giá búa để hạ cọc. Mặt khác do trọng lượng bản thân lớn nên tốn nhiều thép để cấu tạo đảm bảo chịu lực khi vận chuyển và thi công. Vật liệu làm cọc: Cọc bêtông cốt thép thường dùng bêtông Mác ≥ 200, tuy nhiên khi thiết kế thường dùng bêtông Mác 250 ÷ 300 để đảm bảo an toàn chất lượng cọc. Còn với cọc bêtông cốt thép ứng suất trước thì sử dụng bêtông mác ≥ 400 đối với móng cọc đài cao và bêtông M≥ 300 đối với móng cọc đài thấp. Chiều dài cọc bêtông cốt thép đúc sẵn có thể từ 5÷ 6m ÷ 25m, có khi đạt đến 40 ÷ 45m (nếu cọc dài thì chế tạo từng đốt rồi nối lại với nhau khi đóng chiều dài đoạn từ 6÷ 8m). Chiều dài đoạn cọc đúc sẵn phụ thuộc chủ yếu vào điều kiện thi công (thiết bị chế tạo, vận chuyển, cấu lắp, hạ cọc ) và liên quan đến tiết diện chịu lực, chẳng hạn đối với cọc tiết diện đặc thường hạn chế chiều dài như trong bảng sau : Bảng 3.1: Chiều dài tối đa của cọc đặc bêtông cốt thép thường Kích thước tiết diện (cm) 20 25 30 85 40 45 Chiều dài tối đa (m) 5 12 15 18 21 25 Tỷ số giữa chiều dài (l) trên bề rộng (b) hoặc đường kính cọc (d) gọi là độ mảnh của cọc λ l λ = (3.1) d Đối với cọc thi công bằng phương pháp ép bằng kích thủy lực thì độ mảnh λ không nên quá 100 trường hợp λ vượt quá 100 thì cần đảm bảo điều kiện nền đất để cho cọc xuyên qua và điều kiện thi công giữ cho cọc không bị thay đổi dạng hình học. Tiết diện cọc: Cọc bê tông cốt thép có nhiều loại tiết diện khác nhau như: Tròn, vuông , chữ nhật, chữ T, chữ I, tam giác, đa giác hoặc vuông có lỗ tròn, trong đó loại cọc có tiết diện vuông được sử dụng nhiều nhất. Hçnh vaình khàn Hçnh vuäng Hçnh vuäng khoeït läù Hçnh tam giaïc Hçnh chæî I Hình 3.13: Các dạng tiết diện ngang thân cọc BTCT đúc sẵn Loại cọc có tiết diện vuông được sử dụng rộng rãi hơn cả vì nó có ưu điểm chủ yếu là chế tạo đơn giản và có thể chế tạo ngay tại công trường. Kích thước tiết diện ngang của loại cọc này thường là: 20× 20cm, 25× 25cm, 30× 30cm, 35× 35cm, Đà nẵng 9/2006 CHƯƠNG III TRANG 84
  14. Simpo PDFTrườ Mergeng ĐẠ Iand HỌC Split BÁCH Unregistered KHOA ĐÀ NẴ VersionNG - Nhóm chuyên môn CHĐ-Nền Móng Bộ môn Cơ sở kỹ thuật Xây dựng Bài giảng Nền và Móng 40× 40cm. Chiều dài của loại cọc này không vượt quá trị số cho ở bảng (3.1), đồng thời để phù hợp khi thi công thông thường người ta chế tạo kích thước cọc như sau: Cọc tiết diện 20× 20 ÷ 30× 30 cm chiều dài 10m Cấu tạo cốt thép cho cọc : 0,207L 0,207L 4 5 2 1 3 100 150 b 100 50 30-40 Âai a5 Âai a10 Âai a15 Âai a10 Âai a5 Âai xoàõn L Hình 3.14:Cấu tạo chi tiết cọc bê tông cốt thép, kích thước ghi cm 1. Cốt chịu lực ; 2 Cốt thép đai ; 3 Cốt thép gia cường mũi cọc ; 4 Cốt thép gia cường đầu cọc ; 5 Cốt thép vận chuyển, cẩu lắp. - Chi tiết cốt thép chịu lực: 400 1 40 1a 2 2 1 Khi coüc tiãút diãûn nhoí, chëu neïnKhi coüc chëu læûc låïn hoàûc tiãút 1, 1a/ Cäút chëu læûc chênh; diãûn låïn 2/ Cäút theïp âai Hình 3.15: Mặt cắt ngang thân 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 móng cọc đài cao. Qui định cốt chịu lực có đường kính Φ ≥ 10mm , thép CII (AII). - Cốt thép số 2 - Cốt thép đai dùng để chịu lực cắt và định vị khung thép, cốt đai đường kính φ6,φ8 , có thể chế tạo cốt đai theo dạng rời hoặc xoắn. 2 2 Âai råìi Âai xoàõn Hình 3.16: Cấu tạo cốt thép đai cho cọc Đà nẵng 9/2006 CHƯƠNG III TRANG 85
  15. Simpo PDFTrườ Mergeng ĐẠ Iand HỌC Split BÁCH Unregistered KHOA ĐÀ NẴ VersionNG - Nhóm chuyên môn CHĐ-Nền Móng Bộ môn Cơ sở kỹ thuật Xây dựng Bài giảng Nền và Móng Trong phạm vi 1m tính từ đầu cọc và 0,5m tính từ mũi cọc, bước cốt đai a=5cm để tăng cường độ cứng tại đầu mũi cọc. - Chi tiết cốt thép mũi cọc: Cốt thép số 3 đường kính φ ≥ 20cm,L = 750 ÷1000mm, dùng để tăng độ cứng mũi cọc và định vị tim cọc. Lưu ý : Lớp bê tông bảo vệ của cọc a có chiều dày tối thiểu là 3cm. - Chi tiết lưới thép đầu cọc. Lưới thép đầu cọc bố trí lưới φ6 a=5cm 3 để chống ứng suất cục bộ tại đầu cọc khi đóng Haìn chuûm âáöu cäút theïp cọc, tránh vỡ đầu cọc khi đóng hoặc ép. Theïp laï daìy 8mm A Thường bố trí 4 ÷ 5 lưới cách nhau 5cm. Càõt A-A A Hình 3.17: Chi tiết cốt thép mũi cọc 5x50 Læåïi thàóng Læåïi coï neo Cäút theïp moïc cáøu Hình 3.18: Lưới thép đầu cọc và cốt thép móc cẩu - Khi cọc dài có thể nối cọc từ các đốt chế tạo sẵn, chi tiết mối nối có thể như sau: d- x2 20 d 20 x d d- 2 Âæåìng haìn liãn kãút theïp chuívaì theïp âáöu coüc m Âai theïp âáöu coüc daìy 15-20c >60 8-10mm 20 20 d d Hình 3.19: Cấu tạo thép chờ và đai thép đầu cọc khi cọc cóc mối nối Đà nẵng 9/2006 CHƯƠNG III TRANG 86
  16. Simpo PDFTrườ Mergeng ĐẠ Iand HỌC Split BÁCH Unregistered KHOA ĐÀ NẴ VersionNG - Nhóm chuyên môn CHĐ-Nền Móng Bộ môn Cơ sở kỹ thuật Xây dựng Bài giảng Nền và Móng Chi tiết mối nối: Có thể sử dụng thép bản táp để liên kết hàn đầu cọc hoặc dùng thép góc L để táp vào và hàn lại. Việc nối cọc thực hiện khi ép xong đoạn trước đó, với cọc chịu nén thì Baín taïp Theïp goïc L không cần kiểm tra cường độ, với cọc chịu momen Âæåìng haìnÂæåìng haìn thì phải kiểm tra cường độ để thép tại mối nối đủ khả năng chịu lực. Sau khi d d nối cọc, cần quét một lớp bitum để Hình 3.20: Chi tiết mối nối cọc bảo vệ thép không bị gỉ. ß3. CẤU TẠO ĐÀI CỌC Đài cọc là kết cấu dùng để liên kết các cọc lại với nhau và phân bố tải trọng của công trình lên các cọc. Đài cọc thường được chế tạo bằng bê tông, bê tông cốt thép và có thể đỗ tại chỗ hoặc lắp ghép trong các công trình cầu đường, thuỷ lợi, dân dụng thì phần lớn đài cọc được thi công tại chỗ. Đài cọc lắp ghép ít được sử dụng hơn, chủ yếu với công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp. Mác bê tông không được nhỏ hơn 200 đối với đài cọc lắp ghép và không được nhỏ hơn 150 với đài cọc đúc tại chỗ. Trong thực tế thiết kế thì nên chọn mác bê tông đài cọc ≥ 200. Hình dáng và kích thước mặt bằng của đỉnh đài phụ thuộc vào hình dáng, kích thước của đáy công trình. Hình dáng kích thước của đáy đài phụ thuộc vào diện tích cần thiết để bố trí số cọc trong móng. Theo những quy định về khoảng cách tối thiểu giữa các cọc cũng như quy định khoảng cách từ mép ngoài của hàng cọc ngoài cùng đến mép ngoài của đài. Chiều sâu chôn đài đối với móng cọc đài thấp phụ thuộc vào điều kiện địa chất, chủ yếu là sức chịu tải của lớp đất giáp với đáy đài và phụ thuộc vào đặc tính cấu tạo của công trình như là có tầng hầm, kho chứa, Nếu không có các hạng mục trên thì chiều sâu chôn đài đảm bảo khoảng cách từ đỉnh đài đến mặt đất tự nhiên từ 30 ÷ 40cm để bố trí hệ thống dầm giằng, mặt sàn nhà và tránh va chạm gây ảnh hưởng xấu đến đài cọc. - Chiều dày của đài cọc hđ do tính toán quyết định, nhưng phải có trị số cần thiết tối thiểu để đảm bảo độ ngàm sâu của cọc trong đài. Đà nẵng 9/2006 CHƯƠNG III TRANG 87
  17. Simpo PDFTrườ Mergeng ĐẠ Iand HỌC Split BÁCH Unregistered KHOA ĐÀ NẴ VersionNG - Nhóm chuyên môn CHĐ-Nền Móng Bộ môn Cơ sở kỹ thuật Xây dựng Bài giảng Nền và Móng - Độ ngàm sâu của cọc trong đài a không được sâu hơn 2d và không được nhỏ hơn 1,2m khi d > 60cm (d - đường kính hay bề rộng cọc). Trường hợp đập đầu cọc để L hm ngàm cốt thép vào đài thì phải đảm bảo cốt hd thép dọc ăn sâu vào đài lớn hơn 20φ đối với a thép có gờ và lớn hơn 30-40φ đối với thép L L c t không có gờ. d - Khoảng cách từ mép đài đến mép hàng cọc ngoài cùng c ≥ 25cm đối với các công trình cầu đường và thuỷ lợi và c ≥ 5cm đối với các công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp. - Khoảng cách từ tim cọc đến tim cọc gần nhau trong đài L ≥ 3d đối với cọc ma sát và L ≥ 2d đối với cọc chống (TCXD 205- 1998). Hình 3.21: Cấu tạo đài cọc - Lớp bê tông lót móng chiều dày t=10 ÷ 20cm, có thể sử dụng bê tông gạch vỡ hoặc bê tông đá 4x6. - Đối với cọc trong móng chịu tải trong lớn như móng cầu, cần bố trí cốt thép lưới trên đỉnh cọc, lưới thép φ12 cách nhau 10 ÷15cm hoặc quấn cốt thép φ6 quanh thép râu tôm. - Các cọc nằm gần mép đài phải được tăng cường các thanh thép uốn móc câu. - Đối với móng cọc đài cao nên tăng cường cốt thép cho đài bằng cách cấu tạo các bước thép φ20 ÷ 25 đặt cách nhau 20cm. ß4. SỰ LÀM VIỆC CỦA CỌC ĐƠN VÀ NHÓM CỌC Sự làm việc của một cọc đơn và một cọc trong nhóm cọc khác nhau rất nhiều. Trong các phương pháp tính toán móng cọc hiện nay đều coi sức chịu tải của cọc trong nhóm cọc như sức chịu tải của cọc đơn, như vậy độ chính xác chưa cao, do vậy đây là vấn đề cần nghiên cứu hoàn chỉnh để đưa vào tính toán và đặc biệt cần chú ý đối với cọc ma sát ở đây ta nghiên cứu một số vấn đề tương tác giữa các cọc trong nhóm cọc. 4.1. Hiệu ứng nhóm. Do sự tương tác giữa các cọc trong nhóm nên độ lún của nhóm cũng như sức chịu tải của cọc trong nhóm sẽ khác với cọc đơn. Hiệu ứng này cần được xét đến khi thiết kế. Chiều sâu và vùng ảnh hưởng phần đất dưới nhóm cọc phụ thuộc vào kích thước của nhóm và độ lớn của tải trọng. 4.2. Độ lún của nhóm cọc. Ta phân tích trạng thái ứng suất trong đất do cọc đơn và nhóm cọc gây ra khi có cùng trị số tải trọng P tác dụng lên mỗi cọc. Trạng thái ứng suất do cọc đơn và nhóm cọc gây ra như hình vẽ. Rõ ràng nếu các cọc càng gần nhau thì ứng suất σ z do cả nhóm cọc gây ra sẽ lớn hơn rất nhiều so với ứng suất do mỗi cọc gây ra. Vì vậy độ lún Đà nẵng 9/2006 CHƯƠNG III TRANG 88
  18. Simpo PDFTrườ Mergeng ĐẠ Iand HỌC Split BÁCH Unregistered KHOA ĐÀ NẴ VersionNG - Nhóm chuyên môn CHĐ-Nền Móng Bộ môn Cơ sở kỹ thuật Xây dựng Bài giảng Nền và Móng của nhóm cọc lớn hơn độ lún của cọc đơn. Độ lún của một nhóm cọc ma sát có số lượng cọc nhiều sẽ lớn hơn so với nhóm cọc có ít cọc hơn khi cùng điều kiện đất nền. Khi khoảng cách giữa các cọc trong nhóm đạt đến một trị số nhất định nào đó thì thực tế có thể coi sự làm việc của cọc đơn và cọc trong nhóm không khác nhau. Kinh nghiệm cho thấy trị số này tối thiểu là 6d. 4.3. Khả năng chịu tải của nhóm cọc. Trong nền đất rời quá trình hạ cọc bằng phương pháp đóng hay ép P PPPP thường nén chặt đất nền, vì vậy sức chịu tải của nhóm cọc có thể lớn hơn 25 tổng sức chịu tải của các cọc đơn 75 75 75 trong nhóm. Trong nền đất dính, sức chịu tải của nhóm cọc ma sát nhỏ hơn tổng sức chịu tải của các cọc đơn trong nhóm. Mức độ giảm sức chịu tải của các cọc đơn trong nhóm cọc trong trường hợp này phụ thuộc vào khoảng cách giữa các cọc trong nhóm, đặc tính của nền đất, độ cứng của đài cọc và sự tham gia truyền tải công trình xuống đài cọc và đất. Đối với cọc chống, sức chịu Coüc âån Coüc trong nhoïm coüc tải của nhóm cọc bằng tổng sức chịu Hình 3.22: Phân bố ứng suất do cọc đơn tải của các cọc đơn trong nhóm. và do nhóm cọc ß5. XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC ĐƠN 5.1. Khái niệm chung Một cọc khi đóng riêng rẽ (gọi là cọc đơn) và khi nằm trong nhóm cọc thì sức chịu tải của chúng sẽ khác nhau. Tuy nhiên hiện nay trong thiết kế móng cọc, người ta giả thiết rằng sức chịu tải của mỗi cọc trong nhóm cọc bằng sức chịu tải của cọc đơn. Sức chịu tải của cọc đơn là một đại lượng rất quan trọng, được sử dụng trong suốt quá trình sử dụng móng cọc. Việc xác định chính xác đại lượng này là một công việc hết sức quan trọng và nó ảnh hưởng lớn đến sự an toàn của công trình và giá thành của công trình. Cọc trong móng có thể bị phá hoại do một trong hai nguyên nhân sau: - Bản thân cường độ vật liệu làm cọc bị phá hoại; - Đất nền không đủ sức chịu đựng. Do vậy khi thiết kế cần phải xác định cả hai trị số về sức chịu tải của cọc: Sức chịu tải của cọc theo cường độ vật liệu (Pvl) và sức chị tải theo cường độ đất nền (Pđn). Trị số nhỏ nhất trong hai trị số này được chọn và đưa vào để tính toán và thiết kế. Tức là Pchọn =min(Pvl, Pđn). Tuy nhiên cần chú ý là hai trị số này không lệch nhau quá nhiều Đà nẵng 9/2006 CHƯƠNG III TRANG 89
  19. Simpo PDFTrườ Mergeng ĐẠ Iand HỌC Split BÁCH Unregistered KHOA ĐÀ NẴ VersionNG - Nhóm chuyên môn CHĐ-Nền Móng Bộ môn Cơ sở kỹ thuật Xây dựng Bài giảng Nền và Móng để đảm bảo điều kiện kinh tế, và trong mọi trường hợp thì không để xảy ra Pvl 20 Đài cao 0,8 0,85 0,9 1,00 Đài thấp 0,85 0,9 1,00 1,00 Đối với cọc có đường kính d>2m lấy m=1,00 5.2.1.2. Cọc Bê tông cốt thép tiết diện đặc Sức chịu tải của cọc Bê tông cốt thép tiết diện đặc được xác định theo công thức: Pvl = ϕ(Ra.Fa + Rb.Fb) (3.3) Trong đó: P - Sức chịu tải tính toán của cọc theo vật liệu; Ra,Fa - Cường độ chịu nén tính toán và diện tích cốt thép dọc trong cọc; Rb,Fb - Cường độ chịu nén của bê tông và diện tích mặt cắt ngang của thân cọc (phần bê tông); ϕ - Hệ số uốn dọc của cọc. Khi móng cọc đài thấp, cọc xuyên qua các lớp đất khác với các loại kề dưới thì ϕ = 1. Khi cọc xuyên qua than bùn, đất sét yếu, bùn cũng như khi móng cọc đài cao, sự uốn dọc được kể đến trong phạm vi chiều dài tự do của cọc. Chiều dài tự do (lo) của cọc được tính từ đế đài đến bề mặt lớp đất có khả năng đảm bảo độ cứng của nền hoặc đến đáy lớp đất yếu. Trị số của ϕ lấy theo bảng (3.3). Bảng 3.3: Hệ số uốn dọc ϕ. ltt/b 14 16 18 20 22 24 26 28 30 ltt/d 12,1 13,9 15,6 17,3 19,1 20,8 22 24,3 26 ϕ 0,93 0,89 0,85 0,81 0,77 0,73 0,66 0,64 0,59 ltt - Chiều dài tính toán của cọc, thường lấy: ltt = lo + 6d. Với d - Đường kính của cọc; b - Bề rộng của cạnh cọc. Đà nẵng 9/2006 CHƯƠNG III TRANG 90
  20. Simpo PDFTrườ Mergeng ĐẠ Iand HỌC Split BÁCH Unregistered KHOA ĐÀ NẴ VersionNG - Nhóm chuyên môn CHĐ-Nền Móng Bộ môn Cơ sở kỹ thuật Xây dựng Bài giảng Nền và Móng 5.2.1.3. Cọc ống bê tông cốt thép chịu nén Khi tỷ số giữa chiều dài tính toán và đường kính cọc ltt/d 12 thì không kể đến ảnh hưởng của cốt xoắn và sức chịu tải của cọc xác định theo công thức (3.3). 5.2.1.4. Cọc nhồi chịu nén Pvl = ϕ(Ra.Fa + m1. m2.Rb.Fb) (3.6) Trong đó: ϕ, Ra,Fa,Rb,Fb - như ở công thức (3.3) m1 - Hệ số điều kiện làm việc, đối với cọc được nhồi bê tông qua ống dịch chuyển thẳng đứng thì m1 = 0,85. m2 - Hệ số điều kiện làm việc kể đến ảnh hưởng của phương pháp thi công cọc. Khi thi công trong đất sét có độ sệt cho phép khoan tạo lỗ và nhồi bê tông không cần ống vách, trong thời gian thi công mực nước ngầm thấp hơn mũi cọc lấy m2 = 1,0. Thi công trong các loại đất cần phải dùng ống chống vách và nước ngầm không xuất hiện trong lỗ (nhồi bê tông khô) thì lấy m2 = 0,9. Thi công trong các loại đất cần dùng ống vách và đổ bê tông dưới huyền phù sét thì lấy m2 = 0,7. 5.2.2. Xác định sức chịu tải của cọc theo đất nền 5.2.2.1. Phương pháp thí nghiệm 1. Phương pháp thí nghiệm nén tĩnh Thí nghiệm cọc bằng phương pháp tải trọng tĩnh ép dọc trục (gọi là thí nghiệm nén tĩnh cọc) có thể được thực hiện ở giai đoạn thăm dò, thiết kế và kiểm tra chất lượng cọc. Thí nghiệm được tiến hành bằng cách: Sau khi hạ cọc đến độ sâu nào đó,thường là độ sâu thiết kế, sau đó dùng tải trọng tĩnh nén ép dọc trục cọc theo nguyên tắc tăng dần từng cấp sao cho dưới tác dụng của lực nén, cọc lún sâu vào đất nền. Tải trọng tác dụng lên đầu cọc được thực hiện bằng kích thuỷ lực với hệ phản lực là dàn chất tải, neo hoặc kết hợp cả hai. Các số liệu về tải trọng, chuyển vị, thời gian thu được trong quá trình thí nghiệm là cơ sở để đánh giá sức chịu tải của cọc theo đất nền. Ưu điểm nổi bật của phương pháp này so với các phương pháp khác là có thể cho kết quả chính xác nhất, sát với điều kiện làm việc thực tế của nền đất. Tuy nhiên việc tiến hành thí nghiệm thường tốn kém. * Thiết bị thí nghiệm: Thiết bị thí nghiệm gồm hệ gia tải, hệ tạo phản lực và hệ đo đạc, quan trắc. Đà nẵng 9/2006 CHƯƠNG III TRANG 91
  21. Simpo PDFTrườ Mergeng ĐẠ Iand HỌC Split BÁCH Unregistered KHOA ĐÀ NẴ VersionNG - Nhóm chuyên môn CHĐ-Nền Móng Bộ môn Cơ sở kỹ thuật Xây dựng Bài giảng Nền và Móng - Hệ gia tải gồm kích thuỷ lực, bơm và hệ thống thuỷ lực, đảm bảo không rò rỉ và hoạt động an toàn dưới áp lực không nhỏ hơn 150% áp lực làm việc, và có khả năng giữ tải ở cấp lớn nhất không ít hơn 24 giờ. - Hệ đo đạc quan trắc bao gồm thiết bị, dụng cụ đo tải trọng tác dụng lên đầu cọc, đo chuyển vị của cọc, máy thuỷ chuẩn, dầm chuẩn và dụng cụ kẹp đầu cọc. - Hệ tạo phản lực có thể dùng một trong ba sơ đồ sau: + Dùng cọc neo làm đối trọng, các cọc neo được liên kết bằng dầm thép, khoảng cách giữa các cọc neo và cọc thí nghiệm không nhỏ hơn 5 lần đường kính cọc neo. + Dùng các khối vật liệu để làm đối trọng: thường là các khối bê tông đúc sẵn hoặc dùng phôi thép + Dùng trọng lượng bản thân cọc và ma sát xung quanh cọc làm đối trọng cho kích thuỷ lực (Thí nghiệm hộp Osterberg - thường sử dụng để thử tải tĩnh cọc khoan nhồi đường kính lớn). 1/ Coüc thê nghiãûm 6 2/ Coüc neo 3/ Kêch thuyí læûc 4/ Thiãn phán kãú 5/ Dáöm gàõn TP kãú 6/ Hãû dáöm liãn kãút 4 3 5 2 1 Hình 3.23: Dùng cọc neo làm đối trọng 2 1/ Coüc thê nghiãûm 2/ Caïc khäúi bã täng laìm âäúi troüng 3/ Kêch thuyí læûc 4/ Thiãn phán kãú 5/ Dáöm gàõn TP kãú 6/ Hãû dáöm âåî taíi 6 4 3 5 1 Hình 2.24: Dùng các khối bê tông đúc sẵn là đối trọng Đà nẵng 9/2006 CHƯƠNG III TRANG 92
  22. Simpo PDFTrườ Mergeng ĐẠ Iand HỌC Split BÁCH Unregistered KHOA ĐÀ NẴ VersionNG - Nhóm chuyên môn CHĐ-Nền Móng Bộ môn Cơ sở kỹ thuật Xây dựng Bài giảng Nền và Móng 1/ Pháön trãn cuía coüc thê nghiãûm 2/ Pháön dæåïi cuía coüc thê nghiãûm 3/ Caïc baín theïp daìy 4/ Hãû thäúng kêch thuyí læûc 1 3 4 2 Hình 2.25: Dùng trọng lượng bản thân của cọc làm đối trọng * Chuẩn bị thí nghiệm: - Chuẩn bị cọc thí nghiệm: Cọc thí nghiệm phải đúng các tiêu chuẩn về thi công và nghiệm thu cọc. Việc thí nghiệm chỉ thực hiện cho các cọc đã đủ thời gian phục hồi cấu trúc đất. Thời gian cọc nghỉ từ khi kết thúc thi công đến khi thí ngiệm được quy định như sau: Tối thiểu 21 ngày đối với cọc khoan nhồi và 7 ngày đối với cọc đóng hoặc ép. - Lắp đặt hệ tạo phản lực, hệ dầm dọc, dầm ngang, đối trọng. - Lắp đặt hệ gia tải: kích thuỷ lực, bơm dầu. - Lắp đặt hệ thống đo chuyển vị: dụng cụ kẹp, gá đầu cọc, đồng hồ đo chuyển vị, mia, máy thuỷ bình. * Quy trình gia tải: Tải trọng thí nghiệm được tác dụng theo từng cấp tăng dần, trị số mỗi cấp tải từ 10% đến 20% tải trong thiết kế. Với mỗi cấp tải trọng cần theo dõi độ lún của cọc, khi nào ổn định về lún mới được tăng cấp tải tiếp theo. Tốc độ chuyển vị được xem là ổn định quy ước khi độ lún không quá 25mm/1giờ. Giữ cấp tải trọng lớn nhất độ lún đầu cọc đật ổn định quy ước hoặc trong 24 giờ. Sau khi kết thúc gia tải nếu cọc không bị phá hoại thì giảm tải về không, mỗi cấp giảm tải bằng hai lần cấp gia tải, thời gian giữ mỗi cấp tải là 30 phút, riêng cấp tải không giữ lâu hơn nhưng không quá 6 giờ. Tải trong thí nghiệm lớn nhất do đơn vị thiết kế quy định, thường được lấy như sau: + Đối với cọc thí nghiệm thăm dò: Tải trọng thí nghiệm bằng 250-300% tải trọng thiết kế. + Đối với cọc thí nghiệm kiểm tra: Tải trọng thí nghiệm bằng 150-200% tải trọng thiết kế. Cọc thí nghiệm được xem là phá hoại khi: + Tổng chuyển vị đầu cọc vượt quá 10% bề rộng hay đường kính cọc. Đà nẵng 9/2006 CHƯƠNG III TRANG 93
  23. Simpo PDFTrườ Mergeng ĐẠ Iand HỌC Split BÁCH Unregistered KHOA ĐÀ NẴ VersionNG - Nhóm chuyên môn CHĐ-Nền Móng Bộ môn Cơ sở kỹ thuật Xây dựng Bài giảng Nền và Móng + Vật liệu cọc bị phá hoại, nứt vỡ đầu cọc. + Độ lún của cọc tăng đột ngột và nhanh. * Kết quả thí nghiệm: Từ kết quả ghi chép được, vẽ biểu đồ quan hệ tải trọng - độ lún để phân tích, đánh giá, xác định sức chịu tải của cọc đơn, việc xác định sức chịu tải giới hạn của cọc có thể dùng các phương pháp sau: + Trường hợp đường cong quan hệ P-S (tải trọng - độ lún) biến đổi nhanh (Hình 3.26a), thể hiện rõ sự thay đổi đột ngột của độ lún (điểm uốn), sức chịu tải giới hạn được xác định bằng tải trọng ứng với điểm có đường cong thay đổi đột ngột độ dốc. + Trường hợp nếu đường cong biến đổi chậm, khó xác định được điểm uốn (Hình 3.26b) thì xác định Pgh tương ứng với độ lún giới hạn Sgh, với Sgh=10%D hoặc Sgh = 2Smax (Smax tương ứng với trị số 0,9Ptk) hoặc Sgh =2,5%D đối với cọc khoan nhồi (TCXD 269-2002), hoặc Sgh=ξ.[S] trong đó [S] là độ lún cho phép của nhà hoặc công trình, ξ là hệ số chuyển đổi kể đến sự khác nhau giữa thời gian tác dụng của tải trọng thí nghiệm và tải trọng thực tế tác dụng lên công trình, theo quy phạm lấy ξ=0,2. a) b) c) Pgh P(T) Pgh P(T) T Âiãøm uäún Sgh S(mm) S(mm) S(mm) Biãøu âäö quan hãû P-S Biãøu âäö quan hãû P-S Biãøu âäö quan hãû T-S Hình 3.26: Các biểu đồ quan hệ trong thí nghiệm nén tĩnh cọc Ví dụ III-1: Kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc BTCt tiết diện 30x30cm trong bảng sau. Hãy xác định tải trọng giới hạn lên cọc và tải trọng cho phép của cọc theo TCVN. Độ lún cho phép của công trình [S] = 8cm. P(Tấn) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 S(mm) 2 3,6 6,8 8,9 13,5 17,9 24,5 32,8 39,8 Pgh=62T Giải: 0 102030405060708090P(T) Dựa vào kết quả thí nghiệm, ta xây dựng 0 đồ thị quan hệ S = f(P) như hình vẽ (3.27), từ đồ 5 10 thị, ứng với độ lún giới hạn S = 0,2[S] gh Sgh 15 =0,2.80=16mm, ta xác định tải trọng giới hạn 20 tương ứng là Pgh = 62T. 25 Sức chịu tải cho phép của cọc: 30 P 62 35 [P] = gh = = 31T 40 Fs 2,0 S(mm) Hình 3.27: Quan hệ P-S Đà nẵng 9/2006 CHƯƠNG III TRANG 94
  24. Simpo PDFTrườ Mergeng ĐẠ Iand HỌC Split BÁCH Unregistered KHOA ĐÀ NẴ VersionNG - Nhóm chuyên môn CHĐ-Nền Móng Bộ môn Cơ sở kỹ thuật Xây dựng Bài giảng Nền và Móng 2. Phương pháp thí nghiệm tải trọng động Phương pháp thí nghiệm tải trọng động dựa vào nguyên lý sự va chạm tự do của hai vật thể đàn tính, công sinh ra do sự rơi của quả búa được truyền vào cọc và làm cho cọc có một độ lún nhất định vào đất. Nội dung phương pháp: Sau khi đã hạ cọc đến một độ sâu nào đó (thường là độ sâu thiết kế) ta dùng một loại búa có trọng lượng nhất định đóng một nhát vào cọc thì cọc sẽ bị lún xuống, trị số độ lún đó còn gọi là độ chối của cọc, ký hiệu là e. Để xác định độ chối e khi thí nghiệm cần theo dõi độ lún của cọc qua các vạch đánh dấu sẵn trên thân cọc. Vì Hình 3.28: Các vạch tốc độ đóng cọc tương đối nhanh nên không thể theo dõi quan sát độ lún của cọc độ lún sau từng nhát búa mà người ta thường lấy độ lún trung bình sau một số nhát búa và tính độ chối theo công thức: s e = (3.7) n Với s - Độ lún tổng cộng sau n nhát búa; n - Số nhát búa, với các loại búa có tốc độ chậm như búa treo và búa đơn động thường lấy e là độ lún trung bình sau 10 nhát búa. Với búa Dieziel, búa song động thì lấy n là số nhát búa trong một phút đóng cọc. Qua thực tế cho thấy, với cùng một loại búa rơi từ cùng một độ cao nhất định đóng xuống hai cọc khác nhau, nếu cọc nào có độ chối e lớn hơn thì có thể nói rằng cọc đó có sức chịu tải kém hơn. Yêu cầu của phương pháp là tìm được mối quan hệ giữa tải trọng cực hạn của cọc và độ lún của nó: Pgh= f(e). Để tìm quan hệ này nhiều tác giả đã nghiên cứu và đề xuất một số công thức trên cơ sở những giả thiết khác nhau. Hiện nay ở nước ta hay dùng công thức động của nhà bác học Liên xô N.M.Gexevanov để xác định tải trọng giới hạn của cọc thông qua độ chối e: Công thức của N.M.Gexevanov: − nF nF nF Q + k 2 q P = + ( ) 2 + QH (3.8) gh 2 2 e Q + q Trong đó: Pgh - Sức chịu tải giới hạn của cọc; e - Độ chối của cọc khi thí nghiệm; Q - Trọng lượng quả búa rơi; q - Trọng lượng cọc+mũ cọc+đệm cọc+cọc dẫn (nếu có); H - Chiều cao búa rơi; k - Hệ số phục hồi khi va chạm, khi thép, gang va chạm với gỗ ta lấy k=0,45, k2=0,2; n - Hệ số phụ thuộc vào vật liệu cọc và điều kiện đóng cọc; Đà nẵng 9/2006 CHƯƠNG III TRANG 95
  25. Simpo PDFTrườ Mergeng ĐẠ Iand HỌC Split BÁCH Unregistered KHOA ĐÀ NẴ VersionNG - Nhóm chuyên môn CHĐ-Nền Móng Bộ môn Cơ sở kỹ thuật Xây dựng Bài giảng Nền và Móng Bảng 3.5: Hệ số n Vật liệu cọc và điều kiện đóng cọc Hệ số n daN/cm2 Cọc gỗ khi không có đệm cọc 10 Cọc gỗ có đệm cọc 8 Cọc BTCT có đệm gỗ 15 Cọc thép không có đệm 50 Sức chịu tải tính toán của cọc: − nF nF nF Q + k 2 q P = K .m.P .[ + ( ) 2 + QH ] (3.9) tt o gh 2 2 e Q + q Trong đó: Ko - Hệ số đồng nhất của cọc, lấy bằng 0,7; m - Hệ số điều kiện chịu lực của cọc, phụ thuộc vào loại cọc và số lượng cọc trong móng lấy theo bảng sau: Bảng 3.6: Bảng xác định hệ số m Loại đài cọc Số lượng cọc trong móng/ hệ số m 1-5 6-10 11-20 >20 Đài cao 0,8 0,85 0,9 1,00 Đài thấp 0,85 0,9 1,00 1,00 Công thức xác định độ chối e biến đổi từ (3.9) K 2 m 2 nFQH Q + k 2 q e = o . (3.10) Ptt (Ptt + nF) Q + q Để đảm bảo cho công thức tính sức chịu tải của cọc ít sai số nên chọn búa sao cho độ chối e ≥ 2mm, nhưng cũng không quá nặng tức e ≤ 30 - 50mm. Theo TCXD 205 - 1998 công thức xác định sức chịu tải giới hạn của cọc như sau: nF 4QH Q + k 2q P = [ 1+ −1] (3.11) gh 2 enF Q + q Công thức này sử dụng khi độ chối thực tế e ≥ 2mm. Trong trường hợp độ chối đo được e 2mm. Nhiều nước trên thế giới dùng các công thức đơn giản sau: + Công thức của Hà Lan để tính tải trong cho phép xuống cọc: 1 Q 2 H Pdyn = (3.12) K1 e(Q + q) K1 - Hệ số an toàn, thường lấy bằng 6. + Công thức của Crandall 1 QH 2 P = (3.13) dyn K e 2 (e + 1 )(Q + q) 2 Trong đó: e1 – Độ chối đàn hồi; K2 – Hệ số an toàn, thường lấy bằng 4; + Công thức theo tạp chí Engineering New: Đà nẵng 9/2006 CHƯƠNG III TRANG 96
  26. Simpo PDFTrườ Mergeng ĐẠ Iand HỌC Split BÁCH Unregistered KHOA ĐÀ NẴ VersionNG - Nhóm chuyên môn CHĐ-Nền Móng Bộ môn Cơ sở kỹ thuật Xây dựng Bài giảng Nền và Móng Lực cản khi đóng cọc: 12QH P = (3.14) gh (e + c) Tải trọng cho phép truyền xuống cọc: P 2QH P = gh = (3.15) dyn 6 (e + c) Trong đó: c - Hệ số, đối với búa hơi c=0,1 đối với búa rơi tự do c=1,0. Ví dụ III-2: Tiến hành đóng thử cọc bằng búa rơi loại 3,5tấn từ độ cao 1,4m cho e = 18mm. Dự báo sức chịu tải giới hạn của cọc từ đó xác định sức chịu tải cho phép, biết cọc có tiết diện 35x35cm, dài 17m. Trọng lượng đệm đầu cọc, mũ cọc là 500kG. Giải: 2 2 Ta có: Q=3,5T, H=1,4m, q=0,5T; Fc = 0,1225m , e=0,018m ; n=15daN/cm = 150T/m2 ; k2 = 0,2. Thay vào công thức Gherxevanov, ta có : −150.0,1225 150.0,1225 150.0,1225 3,5 + 0,2.0,5 P = + ( ) 2 + .3,5.1,4 = 58,5T gh 2 2 0,018 3,5 + 0,5 Sức chịu tải tính toán của cọc: tt P = Km.Pgh = 0,7.0,85.58,5 = 34,8T * Hiện tượng chối giả khi đóng cọc: PP Trong thực tế thử tải cọc bằng phương pháp động, nếu sau khi vừa đóng cọc xong mà tiến hành thí nghiệm tải trọng động ngay thì kết quả độ chối đo được sẽ khác với độ chối thực, có thể lớn hoặc bé hơn độ chối thực, hiện tượng này gọi là độ chối giả. Hiện tượng chối giả xảy ra trong đất cát và đất sét được giải thích như sau: + Hiện tượng chối giả trong đất sét: Khi đóng cọc trong nền đất sét, do chấn động của búa và cọc làm cho đất quanh cọc bị phá hoại kết cấu, đồng thời đất xung quanh cọc bị ép chặt, nước thoát ra nhiều phía xung quanh thân cọc làm cho lực ma sát giữa đất và cọc giảm và độ chối tăng lên, còn gọi là độ chối giả trong đất dính (tức egiả > ethực). Để khắc phục thì sau khi H×nh 3.28: M« h×nh ®ãng cäc đóng cọc phải cho cọc nghỉ một thời gian để đất trong ®Êt rêi vµ trong ®Êt dÝnh phục hồi kết cấu rồi mới tiến hành thử tải động để xác định độ chối. Theo quy phạm nước ta quy định thời gian cọc nghỉ trong loại đất này là 15 đến 20 ngày. + Hiện tượng chối giả trong đất cát: Khi đóng cọc gây ra rung động làm cho đất cát dồn chặt vào quanh thân cọc, làm cho ma sát giữa cọc và đất tăng lên, độ chối sẽ Đà nẵng 9/2006 CHƯƠNG III TRANG 97
  27. Simpo PDFTrườ Mergeng ĐẠ Iand HỌC Split BÁCH Unregistered KHOA ĐÀ NẴ VersionNG - Nhóm chuyên môn CHĐ-Nền Móng Bộ môn Cơ sở kỹ thuật Xây dựng Bài giảng Nền và Móng giảm xuống, còn gọi là độ chối giả trong đất cát (tức egiả < ethực). Do vậy phải cho cọc nghỉ 2 - 3 ngày để trạng thái của đất được phục hồi rồi mới tiến hành thử tải động. * Chọn búa khi đóng cọc: Để xác định độ chối e ta phải chọn loại búa cho thích hợp, vấn đề này còn có ý nghĩa về thi công rất quan trọng để đảm bảo chất lượng và không phá vỡ đầu cọc. Nếu dùng búa nhỏ đóng cọc, búa phải nâng cao, đồng thời phải đóng nhiều nhát, dễ làm phá hỏng vật liệu đầu cọc, còn dùng búa nặng đóng cọc thì tốt nhưng không kinh tế và di chuyển cồng kềnh, phức tạp. + Chọn loại búa thường tuỳ theo năng lượng xung kích, có thể lấy như sau: tt E ≥ 25.P (3.16) E - Năng lượng xung kích của búa Nm; Ptt - Sức chịu tải tính toán của cọc kN; + Có thể chọn búa theo công thức kinh nghiệm sau: Q + q K = (3.17) E K - Hệ số thích dụng của búa Với búa hơi song động, Madut : K ≤ 5; Với búa hơi đơn động : K ≤ 3; Với búa treo : K ≤ 2; Q - Trọng lượng búa; q - Trọng lượng của cọc, mũ cọc, đệm, cọc dẫn.v.v. 5.2.2.2. Xác định sức chịu tải của cọc theo phương pháp thống kê Phương pháp này dựa trên cơ sở kết quả chỉnh lý nhiều số liệu thực tế về thí nghiệm tải trọng tĩnh hạ trong nhiều loại đất khác nhau, ở những độ sâu khác nhau để tìm ra mối tương quan giữa lực ma sát của đất xung quanh cọc và phản lực đất nền ở mũi cọc với một số chỉ tiêu cơ lý của đất. Giả thiết lực ma sát quanh thân cọc phân bố đều theo chiều sâu trong phạm vi mỗi lớp đất và phản lực ở mũi cọc phân bố đều trên tiết diện ngang của cọc. Sức chịu tải của cọc đựơc xác định theo công thức sau đây: Sức chịu tải của cọc chịu nén: n n φ = m(mr .F.R + m f .u.∑ f i .li ) (3.18) i=1 Sức chịu tải của cọc chịu kéo (nhổ): n n φ = m.m f .u.∑ f i .li (3.19) i=1 Trong đó: m - Hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất, lấy m=1; mr, mf - Hệ số kể đến ảnh hưởng của phương pháp hạ cọc đến ma sát giữa đất với cọc và sức chịu tải của đất ở mũi cọc, tra bảng (3.9); F - Diện tích tiết diện ngang của mũi cọc (với cọc có mở rộng đáy thì lấy bằng diện tích tiết diện ngang phần mở rộng); R - Cường độ giới hạn trung bình của lớp đất ở mũi cọc, phụ thuộc vào loại đất và chiều sâu của mũi cọc (T/m2), tra bảng (3.7); u - Chu vi tiết diện ngang thân cọc; Đà nẵng 9/2006 CHƯƠNG III TRANG 98
  28. Simpo PDFTrườ Mergeng ĐẠ Iand HỌC Split BÁCH Unregistered KHOA ĐÀ NẴ VersionNG - Nhóm chuyên môn CHĐ-Nền Móng Bộ môn Cơ sở kỹ thuật Xây dựng Bài giảng Nền và Móng fi - Lực ma sát đơn vị giới hạn trung bình của mỗi lớp đất mà cọc đi qua, phụ thuộc vào trạng thái và chiều sâu trung bình của mỗi lớp đất tính từ mặt đất tự nhiên hoặc mực nước thấp nhất tra bảng (3.8); li - Chiều dày của lớp phân tố thứ i, trong tính toán sức chịu tải của cọc thường chia nền đất thành các lớp phân tố có chiều dày ≤ 2m; n - Số lớp đất được chia; Sức chịu tải tính toán (thiết kế) của cọc được xác định bằng cách lấy sức chịu tải xác định theo công thức trên chia cho hệ số tin cậy. TK φn φn Đối với cọc chịu nén: Pn = tc = (3.20) K n 1,4 TK φk φk Đối với cọc chịu nhổ: Pk = tc = (3.21) K k 2,5 tc Trong đó: K n - Hệ số tin cậy của cọc chịu nén, lấy bằng 1,4; tc K k - Hệ số tin cậy của cọc chịu kéo, lấy bằng 2,5. * Đối với cọc chống: Cọc chống là cọc có mũi cọc tỳ lên các lớp đất có biến dạng rất bé và cường độ rất lớn như đá cứng, đất nửa đá .v.v. Tải trọng công trình truyền xuống nền đất thông qua mũi cọc, còn ma sát xung quanh thân cọc và đất thì bỏ qua, không kể đến. Sức chịu tải của cọc chống xác định theo biểu thức: P=m.R.F (3.22) Trong đó: m - Hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất, lấy m=1; F - Diện tích tiết diện ngang của thân cọc; R - Cường độ tính toán của đất đá dưới mũi cọc, được lấy như sau: - Đối với cọc có mũi tỳ lên đá cứng, đất cuội sỏi hoặc sét cứng, lấy R = 200T/m2. - Đối với cọc khoan nhồi ngàm vào đá cứng không nhỏ hơn 0,5m thì xác định R theo công thức: R h R = n ( n +1,5) (3.23) K đ d n Trong đó: Rn - Cường độ chịu nén một trục của đá ở điều kiện bão hoà nước; Kđ- Hệ số an toàn đối với đất lấy bằng 1,4; hn - Độ sâu tính toán ngàm cọc của đá; dn - Đường kính ngoài của phần cọc ngàm vào đá; Đối với cọc ống tỳ lên bề mặt đá cứng mà mặt đá được phủ một lớp đất không xói lở, có chiều dày không nhỏ hơn 3 lần đường kính cọc ống, xác định R theo công thức: R R = n (3.24) K đ Đà nẵng 9/2006 CHƯƠNG III TRANG 99
  29. Simpo PDFTrườ Mergeng ĐẠ Iand HỌC Split BÁCH Unregistered KHOA ĐÀ NẴ VersionNG - Nhóm chuyên môn CHĐ-Nền Móng Bộ môn Cơ sở kỹ thuật Xây dựng Bài giảng Nền và Móng Bảng 3.7: Bảng tra R (Theo 20TCN 21-86) Độ sâu Cường độ tính toán R của đất dưới mũi cọc (T/m2) của mũi Cát có độ chặt trung bình (chặt vừa) cọc (m) Cát sỏi Cát thô - Cát vừa Cát nhỏ Cát bụi - Đất sét có độ sệt B bằng 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 3 750 660 300 310 200 110 60 400 200 120 680 320 210 4 830 510 380 250 160 125 70 700 340 220 5 880 400 130 80 620 280 200 730 370 240 7 970 430 140 85 690 330 220 770 400 260 10 1050 500 150 90 690 350 240 820 440 15 1170 560 165 100 750 400 290 20 1260 850 620 480 320 180 110 25 1340 900 680 520 350 195 120 30 1420 950 740 560 380 210 130 410 35 1500 1000 800 600 225 140 Bảng 3.8: Bảng tra fi (Theo 20TCN 21-86) Độ sâu Lực ma sát giới hạn trung bình giữa cọc và đất (T/m2) trung Đất cát chặt vừa bình Cát thô Cát Cát bụi - - - - - - của lớp và cát nhỏ đất hạt trung Đất sét có độ sệt B bằng 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1 3,5 2 1,5 1,2 0,8 0,4 0,4 0,3 0,2 2 4,2 3 2,1 1,7 1,2 0,7 0,5 0,4 0,4 3 4,8 3 2,5 2,0 1,4 0,8 0,7 0,6 0,5 4 5,3 3 2,7 2,2 1,6 0,9 0,8 0,7 0,5 5 5,6 4 2,9 2,4 1,7 1,0 0,8 0,7 0,6 6 5,8 4 3,1 2,5 1,8 1,0 0,8 0,7 0,6 8 6,2 4 3,3 2,6 1,9 1,0 0,8 0,7 0,6 10 6,5 4 3,4 2,7 1,9 1,0 0,8 0,7 0,6 15 7,2 5 3,8 2,8 2,0 1,1 0,8 0,7 0,6 20 7,9 5 4,1 3,0 2,0 1,2 0,8 0,7 0,6 25 8,6 6 4,4 3,2 2,0 1,2 0,8 0,7 0,6 30 9,3 6 4,7 3,4 2,1 1,2 0,9 0,8 0,7 35 10,0 7 5 3,6 2,2 1,3 0,9 0,8 0,7 Đà nẵng 9/2006 CHƯƠNG III TRANG 100
  30. Simpo PDFTrườ Mergeng ĐẠ Iand HỌC Split BÁCH Unregistered KHOA ĐÀ NẴ VersionNG - Nhóm chuyên môn CHĐ-Nền Móng Bộ môn Cơ sở kỹ thuật Xây dựng Bài giảng Nền và Móng Ghi chú: 1. Trong bảng (3.7) các trị số R ghi dưới dạng phân số thì tử số ứng với đất cát còn mẫu số ứng với đất sét. 2. Trong bảng (3.7) và (3.8), độ sâu của mũi cọc là độ sâu trung bình của lớp đất khi san nền bằng phương pháp gọt bỏ hoặc đắp dày đến 3m, nên lấy từ mức địa hình tự nhiên, còn khi gọt bỏ và đắp thêm từ 3- 10m thì lấy từ cốt quy ước nằm cao hơn phần bị gọt 3m hoặc thấp hơn mức đắp 3m. Độ sâu hạ cọc trong các lớp đất ở vùng có dòng chảy của nước nên lấy có lư ý đến khả năng bị xói trôi ở mức lũ tính toán. Khi thiết kế cọc cho các đường vượt qua hồ rãnh thì chiều sâu mũi cọc nêu ở bảng (3.7) nên lấy từ cốt địa hình tự nhiên ở vị trí công trình. 3. Đối với các giá trị trung gian của độ sâu và độ sệt B thì xác định R và fi từ bảng (3.7) và (3.8) bằng phương pháp nội suy. 4. Cho phép sử dụng các giá trị sức chống tính toán R theo bảng (3.7) với điều kiện độ chôn sâu của cọc trong đất không bị xói trôi hoặc gọt bỏ không nhỏ hơn: - 4m đối với công trình thủy lợi - 3m đối với nhà và các công trình khác. 5. Khi xác định ma sát cọc – đất fi theo bảng (3.7) nền đất được chia thành các lớp nhỏ, đồng nhất có chiều dày không quá 2m. 6. Ma sát bên tính toán fi của đất cát chặt nên tăng them 30% so với giá trị ghi ở bảng (3.7). * Sức chịu tải của cọc nhồi: Sức chịu tải của cọc nhồi có và không có mở rộng đáy và cọc chịu tải trọng nén đúng tâm xác định theo công thức: P = m(m r RF + u∑ m f .f i .li ) (3.25) Trong đó: m – Hệ số điều kiện làm việc. Trong điều kiện tựa lên đất sét có độ no nước G< 0,85 lấy m=0,8, trong các trường hợp còn lại lấy m=1; mr – Hệ số điều kiện làm việc của đất dưới mũi cọc, lấy mr =1 trong mọi trường hợp. Với cọc có mở rộng đáy bằng cách nổ mìn thì mr =1,3, khi thi công cọc có mở rộng đáy bằng phương pháp đổ bê tông dưới nước thì lấy mr =0,9; R – Cường độ chịu tải của đất dưới mũi cọc (T/m2); F – Diện tích mũi cọc (m2) lấy như sau: - Đối với cọc nhồi không mở rộng đáy và đối với cọc trụ, lấy bằng diện tích tiết diện ngang của chúng; - Đối với cọc nhồi có mở rộng đáy và đối với cọc trụ, lấy bằng diện tích tiết diện ngang của phần mở rộng tại chỗ có đường kính lớn nhất của cọc; - Đối với cọc ống nhồi bê tông lấy bằng diện tích tiết diện ngang của ống kể cả thành ống; - Đối với cọc ống nhân đất (không nhồi bê tông), lấy bằng diện tích tiết diện ngang của thành ống; mf – Hệ số điều kiện làm việc của đất ở mặt bên của cọc, phụ thuộc vào phương pháp tạo lỗ khoan, lấy theo bảng (3.10); fi – Ma sát bên của đất và thân cọc, lấy theo bảng (3.8); Đà nẵng 9/2006 CHƯƠNG III TRANG 101
  31. Simpo PDFTrườ Mergeng ĐẠ Iand HỌC Split BÁCH Unregistered KHOA ĐÀ NẴ VersionNG - Nhóm chuyên môn CHĐ-Nền Móng Bộ môn Cơ sở kỹ thuật Xây dựng Bài giảng Nền và Móng Bảng 3.9: Bảng hệ số điều kiện làm việc mr và mf của cọc đóng (Theo 20TCN 21-86) Hệ số điều kiện làm việc của đất khi xác định sức chịu tải của cọc đóng làm việc theo sơ Phương pháp hạ cọc và loại đất đồ cọc ma sát Dưới mũi cọc Theo mặt mr xung quanh cọc mf 1. Hạ bằng cách đóng cọc đặc và rỗng bịt mũi băng búa 1,0 1,0 cơ học (búa treo), búa hơi, búa Diesel. 2. Hạ bằng cách đóng cọc vào hố khoan dẫn và đóng sâu 1,0 1,0 xuống hơn 1m với đáy hố khoan có đường kính: a. Bằng cạnh cọc tiết diện vuông 1,0 0,5 b. Nhỏ hơn 5cm so với cạnh cọc vuông 1,0 0,6 c. Nhỏ hơn 15cm so với cạnh cọc vuông hay đường 1,0 1,0 kính cọc tròn (đối với trụ điện). 3. Hạ vào cát có dùng nước xói nhưng mét cuối cùng hạ 1,0 0,9 không dùng xói. 4. Hạ bằng cách rung và ép rung vào đất a. Cát chặt vừa - Cát thô và cát trung 1,12 1,0 - Cát nhỏ 1,1 1,0 - Cát bụi 1,0 1,0 b. Đất sét có độ sệt B = 0,5 - Á cát 0,9 0,9 - Á sét 0,8 0,9 - Sét 0,7 0,9 c. Đất sét với độ sệt B ≤ 0 1,0 1,0 5. Hạ cọc rỗng mũi hở băng loại búa bất kỳ: a. Khi đường kính lòng ống không quá 40cm 1,0 1,0 b. Khi đường kính lòng ống trên 40cm 0,7 1,0 6. Hạ bằng phương pháp bất kỳ loại cọc ống bịt mũi đến độ sâu ≥ 10m có tạo bầu băng cách nổ mìn trong cát chặt vừa và đất sét co độ sệt B ≤ 0,5 khi đường kính bầu mở rộng bằng: a. 1,0m không phụ thuộc vào loại đất vừa nêu 0,9 1,0 b. 1,5m trong đất cát và á cát 0,8 1,0 c. 1,5m trong đất á sét và sét. 0,7 1,0 Đà nẵng 9/2006 CHƯƠNG III TRANG 102
  32. Simpo PDFTrườ Mergeng ĐẠ Iand HỌC Split BÁCH Unregistered KHOA ĐÀ NẴ VersionNG - Nhóm chuyên môn CHĐ-Nền Móng Bộ môn Cơ sở kỹ thuật Xây dựng Bài giảng Nền và Móng Bảng 3.10: Bảng hệ số điều kiện làm việc mf theo công thức (3.25)(Theo 20TCN 21- 86) Loại cọc và phương pháp thi công cọc Hệ số điều kiện làm việc mf trong Cát Á cát Á sét Sét 1. Cọc chế tạo bằng cách đóng ống thép có 0,8 0,8 0,8 0,7 bịt kín mũi rồi rút dần ống thép khi đổ bê tông 2. Cọc nhồi rung ép 0,9 0,9 0,9 0,9 3. Cọc khoan nhồi có kể cả mở rộng đáy, đổ bê tông a. Khi không có nước trong lỗ khoan (phương 0,7 0,7 0,7 0,6 pháp khô hoặc dùng ống chống) b. Dưới nước hoặc dung dịch sét 0,6 0,6 0,6 0,6 c. Hỗn hợp bê tông cứng đổ vào cọc có đầm 0,8 0,8 0,8 0,7 4. Cọc ống hạ bằng rung có lấy đất ra 1 0,9 0,7 0,6 5. Cọc trụ 0,7 0,7 0,7 0,6 6. Cọc khoan nhồi, cọc có lỗ tròn ở giữa 0,8 0,8 0,8 0,7 7. Cọc khoan phun chế tạo ống chống hoặc 0,9 0,8 0,8 0,8 bơm hỗn hợp bê tông với áp lực 2-4atm Đối với cọc trụ, cọc ống hạ có lấy đất thì R xác định theo công thức sau đây: - Đối với đất hòn lớn có cát chèn lấp trong lỗ rỗng và đối với đất cát trong trường hợp có và không có mở rộng đáy, cọc ống hạ có lấy hết đất bên trong: o o R = 0,75β(γ1dA k + αγ 2 LBk ) (3.26) - Cũng trong các trường hợp trên nhưng cọc ống khi hạ không lấy đất bên trong: o o R = β(γ1dA k + αγ 2 LBk ) (3.27) 3 Trong đó: γ1 – Dung trọng của đất (T/m ) ở phía dưới mũi cọc, khi đất bão hòa thì có kể đến lực đấy nổi của nước; 3 γ1 – Dung trọng trung bình của đất (T/m ) của các lớp đất nằm trên mũi cọc, khi đất bão hòa thì có kể đến lực đấy nổi của nước; d – Đường kính đáy cọc (m); L –Chiều dài cọc (m); o o β, A k , Bk - Các hệ số không thứ nguyên, lấy theo bảng (3.11). - Đối với đất sét, trong trường hợp cọc nhồi có và không mở rộng đáy, cọc ống khi hạ có lấy đất ra và nhồi bê tông vào phần rỗng thì R lấy theo bảng (3.12). Đà nẵng 9/2006 CHƯƠNG III TRANG 103
  33. Simpo PDFTrườ Mergeng ĐẠ Iand HỌC Split BÁCH Unregistered KHOA ĐÀ NẴ VersionNG - Nhóm chuyên môn CHĐ-Nền Móng Bộ môn Cơ sở kỹ thuật Xây dựng Bài giảng Nền và Móng o o Bảng 3.11: Các hệ số β, A k , Bk trong các công thức (3.26) và (3.27) Kí hiệu các hệ o o Các hệ số β, A k , Bk và α khi góc ma sát trong của đất là: số 23 25 27 29 31 33 35 37 39 o 9,5 12,6 17,3 24,4 34,6 48,6 73,1 108 163 Ak o 18,6 24,8 32,8 45,5 64 87,6 127 185 260 Bk 4 0,78 0,79 0,80 0,82 0,84 0,85 0,85 0,86 0,87 5 0,75 0,76 0,77 0,79 0,81 0,82 0,83 0,84 0,85 7,5 0,68 0,70 0,70 0,74 0,76 0,78 0,80 0,82 0,84 α khi 10 0,62 0,65 0,67 0,70 0,73 0,75 0,77 0,79 0,80 L 12,5 0,58 0,64 0,63 0,67 0,70 0,73 0,75 0,7 0,79 = d 15 0,55 0,58 0,61 0,68 0,68 0,71 0,73 0,76 0,78 17,5 0,51 0,55 0,58 0,66 0,66 0,69 0,72 0,75 0,78 20 0,49 0,53 0,57 0,65 0,65 0,38 0,72 0,75 0,78 22,5 0,46 0,51 0,55 0,64 0,64 0,67 0,71 0,74 0,77 ≥25 0,44 0,49 0,54 0,63 0,63 0,67 0,70 0,75 0,77 β khi ≤0,8m 0,31 0,31 0,29 0,27 0,26 0,25 0,24 0,28 0,28 dp= <4m 0,25 0,21 0,23 0,22 0,21 0,20 0,19 0,18 0,17 Bảng 3.12: Trị số của R (T/m2) Chiều Cường độ chịu tải R dưới chân cọc nhồi khi đất dính có độ sệt B bằng sâu đặt mũi cọc 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 3 85 75 65 50 10 30 25 5 100 85 75 65 50 40 25 7 115 100 85 75 60 50 45 10 135 120 105 95 80 70 70 12 155 140 125 110 95 80 80 15 180 165 150 130 100 100 95 18 210 190 170 150 130 115 20 230 240 190 165 145 125 105 30 230 300 260 230 200 - - 40 450 400 350 300 250 - - Ví dụ III- 3: Xác định sức chịu tải của cọc đơn BTCT tiết diện 30x30cm, chiều dài 8,5m, đóng xuyên qua các lớp đất như sau: Lớp 1: Á sét dày 3m, độ sệt B=0,4; Lớp 2: Á cát dày 4m, độ sệt B=0,5; Lớp 3: Cát hạt trung có chiều dày rất lớn, trạng thái chặt vừa. * Trình tự tính toán: - Chia các lớp đất mà cọc đi qua thành các lớp phân tố có chiều dày li ≤ 2m; - Căn cứ vào độ sâu zi tính từ mặt đất tự nhiên đến giữa các lớp đất phân tố và trạng thái của các lớp đất phân tố đó, tra bảng (3.8) để tìm trị số ma sát bên fi và phản lực của đất nền ở mũi cọc R (bảng 3.7), số liệu tập hợp vào bảng sau: Đà nẵng 9/2006 CHƯƠNG III TRANG 104
  34. Simpo PDFTrườ Mergeng ĐẠ Iand HỌC Split BÁCH Unregistered KHOA ĐÀ NẴ VersionNG - Nhóm chuyên môn CHĐ-Nền Móng Bộ môn Cơ sở kỹ thuật Xây dựng Bài giảng Nền và Móng Bảng 3.12 Lớp đất li (m) zi (m) Trạng fi fi. li z (m) R thái (T/m2) (T/m) (T/m2) Á sét 1,8 2,1 B=0,4 2,1 3,78 9,2 390 (3m) Á cát 2 4 B=0,5 2,2 4,4 (4m) 2 6 2,5 5 Cát hạt 2,2 8,1 Chặt vừa 6,2 13.64 trung Ta có ∑f i .li = 26,82 (T/m) Cọc tiết diện 30x30cm có F= 0,09m2, chu vi u = 1,2m m h=1 Thay các thông số tìm được vào công ì y 3m a Z1=2,1m thức tính sức chịu tải của cọc ta được sức chịu ï t d Ï se A Z2=4m tải của cọc theo đất nền như sau: 1,8m n =6m Pđn = 1.(1.1,2.26,82 + 0,9.0,09.390) = 62.112(T) Z3 m Sức chịu tải tính toán của cọc: ,1 8 n 2,0m tk Pđn 62.112 Z4= Pđn = = = 44,366(T) ì y 4m Z=9,2m K tc 1.4 ï t da Ï ca A 2,0m g n u m r û t 2,2 ï t ha Ca Hình 3.29: Sơ đồ tính toán sức chịu tải của cọc đơn BTCT Ví dụ III-4: Xác định sức chịu tải của cọc khoan nhồi có đường kính D=1,2m, chiều dài dự kiến 25m hạ xuyên qua các lớp đất sau: Lớp đất 1: Cát hạt trung dày 6m; Lớp đất 2: Á sét dày 8m, trạng thái dẻo cứng B=0,4; Lớp đất 3: Sét dày 4m, trạng thái dẻo mềm B=0,6; Lớp đất 4: Á cát dày 10m, trạng thái dẻo B=0,3. * Trình tự tính toán: - Công thức tính toán sức chịu tải của cọc nhồi: P = m(m r RF + u∑ m f .f i .li ) Trong đó: m = 1, mr = 1, mf = 0,6 (bảng 3.10) π.D 2 3,14.1,22 F = = = 1,13m 2 , u=π.D=3,14.1,2=3,768m 4 4 Đà nẵng 9/2006 CHƯƠNG III TRANG 105
  35. Simpo PDFTrườ Mergeng ĐẠ Iand HỌC Split BÁCH Unregistered KHOA ĐÀ NẴ VersionNG - Nhóm chuyên môn CHĐ-Nền Móng Bộ môn Cơ sở kỹ thuật Xây dựng Bài giảng Nền và Móng R: Chiều sâu đặt mũi cọc z=25m, mũi cọc đặt vào lớp đất dính có B=0,3, tra bảng (3.12) ta được R=197,5T/m2. Xác định fi: + Chia các lớp đất mà cọc đi qua thành các lớp phân tố có chiều dày li ≤ 2m + Căn cứ vào độ sâu zi tính từ mặt đất tự nhiên đến giữa các lớp đất phân tố và trạng thái của các lớp đất phân tố đó, tra bảng (3.8) để tìm trị số ma sát bên fi , số liệu tập hợp vào bảng sau: Lớp đất li (m) zi (m) Trạng fi fi. li z (m) R thái (T/m2) (T/m) (T/m2) Cát hạt 2 1 Chặt vừa3,5 7,0 25 197,5 trung 2 3 4,8 9,6 (6m) 2 5 5,6 11,2 Á sét 2 7 B=0,4 3,2 6,4 (8m) 2 9 3,35 6,7 2 11 3,5 7,0 2 13 3,6 7,2 Sét 2 15 B=0,6 2,0 4,0 (4m) 2 17 2,0 4,0 Á cát 2 19 B=0,3 5,5 11,0 (10m) 2 21 5,7 11,4 2 23 5,8 11,6 1 24,5 6,0 12,0 Ta có ∑f i .li = 109,1 (T/m) Thay các thông số tìm được vào công thức tính sức chịu tải của cọc ta được sức chịu tải của cọc theo đất nền như sau: n Pđn = 1.(0,6.3,768.109,1+1.1,13.197,5) = 469,8(T) Sức chịu tải tính toán của cọc: n tk Pđn 469,8 Pđn = = = 335,6(T) K tc 1.4 5.2.2.4. Xác định chịu tải của cọc theo các công thức lý thuyết Hiện nay có nhiều công thức lý thuyết xác định sức chịu tải của cọc, tất cả các công thức này đều xác định sức chịu tải của cọc thông qua các chỉ tiêu, đặc trưng cơ lý của đất nền (γ, ϕ, c ). Tuy nhiên trong phần lớn các trường hợp, kết quả tính toán theo phương pháp này có khác nhiều so với kết quả thí nghiệm. Ở đây giới thiệu một số công thức lý thuyết của một số tác giả được áp dụng ở một số nước. 1. Công thức của A. Caqout P = Pf + Pp (3.28) Trong đó: + Pf - Sức kháng bên do ma sát xung quanh thân cọc tạo ra: 1 2 2 o ϕ Pf = γ .h .tg (45 + ) f .u (3.29) 2 t 2 Đà nẵng 9/2006 CHƯƠNG III TRANG 106
  36. Simpo PDFTrườ Mergeng ĐẠ Iand HỌC Split BÁCH Unregistered KHOA ĐÀ NẴ VersionNG - Nhóm chuyên môn CHĐ-Nền Móng Bộ môn Cơ sở kỹ thuật Xây dựng Bài giảng Nền và Móng Với γt - Dung trọng tự nhiên của đất từ mũi cọc trở lên; h - Chiều sâu của cọc trong đất; ϕ - Góc nội ma sát của đất ; f – Hệ số ma sát của đất, xác định như sau: - f do ma sát : f s = sin 0,7ϕ 2 1+ c u - f do dính bám : f c = c u . 2 1+ 7c u u - Chu vi tiết diện ngang thân cọc. + Pp - Sức kháng mũi do phản lực của đất ở mũi cọc gây ra Đất rời: ϕ P = 1,3.F.P .tg 2 (45o + ).eπ .tgϕ (3.30) p o 2 Đất dính: ⎧ 2 o ϕ π .tgϕ c 2 o ϕ π .tgϕ ⎫ Pp = 1,3.F.⎨Po .tg (45 + ).e + [tg (45 − ).e −1]⎬ (3.31) ⎩ 2 tgϕ 2 ⎭ Với: F - Diện tích tiết diện ngang thân cọc Po = γ t .h c - Lực dính đơn vị của đất. 2. Công thức của J.Benebened Công thức của J.Benebened cũng xác định P như công thức của A.Caqout, trong đó Pf tính tương tự, còn Pp tính theo công thức sau: 4 o ϕ Pp = F.P .tg (45 + ) (3.32) o 2 3. Công thức của H.Porr P = Pf + Pp (3.33) Trong đó: 1 2 2 Pf = γ .h .(1+ tg ϕ). f .u (3.34) 2 t 2 o ϕ Pp = F.γ .h.tg (45 + ) t 2 4. Công thức của A.Skempton P = 9.c.F + 0,45.c.u.h (3.35) Với c là lực dính đơn vị của đất 5. Công thức của Meyerhof: Theo tiêu chuẩn Việt nam TCVN 205-1998 cho phép tính khả năng chịu tải của cọc đơn theo công thức của Meyerhof; trong đó biểu đồ tra Nq lấy theo Berrzantev (1961): Khả năng chịu tải cực hạn: Qu = Qm + Qs = qm.Fc + u.fs.Lc (3.36) Khả năng chịu tảicho phép sử dụng hệ số an toàn Fm = 3 cho mũi, và Fs = 2 cho ma sát bên. + Để tính khả năng bám trượt xung quanh ta dùng công thức: Đà nẵng 9/2006 CHƯƠNG III TRANG 107
  37. Simpo PDFTrườ Mergeng ĐẠ Iand HỌC Split BÁCH Unregistered KHOA ĐÀ NẴ VersionNG - Nhóm chuyên môn CHĐ-Nền Móng Bộ môn Cơ sở kỹ thuật Xây dựng Bài giảng Nền và Móng f s = ca + σ '.K s .tgϕ a (3.37) Trong đó: ca - Lực dính giữa cọc và đất, lấy = (0,7 - 1)c; ϕa - Ma sát giữa cọc và đất, lấy = (0,7 - 1)ϕ; σ' - Áp lực hữu hiệu thẳng đứng = 200 γ'.Z ; Ks - có thể lấy = (1.2 - 1.4).(1-sinϕ); 100 üc) (co + Để tính khả năng chịu tải ở mũi Nc γ 50 cọc ta dùng công thức: N 40 , q 30 g) qm = c.N c + γ '.z.N q + γ '.D.Nγ (3.38) än N vu g , 20 oïn c m Trong đó: Nc( N ú üc) ) N , N , N - Các hệ số phụ thuộc vào ä 10 co ng c q γ s ( ä ) û q vu g ã N n g ä h ïn u góc nội ma sát ϕ, tra theo toán đồ của o 5 m v ïc q( g a 4 ïn Meyerhof (hình 3.30); N o C 3 m Giá trị của ϕ khi ϕ > 15o có thể lấy γ( a 2 N như sau: ϕ = 0,75. ϕ + 10o cho cọc đóng; 1 a 5 10152025 30 ϕ = 0,75. ϕ - 3o cho cọc khoan nhồi; a Goïc ma saït trong ϕ Công thức của Meyerhof có thể tách ra làm 2 dạng tương ứng cho hai loại đất là Hình 3.30 sét (ϕ=0) và đất cát ( c=0). Nq - Cọc trong đất sét: Qu = c.Nc.Fc + u.α.c.Lc (3.39) 100 Trong đó: c - Lực dính không thoát nước; 50 α = (0,3 - 0,45) cho sét cứng và cọc khoan nhồi; α = (0,6 - 0,8) cho sét mềm và cọc khoan nhồi; 10 α = (0,8 - 1,0) cho cọc ép; 25 30 35 40 Nc = 9 - Cọc trong đất cát: Hình 3.31: Bảng tra Nq Qu = γ '.z.F.N q + u.σ '.K s .tgϕ a .Lc (3.40) theo góc ma sát ϕ Trong đó: Ks - Hệ số áp lực ngang ở trạng thái nghỉ, có thể lấy bằng 0,5 cho cọc khoan nhồi. σ' - Ứng suất hữu hiệu ở độ sâu tính toán ma sát bên tác dung lên cọc. Cường độ tính toán chịu tải dưới mũi cọc và ma sát bên trong đất cát ở những độ sâu lớn hơn độ sâu giới hạn Zc chỉ lấy bằng giá trị tại độ sâu giới hạn. Chiều sâu giới hạn được xác định theo toán đồ(3.32) từ quan hệ giữ a Zc/D và ϕ Nq - Hệ số tra từ toán đồ (3.31) hoặc từ bảng sau: Đà nẵng 9/2006 CHƯƠNG III TRANG 108
  38. Simpo PDFTrườ Mergeng ĐẠ Iand HỌC Split BÁCH Unregistered KHOA ĐÀ NẴ VersionNG - Nhóm chuyên môn CHĐ-Nền Móng Bộ môn Cơ sở kỹ thuật Xây dựng Bài giảng Nền và Móng Bảng 3.13: Hệ số Nq ϕ 20 25 28 30 32 34 36 38 40 42 45 Nq (cọc đóng) 8 12 20 25 35 45 60 80 120 160 230 Nq (cọc khoan) 4 5 8 12 17 22 30 40 60 80 115 ) a ϕ ( g t . s K ïp e 1,0 üc o 20 C 15 ïng âo üc 0,5 o C Zc/D 10 öi hä n oüc C 5 28 33 35 38 30 35 40 ϕ c/D vaì ϕ Quan hãû giæîa Z Quan hãû giæîa Ks.tg(ϕa) vaì ϕ Hình 3.32 Ví dụ III-5: Xác định sức chịu tải của cọc 1m Bê tông cốt thép tiết diện 30x30, dài 9,5m hạ Âáút caït haût trung qua các lớp đất có chỉ tiêu cơ lý như sau: 3m γ=19,5kN/m3, c=0, ϕ=30o Giải: -4 MNN Sử dụng công thức của Meyerhof, Âáút caït AÏ seït Khả năng chịu tải cực hạn: γ=20kN/m3,γ'=10kN/m3 4m c=70kN/m2, ϕ=15o Qu = Qm + Qs = qm.Fc + u.fs.Lc + Để tính khả năng bám trượt xung -8 quanh ta dùng công thức: m Âáút caït AÏ caït 2,5 γ=21kN/m3,γ'=10kN/m3 f s = ca + σ '.K s .tgϕ a o -10,5 c=80kN/m2, ϕ=18 Tại độ sâu -4m,σbt = 19,5.3=58,5kN/m2 o Hình 3.33 ca =c=0, ϕa=0,7.ϕ=21 ,Ks=1,2(1-sinϕa)=0,77 o 2 ⇒fs = 58,5.0,77.tg(21 )=17,29 kN/m Tại độ sâu -8m,σbt = 58,5+10.4=98,5T/m2 2 o ca =0,8c=56kN/m , ϕa=0,7ϕ=10,5 , Ks = 1,2(1-sinϕ)=0,98 o 2 ⇒fs=56+98,5.0,98.tg(10,5 )=73,89 kN/m Tại độ sâu -10,5m,σbt = 98,5+10.2,5=123,5T/m2 2 o ca =0,8c=64kN/m , ϕa=0,7ϕ=12,6 , Ks = 1,2(1-sinϕ)=0,94 o 2 ⇒ fs =64+123,5.0,94.tg(12,6 )=89,9 kN/m ⇒ Qs = 1,2.(17,29.3+73,89.4+89,9.2,5)=686,7kN + Để tính khả năng chịu tải ở mũi cọc ta dùng công thức: Đà nẵng 9/2006 CHƯƠNG III TRANG 109
  39. Simpo PDFTrườ Mergeng ĐẠ Iand HỌC Split BÁCH Unregistered KHOA ĐÀ NẴ VersionNG - Nhóm chuyên môn CHĐ-Nền Móng Bộ môn Cơ sở kỹ thuật Xây dựng Bài giảng Nền và Móng qm = c.N c + γ '.z.N q + γ '.D.Nγ o Với ϕa =0,7ϕ=12,6 , tra toán đồ 3.28 có : Nc = 35, Nq = 4, Nγ =0 2 ⇒ q m = 64.35 +123,5.4 + 0 = 2734kN / m ⇒ Qm = qm.F=2734.0,09=246,4kN Sức chịu tải cho phép của cọc là : Q Q 246,06 686,7 Q = m + s = + = 425,4kN u 3 2 3 2 5.2.2.5. Phương pháp tính kết quả từ thí nghiệm xuyên động (SPT). Thí nghiệm xuyên động (SPT) được thực hiện bằng ống tách đường kính 5,1cm, dài 45cm, đóng bằng búa rơi tự do nặng 64kg, chiều cao rơi là 76cm, thực hiện trong lỗ khoan. Khi thí nghiệm, đếm số búa để đóng cho từng đoạn 15cm ống lún vào đất, 15cm đầu không tính, chỉ dùng giá trị số búa cho 30cm sau là N búa, được ký hiệu là N30 được xem là số búa tiêu chuẩn N (Xem thêm ở Chương VI – 1 Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT – Sách Cơ học đất – Lê Xuân Mai – Đỗ Hữu Đạo Trg 276). 1) công thức của Meyerhof (1956) Qu = K1.N.Fc + K 2 .N tb .u.Lc (3.41) Trong đó: Qu – Sức chịu tải của cọc; K1 = 400 cho cọc đóng và 120 cho cọc khoan nhồi; K2 = 2 cho cọc đóng và 1 cho cọc khoan nhồi; N - Số búa dưới mũi cọc. Ntb - Số búa trung bình suốt chiều dài cọc; Hệ số an toàn áp dụng cho công thức trên là Fs =2,5 - 3,0; Fc –Diện tích tiết diện ngang thân cọc; Lc – Chiều dài cọc; u – Chu vi thân cọc. Hệ số an toàn khi tính sức chịu tải theo thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn lấy từ 2,5-3,0. 2. Theo công thức của Nhật Bản: 1 Q = (αN A + (0,2N L + CL )πd) (3.42) a 3 a p s s c Trong đó: Na – Chỉ số SPT của đất dưới mũi cọc; Ns – Chỉ số SPT của lớp cát bên thân cọc; Ls – Chiều dài đoạn cọc nằm trong đất cát (m); Lc – Chiều dài đoạn cọc nằm trong đất dính (m); C – Lực dính của đất dính ; d – đường kính cọc; α - Hệ số phụ thuộc vào phương pháp thi công cọc; - Cọc bê tông cốt thép thi công bằng phương pháp đóng α = 30 - Cọc khoan nhồi: α = 15 Đà nẵng 9/2006 CHƯƠNG III TRANG 110
  40. Simpo PDFTrườ Mergeng ĐẠ Iand HỌC Split BÁCH Unregistered KHOA ĐÀ NẴ VersionNG - Nhóm chuyên môn CHĐ-Nền Móng Bộ môn Cơ sở kỹ thuật Xây dựng Bài giảng Nền và Móng Ví dụ III- 6: Xác định sức chịu tải của cọc đóng BTCT tiết diện 30x30cm, được đóng vào nền đất có kết quả khoan địa chất và kết quả thí ngiệm STT như sau: Nền gồm 3 lớp: Lớp 1: Á sét dày 7m Lớp 2: Cát mịn dày 9m Lớp 3: Cát hạt trung chặt Chỉ số SPT như sau: Độ sâu thí nghiệm (m) 3 5 7 9 11 13 15 17 Giá trị N 3 3 15 16 16 15 15 30 Giải: Dự kiến chiều dài cọc 17m, mũi cọc đóng vào lớp cát hạt trung trang thái chặt. Sử dụng công thức của Meyerhof: Qu = K1.N.Fc + K 2 .N tb .u.Lc 2 K1 = 400, K2 = 2, Fc = 0,09m , Lc = 17m, u =1,2m, N=30, Ntb = 12 Q u = 400.30.0,09 + 2.12.1,2.17 = 1488kN Sức chịu tải cho phép của cọc: Q 1488 P = u = = 496kN 3 3 5.2.2.6. Phương pháp tính kết quả từ thí nghiệm xuyên tĩnh Thí nghiệm xuyên tĩnh được thực hiện bằng mũi côn tiết diện 10cm2, góc ở đỉnh 0 60 , xuyên trong đất để đo sức chống xuyên Rp cho từng 20cm độ sâu dưới đất (Xem thêm ở Chương VI – 2 Thí nghiệm xuyên tĩnh CPT – Sách Cơ học đất – Lê Xuân Mai – Đỗ Hữu Đạo Trg 280). Từ giá trị Rp tính ra sức kháng mũi và sức kháng bên của cọc như sau: + Khả năng chịu tải của mũi cọc: qm = Kc.Rp (3.42) Trong đó: Rp - Khả năng chống xuyên tại mũi cọc; Kc - Hệ số mang tải, phụ thuộc vào loại đất và loại cọc, tra theo bảng (3.14) + Khả năng bám trượt xung quanh: R pi f s = (3.43) α i fs được tính cho từng lớp i mà cọc xuyên qua tương ứng với sức chống xuyên mũi Rpi. α - Hệ số lấy theo bảng (3.14) Sức chịu tải cho phép của một cọc được xác định bằng cách lấy sức chịu tải giới hạn tính theo quy định trên chia cho hệ số an toàn Fs=2-3. Đà nẵng 9/2006 CHƯƠNG III TRANG 111
  41. Simpo PDFTrườ Mergeng ĐẠ Iand HỌC Split BÁCH Unregistered KHOA ĐÀ NẴ VersionNG - Nhóm chuyên môn CHĐ-Nền Móng Bộ môn Cơ sở kỹ thuật Xây dựng Bài giảng Nền và Móng Bảng 3.14: Hệ số Kc và α Loại đất Sức Hệ số Kc Hệ số α Giá trị cực đại qp(kPa) chống Cọc nhồi Cọc đóng Cọc nhồi Cọc đóng ở mũi Cọc Cọc Thành Thành Thành Thành Thành Thàn Thành Thành qc( ) nhồi đóng bê ống bê ống bê h ống bê ống (kPa) tông thép tông thép tông thép tông thép Đất loại sét 5000 0,45 0,55 60 120 60 120 (80) (80) (80) 35 đến rất cứng 35 35 35 Cát chảy 0-2500 0,4 0,5 (60) 120 (60) (120) 35 35 35 35 120 80 60 Cát chặt vừa 2500- 0,4 0,5 (100) (200) 1000 (200) (120) (80) (120) 80 10000 180 180 250 80 35 80 Cát chặt đến rất >10000 0,3 0,4 150 (300) 150 (300) (150) (120) (150) 120 chặt 200 200 120 80 120 Đá phấn, mềm >5000 0,2 0,3 100 120 100 120 35 35 35 35 Đá phong hóa, >5000 0,2 0,4 60 80 60 80 (150) (120) (150) 120 mảnh vụn 120 80 120 Ghi chú : Cần hết sức thận trọng khi lấy giá trị ma sát bên của cọc trong sét mềm và bùn vì khi tác dụng một tải trọng nhỏ lên nó, hoặc ngay cả tải trọng bản thân, cũng làm cho loại đất này lún và tạo ra ma sát âm. Các giá trị trong ngoặc có thể sử dụng khi: - Đối với cọc, thành hố được giữ tốt, khi thi công không gây phá hoại thành hố và bê tông đạt chất lượng cao; - Đối với cọc đóng có tác dụng làm chặt đất khi đóng cọc. * Giá trị sức chống xuyên ở mũi tương ứng với mũi côn đơn giản Bảng 3.15: Tương quan giữa qc và ϕ 5 qc (10 Pa) ϕ (độ) ở độ sâu 2m ≥5m 10 28 26 20 30 28 40 32 30 70 34 32 120 36 34 200 38 36 300 40 38 * Tương quan giữa sức chống xuyên qc và sức chống cắt không thoát nước của đất dính, cu, xác định theo công thức : q − σ c = c v (3.44) u 15 Trong đó σ v là áp lực thẳng đứng do tải trọng bản thân của đất nền. Đà nẵng 9/2006 CHƯƠNG III TRANG 112
  42. Simpo PDFTrườ Mergeng ĐẠ Iand HỌC Split BÁCH Unregistered KHOA ĐÀ NẴ VersionNG - Nhóm chuyên môn CHĐ-Nền Móng Bộ môn Cơ sở kỹ thuật Xây dựng Bài giảng Nền và Móng Ví dụ III-7 : Dự báo sức chịu tải theo đất nền của cọc BTCT tiết diện 30x30cm, dài 16m được thi công theo phương pháp ép xuống nền đất có địa tầng gồm 4 lớp như sau + Lớp 1: Á cát dẻo dày 4m: sức kháng 2 1m mũi xuyên qc = 18kG/cm + Lớp 2: Sét, dẻo mềm dày 5m: sức qc=18kG/cm2=1800kPa 2 4m kháng mũi xuyên qc = 6kG/cm + Lớp 3: Á sét, dẻo cứng dày 5m: sức 2 kháng mũi xuyên qc = 13kG/cm + Lớp 2: Cát hạt trung, chặt vừa: sức 5m qc=6kG/cm2=600kPa 2 kháng mũi xuyên qc = 40kG/cm Giải : Theo kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh, ta xác qc=13kG/cm2=1300kPa định được chiều dài của cọc qua các lớp đất 5m và các giá trị τi và Rn như sau : q c1 1800 l1 =3m, α1=30, τ1 = = = 60kPa 3m α1 30 qc=40kG/cm2=4000kPa q c2 600 l2 =5m, α2=30, τ = = = 20kPa 2 α 30 2 Hình 3.34 q c3 1300 l3 =5m, α3=60, τ3 = = = 21,6kPa α3 60 q c4 4000 l4 =3m, α4=100, τ4 = = = 40kPa α 4 100 Tại mũi cọc Kc = 0,5 ⇒ Rn =Kc.qc = 0,5.4000=2000kPa Sức chịu tải giới hạn của cọc : Pgh = 1,2(3.60 + 5.20 + 5.21,6 + 3.40) + 0,09.2000 = 789,6kN (=78,96T) Sức chịu tải cho phép của cọc : Q Q 609 180 [P] = s + m = + = 478kN(= 47,8T) Fs1 Fs2 1,5 2,5 Trong đó : Fs1 =1,5 là hệ số an toàn đối với ma sát xung quanh Fs2 =2,5 là hệ số an toàn đối với sức chống mũi. 5.2. Xác định sức chịu tải của cọc theo phương ngang trục Về nguyên tắc, việc xác định sức chịu tải của cọc cũng có thể theo ba phương pháp: Lý thuyết, thực nghiệm và theo kinh nghiệm. Tuy nhiên việc xác định tính toán tải trọng ngang tác dụng lên cọc thường rất phức tạp. Hiện nay chưa có công thức nào để xác định chính xác tải trọng ngang tác dụng lên cọc khi biết kích thước cọc và điều kiện địa chất. Việc tính toán tải trọng ngang chủ yếu dựa vào kinh nghiệm hoặc phải xác định qua thí nghiệm hiện trường. Theo kinh nghiệm, tải trọng ngang của cọc được xác định theo công thức: tb H ng = m.H ng (3.45) tb Trong đó: H ng - Sức chịu tải trọng ngang trung bình của cọc; m - Hệ số điều kiện làm việc, phụ thuộc vào số lượng cọc trong móng n: Đà nẵng 9/2006 CHƯƠNG III TRANG 113
  43. Simpo PDFTrườ Mergeng ĐẠ Iand HỌC Split BÁCH Unregistered KHOA ĐÀ NẴ VersionNG - Nhóm chuyên môn CHĐ-Nền Móng Bộ môn Cơ sở kỹ thuật Xây dựng Bài giảng Nền và Móng n = 1 - 5 m = 0,85 n = 6 - 10 m = 0,90 n = > 11 m = 1,00 Hng - Sức chịu tải trọng ngang của cọc ứng với trị số chuyển vị ngang của đỉnh cọc ∆ng, được xác định theo nhiệm vụ thiết kế. Khi không có số liệu thí nghiệm thì trị số Hng có thể lấy theo bảng sau: Ứng với ∆ng = 1; khi ∆ng 1 thì Hng lấy theo thí nghiệm tải trọng tĩnh với tải trọng ngang. Bảng 3.16: Bảng tra trị số Hng Loại đất từ đáy đài đến độ Độ ngàm sâu Trị số Hng sâu có trị số kd của cọc Tiết diện cọc BTCT Cọc tròn có đường kính Cọc Cọc 30x30 35x35 40x40 28 30 32 BTCT gỗ 1. Đất cát chặt vừa, á cát 6d 4,5d 6,00 7,00 8,00 2,60 2,80 2,80 dẻo cứng 2. Đất rời, cát bụi, á cát dẻo. á sét, sét dẻo mềm. 7d 5d 2,50 3,0 3,5 1,4 1,5 1,6 3. Á sét, sét dẻo nhão 8d 6d 1,0 1,0 2,0 0,5 0,5 0,6 Điều kiện kiểm tra: tb H ≤ H ng (3.16) Với H tải trọng ngang của công trình truyền lên cọc Q H = ∑ (3.47) n ∑Q -Tổng tải trọng ngang tác dụng lên móng cọc n - Số lượng cọc trong móng Đà nẵng 9/2006 CHƯƠNG III TRANG 114
  44. Simpo PDFTrườ Mergeng ĐẠ Iand HỌC Split BÁCH Unregistered KHOA ĐÀ NẴ VersionNG - Nhóm chuyên môn CHĐ-Nền Móng Bộ môn Cơ sở kỹ thuật Xây dựng Bài giảng Nền và Móng ß6. THIẾT KẾ MÓNG CỌC ĐÀI THẤP 6.1. Các giả thiết khi tính toán móng cọc đài thấp Việc tính toán, thiết kế móng cọc đài thấp dựa trên cơ sở các giả thuyết như sau: 1. Đối với móng cọc đài thấp, tải trọng ngang hoàn toàn do đất từ đáy đài trở lên tiếp nhận. Do vậy, điều kiện để tính toán theo sơ đồ móng cọc đài thấp là: h ≥ 0,7h min (3.48) Trong đó: h- độ chôn sâu của đáy đài; 2H ⎛ 0 ϕ ⎞ ∑ h min = tg⎜45 − ⎟ (3.49) ⎝ 2 ⎠ γ.h Với ϕ,γ - góc nội ma sát và dung trọng của đất từ đáy đài trở lên. ∑H - tổng tải trọng nằm ngang; b - cạnh đáy đài theo phương thẳng góc với tổng lực ngang ∑H . 2. Sức chịu tải của cọc trong móng được xác định như đối với cọc đơn riêng rẽ, không kể đến ảnh hưởng của nhóm cọc. 3. Tải trọng công trình truyền qua đài cọc, chỉ truyền lên các cọc chứ không trực tiếp truyền lên phần đất giữa các cọc tại mặt tiếp giáp với đài cọc hay nói cách khác là đất tại mặt tiếp giáp với đài không trực tiếp làm việc. 4. Khi kiểm tra cường độ của nền đất và khi định độ lún của móng cọc thì người ta xem móng cọc như là một móng khối qui ước bao gồm cọc, đài cọc và phần đất giữa các cọc. 5. Vì việc tính toán móng khối quy ước giống như tính toán móng nông trên nền thiên nhiên nên trị số mômen của tải trọng ngoài tại đáy móng khối quy ước được lấy giảm đi một cách gần đúng bằng trị số mô men của tải trọng ngoài so với cao trình đáy đài. 6. Đài cọc xem như tuyệt đối cứng, cọc và đài cọc xem như liên kết ngàm cứng với nhau. 6.2. Chọn vật liệu làm cọc và đài cọc Chọn vật liệu làm cọc phải đảm bảo để khi thiết kế có thể chịu được các giá trị nội lực sinh ra trong quá trình cẩu, vận chuyển lắp dựng, thi công hạ cọc và chịu tải với hệ số an toàn hợp lý. 6.2.1. Bê tông Những yêu cầu về Bê tông cọc được lấy theo các tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông hiện hành, bê tông cọc cần được thiết kế chống được các tác nhân ăn mòn có trong nền đất. Dựa trên điều kiện làm việc của cọc, mác tối thiểu cho bê tông cọc có thể lấy như sau: (TCxD 205-1998). + Cọc hạ trong điều kiện bình thường, dễ đóng: M ≥ 250 + Cọc phải đóng đến độ chối rất nhỏ: M ≥ 400. 6.2.2. Cốt thép Cốt thép cọc phải thoã mãn các điều kiện quy định về chất lượng cốt thép để có thể chịu được nội lực phát sinh khi bốc dỡ, vận chuyển thi công và nội lực do công trình truyền vào cọc. Đà nẵng 9/2006 CHƯƠNG III TRANG 115
  45. Simpo PDFTrườ Mergeng ĐẠ Iand HỌC Split BÁCH Unregistered KHOA ĐÀ NẴ VersionNG - Nhóm chuyên môn CHĐ-Nền Móng Bộ môn Cơ sở kỹ thuật Xây dựng Bài giảng Nền và Móng Cốt thép chủ cần kéo dài suốt chiều dài cọc. Trường hợp cốt thép cần phải nối thì phải đúng quy định về nối cốt thép. Trong trường hợp cần tăng khả năng chịu mo men, thép cần được tăng cường ở đầu cọc (thường là cọc nhồi, móng cọc đài cao), nhưng cần bố trí sao cho sự gián đoạn đột ngột của cốt thép không gây ra nứt cọc khi đóng. Cốt thép được xác định theo tính toán, hàm lượng thép không nhỏ hơn 0,8 %, đường kính không nhỏ hơn φ14 . Đối với nhà cao tầng hàm lượng cốt thép dọc trong cọc có thể đến 1÷1,2%. Cốt thép đai có vai trò chịu ứng suất nay sinh trong quá trình đóng cọc trong khoảng 2 ÷ 3d tại hai đầu cọc hàm lượng cốt đai ≥ 6%, trong phần thân cọc hàm lượng cốt đai ≥ 2%. Cốt thép đai có thể sử dụng φ6 ÷ φ8 , dạng móc, đai kín hoặc xoắn. Với đài cọc, bê tông M ≥ 200, cốt thép có thể AI, AII, bố trí theo tính toán. 6.3. Chọn kích thước cọc, đài cọc 6.3.1. Chọn kích thước cọc Việc lựa chọn kích thước tiết diện ngang của cọc, chiều dài của cọc phụ thuộc vào tải trọng công trình, tính chất tải trọng và điều kiện địa chất nơi xây dựng công trình và khả năng thi công. (Ví dụ cọc thiết kế đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật tuy nhiên sức chịu tải quá lớn, công trình trong thành phố không thi công bằng phương pháp đóng cọc được, năng lực máy ép không đủ để ép cọc xuống độ sâu thiết kế, vậy là chưa hợp lý). Chọn kích thước của cọc đóng có thể lấy các loại tiết diện và kích thước tiết diện, chiều dài như ở mục (2.2) của chương này. Việc chọn lựa kích thước và chiều dài của cọc khoan nhồi đối với các công trình cầu thì cần xem xét chặt chẽ hơn đến tải trọng công trình, điều kiện địa chất và khả năng thi công để lựa chọn hợp lý. 6.3.2. Chọn kích thước đài cọc Chiều cao của đài cọc xác định bằng tính toán, nhưng không nhỏ hơn 0,5m (với đài cọc công trình dân dụng). Và phải đảm bảo điều kiện đủ chiều cao đề ngàm cọc hoặc cốt thép râu tôm của cọc ngàm vào móng. - Với công trình xây dựng dân dụng, công nghiệp, chiều cao đài từ 0,6 ÷1m . - Với công trình cầu đường, chiều cao đài thường từ 1,5÷ 2,5m . - Kích thước đáy đài phụ thuộc vào số lượng cọc cần thiết để bố trí và cách bố trí cọc trong móng. Thông thường việc chọn kích thước đáy đài sao cho phù hợp để bố trí cọc đồng thời tiết kiệm vật liệu nhất. 6.4. Xác định sức chịu tải của cọc đơn 6.5.Xác định số lượng cọc và bố trí cọc trong móng 6.5.1. Xác định số lượng cọc Số lượng cọc trong móng được tính toán theo công thức sau: N tt n = β ∑ (3.50) Pđn Trong đó : ∑ N tt tổng tải trọng tính toán tại đáy đài. Đà nẵng 9/2006 CHƯƠNG III TRANG 116
  46. Simpo PDFTrườ Mergeng ĐẠ Iand HỌC Split BÁCH Unregistered KHOA ĐÀ NẴ VersionNG - Nhóm chuyên môn CHĐ-Nền Móng Bộ môn Cơ sở kỹ thuật Xây dựng Bài giảng Nền và Móng Pđn - sức chịu tải tính toán theo đất nền β - Hệ số kinh nghiệm, kể đến ảnh hưởng của momen, tải trọng ngang và số lượng cọc trong đài. Thông thường β =1 ÷1,5 với móng cọc đài thấp, β =1,6 với móng cọc đài cao, trường hợp với móng cọc cầu treo, cầu dây văng thì momen và tải trọng ngang rất lớn nên trị số β có thể lấy cao hơn. 6.5.2. Bố trí cọc trong móng Sau khi sơ bộ xác định số lượng cọc thì tiến hành bố trí cọc trong móng. Khi bố trí cọc trong móng phải đảm bảo hai yêu cầu chính là thi công dễ dàng và chịu lực tốt. Về mặt thi công, phải đảm bảo khoảng cách giữa các cọc cần được lựa chọn sao cho 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 hạ cọc đến độ sâu thiết kế mà không làm hư hỏng cọc khác và công trình lân cận. Khoảng cách giữa hai cọc kề nhau được lấy như sau: - Khi cọc thẳng đứng : + Cọc chống không nhỏ hơn 3d (d - đường kính cọc). + Cọc chống không nhỏ hơn 2d. + Cọc có mở rộng đáy không nhỏ hơn 1,5 lần đường kính mở rộng d hoặc d+1m (d>2m). - Khi cọc xiên : + Tại mặt phẳng đáy đài không được nhỏ hơn 1,5d. + Tại mặt phẳng mũi cọc không được nhỏ hơn 3d. Nếu không đảm bảo các khoảng cách trên thì không thể hạ cọc đến độ sâu thiết kế. Tuy nhiên khoảng cách giữa hai trụ cọc cũng không vượt quá trị số 6d để giảm bớt khối lượng đào đất và vật liệu đài cọc. Về phương diện chịu lực thì tuỳ tình hình cụ thể của địa chất, tải trọng mà bố trí cọc cho thích hợp. Trường hợp chỉ có tải trọng thẳng đứng tác dụng thì bố trí cọc thắng đứng và cách đều nhau. Trường hợp tải trọng ngang và momen lớn thì phải tăng độ cứng ngang của móng bằng cách bố trí cọc xiên, có thể xiên một chiều (hoặc độ xiên từ 1:5 ; 1:7; 1:10) hoặc kết hợp cả cọc đứng và cọc xiên. Việc thi công cọc xiên thường khó khăn nếu momen và lực ngang không đều thì nên bố trí cọc thẳng đứng. Bäú trê coüc thàóng Bäú trê coüc xiãn 1 phæång Bäú trê coüc xiãn 2 phæång Bäú trê kãút håüp Hình 3.35: Bố trí cọc trên mặt đứng Đà nẵng 9/2006 CHƯƠNG III TRANG 117
  47. Simpo PDFTrườ Mergeng ĐẠ Iand HỌC Split BÁCH Unregistered KHOA ĐÀ NẴ VersionNG - Nhóm chuyên môn CHĐ-Nền Móng Bộ môn Cơ sở kỹ thuật Xây dựng Bài giảng Nền và Móng Khi bố trí cọc trên mặt bằng nên bố trí cọc đều nhau để dễ thi công, có thể bố trí theo hình ô chữ nhật hoặc bố trí dạng hình hoa mai. Trường hợp móng lệch tâm lớn có thể bố trí cọc dày hơn về phía lệch tâm. Lúc này số hàng cọc khoảng cách vẫn đều nhau, số cọc trong mỗi hàng khoảng cách không đều nhau. 3d 3d a a a a c c a1 a1 a1 a2 a2 Hình 3.36: Bố trí cọc trên mặt đứng Bố trí cọc khi móng hình vành khuyên và móng hình tròn. Hình 3.37: Bố trí cọc khi móng hình vành khuyên hoặc hình tròn 6.6. Kiểm tra tải trọng tác dụng lên cọc M 6.6.1. Trường hợp móng chỉ có cọc thẳng đứng Q N Trong trường hợp này, nếu móng chỉ chịu tải trọng đúng tâm thì không cần kiểm tra. Nếu số lượng cọc xác định theo công thức (3.50). Khi móng chịu tải lệch tâm sẽ xảy ra hiện tượng một số cọc trong móng chịu tải trọng lớn và một số khác chịu tải trọng bé, đôi khi có cọc chịu kéo. Nên thiết kế y để tất cả các cọc đều chịu nén. Việc kiểm tra tải trọng tác dụng lên cọc tiến hành 1 2 như sau : y max n x - Đối với cọc chịu nén : P0 < Pđn (3.51) y min k 3 4 - Đối với cọc chịu kéo : P0 < Pđn (3.52) P max , P min Trong đó: 0 0 tải trọng tác dụng lên cọc chịu nén xk xn nhiều nhất và chịu kéo nhiều nhất. Hình 3.38 Đà nẵng 9/2006 CHƯƠNG III TRANG 118
  48. Simpo PDFTrườ Mergeng ĐẠ Iand HỌC Split BÁCH Unregistered KHOA ĐÀ NẴ VersionNG - Nhóm chuyên môn CHĐ-Nền Móng Bộ môn Cơ sở kỹ thuật Xây dựng Bài giảng Nền và Móng n k Pđn , Pđn - Sức chịu tải tính toán theo đất nền của cọc chịu nén và chịu kéo. max min Các trị số P0 và P0 xác định như sau : tt n max ∑ N M.x max P0 = + n (3.53) n 2 ∑x i 1 N tt k min ∑ M.xmax P0 = − n (3.54) n 2 ∑ xi 1 Trong đó : ∑ N tt - tổng tải trọng thẳng đứng tính toán tại đáy đài; n- số lượng cọc trong móng; M- tổng momen của tải trọng ngoài so với trục đi qua trọng tâm của các tiết diện cọc tại đáy đài; n k x max , xmax - khoảng cách từ trọng tâm cọc chịu nén nhiều nhất (2,3) và cọc chịu kéo nhiều nhất (1,2) đến trục đó; xi - khoảng cách từ tâm cọc thứ i đến trục đó. * Kiểm tra tải trọng ngang tác dụng lên cọc Theo quy phạm về móng cọc, việc kiểm tra móng cọc đài thấp chịu tải trọng ngang tiến hành như sau : H0 < H ng (3.55) Trong đó : H0 - lực ngang tác dụng lên mỗi cọc, người ta giả thuyết tải trọng ngang phân bổ đều lên tất cả các cọc trong móng. H H = ∑ (3.56) 0 n Trong đó: ∑H - tổng lực ngang tác dụng lên móng cọc tại đáy đài. Hng - sức chịu tải trọng ngang tính toán của mỗi cọc, xác định như ở mục (5.2). 6.6.2. Trường hợp móng có cọc xiên. max max Việc kiểm tra tải trọng tác dụng lên cọc Po Po xiên được tiến hành như sau : 'min 'max n Po P0 ≤ Pđn (3.57) P 'min ≤ P k (3.58) β β 0 đn H max min Trong đó: P ,P - tải trọng nén lớn H 0 0 α α nhất và kéo lớn nhất tác dụng theo phương dọc trục cọc, xác định theo công thức sau đây. 'max Po cos()β −α P max = .P max (3.59) Hình 3.39 0 cos β 0 cos()α + β Pmin = .Pmin (3.60) 0 cos β 0 Đà nẵng 9/2006 CHƯƠNG III TRANG 119
  49. Simpo PDFTrườ Mergeng ĐẠ Iand HỌC Split BÁCH Unregistered KHOA ĐÀ NẴ VersionNG - Nhóm chuyên môn CHĐ-Nền Móng Bộ môn Cơ sở kỹ thuật Xây dựng Bài giảng Nền và Móng Với : β - góc giữa lực thẳng đứng tác dụng lên cọc đang xét với tổng hợp lực giữa nó và lực ngang H tác dụng lên cọc đó, với H được xác định theo (3.56). α − goïc nghiêng giữa trục cọc và trục thẳng đứng. M Q max min N P0 ,P0 xác định tương tự (3.53) và (3.54). Ví dụ III-8: Xác định tải trọng lớn nhất tác dụng lên 2m cọc trong móng cọc đài thấp được thiết kế tiếp nhận tải 1, trọng tác dụng tại mặt đỉnh móng: N=250T, M=15Tm, Q=10T. Biết số cọc là n=12cọc tiết diện 30x30cm, bố trí như hình vẽ bên: 3,60 Giải: 0,3 1,0 1,0 1,0 0,3 Tải trọng do trọng lượng bản thân đài cọc và đất Y đắp trên đài: 0,3 0 G=(3,6.2,6.1,2).2,0=22,464T 1, 0 X 6 max 250 + 22,464 (12 +10.1,2).1,5 2, P = + 2 2 = 25,1T 12 2.3.(0,5 +1,5 ) 1,0 3 min 250 + 22,464 (12 +10.1,2).1,5 0, P = − 2 2 = 20,3T 12 2.3.(0,5 +1,5 ) Hình 3.40 6.7. Kiểm tra cường độ nền đất tại mặt phẳng mũi cọc Để kiểm tra cường độ nền đất tại mặt phẳng mũi cọc, người ta coi cọc, đài cọc và phần đất giữa các cọc là một móng khối qui ước như hình vẽ. Móng khối này có chiều sâu đáy móng từ mặt đất đến mặt αα phẳng đi qua mũi cọc (hình 3.41). Diện tích của móng khối qui ước. L Fqu = ()A1 + 2Ltgα (B1 + 2Ltgα) (3.61) Trong đó : A1, B1 - Khoảng cách từ mép hai hàng cọc ngoài cùng đối diện nhau theo hai phía; L- Chiều dài cọc, tính từ đáy đài đến mũi cọc; B1 α − góc mở rộng so với trục thẳng đứng kể từ mép ngoài hàng cọc ngoài cùng: α ϕ tb α = (3.62) A1 4 Với: ϕtb - trị số trung bình của góc ma sát trong Aqu=A1+2Ltg tiêu chuẩn của đất. ϕ l ϕ = ∑ i i (3.63) tb Bqu=B1+2Ltgα ∑ li ϕi - góc nội ma sát lớp đất thứ i; Hình 3.41 Đà nẵng 9/2006 CHƯƠNG III TRANG 120
  50. Simpo PDFTrườ Mergeng ĐẠ Iand HỌC Split BÁCH Unregistered KHOA ĐÀ NẴ VersionNG - Nhóm chuyên môn CHĐ-Nền Móng Bộ môn Cơ sở kỹ thuật Xây dựng Bài giảng Nền và Móng li - chiều dày lớp đất thứ i; Trường hợp cọc xiên thì nếu α lớn hơn góc nghiêng của cọc thì lấy như trên, nếu α nhỏ hơn góc nghiêng của cọc thì lấy α = αi (αi góc nghiêng của cọc). Sau khi xác định được kích thước móng khối qui ước thì kiểm tra nền đất ở mũi cọc thực hiện như với móng nông. - Trường hợp tải trọng đúng tâm N σ = â ≤ R (3.64) Fâq - Trường hợp tải trọng lệch tâm σmax < 1,2R (3.65) σ + σ σ = max min ≤ R (3.66) TB 2 đ Trong đó: N - Tổng tải trọng thẳng đứng tại đáy móng khối qui ước, bao gồm cả trọng lượng cọc, đài cọc và trọng lượng đất giữa các cọc; Fđq - Diện tích đáy móng khối qui ước; R – Cường độ tiêu chuẩn của đất nền tại đáy móng khối qui ước, phụ thuộc vào loại đất, trạng thái, và kích thước móng khối qui ước xác định theo TCXD 45-70 hoặc TCXD 45-78. Trị số σmax ,σmin xác định như sau : max Nâ M σmin = ± (3.67) Fâq Wâq Với : M - tổng momen của tải trọng ngoài so với trục trọng tâm đáy đài; Wđq - Momen chống uốn của tiết diện đáy móng khối qui ước. * Một số quy định khi xác định kích thước móng khối quy ước: + Trường hợp nền đất nhiều lớp, ranh giới móng khối quy ước xác định như sau: - Phía dưới là mặt phẳng AB đi qua mũi cọc; - Phía cạnh là các mặt phẳng AD cà BC đi qua mép ngoài cùng của hàng cọc biên thẳng đứng khoảng cách L.tg(ϕtb/4), còn khi có cọc nghiêng thì đi qua mép mũi của cọc nghiêng; - Phía trên là mặt đất CD; - Trị số ϕtb xác định theo công thức (3.63) (Hình 3.42a). + Trường hợp nền đồng nhất, kích thước của móng khối quy ước xác định như sau : - Chiều rộng và chiều dài của bản móng quy ước bằng các cạnh của nhóm cọc; - Chiều sâu đặt móng quy ước bằng 2/3 chiều dài cọc kể từ đáy đài; - Ứng suất phụ thêm do tải trọng công trình được giả thiết là truyền xuống các lớp đất bên dưới móng quy ước với góc mở bằng 30o (Hình 3.42b). + Trường hợp khi cọc xuyên qua lớp đất yếu và tựa vào lớp đất cứng: - Chiều rộng và chiều dài của bản móng quy ước bằng các cạnh của nhóm cọc; - Chiều sâu đặt móng quy ước bằng 2/3 chiều dài cọc ngàm trong lớp đất tốt kể từ bề mặt lớp đất trên; - Ứng suất phụ thêm do tải trọng công trình được giả thiết là truyền xuống các lớp đất bên dưới móng quy ước với góc mở bằng 30o. (Hình 3.42c); Đà nẵng 9/2006 CHƯƠNG III TRANG 121
  51. Simpo PDFTrườ Mergeng ĐẠ Iand HỌC Split BÁCH Unregistered KHOA ĐÀ NẴ VersionNG - Nhóm chuyên môn CHĐ-Nền Móng Bộ môn Cơ sở kỹ thuật Xây dựng Bài giảng Nền và Móng N N M M Q Q CDC D α=ϕtb/4 α=αi AAB B Hình 3.42a: Xác định kích thước móng khối quy ước trong trường hợp nền nhiều lớp N N M M Q Q Âáút yãúu 3 2L/ L L o α=30 o 1/3 α=30 2L Âáút cæïng L1 L/3 /3 L1 AquxBqu AquxBqu Hình 3.42b: Móng khối quy ước trong Hình 3.37c: Trường hợp cọc xuyên qua trường hợp nền đồng nhất lớp đất yếu và tựa vào lớp đất cứng 6.8. Tính toán độ lún của móng cọc Cũng như đối với các loại móng khác, khi thiết kế móng cọc phải bảo đảm đìều kiện sau đây: S ≤ [S] (3.68) Trong đó: S - độ lún của móng cọc; [S] - độ lún cho phép của công trình. Khi khoảng cách giữa các cọc trong móng nhỏ hơn 4d, để tính toán độ lún móng cọc người ta xem móng cọc như móng khối qui ước, việc tính toán độ lớn tiến hành theo các phương pháp đã nghiên cứu trong Cơ học đất. Đà nẵng 9/2006 CHƯƠNG III TRANG 122