Thi công cọc bê tông ly tâm ứng lực trước

Đe khắc phục các hạn chế của cọc bê tông cốt thép thưòng thi ta sử dụng tông ly tâm ứng suất trước vì có các ưu điểm: Bê tông được nén trước ở điều kiện khai thác phần bê tông không suất

không tương thích giữa thép và bê tông.

Khi cọc chịu kéo và uốn, phần bê tông trong cọc phát sinh các vết nứt làm giảm

khả năng chống ăn mòn cùa cọc, từ đó làm giảm tuổi thọ của cọc, nhất là trong các

môi trường ăn mòn mạnh

Đe khắc phục các hạn chế của cọc bê tông cốt thép thưòng thi ta sử dụng

tông ly tâm ứng suất trước vì có các ưu điểm:

Bê tông được nén trước ở điều kiện khai thác phần bê tông không suất hiện ứng

suất kéo (hoặc nếu có suất hiện thì giá trị nhỏ không gây nứt)

Do bê tông được úng suất trước, kết họp vói quay ly tâm đã làm cho cọc đặc

chắc chịu được tải trọng cao không nứt, tăng khả năng chống thấm, chống ăn

Nội dung báo cáo gồm 04 chương

Chương 1: Tổng quan về cọc bê tông cốt thép và các phương pháp đánh giá

TỔNG QUAN VỀ cọc BÊ TÔNG CỐT THÉP VÀ CÁC PHƯƠNG

PHÁP ĐÁNH GIÁ SỨC CHỊU TẢI CỦA cọc 1.1. Phân loại cọc.

1.1.1 Cọc bê tông cốt thép thường.

Cọc bê tông cốt thép thường có dạng hình vuông Cạnh cọc thường gặp ở Việt

Nam hiện nay là 0,2 -ỉ-0,4m, chiều dài cọc thường nhỏ hon 12m vì chiều dài tối

Rs - cường độ chịu nén của thép.

As - diện tích của cốt thép bố trí trong

cọc

k.m - hệ số điều kiện làm việc, k.m =

0,7

1.1.3 Cọc bê tông ly tâm ủng lực trước.

Cọc có đường kính từ 3004 1000 (mm) Được sản xuất bằng phương pháp

trong khoảng 50-ỉ-120 kw Thiết bị này thường chỉ phù họp với cọc thép (dạng bản).

1.2.1.2 Bủa hon đcm động.

Búa này được đẩy lên bằng năng lượng hơi chiều cao rơi búa H là cố định

1.2.1.3 Bủa diezen đom động và song động.

Búa này được đẩy lên bằng năng lượng do diezen cháy chiều cao rơi búa H là

thay đối phụ thuộc vào sức kháng của đất nhược điểm của búa này là: Tiếng nố

một đài cọc ít, việc bố trí đài cọc trong các công trình ngầm cũng dễ dàng hon vì vậy

khi tải trong công trình rất lón khoảng 15 tầng thì ta nên dùng cọc khoan nhồi

ưu điểm của cọc khoan nhồi là cọc có thể đặt vào những lóp đất rất cứng thậm

chí tói đá mà cọc đóng không thể tới được

Một ưu điếm khác của cọc nhồi là sức chịu tải ngang rất lón việc thi công cọc

nhồi có chấn rung nhỏ hon nhiều so với thi công cọc đóng, thi công cọc nhồi không

gây trồi đất xung quanh không đấy các cọc sẵn có xung quanh sang ngang

1.3.3 Cọc ong ly tâm ủng lực trước.

Cọc ống ly tâm ứng lực trước có thể cắm sâu hon nhiều so với cọc bê tông cốt

thép thưòng nên tận dụng được khả năng chịu tải của đất nền do đó số lưọng cọc trong

một đài ít việc bố trí và thi công cũng dễ dàng, tiết kiệm chi phí xây dụng đài

Hình 1.3 công trình sử dụng cọc bê tông ly tâm ULT

1.4. Các phương pháp kiểm tra khả năng chịu tải của cọc đơn.

1.4.1 Phương pháp tra bảng thong kê

Phương pháp này dựa trên quy phạm CHNri2.02.03.85 của Liên XôSức chịu tải của cọc đơn được dùng là

(1.5)Trong đó:

Kat - hệ số an toàn được lấy (khi xét đến hiệu ứng của nhóm) là

Kat =1,4 cho móng trên 21 cọc

mf- hệ số điều kiện làm việc của đất bên hông, lấy mf = (0,9 -ỉ-1) cho cọc,

mf = 0,6 cho cọc khoan nhồi

Qm - khả năng chịu tải mũi cọc, tra bảng.fsi - khả năng ma sát xung quanh cọc

A°k,B°k- tra bảng theo (Ọ°.

Ỵ\Y\ - dung trọng của đất nền dưói và trên mũi cọc.

L, D - chiều dài cọc và đường kính cọc

Truông họp trong sét

Trị số qm được tra bảng theo độ sệt B

1.4.2 Phương pháp tỉnh theo cường độ.

FSs FSP FSs FSP

Với FSs là hệ số an toàn cho thành phần ma sát FSs = 2

FSp là hệ số an toàn cho sức chống dưới mũi cọc

ỉ.4.2.1 Thành phần ma sát xung quanh cọc Qs.

qp=l,3*C*Nc + ỡ-'v*Nq +0,4*y *b*iV^ (đối với cọc vuông) (1.11)

Nc, Nq, Nỵ Tra bảng 3.5 trang 174 sách Nền Móng của TS Châu Ngọc

b. Theo phương pháp Meyerho/.

1.4.3. Phương pháp tính từ kết quả thí nghiệm xuyên động (SPT).

Xuyên động (SPT) đuợc thực hiện bằng ống tách đưòng kính 5,lcm, dài 45cm,

đóng bằng búa rơi tự do nặng khoảng 63,5kg, với chiều cao rơi là 76cm Đem số búa

để đóng cho tùng 15cm ống lún trong đất (3 lần đếm), 15cm đầu không tính, chỉ

Trong đó:

Ki = 400 cho cọc đóng và Ki = 120 cho cọc khoan nhồi

K-2= 2 cho cọc đóng và K2 = 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 2,5 4- 3,0

1.4.4. Phương pháp tính từ kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh.

(1.14)

Trong đó:

Rp - khả năng chống xuyên tại mũi cọc

Kr - hệ số tra theo loại đất và loại cọc, được lấy trung bình Kr = 0,5 cho cọc

thưòng và Kr = 0,3 cho cọc khoan nhồi

Hệ số an toàn cho mũi cọc được lấy FS = 3

Khả năng ma sát xung quanh

«/

Được tính cho từng lóp i mà cọc xuyên qua tưong úng với Rpi, hệ số a trong

trường họp này thay đổi khá lón

Cọc bê tông a = (30 -r 40) cho sét tò yếu đến cứng, a = 150 cho cát

Cọc khoan nhồi a = (15-ỉ-35) cho sét từ yếu đến cứng, a = (80-ỉ-120) cho cát

Hệ số an toàn cho ma sát được lấy FS = 2

1.4.5. Phương pháp xác định từ thí nghiệm nén tĩnh cọc.

Đây là phưong pháp chính xác nhất để xác định khả năng chịu tải của cọc đon,

tuy nhiên phưong pháp này thực hiện phức tạp và tốn kém nhiều kinh phí

Quy định đòi hỏi số lưọng cọc phải tiến hành công tác thử nén tĩnh (3 -ỉ-

Loại Búa Cọc

gỗ Cọc thép Cọc bê tôngLoại búa song động hay Diezen 5,0 5,5 5,0

P(kN)

Hình 1.4: Biểu đồ nén tĩnh cọc, quan hệ s =f(P)

1 Đổi với cọc chống; 2 Đổi với cọc ma sát

Trong điều kiện đất yếu, biểu đồ thể hiện đưòng cong đều thì giá trị Qu có thể

wb - Trọng lưọng búa

K - hệ số tra bảng 1.1

Bảng 1.1

Độ chối giảĐối vói đất sét do đặc tính nhạynên các màng nước bao xung quanh hạt

sẽ bị phá hoại khi đóng búa, làm cho đất

bị phá hoại cấu trúc và trở nên yếu đi, do

đó càng đóng búa nhanh trong đất sétcọc càng dễ xuống, độ chối tăng lên,người ta gọi là độ chối giả Ngưng lạimột thòi gian, đóng tiếp cọc khó xuống

hon do đất sét có khả năng phục hồi

Công thức tông quát.

(1.20)

Trong đó:

K = 2

Qu - khả năng chịu tải tói hạn của cọc (tấn)

E, Ac, L - modun đàn hồi, tiết diện và chiều dài

cọc

e - độ chối cọc

eđ - độ chối đàn hồi của cọc

wb - trọng luọng búa rơi

ấm tứ nước thừa trong quá trình đông kết bê tông.

Còn nếu khi khoan cọc nhồi có sử dụng dung dịch, mà đáy lỗ khoan lại không

tán) Do đó thòi gian đầu, ứng suất hũu hiệu ơ’ không đối, cho nên sức kháng cắtkhông đổi Vì vậy ta sử dụng Su để tính toán.

Sau một khoản thời gian dài, nuớc lỗ rỗng sẽ tiêu tán dần, và do đó tải

ngoài sẽ truyền dần lên hạt đất ứng suất hữu hiệu ơ’ tăng lên, làm cho sức kháng cắt

cũng tăng lên Nhu vậy, độ an toàn của công trình cũng tăng lên

Tóm lại thòi điểm nguy hiểm nhất với đất dính là khi công trình vừa thi công

xong, nuớc chua kịp thoát đi

Nguợc lại vói một số đất dính “quá cố kết mạnh” (OCR > 1), có hiện tượng

“chùng” hay “mềm” đi, tức là sức kháng cắt giảm theo thòi gian, nguyên nhân của

hiện tượng này là khi chịu tải trọng đất “quá cố kết mạnh” có thể bị nở ngang, do đó

hút nước ở các vùng lân cận Độ ẩm tăng lên làm sức kháng cắt giảm đi Trường họp

này, nên đánh giá sức chịu tải theo thông số thoát nước

+ Do sử dụng bê tông và thép cường độ cao nên giảm tiết diện cốt thép dẫn đến

trọng lượng cọc giảm thuận lọi cho việc vận chuyển, thi công dẫn đến kinh tế hoTL

1.6.2 Một số dạng hư hỏng thường gặp ở cọc khoan nhồi:

a. Nhũng hư hỏng ở mủi cọc:

Sự lắng đọng bùn khoan kết họp đất nhão ngay dưới mũi cọc

Bê tông mũi cọc bị xốp do lẫn tạp chất v.v

b. Nhũng hư hỏng ở thân cọc:

Thân cọc bị oằn, biến hình trong đất yếu

Hình 1.1 Thân cọc bị giản đoạn Hình 1.2 Thân cọc bị biến hình

c. Nhũng hư hỏng ở đầu cọc:

Bê tông đầu cọc bị xốp, lẫn tạp chất v.v

1.6.3 Cọc bê tông cốt thép thường:

Chiều dài cọc nhỏ, nên khi độ sâu ép cọc lớn thì mối nối cọc nhiều khó

độ thẳng đứng của cọc

LÝ THUYẾT VÈ BÊ TỒNG ỨNG Lực TRƯỚC VÀ CHẾ TẠO cọc

BÊ TÔNG LY TÂM ỨNG Lực TRƯỚC.

2.1. Khái niệm về bê tông ửng lực trước.

Bê tông ứng lực trước là bê tông trong đó thông qua lực nén trước để tạo ra và

phân bố một phần ứng suất bên trong phù họp nhằm cân bằng với một lưọng ứng suất

do tải trọng ngoài gây ra Với cấu kiện bê tông ULT, ứng suất được tạo ra bằng cách

kéo thép cường độ cao

Bê tông thường có cưòng độ chịu kéo rất nhỏ so với cưòng độ chịu nén Đó là

nhân tố dẫn đến việc xuất hiện một loại vật liệu hỗn họp “bê tông cốt thép” Việc xuất

hiện sóm các vết nứt trong bê tông cốt thép do biến dạng không tương thích giữa thép

và bê tông là điểm khỏi đầu cho một loại vật liệu mới đó là “bê tông ứng suất trước”

việc tạo ra ứng suất nén cố định cho một loại vật liệu chịu nén tốt nhưng chịu

ứng suất trong thép thông thường giảm từ lOOMpa đến 240Mpa, như vậy để

phần ứng suất bị mất đi chỉ là một phần nhỏ của ứng suất ban đầu thì ứng suất

ban đầu phải rất cao vào khoảng 1200Mpa đến 2000Mpa Đe đạt được điều này thì

việc sử dụng thép cưòng độ cao là thích họp nhất

Cần phải sử dụng bê tông cường độ cao trong bê tông ULT vì loại vật liệu

làm tăng hiệu quả kinh tế, kỳ thuật

Có khả năng chống nứt cao hon (do khả năng chông thấm tốt hon) dùng bê tông

ULT ngưòi ta có thể tạo ra các cấu kiện không xuất hiện các khe nứt trong vùng bê

tông chịu kéo hoặc hạn chế sự phát triển của bề rộng vết nứt khi chịu tải trọng sửdụng

Có độ cúng lón hon do đó có độ võng và biến dạng bé hon

Hình 2.1: Sơ đồ phương pháp căng trước

a) Trước khi buông cốt thép ULT - b) sau khi buông cốt thép ULT.

bê tông bị ép Phương pháp nhiệt điện thường được dùng khi chế tạo các thành phẩm

kích thước nhỏ có đặt các thanh cốt thép

2.2.2. Phương pháp căng sau.

Trước hết đặt các cốt thép thông thường vào các ống rãnh bằng tôn, kẽm hoặc

bằng vật liệu khác để tạo các rãnh dọc, rồi đổ bê tông sau khi bê tông đông cúng thì

tiến hành luồn và căng cốt thép úng lực Trong trường họp này người ta dùng nhũng

cấu kiện đã được chế tạo để làm bệ tỳ Khi kéo căng cốt thép phản lực được

các đầu mặt của cấu kiện (thông qua đầu neo) và gây ra úng suất nén trong bê

các tiết diện của nó như trường họp căng trước Đe tạo ra liên kết (lực dính) giừa

Hình 2.2: Sơ đồ phương pháp căng sau.

a) Trong quả trình căng - b) Sau khi căng.

1 - Cốt thép ứng lực trước.

— Cẩu kiện BTCT; 3 - Ông rãnh; 4 — Thiết bị kích.

2.3. Vật liệu sử dụng cho bê tông ứng lực trước.

2.3.1. Bê tông cường độ cao.

Bê tông ứng suất trước yêu cầu sử dụng bê tông đạt cường độ chịu nén cao trong

thời gian ngắn với cường độ chịu kéo toong đối cao hon so vói bê tông thông thưòng,

độ co ngót thấp, tính từ biến thấp nhất và giá trị môđun đàn hồi lón

2.3.2. Thép cường độ cao.

Thép ứng suất trước có thể là sọi, cáp hoặc thanh thép họp kim

Thép sợi sử dụng cho bê tông ULT nói chung tuân theo TCVN 6284 thép

vói bê tông

Cáp úng suất trước phổ biến nhất là loại cáp 7 sợi, có cưòng độ chịu kéo tói hạn

fpu là 1720Mpa và 1860Mpa, kết dính hoặc không kết dính.

2.4. Đánh giá tổn hao ửng suất trong các giải pháp úng lực.

Trong quá trình chế tạo và sử dụng cấu kiện bê tông cốt thép có xảy ra hiệntượng ứng suất kéo trước bị tốn thất làm ảnh hưỏng rất nhiều đến sự làm việc

cấu Nhũng tốn thất thưòng xảy ra bao gồm:

Sự dão úng suất trong cốt thép (khi kéo căng vào bệ tỳ)

Các biến dạng của khuôn của các neo và các bộ phận kẹp (ép các mối nối giữa

các khối lắp ghép, ép các vòng đệm của neo)

chính cốt thép bị rút ngắn lại một đoạn bằng trị số đó, làm cho ứng suất kéo trước bị

a) Độ giãn dài Alct của cốt thép dưới ảnh hưởng của lực N.

b) Độ co ngót Alht của cẩu kiện do bê tông bị ép.

c) Độ rút ngắn của cấu kiện Alcth do co ngót và từ biến.

Bởi vì các tổn thất của ứng suất trước do co ngót và từ biến ít phụ thuộc

cốt thép, cho nên các tổn thất tưong đối của ứng suất càng nhỏ khi cưòng độ của thép

càng cao

2.4.2. Tốn thất do từ biến của bê tông ơ2.

Các tổn thất ơ2 do từ biến của bê tông nặng khi kéo căng vào bệ tỳ được

k - hệ số kể đến các tính chất của cốt thép lấy bằng

1 - đối với cốt thép sợi cưòng độ cao và các thành phần làm từ cốt

cường độ cao (bó dây cáp)

0,8 - đối vói các loại cốt thép khác

R - cấp độ bền thiết kế của bê tông

Ro - cưòng độ của bê tông trong thòi gian bị ép

ơht - ứng suất nén trong bê tông do lực ép trước tại trọng tâm cốt thép dọc

số k Trị số p khi cốt thépcó dạng

chùm thanh thanh cógờRãnh có mặt ngoài bằng kim loại 0,00

Đối với cốt thép thanh : cr3 = 0,1 Ơơ - 200

Đối với cốt thép cán nóng loại A-III, A-II, A-I, cũng như đối vói cốt thép kéo

nguội (trước khi căng cốt thép) loại A-IIIB và A-IIB thì không kể đến tổn thất do dão

/Ị2 - biến dạng của bản thân neo, bằng lmm

Es - môđun đàn hồi của cót thép

1 - chiều dài của chùm cốt thép bị kéo căng (mm)

e - cơ số lôgarit tự nhiên

k - hệ số kể đến sự sai lệch của đoạn thẳng của rãnh so với vị trí thiết kế

dọc của cấu kiện

p - hệ số ma sát giữa cốt thép và thành rãnh lấy theo (bảng 2.1).

Bảng 2.1: Trị số các hệ số k và ỊẦ

K bt

Có thể lấy gần đúng : g^+//ỡ = 1+ ỈOC + /ẨỠ (2.5)

2.4.6. Tốn thất do ép bê tông trong các vòng cốt thép xoắn cr6.

Các tốn thất cr6 do ép bê tông trong các vòng cốt thép xoắn khi đuờng kính của

kết cấu nhỏ hon 3m thì lấy bằng 300KG/cm2, còn khi đuờng kính lón hon 3m thì lấy

cr6 =0

2.4.7. Tốn thất khỉ thay đoi sổ hiệu nhiệt độ của cốt thép Ơ1.

Các tổn thất Ơ1 khi thay đổi hiệu số nhiệt độ của cốt thép căng truớc và

2.4.8. Tốn thất do tác dụng của tải trọng cỏ chu kỳ <x8.

Các tổn thất cr8 do tác dụng của tải trọng có chu kỳ được kể đến khi tính

bền mỏi, xác định theo công thức

2.4.9. Tốn thất do biến dạng của khuôn ơ9.

Các tốn thất ơ9 do biến dạng của khuôn dùng để chế tạo các cấu kiện bê

cố định được các ứng suất kiểm tra

1 - chiều dài của thanh hoặc sọi

2.4.10. Tốn thất do kéo cốt thép không đều CTỊO

các tổn thất cr10 do kéo cốt thép không đều có thể xảy ra khi dùng một số cùm

hoặc thanh cốt thép trong cấu kiện căng trước Trị số thay đối ứng suất (giảm hoặc

tăng) trong cốt thép đã kéo căng sớm hon do độ co đàn hồi của bê tông khi chịu các

lực trong cốt thép bị kéo căng chậm hơn, có thể lấy bằng

Trong đó:

n - tỷ số giữa môđun đàn hồi của cốt thép và của bê tông

Aơht - ứng suất trung bình trong bê tông tại phần chiều dài của nhóm cốt

Người ta xác định các trị số Aơbt đối với từng nhóm cốt thép bị kéo căng

ứng lực và cuờng độ của bê tông.

Phuơng trình vi phân của đường đàn hồi của đoạn cấu kiện từ 0 đến điểm k có

Lời giải tổng quát của phương trình (2.12) có dạng

yk = 77^7T7 + Q-cosưxk + c 2.sinƯXk - — ỵ[ưXịt sinUxk ]ổ

Trong đó:

JJ2 =3L

Pth - lực nén tói hạn Euler của riêng thân.

Dùng các điều kiện biên đối với mút trên và dưới của cấu

Tương tự, đạo hàm (2.13), ta có góc xoay tại điểm k.

et = -ị- ịRo + 4, _ ỵ [(1 _ cosạ -i -2 [sin(k - i) r]M,} (2.15)

Tách từ hai phưong trình (2.14) và (2.15) số hạng chung 4; (nhận được từ

-i=k+\ i=l cosk V

(2.16)Phương trình (2.16) thể hiện điều kiện của dạng cân bằng mói của cấu kiện Điều

này dẫn đến phương trình đặc trưng (đóng vai trò hệ số của Q và M) và của

v(ak,j3k) = 0.

Đe có thể tìm được tất cả các Qk và Mk ta dùng thêm điều kiện biên

+ Khi mất ổn định theo dạng 1:

2.6. Lý thuyết cấu kiện chịu nén

lệch tâm ứng suất trước.

Hình 2.5: Sơ đồ biểu diễn các trường họp nén lệch tâm úng suất trước.

Chiều dày thành cọc

2.6.3 Kiếm tra cưÒTig độ cấu kiện ở giai đoạn chế tạo.

Khi buông cốt thép ứng lực trước, cấu kiện có thể bị ép hỏng do đố cần

N - là lực nén bê tông khi buông cốt thép

Với cấu kiện căng trước: N = {\,\ơsp - 300)4y;

Vói cấu kiện căng sau: N = 1,5{ơsp -

(2.23)

(2.24)(2.25)

2.7. Cọc bê tông ly tâm ứng lực trước.

Hình 2.4 Cọc bê tông ứng lực trước PC, PHC

L: Chiều dài cọc, D: Đường kính ngoài cọc, d: Chiều dày

a: Đầu cọc hoặc đầu moi nối, b: Mũi cọc hoặc đầu moi nối

2.7.3. Kỷ hiệu quy ước.

Ký hiệu quy uớc của cọc PC, PHC đuợc ghi theo thứ tự: Tên viết tắt - cấp

Bảng 2.3 Bảng quy định sai lệch kích thước của cọc PC, PHC