Chương 3 : Xử lí nền đất yếuCác biện pháp xử lí nền đất yếu Phạm vi ứng dụngXứ lí nền đất yếu bằng phương pháp gia cố cọc cátChương 4 : Tính toán móng cọcCác khái niệm về móng cọc, cấu tạo chung của móng cọc.....
Trang 1Khi lớp đất yếu cần gia cố dày hơn 4÷5m, thì nên dùng cọc cát
để gia cố nền Cọc cát thi công đảm bảo yêu cầu kỹ thuật thì
rất tốt vì nó có các tác dụng sau:
Thoát nước lỗ rỗng, tăng nhanh quá trình cố kết, làm cho
công trình lún nhanh đến ổn định
Ép chặt nền đất, làm cho cường độ của đất nền tăng lên
Trong những trường hợp sau đây thì không nên dùng cọc cát:
Đất quá nhão yếu (e > 1.1; I L > 1; E 0 < 3MPa), lưới cọc cát
không thể lèn chặt được đất
Chiều dày lớp đất yếu nhỏ hơn 4m
3.3 CỌC CÁT
3.3.1 Phạm vi aÙp dụng
209
Giảm hệ số rỗng ban đầu e0 về hệ số rỗng thiết kế etk (hệ số rỗng mong muốn sau xử lý)
•Giả thiết:
Hệ số rỗng giảm đều (đất được lèn chặt đều giữa các cọc cát);
Thể tích lỗ rỗng giảm trong khi thể tích hạt không đổi;
Độ ẩm không đổi trong quá trình lèn chặt;
Đất không trồi lên mặt đất;
3.3.2 Cơ chế nén chặt của cọc cát
210
3.3.3 Đặc trưng của cọc cát
Đường kính cọc cát: phụ thuộc vào đường kính ống thép, tính
chất nén lún của đất = 400600
Chiều dài cọc cát: L = min {Ha, hđy – hm} Trong đó Ha là
chiều sâu ảnh hưởng lún hđy : chiều dày lớp đất yếu cần xử lý
Chú ý:
Nếu độ sââu ảnh hưởng lún vượt quá phạm vi lớp đất yếu
(h đy - h m H a ): chỉ cần xử lý đến hết lớp đất yếu;
Khi bề dày lớp đất yếu lớn hơn phạm vi chiều sâu ảnh
hưởng lún (h đy - h m H a ): chỉ cần xử lý đến hết phạm vi ảnh
hưởng lún Ha
211
a Xác định diện tích nền được nén chặt bằng cọc cát
Bố trí cọc cát và diện tích phạm vi nén chặt
3.3.4 Tính toán cọc cát
Gọi eo: hệ số rỗng tự nhiên của đất nền
0,2b
0,2b
1,4b b
212
Trang 2Theo kinh nghiệm thiết kế, chiều rộng mặt bằng của nền nén
chặt thường lấy lớn hơn chiều rộng móng về các bên là
0.2*b.
Diện tích của nền được nén chặt bằng cọc cát, F nc có thể tính
theo công thức sau:
F nc = 1.4*b*(a + 0.4*b) Trong đó:
a, b: chiều dài, chiều rộng đáy móng
a Xác định diện tích nền được nén chặt bằng cọc cát
-tiếp-Tỷ lệ diện tích tiết diện của tất cả các cọc cát, Fc đối với
diện tích đất nền được nén chặt, Fnc được xác định như sau:
213
b Xác định khoảng cách cọc cát
Theo lưới của hình tam giác đều, cạnh L:
Vùng đất trong phạm vi tam giác
đều gọi là một đơn nguyên xử lý.
Diện tích nén chặt Fnc:
Diện tích cọc cát cần chèn vào Fc:
L
Cọc cát
L
d s
214
Từ (*) và (**) ta suy ra:
Khoảng cách giữa các cọc cát có thể xác định theo công thức:
Như vậy: Nếu ta chọn trước khoảng cách giữa các cọc L thì việc
xử lý sẽ làm hệ số rỗng của nền giảm xuống giá trị enc:
215
b Xác định khoảng cách cọc cát
-tiếp- Theo lưới ô vuông, cạnh là L:
Vùng đất trong phạm vi tam giác
đều gọi là một đơn nguyên xử lý.
Diện tích nén chặt Fnc:
Diện tích cọc cát cần chèn vào Fc:
Vùng nén chặt
ds L
216
Trang 3Từ (*) và (**) ta suy ra:
Khoảng cách giữa các cọc cát có thể xác định theo công thức:
Như vậy: Nếu ta chọn trước khoảng cách giữa các cọc L thì việc
xử lý sẽ làm hệ số rỗng của nền giảm xuống giá trị enc:
217
c Xác định hệ số rỗng e nc của đất sau khi được nén chặt bằng cọc cát
Với đất rời sau khi nén chặt bằng cọc cát hệ số rỗng e nc được xác định:
enc = emax - D(emax - emin)
Có thể chọn e nc (0,65 0,75)e 0
Trong đó e0là hệ số rỗng ban đầu của nền đất Trong đó D (độ chặt của nền đất) = 0,7 - 0,8 với đất rời
Thông số của cọc cát có thể lấy
= 35 38; E oc = 30000 40000 (kPa);
c = 18 20 (kN/m 3 ).
218
3 Xác định số lượng cọc cát
Số lượng cọc cát cần thiết là:
Lưu ý: Số lượng cọc cát có thể tính theo công thức sau:
n s = N/q s
N: tổng tải trọng của công trình
qs: sức chịu tải của cọc cát, xác định theo công thức của Bengt
Brome (Thụy Điển),
q s = (d s L s + 2.25d s )c u
ds: đường kính cọc cát
L s : chiều dài cọc cát.
c u : lực dính không thoát nước của đất nền.
219
BÀI TẬP ÁP DỤNG 2
Thiết kế móng dưới cột tiết diện 30cmx40cm Tổ hợp tải trọng tiêu chuẩn tại mức mặt đất:
N 0 tc = 90 T ; M 0 tc = 8 Tm và Q 0 tc = 1,2 T
Lớp đất dưới móng là lớp cát bụi dày 20m Dưới lớp cát bụi là lớp sét pha nhão
Đặc trưng lớp cát bụi: = 1,8 T/m 3 ; c 0 T/m 2
; = 20 0 ;
= 2,65 ; W = 30% ; e max = 0,96 ; e min = 0,56 ; q c = 30 kG/cm 2 Lời giải:
220
Trang 4Xác định trạng thái lớp cát bụi dựa vào độ chặt:
Cát ở trạng thái rời
Độ bão
hòa:
G = 0,864 > 0,8 trạng thái bão hòa nước.
Lựa chọ giải pháp gia cố nền bằng cọc cát.
221
Giả sử bố trí cọc theo lưới tam giác đều:
Chọn khoảng cách giữa các cọc L = 1,0m
Hệ số rỗng của đất rời sau khi nén chặt bằng cọc cát:
e nc = e max - D(e max - e min ) = 0,96 - 0,75(0,96 - 0,56) = 0,66
Khoảng cách tối đa giữa các cọc cát xác định theo công thức:
Xác định các đặc trưng của nền sau xử lý:
Diện tích cọc cát: Fc= 0,1257 m2
Diện tích đơn nguyên xử lý Fnc = 0,433 m2
222
Mô đun biến dạng chung của nền, E 0ch :
E 0ch = (1 - f)E 0 + f.E 0c
Trong đó f gọi là tỷ diện tích xử lý:
E0ch= (1 - 0,29).900 + 0,29 30000 = 9339 kPa
Chọn E 0ch = 9300 kPa
Trọng lượng riêng của đất sau khi nén chặt:
E0= .qc= 3 x 300 = 900 (kN/m2)
Góc ma sát trong, ch :
ch= (1 - 0,29).20 + 0,29 35 = 250 Chọn ch = 25 0
ch = (1 - f) + f. c
223
Giả thiết móng có kích thước: b = 2.0m và h m = 1.5m
l = b = 2,4m
Độ lệch tâm của tải trọng
Áùp lực tiếp xúc tại đáy móng:
224
Trang 5Xác định sức chịu tải giới hạn pgh của nền đất theo công thức của
Terzaghi
Với = 250tra bảng:
N= 9,7 ; Nq= 12,7 ; Nc= 25,1
Thay số:
Suy ra sức chịu tải cho phép của nền:
225
p tb = 21,75 (T/m 2 ) R đ = 25 (T/m 2 )
p max = 26,5 (T/m 2 ) 1,2R đ = 30 (T/m 2 )
So sánh:
Vậy kích thước đáy móng là l x b = 2,4m x 2,0m là hợp lý.
Xác định số lượng cọc cát:
Diện tích cần nén chặt rộng hơn đáy móng, tâm hàng cọc biên cách mép móng 0,2b về mỗi phía:
F nc 1,4 x 2 x (2,4 + 0,4x2) = 8,96 (m 2 )
cọc
226
Xác định chiều sâu nén chặt:
Chiều sâu nén chặt ở đây lấy bằng chiều dày vùng chịu nén, áp
dụng phương pháp lớp tương đương:
Giả thiết móng tuyệt đối cứng: l/b = 1,2 và = 0,25
A const = 1,08
Chiều dày lớp tương đương là: h s =1,08.2 = 2,16m
Chiều dày vùng chịu nén kể từ đáy móng:
H = 2 h s = 2.2,16 = 4,32m 4,5m
Dự báo độ lún của nền sau khi gia cố bằng cọc cát
Chọn H = 5,0m
227
Mặt đất tự nhiên
500 500 1000 1000 500 500
900 900 900 900
2400
0 6
400
Ứng suất gây lún:
Thay số:
228
Trang 6 Cọc: là một kết cấu có chiều dài lớn hơn nhiều so với chiều
rộng tiết diện ngang (hoặc đường kính) được đóng, ép và rung
hay thi công tại chỗ vào trong lòng đất
Cọc thí nghiệm: là cọc được dùng để đánh giá sức chịu tải
hoặc kiểm tra chất lượng cọc
Nhóm cọc: gồm một số cọc được bố trí gần nhau và cùng có
chung một đài cọc
Băng cọc: gồm những cọc được bố trí theo 1 3 hàng dưới
các móng băng
4.1 CÁC KHÁI NIỆM
229
CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN MÓNG CỌC
cọc với công trình bên trên Có nhiệm vụ tiếp nhận tải trọng và phân phối tải trọng lên các cọc
Cọc đài cao: là hệ cọc mà trong đó đài cọc không tiếp xúc
với đất
Cọc đài thấp: là hệ cọc mà trong đó đài cọc tiếp xúc với đất.
Cọc chống: là cọc có sức chịu tải chủ yếu do lực chống của
đất tại mũi cọc
4.1 CÁC KHÁI NIỆM
230
Cọc ma sát:là cọc có sức chịu tải chủ yếu do ma sát của đất
tại mặt bên cọc
Tải trọng thiết kế: là giá trị tải trọng dự tính tác dụng lên cọc.
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
Sức chịu tải cho phép: là giá trị tải trọng mà cọc có khả năng
mang được, xác định bằng cách chia sức chịu tải cực hạn cho hệ
số an toàn quy định
4.1 CÁC KHÁI NIỆM
231
Móng cọc đài thấp, đài cao 4.1 CÁC KHÁI NIỆM
232
Trang 7Cọc mở rộng đáy 4.1 CÁC KHÁI NIỆM
233
4.2 CẤU TẠO CHUNG CỦA MÓNG CỌC
L 1
0.00 m
Mặt đáy đài
Mặt đỉnh đài
Cốt thép cột
Đài cọc
Cọc
Mặt phẳng mũi cọc
“đáy cọc”
H m
L
BT lót
234
Các dạng tiết diện ngang cọc BTCT đúc sẵn
Cấu tạo chi tiết cọc BTCT 4.2 CẤU TẠO CHUNG CỦA MÓNG CỌC
235
Cấu tạo cốt thép đai cọc BTCT Mặt cắt ngang cọc BTCT 4.2 CẤU TẠO CHUNG CỦA MÓNG CỌC
236
Trang 8Cấu tạo cốt thép mũi cọc BTCT 4.2 CẤU TẠO CHUNG CỦA MÓNG CỌC
237
Lưới thép đầu cọc BTCT và móc cẩu 4.2 CẤU TẠO CHUNG CỦA MÓNG CỌC
238
Cấu tạo thép chờ và đai thép đầu cọc BTCT khi cọc có mối nối
4.2 CẤU TẠO CHUNG CỦA MÓNG CỌC
239
Chi tiết mối nối cọc BTCT 4.2 CẤU TẠO CHUNG CỦA MÓNG CỌC
240
Trang 94.3 PHẠM VI ÁP DỤNG
241
- Tải trọng CT lớn
+ Lực đứng N lớn, đặc biệt khi chịu kéo;
+ Lực đẩy ngang lớn (cầu, cảng) hay Momen lớn (Tháp, cao
tầng )
- Lớp đất tốt ở dưới sâu trong khi các biện pháp xử lý nền
đất yếu bên trên khơng hiệu quả;
- Cơng trình quan trọng, địi hỏi độ tin cậy cao (đặc biệt các
CT yêu cầu cao về hạn chế biến dạng)
4.4 PHÂN LOẠI CỌC
242
Trang 10Cọc nhồi BTCT 245
Lồng thép cọc nhồi BTCT
246
Hạ lồng thép cọc nhồi
248
Trang 11Bố trí bè cọc barrettes công trình Petronas Tower (Malaysia)
249
Theo phương pháp thi công chia thành các loại:
Cọc đúc sẵn;
Cọc đổ tại chỗ;
Kết hợp cả 2 loại trên
4.4 PHÂN LOẠI CỌC 4.4.1 Phân loại cọc theo vật liệu
Cọc gỗ
Cọc thép
Cọc BTCT: được dùng phổ biến hiện nay
4.4.2 Phân loại cọc theo phương pháp thi công
250
a Cọc đúc sẵn
Cọc đúc sẵn được cấu tạo từ một hoặc vài đoạn cọc đã được
chế tạo sẵn (tại nhà máy hoặc ở công trường) rồi được nối lại
khi thi công và hạ vào vị trí thiết kế
Phương pháp hạ cọc: đóng hoặc ép
Cọc đổ tại chỗ (cọc khoan nhồi): được chế tạo ngay tại vị trí
thiết kế bằng cách tạo ra một hố rỗng thẳng đứng trong đất,
sau đó đặt cốt thép và đổ BT vào ngay hố đó
b Cọc đổ tại chỗ (cọc khoan nhồi)
4.4.2 Phân loại cọc theo phương pháp thi công (tiếp)
Trang 12Cọc kết hợp chế tạo sẵn và đổ tại chỗ: phần ngoài dạng
ống được chế tạo sẵn bằng BTCT hoặc thép Thi công theo
phương pháp cọc đúc sẵn rồi lấy hết đất bên trong và nhồi
BTCT vào
c Cọc kết hợp chế tạo sẵn - đổ tại chỗ
4.4.3 Phân loại cọc theo hình dạng
Cọc BTCT có thể cấu tạo bất kỳ nhưng phổ biến là cọc tiết diện
vuông hoặc tròn (đặc hoặc rỗng)
a Cọc vuông: thường có tiết diện đặc, được chế tạo sẵn từ một
hay nhiều đoạn
Phương pháp hạ cọc vuông: đóng hoặc ép
Dc = 20, 25, 30, 35, 40, 45cm
253
4.4.3 Phân loại cọc theo hình dạng
b Cọc chữ nhật (cọc Barret).
c Cọc tròn: tiết diện đặc hoặc rỗng Cọc tròn rỗng thường chế
tạo sẵn, cọc tròn đặc chủ yếu là đổ tại chỗ
Tải trọng công trình P truyền vào đất qua ma sát bên Pms và phản lực mũi Pmũi:
4.4.4 Phân loại cọc theo phương thức truyền tải
Nếu chuyển vị của đất ở mũi cọc nhỏ (có thể bỏ qua), Pmũi rất lớn so với với Pms P P mũi Cọc chống;
Chuyển vị mũi cọc đáng kể, không thể bỏ qua Pms
254
Nếu hđđủ sâu h đ > h min Móng cọc đài thấp: đất từ đáy
đài trở lên tiếp nhận Q0 bỏ qua tải trọng ngang tác dụng lên
đài và cọc
Nếu h đ h min Móng cọc đài cao: cọc phải
chịu tải trọng ngang đòi hỏi độ cứng chống uốn lớn
4.4.5 Phân loại cọc theo vị trí đài cọc
255
4.5 CẤU TẠO CỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP
4.5.1 Cấu tạo cọc đúc sẵn
Cọc BTCT thi công theo 2 phương pháp: cọc đúc sẵn và cọc đổ
tại chỗ cấu tạo của chúng khác nhau
Do vận chuyển khó khăn, điều kiện hạn chế về giá búa cọc
chế tạo thành từng đoạn, rồi nối lại với nhau (tổ hợp cọc).
Có 2 kiểu đoạn cọc: đoạn nối và đoạn mũi
L c
Mối nối
256
Trang 13Bêtông cọc: cấp độ bền B20 (hiện nay B22.5)
Cốt thép:
Thép chịu lực: thép AII trở lên, 12 (nên 16).
Hàm lượng thép: theo tính toán kết cấu cọc (cả khi thi công
và sử dụng)
Số lượng thanh thép: chọn chẵn và bố trí đối xứng.
Thép đai: = (6 8)mm, với cọc lớn có thể dùng đai 10
Cốt đai bố trí dày ở 2 đầu với bước (5 10)cm và thưa dần
vào giữa với bước (15 20)cm
Lớp bảo vệ BT cọc: a = (2,53)cm.
4.5.1 Cấu tạo cọc đúc sẵn
257
Cấu tạo mũi cọc:
Lưu ý:
Khi đóng cọc ứng suất cục bộ phát sinh ở đỉnh cọc đặt lưới thép ở đầu cọc
Lđ
b
Thép dọc Móc cẩu
258
a Đầu cọc:
Đầu cọc: Cấu tạo thích hợp với nhiệm vụ tiếp nhận tải trọng
thi công (đóng hoặc ép)
- Thông dụng dùng hộp thép đầu cọc:
- Kích thước hộp 100 200, = (8 10)mm
Hộp thép
đầu cọc
Thân cọc
D c
Thép Đầu cọc Thép dọc
259
Cọc chịu tải trọng ngang thì đầu cọc cấu tạo: đặt 2 lỗ định vị ở
vị trí đối xứng
a Đầu cọc:
Lỗ định vị
Thân cọc
Hộp thép Đầu cọc
Hộp thép Đầu cọc Chốt định vị
Thân cọc
Đầu cọc dạng hộp kín có lỗ
định vị
Đầu cọc dạng hộp kín có chốt
định vị
260
Trang 14Đầu cọc kiểu nối bulông
a Đầu cọc:
Lỗ bulông nối cọc Mặt bích định vị
D c
261
Lõi thép: để dễ đi qua nõi có dị
vật:
L = (1,5 2) d Hộp mũi cọc:
= (8 10)mm.
b Mũi cọc:
Hộp mũi cọc
Thép dọc
Thép lõi
262
Đoạn nối có hai đầu giống nhau và giống phần đầu cọc của đoạn
mũi
Cấu tạo đoạn nối:
Cọc không chịu hoặc ít chịu tải tọng ngang: Nối hàn qua bản mã
liên kết hộp đầu cọc của hai đoạn (nối 4 mặt)
Cọc chịu tải trọng ngang: Nối mặt bích bằng bu lông cường độ
cao
Cấu tạo mối nối:
263
Nối hàn
Đoạn cọc trên
Đoạn cọc trên
Bản thép
I
I - I
Hàn tại chỗ Keo eposi
Cấu tạo mối nối:
264
Trang 15Móc cẩu:
Bố trí 2 đến 3 móc để cẩu cọc khi vận chuyển và để treo cọc lên
giá búa khi hạ cọc
Thép móc cẩu: nên dùng thép AI Số lượng và khoảng cách =
f(Lđ)
- Nếu L đ (6 7)m: bố trí 2 móc cẩu cách đều đầu cọc một đoạn
a = (0,2 0,25)Lđ;
Với a = 0,207Lđthì M+= M-
- Nếu L đ > (7 8)m: bố trí 3 móc cẩu
Hai móc cẩu cách đều đầu cọc a = (0,2 0,25)Lđ;
Móc cẩu thứ 3 cách đầu cọc 1 đoạn b 0,3Lđ
Với b = 0,294Lđ thì M+= M-
Thực tế có thể móc cẩu thứ 3 không bố trí sẵn mà đặt lỗ xỏ thanh
BT đổ tại chỗ không có mối nối, không chịu lực khi thi công
Bêtông cọc: cấp độ bền B22.5
Cốt thép:
Thép chịu lực: thép AII trở lên, 18 Bố trí đều theo chu vi.
Cọc chịu tải trọng ngang lớn: đặt suốt chiều dài cọc;
Cọc chủ yếu chịu tải trọng đứng: đặt trong phạm vi (1/3 1/2) chiều dài cọc, đoạn dưới đặt cấu tạo
Thép đai: 10 12, tăng cường 14 16 tại các vị trí
cách đều (1,5 2)m để tăng độ ổn định cho toàn bộ lồng thép
Lớp bảo vệ BT cọc: abv 10cm
4.5.2 Cấu tạo cọc đổ tại chỗ
266
4.6 CẤU TẠO ĐÀI CỌC
4.6.1 Yêu cầu chung:
Vật liệu: BTCT (toàn khối hoặc lắp ghép)
- BT đài: cấp độ bền B20
- Cốt thép đài: thép AII trở lên, 12
- Lớp bảo vệ BT đài a0 5cm
Cấu tạo:
- hđ= f(Địa chất - SCT của đất dưới đáy đài
- h: tính toán
- Đỉnh đài phụ thuộc đáy CT
- Đáy đài phụ thuộc số lượng và sơ đồ bố trí cọc
267
4.6.2 Hình dáng mặt bằng đài:
Hình dáng mặt bằng đáy đài phụ thuộc và mặt bằng đáy công trình, vào số lượng và sơ đồ bố trí cọc:
Khoảng cách từ mép cọc ngoài cùng đến mép đài x,
y max {100 và Dc/2}
Khoảng cách từ tim cọc ngoài cùng đến mép đài D c
Khoảng cách cọc x, y = (3 6)Dc
- Với cọc nhồi có thể bố trí x, y = 2,5Dc
- Kích thước các cạnh đài cọc nên lấy chẵn đến 5cm
268
Trang 164.6.3 Cấu tạo liên kết đài cọc:
Liên kết cọc với đài thường là liên kết ngàm.
Nếu đầu cọc không thể đập (trụ cầu): chiều dài cọc ngàm
trong đài max{1,2m và 2Dc} với Dc > 600
Nếu đập đầu cọc thì đoạn đập đầu cọc lneo (lneo 20 với
thép gai, 40 với thép trơn); đoạn cọc ngàm trong đài chỉ
cần 100
Trường hợp đặc biệt có thể không liên kết trực tiếp với đài
mà thông qua tầng giảm chấn (áp dụng nơi có động đất)
4.7 DỰ BÁO SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC
4.7.1 Một số vấn đề chung:
a Sự làm việc của cọc đơn và nhóm cọc
Sự làm việc của một cọc đơn và của một cọc trong móng cọc
khác nhau rất nhiều Tuy nhiên, khi tính toán ta vẫn coi SCT
của cọc trong nhóm cọc như SCT của cọc đơn.
Khi cùng trị số tải trọng tác dụng lên cọc đơn và lên mỗi cọc
trong nhóm thấy rằng nếu các cọc càng gần nhau thì z tại
điểm trên trục cọc do cả nhóm gây ra >> ứng suất do mỗi cọc
gây ra S nhóm cọc >> S cọc đơn Nếu khoảng cách đạt tới một trị
số nào đó thì có thể coi sự làm việc của cọc đơn như sự làm việc
của cọc trong nhóm cọc
271
Phân bố ứng suất do cọc đơn và nhóm cọc Cọc đơn và nhóm cọc
272
