công nghệ cọc franki

Móng cọc là một trong những loại móng được sử dụng rộng rãi nhất trong các công trình xây dựng. Nó có một lịch sử phát triển lâu đời. Cùng với những tiến bộ khoa học kỹ thuật nói chung, móng cọc ngày càng được cải tiến và hoàn thiện.Cọc Franki đã được biết đến và sử dụng rộng rãi trên thế giới. Đây là một dạng cọc đổ tại chỗ và mở rộng đáy, phương pháp thi công là phương pháp đóng cọc, do vậy nó có thể xuyên qua lớp đất cứng và đạt được chiều sâu lớn. Nhờ công nghệ nén vách bê tông khô, đất xung quanh cọc được cải thiện và do đó khả năng chịu tải của đất ban đầu cũng được tăng lên đáng kể.

bộ giáo dục và đào tạo Trờng Đại học xây dựng

Bùi hồng cờng

-*** -ứng dụng công nghệ cọc

franki trong điều kiện đất nền

hà nội

Chuyên ngành: Xây dựng dân dụng và công

nghiệp Mã số : Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Ngời hớng dẫn khoa học: PGS Lê kiều

Hà Nội - 2006

Lời cảm ơn

Xin chân thành cảm ơn thầy: PGS Lê Kiều, các Giáo s, Phó Giáo

s, Tiến sĩ, các thầy, cô trong khoa Đào tạo sau đại học Trờng Đại học Xây dựng - Hà Nội, các đồng nghiệp, bạn bè và ngời thân đã tận tình giúp đỡ tôi hoàn thành bản luận văn này !

I 1 Tổng quan 0

I 1 1 Định nghĩa về cọc Franki 0

I 1 2 Lịch sử phát triển cọc Franki 0

I 1 2 1 Trên thế giới 0

I 1 2 2 Trong nớc 0

I 1 3 Các vấn đề cần nghiên cứu về cọc Franki 0

I 1 4 Phạm vi – mục tiêu nghiên cứu 0

I 1 5 Phơng pháp nghiên cứu 0

I 2 Điều kiện áp dụng công nghệ cọc Franki 0

I 2 1 Sơ lợc về khả năng chịu lực của cọc Franki điển hình 0

I 2 1 Ưu điểm của cọc Franki 0

I 2 2 Hạn chế của công nghệ cọc Franki 0

I 3 Độ rung nghiên cứu độ rung của nền khi thi công cọc Franki 0

I 3 1 Sơ lợc nội dung bản báo cáo 0

I 3 2 Kết quả đo rung, so sánh với tiêu chuẩn cho phép 0

I 3 2 1 Đo mức độ rung của nền đất 0

I 3 2 2 Vùng nghiên cứu, đặc điểm địa chất 0

I 3 2 3 Phân tích, kết quả và thảo luận 0

I 3 2 4 Kết luận 0

I 4 Kết luận chơng 0

Chơng II - Cơ sở khoa học áp dụng cọc Franki 0

II 1 Nguyên lý tính toán sức chịu tải của cọc Franki 0

II 1 1 Sơ lợc về sự làm việc của cọc dới nền đất 0

II 1 2 Cơ sở lý thuyết tính toán cọc Franki 0

II 1 2 1 Tính toán cọc Franki thi công mở rộng đáy bằng búa đóng 0

II 1 2 2 Tính toán cọc Franki thi công mở rộng đáy bằng gầu đào và bằng phơng pháp phun phụt vữa áp lực cao 0

II 2 Điều kiện vật liệu, trang bị máy móc thi công cọc Franki 0

II 2 1 Vật liệu thi công cọc Franki 0

II 2 2 Trang bị máy móc thi công cọc Franki 0

II 3 Quy trình thi công cọc Franki 0

II 3 1 Quy trình thi công cọc Franki điển hình 0

II 3 2 An toàn khi thi công 0

II 3 3 Các phơng pháp mở rộng đáy cọc khác 0

II 3 3 1 Cọc Franki thi công mở rộng đáy bằng phơng pháp gầu đào 0

II 3 3 2 Cọc Franki thi công mở rộng đáy bằng phơng pháp phun phụt vữa áp lực cao 0

II 4 Phân loại cọc Franki, quy trình thi công, u nhợc điểm từng loại 0

II 4 1 Cọc Franki Composite Pile 0

II 4 2 Cọc Franki Excavated Pile 0

II 4 3 Cọc Franki Pile with casing topdriven 0

II 4 4 Cọc Franki VB Pile 0

II 4 5 Cọc Mini Franki Pile 0

II 4 6 Một số loại cọc mở rộng đáy khác 0

II 4 7 Cọc Franki Pile thi công trong khu vực có mặt bằng hạn chế 0

II 5 Kết luận chơng 0

Chơng III – tính toán sử dụng cọc franki cho nhà từ 12 tầng đến 24 tầng trong điều kiện đất nền hà nội 0

III 1 Giới thiệu chung về điều kiện đất nền Hà nội 0

III 1 1 Giới thiệu chung 0

III 1 1 1 Vị trí địa lý 0

III 1 1 2 Sơ lợc về địa hình Hà nội 0

III 1 1 3 Địa tầng của đất nền Hà nội 0

III 1 1 4 Đặc điểm địa chất thuỷ văn vùng Hà nội 0

III 1 2 Một số bảng biểu về điều kiện đất nền tại một số vùng tại Hà nội 0

III 1 3 Nhận xét 0

III 2 Mô tả về công trình dự kiến tính toán so sánh 0

III 2 1 Quy mô kiến trúc công trình 0

III 2 2 Giải pháp kết cấu và vật liệu sử dụng 0

III 3 Tải trọng và tác động 0

III 4 Kết quả tính toán và kết qủa nội lực 0

III 5 Bài toán tính toán thiết kế cọc Franki 0

III 5 1 Địa chất địa điểm xây dựng 0

III 5 2 Bài toán tính toán thiết kế cọc Franki điển hình D500 0

III 5 3 Bài toán tính toán thiết kế so sánh cọc khoan nhồi và cọc Franki 0

III 5 4 Bài toán tính toán thiết kế so sánh cọc đợc thi công mở rộng đáy

và cọc khoan nhồi không mở rộng đáy 0

III 6 Kết luận chơng 0

Chơng IV - Các kết luận và kiến nghị 0

IV.1 Kết luận 0

IV 2 Kiến nghị 0

IV 2 1 Về mặt lý thuyết 0

IV 2 2 Về mặt áp dụng thực tế 0

IV 2 3 Phạm vi áp dụng 0

IV 3 Hớng phát triển đề tài 0

Tài liệu tham khảo 0

Chơng Mở đầu

Móng cọc là một trong những loại móng đợc áp dụng rộng rãi nhất Nó đã có một lịch sử phát triển rất lâu đời Cùng với những tiến bộ về khoa học kỹ thuật nói chung, móng cọc ngày càng đợc cải tiến và hoàn thiện

Ngày nay, đi liền với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, sự phát triển của kỹ thuật thi công cọc làm sản sinh không ngừng các loại cọc mới, điều này càng mở ra cho việc thiết kế móng cọc nhà cao tầng, từ đó chúng ta có thể lựa chọn các loại cọc có tính năng kỹ thuật cao, lợi ích kinh tế cao

Hiện nay, ở nớc ta, đang áp dụng một biện pháp cải thiện khả năng chịu tải củacọc khoan nhồi, đó là phơng pháp thổi rửa đáy và bơm vữa áp lực cao (Bottomcleaning and grouting of pile), mở rộng đáy nhằm tăng cờng khả năng chịu tải củacọc đồng thời có thể áp dụng cho việc xử lý các sự cố, khuyết tật cọc khoan nhồi,cọc barrette

Ngoài biện pháp mở rộng đáy bằng phơng pháp phun phụt vữa áp lực cao trên,còn có các biện pháp mở rộng đáy khác áp dụng cho các dạng cọc khác nhau Mộttrong những dạng cọc đợc mở rộng đáy đặc trng là dạng cọc Franki

Cọc Franki đã đợc biết đến và sử dụng rộng rãi trên thế giới Dạng cọc này đã

đ-ợc phát triển vào những năm chuyển giao của thế kỷ bởi kỹ s Frankignoul, ngời Bỉ

Đây là một dạng cọc thi công đổ tại chổ, mở rộng đáy Phơng pháp thi công cọc làphơng pháp cọc đóng, do vậy nó có thể xuyên qua lớp đất cứng, đạt tới độ sâu lớn.Nhờ công nghệ nén vách bê tông khô, đất xung quanh đáy cọc đợc cải thiện và do

đó khả năng chịu tải ban đầu của đất cũng đợc tăng lên đáng kể

Đặc trng của cọc Franki là mở rộng đáy Đợc thi công đóng trong trục ống, dovậy, cọc đảm bảo khả năng chịu tải của vật liệu, bao gồm cờng độ của đất và khảnăng chịu tải của cọc đợc tăng lên nhiều so với các cọc tơng tự có cùng kích thớc

và độ sâu thiết kế

Hiện nay, Thành phố Hà nội đang đợc quy hoạch và mở rộng, thành phố hiện

đang đợc ví nh một công trờng xây dựng rộng lớn, các nhà cao tầng, chung c, vănphòng làm việc, đang đợc xây dựng rộng rãi Do vậy, việc nghiên cứu và ápdụng công nghệ thi công cọc mới nói chung và cọc Franki nói riêng trong điềukiện đất nền Hà nội là hợp lý, góp phần mở rộng các phơng án lựa chọn kết cấumóng cho các công trình, tuỳ theo từng địa điểm, quy mô và yêu cầu sử dụng

Cọc Franki đã đợc biết đến và sử dụng rộng rãi trên thế giới Dạng cọc này đã

đợc phát triển vào những năm chuyển giao của thế kỷ bởi kỹ s Frankignoul, ngời

Bỉ Tại Bắc Mỹ, hệ thống cọc Franki đợc biết đến nh là loại cọc phun áp suất đáycọc

Kể từ đó đến nay, Cọc Franki ngày càng đợc phát triển mạnh mẽ và áp dụngrộng rãi trên thế giới Tại các nớc phát triển nh Mỹ, Canada, Anh, Pháp,Australian…cọc Franki đợc sử dụng tại nhiều các dự án lớn và ngày càng pháttriển, đa dạng các loại cọc, thích hợp cho nhiều loại công trình với các quy mô, đặc

điểm và địa điểm xây dựng khác nhau Công nghệ máy xây dựng ở các nớc pháttriển đã sản xuất ra nhiều loại búa đóng cọc và các thiết bị khác, áp dụng cho côngnghệ thi công móng, cho phép các nhà xây dựng mở rộng công nghệ thi côngmóng cho những dự án có quy mô rộng lớn

Khu vực Đông Nam á, tại nớc Indonesia, FT Frankipile Indonesia đợc thànhlập vào ngày 8/11/1973 Vào năm 1975, với thiết bị chỉ là 1 bộ thiết bị Franki, mộtthiết bị khoan và 2 búa Diesel, FT Frankipile Indonesia đã thành công trong 7 dự

án, với tổng số các loại cọc thi công là 2400 cọc, tổng chiều dài thi công cọc lêntới 39.000m Trong những năm tiếp theo, Frankipiles càng trở nên thông dụng và

đợc sử dụng tại ngày càng nhiều thành phố không chỉ ở Jakarta mà xuyên suốtIndonesia nh thành phố Medan, Batam, Bandung, Semarang, Yogyakarta,Surabaya, Balikpapan, Manado, Denpasar, và các thành phố khác

Từ đó đến nay, FT Frankipile Indonesia đã ngày càng phát triển, ứng dụng thêmnhiều loại cọc mới, đáp ứng nhiều hơn các dự án khác nhau Theo bản tổng kếttháng 3 năm 2002, FT Frankipile Indonesia đã hoàn thành đợc 3474 dự án, thicông đợc 460.000 cọc, tổng chiều dài thi công cọc là 6.755.250m

I 1 2 2 Trong nớc:

Hiện nay, Cọc Franki cha đợc áp dụng phổ biến tại Việt Nam, đầu thập kỉ 70mới bắt đầu dùng cọc nhồi đờng kính φ40 - φ60cm kiểu Franki, không mở rộng

đáy, với trọng lợng búa 2-4 tấn ở nhà máy đóng tàu Hạ Long và hệ thống cầu trên

đờng Xuân Mai - Sơn Tây Gần đây, có một số công trình áp dụng một phần ứngdụng mở rộng đáy cọc khoan nhồi (VD: Công trình Trung tâm thơng mại EVERFORTUNE - 83B Lý Thờng Kiệt và Công trình Cao ốc văn phòng, căn hộ cao cấpA2 Ngọc Khánh - Số 1 Phạm Huy Thông - Hà Nội) và hiện nay tại TCXD205:1998 “ Móng cọc - Tiêu chuẩn thiết kế ” có đa ra hệ số tính toán cho cọc đợc

mở rộng đáy bằng phơng pháp nổ mìn và phơng pháp đổ bê tông dới nớc

Các tiêu chuẩn, biện pháp thi công, máy móc thiết bị chuyên dụng để thi côngcọc Franki hiện nay ở nớc ta cha đợc áp dụng cho các công trình xây dựng ở nớcta.

I 1 3 Các vấn đề cần nghiên cứu về cọc Franki:

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết tính toán, thiết kế cọc Franki

- Biện pháp thi công cọc Franki

I 1 4 Phạm vi – mục tiêu nghiên cứu:

- Nghiên cứu công nghệ thi công cọc Franki, áp dụng cọc Franki trong điềukiện đất nền Hà nội

I 1 5 Phơng pháp nghiên cứu:

- Phơng pháp thống kê kết hợp với phơng pháp nghiên cứu lý thuyết

I 2 Điều kiện áp dụng công nghệ cọc franki:

I 2 1 Sơ lợc về khả năng chịu lực của cọc Franki điển hình:

Tải trọng nén dọc trục của cọc thờng trong phạm vi từ 8 đến 10 Mpa ứng suấtnén dọc trục có thể tăng lên 16 Mpa khi đợc sử dụng cho những cọc sâu, nơi mà cóthành phần lực ma sát là đáng kể và những cọc đợc đóng trên nền địa tầng khá tốt.Lực nén của cọc đợc trình bày trong bảng sau:

Theo thống kê của Kozicki (1985) về các dự án áp dụng cọc Franki trên thế giới cho thấy dạng cọc này áp dụng thành công tại các

điều kiện đất nền khác nhau Qua thí nghiệm thử tải cho loại cọc này cho thấy cọc có thể chịu đợc tải trọng thiết kế với độ lún nhỏ.

Ví dụ: Công trình Khu liên hợp nhà ga hàng không Calgary, cọc dài 17ft (tơng ứng 5m), đờng kính cọc 50cm, mũi cọc đợc đặt trên nền đất sét cát cuội, lẫn bùn Cọc đợc thiết kế với tải trọng làm việc là 350 kips (1560 kN) Khi tải trọng thí nghiệm lên đến 944 kips (4200 kN), tổng độ lún của cọc đợc ghi lại là 0.59 in (14.7mm).

Dự án Outlook Manor tại Toronto, Canada, cọc dài 45 ft (14m), đờng kính cọc

16 in (40cm), mở rộng đáy, mũi cọc tựa trên nền đất cát chặt, đợc thiết kế với tảitrọng làm việc là 300 kips (1335 kN) Khi thí nghiệm với tải trọng 600 kips (2670kN) tơng ứng với 2 lần tải trọng làm việc, tổng độ lún của cọc ghi lại là 0.585 in(14.6mm)

Dự án Câu lạc bộ Vịnh Brickwell, Miami, Florida, cọc dài 27.5 ft (8.4m), đờngkính cọc là 175/8 in (440mm), mũi cọc tựa trên nền đất cát rời, lẫn đá vôi Cọc đợcthiết kế với tải trọng làm việc 300 kips (1335 kN) Khi thí nghiệm với tải trọng 600kips (2670 kN) tơng ứng với 2 lần tải trọng làm việc, tổng độ lún của cọc ghi lại là0.64 in (16mm)

Những thống kê trên cho thấy rằng cọc mở rộng đáy là một dạng cọc có khảnăng chịu lực cao, độ lún của cọc nhỏ.

I 2 2 Ưu điểm của cọc Franki:

- Đây là một dạng cọc có phạm vi ứng dụng rộng.

- Cọc đợc thi công trong ống, do vậy các vấn đề về nớc ngầm và sụp thành hố

là không đáng ngại

- Với công nghệ đóng mở rộng đáy đợc thi công tại đáy cọc, do vậy về độ ồn và

độ rung ở mức độ nhỏ Cọc Franki có độ ồn nhỏ nhất trong các loại cọc đóng thicông tại chỗ, do vậy nó thích hợp với những nơi mà tiếng ồn là một vấn đề môi tr-ờng quan tâm Độ rung của nền khi thi công cọc thờng xuyên đợc ghi nhận và nóluôn ở dới mức độ tiêu chuẩn cho phép

- Việc mở rộng đáy cọc làm tăng khả năng chịu tải của cọc và của đất nền Dovậy nó đem lại lợi ích kinh tế cao hơn so với các cọc khác tơng ứng có cùng kíchthớc và chiều sâu hạ cọc

- Do thi công bằng phơng pháp đóng ống, do vậy nó có thể xuyên qua lớp đấtcứng, đạt tới độ sâu theo yêu cầu và có thể thi công tại mọi điều kiện đất nền (cóthể đạt tới độ sâu >60m trong điều kiện thuận lợi)

- Cọc Franki có thể thi công theo phơng ngang, cọc neo, có thể mở rộng đáycọc tuỳ theo yêu cầu chịu lực đối với các tải trọng đặc biệt nh: tải trọng động đất,tải neo vách

- Cọc Franki có thể tổ hợp với các cấu kiện chế tạo trớc (cọc Franki tổ hợp)hoặc các cọc khác mở rộng đáy (VB pile hoặc cọc Franki khoan )

I 2 3 Hạn chế của công nghệ cọc Franki:

- Giá cả thiết bị đắt

- Khi thi công có độ rung của nền

Tuy nhiên, qua nghiên cứu về độ rung của nền đất khi thi công cọc đổ tại chỗ, mở rộng đáy của Mark B.Jaksa, Micheal C.Griffith (Khoa kỹ thuật xây dựng và môi trờng - Đại học Adelaide – Mỹ) và Roger W.Grounds (Đề tài Khoa học địa chất – ĐH Adelaide) đã thống kê đợc bảng số liệu về độ rung của nền đất khi thi công cọc mở rộng đáy đổ tại chỗ (cọc Franki) và cho kết luận rằng tại khoảng cách 15m tính từ tâm cọc, giá trị điểm vận tốc hạt cự đại cao nhất đo đợc nhỏ hơn ngỡng cho phép mà gây phá hoại công trình đã bị xuống cấp nghiêm trọng, có thể nhìn thấy bằng mắt thờng Nh vậy cho ta thấy thi công cọc Franki có độ rung nền nhỏ và độ ồn nhỏ.

I 3 Báo cáo nghiên cứu độ rung của nền khi thi công cọc Franki:

I 3 1 Sơ lợc nội dung bản báo cáo:

Mức độ rung của nền khi thi công cọc có mức độ liên quan lớn đến quá trình rút ống của cọc đóng Bản báo cáo này hiện tại đo mức độ rung của nền khi thi công cọc đổ tại chỗ, mở rộng đáy Dữ liệu đã đợc ghi lại bởi gia tốc kế đo giá trị gia tốc tại 3 hớng trực giao và tại khoảng cách khác nhau từ tâm cọc đóng Giá trị gia tốc đợc chuyển đổi sang giá trị điểm vận tốc hạt, hệ đo lờng chấp nhận rộng rãi về mức phá hoại nền do rung nền Điểm vận tốc hạt đợc so sánh với giá trị lớn nhất khuyến cáo và các thông số

đã đợc đa ra bởi các bản báo cáo khác và mức nhận thức của con ngời về độ rung của nền Giá trị vận tốc điểm hạt cực đại là 8.8mm/s đợc ghi lại khi thi công mở rộng đáy, tại khoảng cách là 3.5m tính từ tâm cọc Các dữ liệu ghi lại đợc này đã khuyến cáo rằng cọc thi công đổ tại chỗ, mở rộng đáy có thể đợc áp dụng thành công tại các môi trờng thành phố Giá trị đo đợc này tuy nhiên, là lĩnh vực đặc biệt và khi ứng dụng cần chú ý tới các điều kiện đất nền khác nhau

I 3 2 Kết quả đo rung, so sánh với tiêu chuẩn cho phép:

I 3 2 1 Đo mức độ rung của nền đất:

Nh đã nói ở trên, mục đích của bản báo cáo là ghi nhận, thảo luận và so sánh lợng đo đợc mức độ rung của nền khi thi công cọc đổ tại chỗ, mở rộng đáy cọc.

Ngời ta quy định tiêu chuẩn chấp nhận chung về giá trị phá hoại do rung của nền

đất và mức độ cảm nhận về rung của con ngời là Điểm vận tốc hạt cực đại “peak particle velocity” (Wiss 1981, Tchepak 1986, Tiêu chuẩn Australia 1993) Độ rung

của nền thờng đợc đo tại 3 phơng trực giao, thờng đợc hiểu theo nghĩa là gia tốctheo phơng đứng, phơng truyền và phơng dọc Điểm vận tốc hạt cực đại là giá trịvector tổng của 3 giá trị thành phần trên (Tiêu chuẩn Australia 1993, Amick vàGendreau 2000)

Một vài quốc gia và một số các tổ chức quốc tế đã đa ra khuyến cáo về điểmvận tốc hạt cực đại cho một số loại công trình khác nhau Amick và Gendreau(2000) đã tổng hợp lại theo bảng thống kê (Bảng 1) Trong đó, Wiss (1981) đã ghi

lại rằng, khi mức độ phá hoại công trình là quan trọng, thì đó là tỷ lệ về tiêu chuẩn

an toàn đợc đặt trớc mức độ phàn nàn, lo lắng của con ngời

Bảng 1.1: Tiêu chuẩn mức độ rung gây phá hoại công trình đặc trng

Ông ta đã cho rằng bản thân con ngời chính là bộ cảm biến về độ rung hoànhảo, nhng lại có mức độ đo lờng kém Wiss (1981) cho rằng, với sự rung truyềnhoặc rung do va chạm, ngỡng chấp nhận đợc của con ngời là 0.3mm/s, bắt đầu khóchịu là 7mm/s và rất khó chịu là xấp xỉ trên giá trị 25mm/s Trong hoàn cảnh này,Wiss (1981) đã ghi lại một đồ thị về độ rung của nền tại một số loại thiết bị thicông khác nhau, bao gồm cả các loại cọc đóng.

Biểu đồ 1.1: Mối liên hệ giữa mức độ rung của công trình và khoảng cách

nghiên cứu, đặc điểm địa chất:

Thông số về độ rung nền khi thi công cọc đổ tại chỗ, mở rộng đáy đợc ghi lại từquá trình thi công dự án Công trình Học viện Y khoa, To nh Công viên Khoa họcà àthú y, Dự án Đờng Frome, Adelaide Địa điểm xây dựng đợc đặt trong vùng đấtphù sa Torrens, nơi bao gồm cát, bụi phù sa trầm tích bồi đắp trên 1km khu thunglũng bị bồi đắp bởi dòng sông cổ Torrens (Selby và Lindsay 1982) Tiến hànhkhoan khảo sát bởi Đề tài khoa học địa chất (2000) nhận thấy 2 dạng thành phầnchính trên chiều sâu khoan 14,5m Bao gồm:

- Lớp 1: Phía trên lớp đất phù sa, bao gồm các lớp đất sau: lớp sét lẫn cát yếu,sét bùn và cát Chiều sâu lớp xấp xỉ đạt khoảng 10,5m

- Lớp 2: Phía dới lớp đất phù sa, bao gồm cát sỏi với một vài lớp xen kẹp Thínghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT) cho biết trạng thái đất từ chặt cho tới rất chặt trongcùng 1 vị trí Chiều sâu lớp cha xác định đợc với mũi khoan sâu 14,5m

Tại vùng này, Phù sa Tertiary của sự hình thành điểm trắng và Cát vùng NamMaslin thờng nằm dới lớp phù sa Torrens (Selby và Lindsay 1982) Mức nớc ngầm

đợc điều tra đạt xấp xỉ ở độ sâu 4,5m dới bề mặt nền đất

Quá trình thi công cọc đổ tại chỗ, mở rộng đáy cọc đợc đóng cho tới khi ống

đạt tới lớp cát cuội (lớp 2) Cọc đợc mở rộng đáy tại lớp này Thiết bị đóng cọcdùng búa 3.5 tấn, với 10m rơi và dài 10,8m, đờng kính ống là 500mm

Độ rung của nền đã đợc đo theo phơng thẳng đứng, phơng truyền và phơng dọcbởi 3 gia tốc kế đợc lắp đặt trên một nền tấm cứng và đợc đặt trên bề mặt nền.Thông số đạt đợc tại một ví dụ, tần số 1kHz và 2 cực 11Hz, bộ lọc truyền thấp đợc

sử dụng để lọc những tần số tiếng ồn cao, đặc biệt là tiếng ồn giao thông

Klopp và Griffith (1993) đã ghi lại tổng hợp những đặc trng động về một vàicấu kiện đợc đúc không gia cố, những cấu kiện mà ảnh hởng nhất bởi độ rung củanền do quá trình thi công cọc gây nên Phần lớn các cấu kiện thử nghiệm có tần số

tự nhiên đặc trng trong phạm vi từ tần số từ 3 đến 7Hz Đặt khoảng bộ lọc là 11Hz,

và đợc đa vào vị trí thích hợp Tuy nhiên, có thể độ rung tần số cao (trong phạm vi

từ 10 đến 50Hz) có thể là nguyên nhân gây phá hoại, nếu quá trình ghi nằm đủtrong biên độ Quá trình đo lờng độ rung của nền đợc thu lại tại khoảng cáchngang từ 3.5, 7, 15 và 30m tính từ tâm cọc đóng Tại mỗi khoảng cách đo lờng, độrung đợc đo suốt quá trình thi công cọc cho đến khi hoàn thành cọc, từ khi đóngcọc cho tới khi thi công mở rộng đáy cọc

I 3 2 3 Phân tích, kết quả và thảo luận:

Vận tốc hạt đã đợc tính toán bởi quá trình tập hợp giá trị đo lờng gia tốc tạinhững thời điểm quan trọng Các thông số đặc trng về vận tốc điểm hạt cực đại đợc

đa ra từ biểu đồ 1.2 đến biểu đồ 1.5 nh sau:

Biểu đồ 1.2: Ghi nhận vận tốc điểm hạt cực đại đặc trng - phơng đứng (đã lọc)

Biểu đồ 1.3: Ghi nhận vận tốc điểm hạt cực đại đặc trng-phơng truyền (đã lọc) Biểu đồ 1.4: Ghi nhận vận tốc điểm hạt cực đại đặc trng-phơng ngang (đã lọc)

Biểu đồ 1.5: Tổng hợp ghi nhận vận tốc điểm hạt cực đại (đã lọc)

Những kết quả đo lờng hoàn thành về độ rung của nền, trong giới hạn của vậntốc hạt cực đại đối với chiều sâu đáy ống đóng cọc và khoảng cách phía sau tính từtâm cọc, đợc biểu thị từ biểu đồ 1.6 đến biểu đồ 1.7

Nh các biểu đồ trên cho thấy giá trị đo lờng điểm vận tốc hạt cực đại lớn nhất là8.8mm/s và đợc tổ hợp từ sự hình thành đáy mở rộng từ phía sau khoảng cách 3.5mtính từ chu vi của ống Trong trờng hợp này, Biểu đồ 1.6 và 1.7 thể hiện điểm vậntốc hạt cực đại lớn nhất giảm dần theo khoảng cách và nh đã mong đợi, tại mỗi

điểm khoảng cách, giá trị lớn nhất đo đợc đợc tổ hợp với quá trình mở rộng đáy

Biểu đồ 1.6:Vận tốc điểm hạt max đối với chiều sâu hạ đáy ống và khoảng cách

Biểu đồ 1.7: Mặt cắt dọc phơng ngang của phổ vận tốc hạt cực đại

So sánh với giá trị lớn nhất là 8.8mm/s với giá trị lớn nhất đã khuyến cáo (thểhiện ở bảng 1.1), cho thấy rằng quá trình đóng cọc mở rộng đáy chỉ ảnh hởng tớinhững công trình rất nhạy cảm nh các công trình lịch sử, các di tích cổ hay cáccông trình đã bị phá hoại hoặc đã cũ nát Trong khi phần lớn các giá trị đo đợc đềutrên ngỡng chấp nhận là 0.3mm/s (Wiss 1981), chỉ 3 phép đo, ghi lại ở khoảngcách 3.5m, và đợc cho là “ gây khó chịu”

Attewell và Farmer (1973) đã quan sát và ghi nhận lại rằng quá trình đóng cọcbao gồm cả những sóng nén phát sinh và truyền từ khu vực chân cọc và khu vực

mở rộng chân cọc Trong trờng hợp này, những sóng cắt dọc phát sinh từ lực ma sátthân cọc quanh một bề mặt hình nón Hình 1.8 thể hiện sự thay đổi của chuyển

động hạt với thời gian cho những thông số thể hiện trong hình 1.2 đến hình 1.5.Hình 1.8 cho thấy hiển nhiên rằng sự chuyển động phần lớn là chuyển động dọc,

nh sự mong đợi về cọc đóng ma sát (Kim và Lee 2000) Nh kết quả trên, nguồnrung có thể xem nh là một điểm nguồn phát sinh tạo sóng và khoảng cách truyền

có thể xấp xỉ giá trị khoảng cách ngang (Kim và Lee 2000)

Biểu đồ 1.8:Tổ hợp vị trí điểm hạt khi thi công cọc đóng mở rộng đáy (cọc Franki)

Biểu đồ 1.9: So sánh mức đo vận tốc điểm hạt cực đại

Biểu đồ 1.9 bổ sung cho Biểu đồ 1.6 từ thang Wiss (hình 1.1) Trong trờng hợpnày, Biểu đồ 1.9 bao gồm phía trên giới hạn bao của một số lợng lớn các giá trị đolờng độ rung của nền, liên quan tới cọc đóng, và đợc ghi lại bởi Tchepak (1986)

Nó có thể đợc thể hiện từ biểu đồ này rằng tất cả những giá trị đo lờng là trongnhững vùng lân cận, nhng vẽ biểu đồ dới, cả mối liên hệ về mối liên hệ cọc củaWiss, tốt hơn giới hạn bao trên của Tchepark

I 3 2 4 Kết luận:

Bản báo cáo này đã ghi nhận đợc giá trị đo lờng về độ rung khi thi công cọc đổtại chỗ, mở rộng đáy Thông số đợc ghi lại sử dụng gia tốc kế chính đo giá trị giatốc trên 3 phơng trực giao, và tại các khoảng cách biến thiên tính từ tâm cọc Giátrị đo vận tốc hạt tối đa lớn nhất này là tơng đồng với các thông số đã đợc báo cáobởi các đề tài khác và điểm vận tốc hạt tối đa lớn nhất là 8.8mm/s đợc tổ hợp lạivới sự phát triển của đáy mở rộng, tại một khoảng cách 3.5m tính từ cọc Điểm vậntốc hạt cực đại này có thể gây ra phá hoại tới các công trình lịch sử và các di tích

cổ, hay các công trình đã bị phá hoại hoặc trong tình trạng cũ nát Nh đã mong đợi,giá trị đo độ rung của nền giảm khi tăng khoảng cách tính từ cọc Tại khoảng cách15m, giá trị điểm vận tốc hạt đỉnh đợc ghi lại thấp hơn giá trị ngỡng mà có thể lànguyên nhân phá hoại tới công trình đã bị xuống cấp nghiêm trọng Thông số ghilại ở đây gợi ý rằng, cọc thi công tại chỗ, mở rộng đáy có thể đợc áp dụng thành

công tại môi trờng thành phố Giá trị đo lờng này, tuy nhiên, là những số liệu hiệntrờng và khi sử dụng cần chú ý tại những dạng đất nền khác nhau.

I 4 Kết luận chơng:

Từ những vấn đề đã đợc nêu ở trên cho thấy mỗi loại cọc đều có những unhợc điểm riêng của nó Việc áp dụng loại cọc nào tuỳ thuộc vào quy mô, đặc

điểm và vị trí xây dựng của công trình

Cùng với thực tế xây dựng tại Hà nội, ta thấy rằng cọc Franki là loại cọchoàn toàn có thể áp dụng tại Hà nội nói riêng và ở nớc ta nói chung Việc nghiêncứu và áp dụng công nghệ cọc Franki cho các công trình xây dựng theo điều kiện

đất nền Hà nội nói riêng và ở nớc ta nói chung là hợp lý và cần thiết

Chơng iI: cơ sở khoa học áp dụng cọc franki

II 1 Nguyên lý tính toán sức chịu tải của cọc Franki

II 1 1 Sơ lợc về sự làm việc của cọc dới nền đất:

Nh ta đã biết, tải trọng công trình đợc truyền xuống nền đất thông qua một bộ phận gọi là móng Móng là bộ phận kết cấu dới chân cột khung hoặc tờng, tiếp nhận tải trọng từ trên xuống và truyền tải xuống nền

Nền là bộ phận cuối cùng của công trình, tiếp nhận tải trọng công trình truyền qua móng Hình dạng và kích thớc của nền phụ thuộc vào loại đất làm nền, phụ thuộc vào loại móng và công trình bên trên

Móng cọc là dạng móng sâu, trong đó cọc là bộ phận chính có tác dụng truyền tải trọng từ công trình lên tầng đất dới mũi cọc (sức kháng đầu cọc) và các lớp đất xung quanh cọc (sức kháng bên của cọc) Đài cọc là bộ phận liên kết các cọc thànhmột khối Dựa theo cách truyền tải của cọc ta có thể phân ra dạng cọc chống, dạng cọc ma sát và dạng cọc chống + ma sát, dựa theo trạng thái chịu lực của cọc có thể phân ra dạng cọc nén, cọc kéo và cọc uốn

Cọc chống là dạng cọc mà mũi cọc tựa trên nền đất cứng, rắn chắc Toàn bộ tải trọng của công trình truyền thẳng vào mũi cọc và truyền xuống lớp đất này Dạng cọc này đợc gọi là cọc chống

Cọc ma sát là dạng cọc mà toàn bộ tải trọng của công trình truyền xuống cọc thông qua sức kháng bên (gồm ma sát bên và lực dính), là phản lực giữa đất xung quanh cọc với phần xung quanh cọc Dạng cọc này gọi là cọc ma sát

Móng cọc thờng đợc thiết kế cho cọc làm việc bao gồm cả sức kháng đầu cọc vàsức kháng ma sát thân cọc Nh vậy ta thấy rằng khi tăng cờng khả năng chịu lực chống hay lực ma sát của cọc thì sẽ làm tăng sức chịu tải của cọc, giảm số cọc bố trí trong đài cọc và kinh tế hơn khi thi công móng

Hình 2.1: Dạng cọc chống Hình 2.2: Dạng cọc ma sát

Về sự làm việc của cọc đơn và nhóm cọc thông qua việc nghiên cứu về trạng thái ứng suất trong đất do cọc đơn và nhóm cọc gây ra cho thấy rằng các cọc càng gần nhau thì ứng suất δz tại điểm trên trục cọc do cả nhóm cọc gây ra sẽ lớn hơn rấtnhiều so với ứng suất do mỗi cọc gây ra Vì vậy độ lún của nhóm cọc lớn hơn độ lún của cọc đơn Ngợc lại, nếu khoảng cách cọc đạt tới một trị số nhất định nào đó thì thực tế có thể coi nh sự làm việc của cọc đơn và của nhóm cọc không khác nhau Quy phạm hiện hành quy định với móng cọc, khoảng cách giữa các trục cọc khoảng từ 2,5D đến 6D (D: đờng kính cọc), với cọc đợc mở rộng đáy, khoảng cách yêu cầu là 1,5Dmr (Dmr: đờng kính mở rộng cọc) hoặc là không nhỏ hơn Dmr+1m (với cọc đờng kính mở rộng >2m)

II 1 2 Cơ sở lý thuyết tính toán cọc Franki:

Nh ta đã biết, khi thiết kế móng cọc, việc xác định sức chịu tải của cọc có ý nghĩa quan trọng nhất Cọc trong móng có thể bị phá hoại do bản thân cờng độ vật liệu hoặc do đất nền bị phá hoại Do đó, khi thiết kế cần thiết phải xác định hai giá

đất tốt

đất yếu

trị về sức chịu tải của cọc theo cờng độ vật liệu làm cọc và tính theo cờng độ đất nền So sánh hai giá trị trên, lựa chọn giá trị min dùng để tính toán và thiết kế nền móng.

Với cọc nhồi chịu nén, sức chịu tải của vật liệu làm cọc đợc tính theo công thức sau:

)

(m1m2 R bt F1 R ct F ct

P=ϕì + (2.1)

Trong đó Rbt - cờng độ tính toán của bê tông khi nén mẫu hình trụ;

Fbt - diện tích tiết diện ngang phần bê tông;

Rct - cờng độ tính toán của cốt thép;

Fct - diện tích tiết diện ngang cốt thép;

ϕ: Hệ số uốn dọc của cọc;

m1: Hệ số điều kiện làm việc, đối với cọc đợc đổ bê tông bằng ống dung dịch chuyển thẳng đứng trémie thì m1 = 0.85

m2: Hệ số điều kiện làm việc khi kể đến phơng pháp thi công

Sau đây ta sẽ giới thiệu một số phơng pháp tính toán giá trị sức chịu tải của cọc tính theo cờng độ đất nền:

II 1 2 1 Tính toán cọc Franki thi công mở rộng đáy bằng búa đóng

Nh đã nói ở phần trên, sức chịu tải của cọc bao gồm 2 thành phần: Sức kháng

đầu mũi cọc và sức kháng ma sát bên của cọc

* Xác định sức kháng mũi cọc cho phép théo công thức tính toán theo Nordlund, 1982:

Sức kháng mũi cọc cho phép, (Qp)all đợc định tính từ công thức kinh nghiệm nh sau:

H W

all p

3 / 2

ì

ì

= (2.2)

Trong đó:

W: Trọng lợng búa dùng để thi công mở rộng đáy cọc (lb)

H: Chiều cao rơi của búa trong quá trình thi công tạo đáy cọc (ft)

Nb: Số lợng nhát búa của lợng năng lợng WxH cần thiết để đầm nén lợng bê tôngtạo đáy

Bảng 2.1: Bảng giá trị hệ số không thứ nguyên K (Nordlund, 1982)

Chú ý: N: giá trị nhát búa xuyên tiêu chuẩn (SPT)

Bảng 2.2: Bảng giá trị hệ số K/N cho một vài loại đất (Sharma, 1988)

dạng túi.

Cát thô đến cát hạt trung 3,5N cho cọc bê tông có khuôn bọc -

dạng túi.

* Xác định giá trị sức kháng ma sát bên của cọc:

Giá trị sức kháng ma sát bên có thể đợc tính toán theo công thức 2.3 khi thân cọcnằm trong lớp đất không cố kết và đợc tính toán theo công thức 2.4 khi thân cọcnằm trong lớp đất cố kết Hệ số an toàn của giá trị lực ma sát thân cọc là 3

- Trờng hợp 1: Loại đất không cố kết

Sức kháng ma sát bên của cọc đợc tính bằng công thức sau:

L vl s

σ’vl : ứng suất thẳng đứng hiệu quả tại một điểm dọc theo chiều dài cọc;

Giá trị này đợc khuyến cáo rằng chỉ tăng dần tới độ sâu đặc trng (=20B), vợt ra ngoài phạm vi đó, khuyến cáo giá trịσ’ vl = const.

B: chiều rộng cọc;

p: chu vi cọc;

K s : hệ số áp lực đất, xác định theo bảng II.3

δ đợc lấy bằng 2/3φ khi thiết kế.

L a

Giá trị sức kháng ma sát bên của cọc có thể tính toán theo chỉ tiêu cơ lý đất nền

(theo SNIP-2.02.03.85), theo kết quả xuyên tĩnh (CPT) hoặc theo kết quả xuyên

tiêu chuẩn (SPT) (trình bày ở phần sau).

Tải trọng cho phép của cọc (Qc)all là giá trị tổng của 2 giá trị tổng sức kháng mũicọc (Qp)all và tổng giá trị sức kháng ma sát bên (Qf)all

* Tính toán độ chối của ống dẫn theo sức chịu tải thiết kế đối với nền đất gồm các lớp đất rời, thấm nớc ở chiều sâu bằng 1,5 chiều dài cọc theo biểu thức của Eitelvein (Hà Lan):

).(

2

Q P K N

h P e

+

= (2.5)Trong đó:

e- độ chối tiêu chuẩn (lợng lún của ống dẫn dới một nhát búa rơi ở độ cao 1m);P- trọng lợng của búa (t);

h - chiều cao rơi búa (cm);

N - Sức chịu tải cho phép của cọc (t);

K

Q

Q = (2.9)Trong đó:

Qu: Sức chịu tải cho phép tính toán theo đất nền

Qtc – Sức chịu tải tiêu chuẩn tính toán theo đất nền

m – hệ số điều kiện làm việc Trong điều kiện tựa lên đất sét có độ no nớc G<0,85 lấy m=0,8, trong các trờng hợp còn lại lấy m=1;

α1 – hệ số điều kiện làm việc của đất dới mũi cọc Lấy α1=1 trong mọi trờng hợp, lấy α1=0,9 với trờng hợp cọc mở rộng đáy bằng phơng pháp đổ bê tông dới n-ớc;

Ri – cờng độ chịu tải của đất dới mũi cọc, T/m2;

F – diện tích mũi cọc đã đợc mở rộng đáy, lấy bằng diện tích tiết diện ngang của phần mở rộng tại chỗ có đờng kính lớn nhất của cọc, m2;

α2 – hệ số điều kiện làm việc của đất ở mặt bên của cọc, phụ thuộc vào phơng pháp tạo lỗ khoan, lấy theo bảng II.5;

τi – ma sát bên của lớp đất i ở mặt bên của thân cọc, T/m2, lấy theo bảng II.6;

u – chu vi tiết diện cọc, m;

Chú thích: Ma sát do lớp cát ở mặt bên của cọc có mở rộng đáy đợc tính trong khoảng từ mức san bằng đến độ sâu tơng ứng với chỗ giao nhau của thân cọc với mặt hình nón tởng tợng có đờng sinh tựa lên ranh giới mở rộng dới một góc φ I /2 so với trục cọc, trong đó φ I là trị tính toán trung bình (theo từng lớp) của góc ma sát trong phạm vi hình nón nói trên Các giá trị tính toán γ, φ và c của đất nền xác

định theo yêu cầu của tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình, lúc này sử dụng

hệ số an toàn bằng 1,1 cho φ I và 1,5 cho c I Đối với đất sét, cho phép kể đến ma sát bên trên toàn bộ chiều dài thân cọc.

Bảng II.5 Trị số α 2 hệ số điều kiện làm việc của đất ở mặt bên của cọc

TT Loại cọc và phơng pháp thi công cọc Hệ số điều kiện làm việc của đất

o K

i D A B

R=0,75β γ' +α.γ (2.11)

Với β, Ao K, α, B o K – hệ số không thứ nguyên đợc tra bảng II.7, phụ thuộc vào giá trị góc ma sát trong của đất, vào tỷ số chiều dài L(m) trên đờng kính cọc D(m);γ'i – giá trị tính toán của trọng lợng thể tích đất, T/m3, ở phía dới mũi cọc, khi

đất bão hoà có kể đến sức đẩy nổi của đất;

γi – giá trị tính toán trung bình (theo các lớp) của trọng lợng thể tích đất, T/m3, nằm phía trên mũi cọc, khi đất bão hoà có kể đến sức đẩy nổi của đất;

Bảng II.7: Bảng tra hệ số β, A o k , B o k

Kí hiệu các hệ số Các hệ số β, Ao , Bo và α khi các trị tính toán của góc ma sát

trong của đất ϕ1 độ

10 0.62 0.65 0.67 0.70 0.73 0.75 0.77 0.79 0.8112.5 0.58 0.64 0.63 0.67 0.70 0.73 0.75 0.70 0.80

15 0.55 0.58 0.61 0.65 0.68 0.71 0.73 0.76 0.7917.5 0.51 0.55 0.58 0.62 0.66 0.69 0.72 0.75 0.78

20 0.49 0.53 0.57 0.61 0.65 0.68 0.72 0.75 0.7822.5 0.46 0.51 0.55 0.60 0.64 0.67 0.71 0.74 0.77

≥ 25 0.44 0.49 0.54 0.59 0.63 0.67 0.70 0.74 0.77

β khi

dp= ≤ 0.8m 0.31 0.31 0.29 0.27 0.26 0.25 0.24 0.28 0.28

< 4m 0.25 0.21 0.23 0.22 0.21 0.2 0.19 0.18 0.17

- Đối với đất sét, trong trờng hợp cọc nhồi có và không mở rộng đáy, cọc ống khi hạ có lấy đốt ra (một phần hoặc toàn bộ) và nhồi vào phần rỗng thì Ri lấy theo bảng II.8

Bảng II.8: Bảng tra giá trị R i ( T/m 2 )

Phơng pháp tính này phụ thuộc rất nhiều vào cách xác định các chỉ tiêu của lớp

đất, điều này rất khó đối với lớp đất sâu vì hoặc rất khó lấy mẫu đất nguyên dạng, hoặc là phải suy diễn gián tiếp qua các chỉ tiêu, đặc biệt là đối với điều kiện địa chất Hà nội thờng đặt mũi cọc vào lớp sỏi cuội, phân bố ở độ sâu khoảng 40m

* Sức chịu tải theo kết quả xuyên tĩnh (CPT)

Đây là dạng công thức thực nghiệm, xác định sức chịu tải của cọc thông qua những kết quả tơng quan giữa sức chịu tải của cọc với một số chỉ tiêu cơ học của

đất xác định bằng các thí nghiệm hiện trờng

Sức chịu tải của cọc đợc dự tính trên cơ sở sức chống xuyên qc của đất đối với một đầu xuyên tiêu chuẩn (đờng kính đáy mũi côn 35,7mm và góc nhọn mũi côn

P a

FS

Q FS

Q

Q = + (2.12)Trong đó:

Qa – sức chịu tải cho phép tính toán của cọc;

Qu – sức chịu tải tiêu chuẩn tính toán của cọc;

QP – sức kháng mũi cọc tiêu chuẩn tính toán của cọc;

Qs - sức kháng ma sát bên cọc tiêu chuẩn tính toán của cọc;

FS – hệ số an toàn chung: FS = 2.0 – 3.0;

FSP – hệ số an toàn cho sức kháng mũi cọc: FSP = 3.0;

FSS – hệ số an toàn cho sức kháng ma sát bên: FSS = 2.0;

Sức chống giới hạn của đất ở mũi cọc xác định theo công thức:

c c

P F K q

Q = (2.13)

Với: Kc – hệ số, phụ thuộc vào lớp đất dới cọc, lấy theo bảng II.9;

qc – sức kháng mũi xuyên của lớp đất ở mũi cọc, T/m2;

Thờng lấy qc là giá trị xuyên trung bình, lấy trong khoảng 3 lần đờng kính cọc phía trên và phía dới mũi cọc;

F – diện tích ngang của mũi cọc (đã đợc mở rộng) m2;

q l u Q

1

α (2.14)

Với: u- chu vi tiết diện cọc;

li – chiều dài của cọc trong lớp đất i;

qci – sức kháng mũi cọc xuyên của lớp đất thứ i;

αi – hệ số, lấy theo bảng II.9

* Sức chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT)

Cũng nh phơng pháp tính sức chịu tải của cọc thông qua kết quả xuyên tĩnh, đây

là một dạng công thức thực nghiệm Theo phơng pháp này, sức chịu tải của đất nền

đợc xác định trên cơ sở kết quả thí nghiệm hiện trờng SPT

- Công thức Meyerhof cho đất rời:

] [

1

2

a K N F U L K N FS

Trong đó:

Np tb – chỉ số SPT trung bình trong khoảng 1d dới mũi cọc và 4d trên mũi cọc (d

là đờng kính hay cạnh cọc);

F – diện tích tiết diện của mũi cọc (đã đợc mở rộng);

U – chu vi tiết diện cọc;

L – chiều dài cọc trong đất rời;

Ns tb – chỉ số SPT trung bình của lớp đất rời dọc theo thân cọc;

K1 – hệ số, lấy bằng 400 với cọc đóng và 120 cho cọc khoan nhồi;

K2 – hệ số lấy bằng 2,0 đối với cọc đóng và 1,0 đối với cọc khoan nhồi;

F – diện tích mũi cọc mở rộng;

d - đờng kính thân cọc;

NP - chỉ số SPT của đất dới mũi cọc;

NS - chỉ số SPT của đất xung quanh cọc;

Lc - chiều dài đoạn cọc nằm trong đất cát (m);

Ls - chiều dài đoạn cọc nằm trong đất sét (m);

Loại đất

Sứcchống ởmũi qc(***)(kPa)

Hệ số Kc Hệ số α Giá trị cực đại qc (kPa)

Cọc nhồi Cọc đóng Cọc nhồi Cọc đóngCọc

nhồi đóngCọc bêtôngThành

Thànhốngthép

Thànhbêtông

Thànhốngthép

Thànhbêtông

Thànhốngthép

Thànhbêtông

Thànhốngthép

II 2 Điều kiện vật liệu, trang bị máy móc thi công cọc Franki

II 2 1 Vật liệu thi công cọc Franki:

Bố trí ống đổ bê tông dới nớc 564-752 335-446

Nguồn: ACI 543 (1980)

b Độ sụt bê tông:

Độ sụt bê tông thể hiện mức độ linh động của bê tông, liên quan đến lợng

n-ớc trong bê tông Bảng sau đa ra giá trị điển hình về độ sụt của bê tông tại một số điều kiện.

Vật liệu thép dùng cho cọc Franki nh các cọc thông thờng khác

II 2 2 Máy móc thi công cọc Franki:

Thiết bị hạ cọc bao gồm dàn búa và búa Hình giới thiệu các bộ phận củamột dàn búa hạ cọc điển hình Bộ phận dẫn hớng thoả mãn hai mục đích: giữ cọc

đúng vị trí và duy trì cọc và búa trên trục thẳng Yêu cầu bộ phận dẫn này phải đủcứng để đảm bảo cọc đợc giữ chặt tại vị trí và trên trục thẳng với búa Thông thờng,

bộ phận dẫn hớng đợc lắp với đầu cần trục tại đỉnh và với thanh giữ ở đáy Tronghình bộ phận dẫn hớng là một khung ngang nối đáy của các thanh dẫn với thanhdàn Thanh giữ có thể đợc gắn cố định theo chiều dài hoặc có thể lồng vào nhau, vìvậy nó có khả năng điều chỉnh bán kính hoạt động dàn đóng cọc Điều này chophép đóng liên tục trong phạm vi rộng các cọc trong và ngoài

Việc thi công cọc xiên ở trong dùng dầm vòng là một bộ phận có hình thẳnghoặc cong gắn vào điểm cuối của thanh dẫn Dầm vòng đợc đặt vuông góc với trụcdọc của cả thanh dẫn hớng và thanh giữ Trong hình thể hiện đáy của bộ phậndẫn hớng gắn chặt với dầm vòng, điều này cho phép đáy của bộ dẫn hớng chuyển

động theo hớng bên, cho phép cọc đợc đóng xiên theo hớng bất kỳ

Nguồn năng lợng cho búa hoạt động dùng nồi hơi hoặc máy nén khí Công suấtnồi hơi thông thờng đợc đo bằng mã lực

Búa sử dụng để đóng cọc có thể sử dụng búa rơi tự do, búa đơn động (hơi nớchoặc khí), búa song động (hơi nớc hoặc khí), búa vi sai (khí, hơi hoặc thuỷ lực),búa điêzen (đơn hoặc song động) và búa rung

Trong các yêu cầu kỹ thuật thi công đóng cọc, các loại búa đóng và hệ sốtruyền năng lợng là quyết định chính Đây cũng là một trọng những tham số quyết

định khả năng chịu lực của cọc trong khi đóng Để hiểu rõ năng lợng thực truyềncho cọc, điều phải chú ý là việc chọn búa phù hợp tới mức nào khi đóng cọc vàquan trọng là biết đợc năng lợng bị mất trong toàn bộ hệ thống đóng cọc Tỷ lệgiữa năng lợng thực truyền cho cọc (đợc đo bằng khối lợng búa và vận tốc cuốicùng của búa tại lúc va đập) và năng lợng tính theo lý thuyết (ghi trên cataloguemáy) đợc gọi là hiệu suất của búa Với dạng búa hơi thì hiệu suất của các loại búahơi đợc bảo dỡng tốt cũng chỉ phát và truyền năng lợng đạt khoảng 70%, với búa

điêzen thì hiệu suất này có thể dới 50% nếu nh bảo dỡng kém và cỡ 90% nếu búa

Tời gồm 3 trục cuộn dây cáp : Để nâng đầu búa, để di chuyển xô đựng vữa bêtông và để rút ống dẫn Tại trục của cuộn dây cáp rút ống dẫn ngời ta lắp mộtkabextan để di chuyển giá búa trên đờng ray và làm một số công tác phụ khác.Mỗi trục cuộn dây cáp có khớp móc và hãm riêng, trục tời để nâng đầu búa cókhớp hình băng ở phía trong Trục tời dùng để nâng các vật nặng đợc gắn một khớpnhiều đĩa, còn trục tời dùng để rút ống dẫn có khớp hình băng ở phía ngoài Tất cảcác bộ phận hãm đều có cấu tạo hình băng Khớp và bộ phận hãm đều điều khiểnbằng thủy lực và hoạt động đồng bộ.

Tay với quay đợc 600 sang bên trái hoặc bên phải so với bộ phận di chuyển.Giữa các khung của tay với và của bộ

phận di chuyển có bộ phận quay liên kết

khớp, kiểu bánh răng

Bộ phận quay do một ngời điều khiển

Bộ phận di chuyển đợc lắp một xe tời có 4

bánh xe để di chuyển trên đờng ray tạm

Xe tời nối với khung của bộ phận di

chuyển các chốt khuỷu thẳng đứng để xe

tời có thể chạy trên đờng ray cong

Trong chốt khuỷu thẳng đứng của khung ngời ta lắp một hàng khuyên cáp chophép giữ giá búa không phụ thuộc vào phơng của đờng ray so với tay với Trongthời gian tạo cọc, lắp và tháo hoặc trong thời gian đặt đờng ray theo phơng yêucầu, tay với đợc giữ bằng 4 kích vít.

Tay với để điều khiển ống dẫn làm bằng ống thép cán Tay với này đợc gắn vàophần trớc của khung nhờ một khớp khuyên cho phép tay với nghiêng về phía trớc

150 so với trục thẳng đứng Tại phần trên ngời ta giữ tay với bằng hai thanh chốngkiểu ống lồng Các thanh chống này đợc co ngắn lại nhờ các bộ phận xoắn

Trên đỉnh tay với có gắn các khuyên cáp để nối với các trục tời Hai dây cáp từtrục tời dùng để rút ống dẫn đi vòng qua palăng kép di động nối với ống dẫn để vào

hệ thống gồm 12 nhánh dây cáp Dây cáp nâng đầu búa đợc truyền qua một cáikhuyên gắn trên trụ hãm Dây cáp nâng vật nặng đợc truyền qua một hệ thống haikhuyên gắn với một xà ngang đặc biệt

Thiết bị KPF đợc trang bị đầu búa để hạ ống dẫn đờng kính 508mm, đợc trang

bị ống dẫn, các bộ phận chở bê tông và các bộ phận chất tải mở bằng tay sản xuấttheo các đơn đặt hàng riêng

Bảng II.10: Đặc trng kỹ thuật thiết bị KPF điển hình

Công suất động cơ (mã lực) 150

Số vòng quay của động cơ trong 1 phút 1500

Số nhát đập của đầu búa trong 1 phút 10

Đờng kính ngoài của ống dẫn (mm) 508

Chiều dày thanh ống dẫn (mm) 26

Chiều dài ống dẫn (m) 13

Năng suất của thiết bị (m/h) 8

Bảng II.11: Các số liệu cơ bản của thiết bị KPF

Loại thiết

bị

Côngsuất

động cơ

(mã

lực)

Đờngkính cơ

bản củaống dẫn(mm)

Chiềudàiốngdẫn(m)

Trọnglợng

đầubúa(T)

Sốnhát

đậptrong

1 phút

Lựcrútốngdẫn(T)

Trọng lợng1m dài ống(kg)

Đờng kính

đầu búa(mm)

Trọng lợng

đầu búa (T)

Chiều caonâng búa(m)

thi công nhanh, cho phép thi công cọc Franki

với đờng kính lớn, chiều sâu hạ cọc tăng và

tăng cờng khả năng chịu lực của cọc

Sau đây là một số hình ảnh về thiết bị búa

đóng đáy của hãng APE

* Tính toán lựa chọn búa đóng cọc:

- Để chọn búa đóng cọc đầu tiên xác định năng lợng xung kích của búa Năng lợngxung kích của búa phải thoả mãn điều kiện sau:

P

E 25≥ (kGm) (2.6)Trong đó:

m k

P

ì

= (kGm) (2.7)Với: P0 – Sức chịu tải tính toán của cọc theo đất nền, (kG);

K – Hệ số đồng nhất của đất (thờng lấy bằng 0.7-0.8);

M – hệ số điều kiện làm việc, phụ thuộc số lợng cọc, cấu tạo bệ móng, m thờng lấy bằng 1

E - năng lợng xung kích của búa, đã biết ở tính năng kỹ thuật của búa, (kGm);

- Kiểm tra hệ số thích dụng K của búa theo công thức:

max

E

q q M

K = + + ≤ (2.8)Trong đó: M – trọng lợng toàn bộ của búa, kG;

q – trọng lợng của cọc, kG;

q1 – trọng lợng mũ cọc và đệm cọc, kG;

Hệ số K phải nằm trong phạm vi quy định cho trong bảng sau:

Bảng II.4: Hệ số thích dụng K max của búa đóng cọc

Gỗ Thép Bê tông cốt thépBúa song động và điêzen kiểu ống 5 5.5 6

Búa đơn động và điêzen kiểu cột 3.5 4 5

Nên chọn hệ số K nhỏ hơn các trị số Kmax cho trong bảng trên, nếu không hoặc búa cha đủ nặng so với toàn bộ trọng lợng cọc và đệm, nh vậy hiệu quả sẽ kém và tốc độ chậm, có khi cọc không xuống nổi tới độ sâu thiết kế hoặc vỡ đầu cọc.Nhng nếu búa quá nặng, cọc sẽ xuống nặng và muốn đạt độ chối thờng phải

đóng sâu hơn thiết kế, lãng phí và không đạt yêu cầu

Khi đóng trong đất sét chặt cần chọn búa có năng lợng lớn hơn búa chọn theo 2 công thức trên

Khi đóng cọc nghiêng, năng lợng của búa sẽ giảm, do đó năng lợng búa chọn theo công thức (2.6) cần tăng thêm các hệ số có xét tới độ nghiêng của cọc nh sau:

Độ nghiêng 5:1 4:1 3:1 2:1 1:1

Hệ số 1.10 1.15 1.25 1.40 1.70

II 3 Quy trình thi công cọc Franki

II 3 1 Quy trình thi công cọc Franki điển hình

* Sơ lợc về quy trình chế tạo cọc Franki bao gồm 6 bớc, bao gồm:

- Định vị ống

- Cố định, lèn chặt nút (vật liệu bê tông khô) vào trong ống

- Đóng ống thép tới độ sâu yêu cầu (theo thiết kế)

- Thi công mở rộng đáy (bằng phơng pháp đóng, lèn chặt nút bê tông khô, mởrộng chân cọc)

- Kết thúc đổ bê tông, chuyển sang thi công cọc khác

Hình 2.3: Quá trình thi công cọc Franki điển hình

* Các bớc quy trình thi công cọc Franki nh sau:

a Định vị ống và tim cọc:

Căn cứ vào bản đồ định vị công trình do văn phòng kiến trúc s trởng hoặc cơ quan tơng đơng cấp, lập mốc giới công trình, các mốc giới này phải đợc cơ quan cóthẩm quyền kiểm tra và chấp nhận

Từ mặt bằng định vị móng cọc của nhà thiết kế lập hệ thống định vị và lới khốngchế cho công trình theo hệ toạ độ X:Y Các lới định vị này đợc chuyển dời và cố

định vào các công trình lân cận hoặc lập thành các mốc định vị Các mốc này đợc rào chắn và bảo vệ chu đáo và liên tục kiểm tra đề phòng xê dịch do va chạm và lún gây ra

Tính toán toạ độ tim cọc Dùng máy toàn đạc điện tử bố trí điểm tính toán ra thực địa từ các điểm cơ sở (điểm gốc) đã biết toạ độ Từ tim cọc đã bố trí, gửi ra theo 2 phơng vuông góc, cách tim 1 đoạn (L > 2Rcọc), tiến hành hạ ống casing và tiến hành kiểm tra lại các điểm so với tim cọc

Cần đặt giá búa ở vị trí làm việc sao cho trục của ống dẫn trên các mặt phằng nằm ngang và thẳng đứng trùng với các trục cọc Trên mặt phẳng nằm ngang, độ sai lệch cho phép là gần 1cm đối với cọc đơn và nhỏ hơn 5cm đối với nhóm cọc

Để đặt ống chính xác, cần vạch trên mặt đất một vòng đờng kính bằng đờng kính ngoài của ống dẫn Vị trí của ống trên mặt phẳng đứng đợc điều chỉnh bằng kích vít đặt trên khung giá búa

Theo TCXD 206:1998 - Cọc khoan nhồi - Yêu cầu về chất lợng thi công, sai số chophép về lỗ cọc khoan nhồi có thể lấy theo bảng sau:

Bảng II.13 : Sai số cho phép về lỗ cọc khoan nhồi

Phơng pháp tạo lỗ cọc

Sai số ờngkínhcọc, mm

đ-Sai số

độthẳng

đứng,

%

Sai số về vị trí cọc, mmCọc đơn, cọc dới

móng băng theotrục ngang, cọcbiên trong nhóm

cọc

Cọc dới móngbăng theo trụcdọc, cọc ởtrong nhómcọc

- Giá trị âm ở sai số cho phép về đờng kính cọc là chỉ chỗ mặt cắt cá biệt, khi có

mở rộng đáy cọc thì sai số cho phép ở đáy mở rộng là ± 100mm.

- Sai số về độ nghiêng của cọc nghiêng không lớn hơn 15% góc nghiêng của cọc.

- H là khoảng cách giữa cốt cao mặt đất ở hiện trờng thi công với cốt cao đầu cọc quy định trong thiết kế, D là đờng kính thiết kế cọc.

b Tiến hành đóng ống casing:

- Sau khi ống bao casing bằng ống thép dày đợc định vị trên nền theo phơngdọc Một ống bơm bê tông đặc biệt đợc sử dụng để đổ một lợng bê tông có độ sụtthấp (gần nh là bê tông khô) vào đáy ống với khối lợng sao cho có thể tạo thành

một nút bê tông khô cao khoảng từ 0,8 -1,0m Bê tông đợc đầm nện bằng búa đóng

từ 2 đến 8 tấn, chiều cao đầu búa rơi khoảng 1.0m, trong khi đó thì ống thép đợcgiữ cố định bởi dây cáp bằng thép Chiếc búa này đợc rơi từ độ cao khoảng vàimét Dới sức va chạm của búa đóng, bê tông đợc nén tạo thành nút tại đáy của ốngcasing và thấm vào đất không đáng kể

Bởi vì độ nén của nút bê tông, do vậy tạo nên một nút kín nớc mà có thể ngăn

đợc nớc và đất xâm nhập vào ống casing

Sau đó, ống casing có thể đợc thi công bằng phơng

pháp đóng, sử dụng búa đóng thông thờng Trong trờng

hợp này, quá trình đóng ống casing có thể gặp đá mồ

côi dới nền Khi đó, ống casing có thể đợc đóng bởi

một mũi khoan thân lớn (VB-pile)

Trong trờng hợp khi chiều dài ống dẫn không đủ,

ngời ta đặt thêm một ống phụ sau khi đóng ống dẫn

cách mặt đất chừng 50cm Nếu vị trí liên kết hạ thấp

hơn mực nớc ngầm thì ngời ta đặt các vật liệu nén chặt

(dây gai tẩm nhựa hoặc đệm cao su) vào khe hở ở đầu

dới của đoạn ống phụ Nối đoạn ống phụ với ống dẫn

bằng dây cáp Việc đóng ống dẫn có thêm đoạn ống

phụ vẫn tiến hành theo phơng pháp thông thờng

Chú ý: Nếu nút bê tông không đủ chiều cao yêu cầu có thể bị tụt khỏi ống dẫn casing, do vậy cần phải quan trắc chiều cao nút bê tông liên tục, nếu thiếu có thể

đổ bổ sung thêm lợng bê tông vào ống cho đến khi đạt tới chiều cao theo yêu cầu

và sau khi đầm chặt xong, tiến hành đóng tiếp ống tới độ sâu theo thiết kế

c Thi công mở rộng đáy cọc Franki:

Khi ống đợc đóng tới chiều sâu theo yêu cầu, ống casing đợc kéo lên nhẹ nhàng

và định vị bởi dây cáp thép Sau đó, nút bê tông đợc đẩy

ra bằng những nhát búa mạnh Phải chắc chắn rằng

hoàn toàn lợng bê tông đã đợc đầm nén còn lại trong

ống casing sẽ đợc ngăn cản không cho bất kỳ 1 lợng

n-ớc hay đất nào thấm vào thân cọc Chiều cao nhỏ nhất

của nút bê tông phụ thuộc vào áp lực thuỷ tĩnh và tính

thấm nớc của đất, có trị số từ 10-30cm, áp lực thuỷ tĩnh

và tính thấm nớc của đất càng lớn thì chiều cao đó càng

lớn Quá trình thực hiện này có thể đợc kiểm soát bởi

những điểm đánh dấu trong dây cáp của búa đóng và

trên cáp nâng Dấu trên dây cáp đầu búa dùng để kiểm tra vị trí bề mặt của cọc bêtông so với đáy ống dẫn, tức là chiều cao nút bê tông, dấu trên tay với (cáp nâng)dùng để xác định thời điểm ngừng đổ bê tông và tiến hành tạo đỉnh cọc tại vị tríthiết kế Mở rộng đáy cọc đợc tạo bởi quá trình nén bê tông khô, cần thiết phảithiết lập bởi việc xác định lại “những nhát búa đóng”, dùng để làm t liệu xác định

đờng kính mở rộng của đáy cọc và dự tính sức chịu tải của cọc (điều này đợc luvào hồ sơ cọc) Đáy cọc đợc mở rộng thành hình quả cầu (hình củ tỏi), đem lại chocọc có khả năng chịu tải cao

Chú ý: Nếu nút bê tông khô đóng ra quá chậm thì nên đổ vào ống casing (khoảng 5-8 lít nớc), sau đó có thể tiến hành đóng nút tiếp, chú ý rằng nếu nút bê tông quá mềm có thể làm thủng đáy cọc Do vậy, cần đổ bê tông thêm cho đến khi chiều cao nút bê tông đạt tới chiều cao yêu cầu, sau đó đổ vào ống từng phần bê tông nhỏ có độ sụt thấp và đầm sao cho luôn giữ chiều cao tối thiểu của nút Sau khi đạt yêu cầu thì tiến hành đóng nút bê tông mở rộng chân cọc.

0.5m một lần) Búa đóng sẽ chuyển dời

phần bê tông bên rìa trong đất trớc đây

đ-ợc nén bởi quá trình đóng ống Cụ thể là

đổ đầy bê tông vào máng đổ bê tông,

nâng búa lên khoảng 2m, sau đó nâng

máng, đổ bê tông vào ống dẫn (yêu cầu

chiều cao của thân vữa bê tông không

đ-ợc lớn hơn 0.9m), nâng búa lên khoảng

7m để bê tông rơi xuống, sau đó tiến hành hạ đầu búa xuống sát mặt vữa bê tông

và kéo ống casing lên (khoảng từ 0.2 đến 0.5m) Chú ý đảm bảo chiều cao vữa bêtông trong ống phải còn từ 0.2 đến 0.3m Kiểm tra độ căng của dây cáp, nếu thấy

độ căng bị giảm đi thì có thể xảy ra trờng hợp vữa xi măng bám vào thành ống dẫn

và lên theo, làm đứt thân cọc Trong trờng hợp này cần từ từ ngừng kéo ống, đậpmột vài nhát búa từ chiều cao 0.2 đến 0.3m rồi từ thử kéo ống lên Việc đầm nén,

mở rộng thân cọc đợc thực hiện bằng cách đóng búa từ chiều cao rơi khoảng từ 1

đến 1.5m, cho tới khi chiều cao thân cọc trong ống đạt từ 0.2 đến 0.3m từ ngừng vàtiếp tục các thao tác trên Do quá trình đầm nén, bê tông sẽ đợc nén chặt vào trong