3 chuong 2 mong coc DK nho (272 05) 2009

Sức chịu tải theo đất nền Rdn; Đối với sức chịu tải của cọc theo vật liệu, sức chịu tải cực hạn Ruvl sẽ đợc tính toán dựa trên cờng độ cực hạn của vật liệu với cọc thép là cờng độ giới h

Chơng 2 móng cọc đờng kính nhỏ

Bài 1: Giới thiệu chung

I Khái quát chung về móng cọc ĐK nhỏ

Móng cọc gồm hai bộ phận chính:

-Cọc là bộ phận chủ yếu có tác dụng truyền tải trọng từ công trình bên

trên thông qua bệ cọc xuống nền đất dới mũi cọc và đất xung quanhcọc

-Bệ cọc (bệ cọc) là bộ phận liên kết các cọc thành một khối, truyền tải

trọng từ công trình xuống cọc và nâng đỡ công trình bên trên

Đặc điểm, u điểm

 Móng cọc là móng sâu do đó điều kiện ổn định tốt

 Kết cấu tơng đối đơn giản

 Khả năng chịu đợc tải trọng công trình bên trên là tơng đối lớn domũi cọc thờng đợc đặt vào lớp đất tốt

 Công nghệ thi công phổ biến, có thể cơ giới hoá việc thi công, giáthành rẻ

Nhợc điểm

- Không thể kéo dài cọc theo ý muốn của ngời thiết kế do cọc đờngkính nhỏ bị hạn chế về độ mảnh (thờng lấy tỷ lệ Lc/d=30~70, đặcbiệt tỷ số này có thể đến 100)

- Để đảm bảo các cọc có thể hạ đến chiều sâu thiết kế và xét đếnhiệu ứng nhóm cọc (tức là cọc làm làm theo nhóm mà không phải làcọc đơn), thì khoảng cách tối thiểu tim các cọc≥2.5d (d là đờngkính cọc) do đó kích thớc bệ thờng phải mở rộng dẫn đến tốn vậtliệu Nếu tải trọng công trình bên trên mà lớn thì số lợng cọc sử dụngrất lớn thì càng phải mở rộng bệ cọc nhiều

- Đối với cọc BTCT đờng kính nhỏ thì cốt thép bố trí trong cọc chủyếu phục vụ quá trình vận chuyển, cẩu cọc và nhất là khi đóng cọc

do lực xung kích rất lớn trong quá trình đóng, vì vậy không tậndụng hết vật liệu trong quá trình khai thác, dẫn tới lãng phí vật liệu

- Khả năng chịu lực ngang kém, do đó với những công trình có lựcngang lớn tác dụng thì sử dụng móng cọc đờng kính nhỏ thờngkhông hiệu quả do cọc dễ bị gãy hay biến dạng khi chịu lực ngang

- Trong thi công móng cọc thì chỉ riêng thời gian đúc, cẩu, vậnchuyển và đóng cọc và hàn nối các đốt cọc chiếm từ 60~80% thời

trình, và do đó khi thi công làm tăng chi phí quản lý, chi phí nhâncông máy móc kho bãi và đồng thời phụ thuộc vào điều kiện thờitiết làm ảnh hởng tiến độ thi công chung của toàn bộ công trình.

P

9

4 3

1000 2000

3@1200 500

1 Phân loại theo vật liệu

Cọc tre, gỗ sử dụng trong các công trình chịu tải trọng nhỏ, công trình

tạm thời Xử lý tầng đất yếu khi chiều dày tầng đất yếu nhỏ Đợc chế tạo

từ tre, gỗ đảm bảo điều kiện thẳng Cao độ đầu cọc phải nhỏ hơn cao

độ MNN để kéo dài tuổi thọ cọc Cọc thép loại thép hình tiết diện I, O

có khả năng chịu đợc cả kéo hay nén, đợc sử dụng trong các công trìnhphục vụ thi công, công trình tạm Tuy nhiên dễ bị ăn mòn, và giá thành t -

ơng đối cao Cọc bê tông cốt thép là loại cọc đợc sử dụng phổ biến

nhất, có mặt cắt ngang có dạng hình vuông hoặc hình tròn

2 Phân loại theo phơng pháp thi công: Cọc hạ bằng búa, cọc hạ bằng

phơng pháp ép tĩnh, cọc hạ bằng phơng pháp xoắn, cọc hạ bằng phơngpháp rung kết hợp với vòi xói, cọc mở rộng chân, cọc đổ tại chỗ (cọckhoan nhồi)

3 Phân loại theo chứa năng làm việc của cọc

Cọc ma sát: Là cọc mà khả năng chịu lực của cọc là do thành phần ma

sát hoặc cả hai thành phần ma sát giữa cọc với các lớp đất mà cọc xuyên

qua và phản lực mũi cọc tạo nên Cọc chống: Khi mũi cọc tựa vào tầng

cứng (tầng đá) thì chuyển vị của cọc là rất nhỏ, và sức chịu tải của cọc

chủ yếu do thành phần sức chống mũi cọc tạo nên Cọc chống – ma sát:

sức chịu tải của cọc gòm cả ma sát thành bên và scs chống mũi

4 Phân loại theo kích thớc cọc (phụ thuộc vào đờng kính của cọc,

chỉ có tính chất tơng đối): Cọc đờng kính nhỏ: d = 250 ~ 600mm Cọc

và cọc khoan đờng kính lớn: 600 ~ 3000mm Giếng vỏ mỏng: 600 ~3000mm Móng giếng chìm: d > 5m

5 Phân loại theo chiều sâu chôn cọc và độ cứng tơng đối: Cọc có

thể chia thành cọc dài và cọc ngắn Cọc dài là cọc đợc chôn đủ sâu đểmũi cọc đợc coi là cố định Cọc đợc coi nh là một cấu kiện mảnh và chịuuốn Cọc ngắn là một cấu kiện có độ cứng tơng đối mà mũi cọc có sựdịch chuyển đáng kể Móng giếng chìm thờng dợc coi là cọc ngắn vì

nó có mặt cắt ngang lớn và cứng

6 Phân loại theo tải trọng: tải trọng tác dụng lên móng là nén, kéo, mô

men, tải trọng ngang Phụ thuộc vào đặc tính thời gian, tải trọng còn đợcphân thành tĩnh tải, tải trọng chu kỳ, và hoạt tải Độ lớn và loại tải trọng làcác yếu tố chính để xác định kích thớc và loại móng

7 Phân loại theo độ nghiêng: cọc thẳng và cọc nghiêng Nói chung

nên tránh dùng cọc nghiêng, đặc biệt ở những nơi có động đất

Bài 2: cấu tạo móng cọc đờng kính nhỏ

I cấu tạo cọc BTCT đờng kính nhỏ

Các cọc đợc hạ bằng phơng pháp đóng phải đợc thiết kế để chịu đợc cáclực đóng và vận chuyển Cọc đúc sẵn cần đợc thiết kế với trọng lợng bảnthân không nhỏ hơn 1,5 lần trọng lợng bản thân cọc khi vận chuyển vàlắp dựng

1 Thông số về cọc

- Mặt cắt ngang cọc thờng là hình vuông, cạnh a = 200, 250, 300,

350, 400, 450mm, hoặc hình tròn, ống đờng kính d ≤ 600mm Cáccọc bê tông đúc sẵn có thể có mặt cắt đều đặn hoặc thon Khicác cọc bê tông không tiếp xúc với nớc ngọt, các cọc phải có diện tíchmặt cắt ngang đo ở phía trên đoạn thon không nhỏ hơn 90000

mm2 Các cọc bê tông sử dụng trong nớc muối phải có diện tích mặtcắt ngang không nhỏ hơn 142000mm2 Các góc của mặt cắt hìnhchữ nhật phải đợc vát góc

- Chiều dài toàn cọc (đợc tổ hợp từ các đốt cọc) phải thoả mãn yêu

cầu về độ mảnh: Lc/d= 30~70 (đôi khi có thể lên tới 100 nếu các lớp

đất mà cọc xuyên qua phía dới móng là tơng đối yếu)

- Chiều dài đốt cọc: Cọc BTCT đờng kính nhỏ đợc chế tạo thành

từng đốt cọc chiều dài Lđ = 5~15m (chiều dài tối đa 1 đốt cọc còntuỳ thuộc vào đờng kính cọc, d=30cm thì chiều dài tối đa một đốtkhông nên lấy quá 8m, còn khi d=45cm thì không quá 15m) Các đốtcọc sẽ đợc nối dần với nhau trong quá trình thi công để đủ chiều dàicọc thiết kế, thờng trong ngành cầu sử dụng mối nối hàn

2 Vật liệu chế tạo cọc

* Bê tông: thờng có mác ≥ 300 với cọc đờng kính nhỏ đúc sẵn

* Cốt thép: Cốt thép chế tạo cọc chủ yếu gồm những loại sau:

a) Cốt thép đai

- Cốt đai thờng có đờng kính φ6ữ φ8 mm Bớc cốt đai: a = 50~100mm

ở đầu cọc và a = 150~200mm ở giữa đốt cọc, và tối đa không quá

25mm Là cốt thép cấu tạo có nhiệm vụ chống nứt, chống cắt, chịuứng suất cục bộ khi thi công

- Cốt đai có thể dùng cốt đai rời hoặc cốt đai xoắn ốc

- Lớp bê tông bảo vệ cốt thép đai có thể mỏng hơn 12mm so với trị sốquy định cho lớp bê tông bảo vệ đối với các thanh chủ, nhng không đợcnhỏ hơn 25 mm

Diện tích cốt thép không đợc nhỏ hơn 1,5% diện tích mặt cắt ngang toàn

bộ bê tông đo bên trên điểm thon Toàn bộ chiều dài của cốt thép dọcphải đợc bọc bằng cốt thép xoắn hoặc đai tơng đơng

Lớp bê tông bảo vệ đối với cọc bê tông đúc sẵn trong môi trờng không bị

ăn mòn ít nhất là 50mm, còn môi trờng bị ăn mòn là 75mm

Cốt thép dọc sẽ chịu lực trong quá trình khai thác, quá trình vận chuyển

và đặc biệt khi đóng cọc do quá trình đóng cọc chịu lực đóng cao và

có độ mảnh lớn rất dễ gây nguy hiểm cho cọc nh gẫy

Khi xét đến động đất ở vùng 2, với các cọc có cốt thép thờng đúc

sẵn, cốt thép dọc không đợc nhỏ hơn 1% diện tích mặt cắt ngang, đợc

bố trí bằng ít nhất 4 thanh Cốt thép xoắn hoặc các cốt đai tơng đơngkhông đợc nhỏ hơn các thanh No10, đợc bố trí theo các khoảng cáchkhông vợt quá 225 mm, trừ khoảng cách 75 mm đợc dùng trong vùng chiều

dài tăng cờng (ở vùng 3, 4 chiều dài tăng cờng là 1200mm), không nhỏ

hơn 600 mm hoặc 1,5 lần đờng kính các cọc bên dới cốt thép mũ cọc

Không cần xét đến động đất ở vùng 1.

d) Chi tiết cốt thép cứng mũi cọc

Cốt thép mũi cọc có đờng kính φ32ữ φ45 mm (chi tiết số 07), với chiềudài 60 ữ 100cm, đoạn nhô ra khỏi mũi cọc khoảng 5ữ10 cm nhằm địnhhớng cọc, phá vỡ hoặc đẩy các vật cứng trong quá trình hạ cọc (Hình 46)

300 100

50

Hình 46 - Chi tiết cốt thép mũi cọc

Nói chung khi cọc tơng đối dài và đóng vào các lớp đất không phải là

đất yếu, thì nên cấu tạo mũi cọc nh trên để tránh hiện tợng đầu cọc bịtoè hoặc gãy khi đóng Còn nếu cọc ngắn và sức chịu tải của cọc khônglớn thì chỉ cần vát nhọn phần bê tông đầu cọc là đợc

e) Lới cốt thép đầu cọc

ở đầu đốt cọc bố trí một số lới cốt thép đầu cọc có đờng kính φ6ữ φ8

mm, với mắt lới a = 5x5cm Lới cốt thép này đợc bố trí nhằm đảm bảo cho

bê tông đầu cọc không bị phá hoại do chịu ứng suất cục bộ trong quátrình đóng cọc (hình 47)

Đầu cọc thờng đợc bọc bằng một vành đai thép bằng thép bản dày δ = 8

ữ12mm, nhằm bảo vệ bê tông đầu cọc không bị phá hỏng khi đóng và

còn để hàn nối các đốt cọc trong khi thi công với nhau (hình 48).

3 Liên kết cọc vào bệ cọc

Có 2 cách liên kết cọc với bệ:

- Sau khi đóng xong, để phần bê tông nguyên của cọc ngàm vào trong

bệ một đoạn ít nhất là 300mm sau khi đã dọn đi tất cả các vật liệucọc h hại

- Sau khi đóng xong, đập vỡ phần bê tông đầu cọc, phần bê tôngnguyên vẹn của cọc ngàm vào bệ ít nhất 150mm Cốt thép neo phải làcốt thép cọc kéo dài hoặc dùng chốt thép Các lực nhổ hoặc các ứng suất

do uốn gây ra phải do cốt thép chịu Tỷ lệ cốt thép để neo không đợcnhỏ hơn 0,005 và số thanh neo không đợc nhỏ hơn 4 Cốt thép phải đợckéo dài đủ để chịu một lực bằng 1,25 fyAs (fy = cờng độ chảy quy địnhcủa các thanh cốt thép (MPa), As = diện tích cốt thép thờng chịu kéo(mm2)).

Nói chung thờng phải bố trí lới các lới cốt thép cục bộ ở phía trên đầu cọc

để tránh bê tông bệ cọc chịu ứng suất nén cục bộ quá lớn do các cọctruyền lên

II Cấu tạo bệ cọc

Nói chung cao độ đáy bệ cọc liên quan chặt chẽ đến điều kiện địachất, khả năng chắn dòng chảy khi xây dựng, vấn đề xói lũ thiết kế,chiều dài tự do của cọc, mực nớc thiết kế

Kích thớc bệ cọc phụ thuộc vào kích thớc, số lợng cọc và cách bố trí cọc.Theo 22TCN 272-05 hay AASHTO-2007 thì yêu cầu về bố trí cọc nh sau:

- Khoảng cách tim giữa hai hàng cọc liền nhau: ở mặt phẳng đáy bệkhông dợc nhỏ hơn 2.5d hay 750mm, chọn giá trị nào lớn hơn

- Khoảng cách từ mép cọc ngoài cùng đến mép bệ: ≥ 225mm

1750 7@200 = 1400

Bài 3: dự tính sức chịu tải của cọc

I khái quát về sức chịu tải của cọc

1 Tổng quan về sức chịu tải (sức kháng đỡ)

Sức chịu tải dọc trục của cọc đợc phân làm hai loại : 1 Sức chịu tải theovật liệu (Rvl); 2 Sức chịu tải theo đất nền (Rdn);

Đối với sức chịu tải của cọc theo vật liệu, sức chịu tải cực hạn (Ruvl) sẽ

đợc tính toán dựa trên cờng độ cực hạn của vật liệu (với cọc thép là cờng

độ giới hạn chảy của thép, f’y, còn với cọc bê tông, cờng độ cực hạn thờng

là cờng độ thí nghiệm ở ngày thứ 28 trên mẫu trụ tròn, f’c

Đối với sức chịu tải của cọc theo đất nền, cọc truyền tải trọng từ

công trình bên trên xuống nền đất phía dới theo một trong hai phơngcách:

 Sức kháng bên R S (gồm ma sát thành bên và lực dính), là phản lựcgiữa đất xung quanh cọc với diện tích thành bên của cọc

 Sức kháng mũi R p, là phản lực của đất mũi cọc lên đầu cọc

Về độ lớn có thể chia sức chịu tải của cọc làm hai loại:

(1) Sức chịu tải cực hạn (R u , R ult ): là tải trọng mà tại đó vật liệu hay

đất nền bị phá hoại Sức chịu tải cực hạn của cọc là giá trị nhỏhơn trong hai giá trị sức chịu tải theo vật liệu và theo đất nền :

Ru = min (Ruvl, Rudn) Tuy nhiên với cọc khoan nhồi thì điều này

t-ơng đối hợp lý, nhng với cọc đóng (ép) thì để tránh bị phá hoạicọc (nhất là đầu hoặc mũi cọc) trong quá trình hạ cọc thì th-ờng thiết kế Ruvl >> Rudn, do đó Ru = Rudn (sẽ đề cập rõ hơn ngaydới đây)

(2) Sức chịu tải cho phép (R a ) : là tải trọng mà tại đó cọc làm việc

an toàn (với hệ số an toàn Fs thờng > 2)

Sức chịu tải cực hạn của cọc theo đất nền đợc chia thành sức kháng bên

và sức kháng mũi nh sau:

Ru = RS + RP(83)

Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng, sức kháng bên đạt cực hạn rất nhanh ởchuyển vị khoảng 3 ~ 5mm Nếu cọc nhồi có thành rất nhám thì sứckháng bên có thể đạt cực hạn ở 10 ~ 15mm Ngợc lai sức kháng mũi đạtcực hạn rất chậm, dới tải trọng cho phép, chuyển vị của cọc rất nhỏ, do

đó sức kháng mũi mới chỉ huy động một phần nhỏ (trong khi đó, sứckháng bên của cọc đã đợc huy động khá lớn)

Chính vì thế, khi thiết kế sức chịu tải của cọc theo hệ số an toàn thìthờng lấy hai hệ số riêng rẽ cho sức kháng mũi và sức kháng bên

2 ảnh hởng của quá trình thi công cọc đến sức chịu tải của cọc 2.1 Cọc trong đất sét

Khi thi công cọc, đất sét bị xáo động, khi đó sức kháng cắt không thoátnớc của đất sét tạm thời giảm xuống còn Sut (Sut = Su / St, với St là độ nhạycủa đất sét) Tuy nhiên sau một thời gian dài (cọc nghỉ) áp lực nớc lỗ rỗng

d sẽ tiêu tán dần ở đa số đất sét sẽ có hiện tợng sức kháng cắt phục hồimột hoặc toàn phần theo thời gian

Với cọc khoan nhồi có sử dụng dung dịch giữ ổn định thành lỗ khoan, mà

đáy lỗ khoan không đợc vệ sinh sạch sẽ mùn khoan trớc khi đổ bê tông,thì sức kháng mũi sẽ giảm đi rất nhiều Còn nếu thi công không giữthành bằng dung dịch, có thể trong quá trình đổ bê tông có những tảngcục sét bị lở hay bị lở vách thì làm chất lợng bê tông giảm Còn nếu đổ

bê tông quá thừa nớc, nớc sẽ bị đất sét xung quanh hút làm giảm sứckháng cắt của đất này Tuy nhiên xi măng trong cọc nhồi sẽ có phản ứnghóa học với đất sét xung quanh, hơn nữa, thành của cọc nhồi thờng sầnsùi hơn cọc chế tạo sẵn, do đó sức kháng bên đợc cải thiện một phần.Với đất dính bão hòa nớc, nên sử dụng sức kháng cắt không thoát nớc Su(hay cu) để dự báo sức chịu tải cực hạn của cọc vì ngay khi có tải trọngtác dụng, toàn bộ tải trọng sẽ do áp lực nớc lỗ rỗng tiếp nhận (với đất sétbão hòa, áp lực nớc lỗ õng d tiêu tan rất chậm, hay coi nh không tiêu tan)

Do vậy, với đất dính, thời điểm nguy hiểm nhất chính là ngay sau khi thicông xong, nớc cha kịp thoát đi

2.2 Cọc trong đất cát

Cọc đóng (hay ép) thờng làm chặt đất xung quanh cọc, dẫn đến sự lúnsụt của đất xung quanh, hệ số áp lực ngang K0 sẽ tăng lên, đồng thời sứckháng cắt của đất sẽ tốt hơn Tính chất của đất tốt lên làm cho sức chịutải của cọc cao hơn

Đối với cọc nhồi, việc khoan lỗ sẽ làm đất cát (ở cả thành hố và đáy hố) rờirạc hơn, do đó sức chịu tải của cọc giảm đi Ngoài ra, nếu không vệ sinhsạch đáy hố khoan, sức kháng mũi sẽ giảm

2.3 Cọc trong đá

Với cọc bê tông đúc sẵn ở nớc ta hiện nay, việc đóng hay ép vào lớp đá làkhông thể Với cọc nhồi mũi đặt vào đá, có hai lý do khiến sức kháng mũikhông đáng kể:

(1) Mặc dù tầng địa chất là đá, nhng doquas trình khoan, sựtiếp xúc giã đá và cọc không bao giờ là hoàn hảo (đặc biệt làkhi sử dụng dung dịch để ổn định thành)

(2) Dới tải trọng công trình, độ lún phải nhỏ hơn độ lún cho phép(thờng là rất nhỏ) Dới độ lún nhỏ đó, sức kháng mũi chỉ đợchuy động một phần nhỏ do đờng kính cọc nhồi rất lớn

Nh vậy cọc chống chỉ thờng gặp với cọc bê tông mác cao hay cọc thép.Chủ yếu chúng ta chỉ gặp loại cọc hỗn hợp ma sát + chống là phổ biếnnhất

2.3 ảnh hởng của chiều sâu ngàm đến sức chịu tải của cọc

Khi tải trọng đạt đến cực hạn, đất ở mũi cọc sẽ bị phá hoại theo mặt trợtsâu Mặt trợt sâu này hình vòng cung bắt đầu từ mũi cọc, đi xuống dớikhoảng 2~3.5d, sau đó vòng lên trên khoảng 2~8d (d - đờng kính củacọc) Phạm vi mặt trợt phụ thuộc vào loại đất ở lân cận mũi cọc Nếu là

đất dính thì mặt trợt nhỏ (xuống dới và lên trên khoảng 2~2.5d), còn vớicát chặt thì mặt trợt dài hơn (xuống dới khoảng 3~3.5d, lên trên khoảng6~10d) Nếu cọc làm việc trong nhóm, khi tải trọng đạt cực hạn, đất ở dớimũi cọc còn bị phá hoại sâu hơn Chính vì thế mà hàu hết các tiêuchuẩn đều yêu cầu chiều sâu khảo sát tối thiểu phải lớn hơn độ sâumũi cọc khoảng 2~3.5d

II Xác định sức chịu tải dọc trục của cọc theo tC 22-TCN 272-05

A Sức kháng lực dọc trục tính toán của cọc theo vật liệu

Sức kháng tính toán của cấu kiện bê tông cốt thép chịu nén đối xứngqua các trục chính phải đợc xác định nh sau :

Rr = sức kháng lực dọc trục tính toán có hoặc không có uốn (N)

Rn = sức kháng lực dọc trục danh định có hoặc không có uốn (N)

f 'c = cờng độ quy định của bê tông ở tuổi 28 ngày, trừ khi có quy định ởcác tuổi khác

f y = cờng độ giới hạn chảy quy định của cốt thép (MPa)

Ag = diện tích nguyên của mặt cắt (mm2)

Ast = diện tích nguyên của cốt thép (mm2)

ϕ = hệ số sức kháng (quy định ở Điều 5.5.4.2)

B Sức kháng lực dọc trục tính toán của cọc theo đất nền

B.1 theo phân tích tĩnh

Sức kháng đỡ của cọc có thể đợc ớc tính bằng cách dùng các phơng phápphân tích hay phơng pháp thí nghiệm hiện trờng

Sức kháng đỡ tính toán của các cọc RR có thể tính nh sau:

RR = ϕ Rn = ϕqRult (87)

Hay RR = ϕRn = ϕq p Rp + ϕqsRs (88)

với:

Rp = qp Ap (89)

Rs = qs As (90)trong đó:

ϕq = hệ số sức kháng dùng cho sức kháng đỡ của một cọc đơn, (trong

Điều 10.5.4, hay tham khảo AASHTO 2007) dùng cho các phơngpháp không phân biệt giữa sức kháng toàn bộ và sự góp phầnriêng rẽ của sức kháng mũi và thân cọc

ϕqp = hệ số sức kháng đối với sức kháng mũi cọc quy định cho trong

Bảng 16 hay 39 dùng cho các phơng pháp tách rời sức kháng củacọc do sức kháng của mũi cọc và sức kháng thân cọc

ϕqs = hệ số sức kháng đối với sức kháng thân cọc cho trong Bảng 16

hay 39 dùng cho các phơng pháp tách rời sức kháng của cọc dosức kháng của mũi cọc và sức kháng thân cọc

Bảng 16 (trích lại) − Các hệ số sức kháng theo trạng thái giới hạn

c-ờng độ địa kỹ thuật cho các cọc chịu tải trọng dọc trục

Phơng pháp/Đất/Điều kiện Hệ số

sức kháng

Ma sát bề mặt: Sét

ph-ơng pháp Nordlund dùng cho đất dính)

Ma sát bề mặt và chịu lực mũi cọc: Cát Phơng pháp SPT

0,60 0,40 0,45 0,35 0,45 0,80 Khả năng chịu lực

Phơng pháp kiểm tra việc thi công các cọc và đánh giá khả

năng chịu tải của chúng trong và sau khi đóng cọc vào đất sẽ

đợc quy định trong các hồ sơ thầu.

Giá trị của

Các cách thức đóng cọc, thí dụ ENR, phơng trình thiếu sự

đo sóng ứng suất trong quá trình đóng cọc.

0,80

Đồ thị sức chịu tải xác định từ phân tích phơng trình sóng

Đo sóng ứng suất cho 2% đến 5% số cọc, dùng phơng pháp

đơn giản để kiểm tra khả năng chịu tải, thí dụ phân tích

đóng cọc.

0,90

Đo sóng ứng suất cho 2% đến 5% số cọc, dùng phơng pháp

đơn giản để kiểm tra khả năng chịu tải, thí dụ phân tích

và thử tải trọng tĩnh để kiểm tra khả năng chịu tải.

1,00

Đo sóng ứng suất cho 2% đến 5% số cọc, dùng phơng pháp

đơn giản để kiểm tra khả năng chịu tải, thí dụ phân tích

khi đóng cọc và dùng phân tích CAPWAP để kiểm khả năng

chịu tải.

1,00

Đo sóng ứng suất cho 10% đến 70% số cọc, dùng các phơng

pháp đơn giản để kiểm tra khả năng chịu tải, thí dụ phân

Giới hạn đóng đợc xác định từ thí nghiệm tải trọng tĩnh;

kiểm tra chất lợng theo thí nghiệm động hay phơng trình sóng, hay sức kháng đóng cọc nhỏ nhất đợc tổ hợp năng l- ợng truyền động của búa từ thí nghiệm tải trọng ở trờng hợp cuối, búa sử dụng cho thí nghiệm cọc phải đợc dùng

để đóng cọc

Xem bảng 2

Giới hạn đóng đợc xác định từ thí nghiệm tải động với

Phân tích phơng trình sóng, không đo động cọc hay thí nghiệm tải trọng, tại thời điểm cuối của quá trình đóng liên tục

0.4

FHWA – công thức động của cọc theo Gates đã hiệu chỉnh (thời điểm cuối của quá trình đóng liên tục)

0.4

Số liệu ghi chép thông tin của Kỹ s , công thức động (thời

điểm cuối của quá trình đóng liên tục)

0.35 0.25 0.4

0.45 0.30 0.5 0.45

Sức chống mũi trong đá (Canadian Geotech Society,

0.35 0.25 0.20 0.30 0.25 0.40 0.60

Mức độ thay đổi hiện trờng

0.70 0.75 0.85 0.9

0.55 0.65 0.75 0.80

1 Ước tính nửa thực nghiệm sức kháng của cọc

Su = cờng độ kháng cắt không thoát nớc trung bình (MPa)

α = hệ số kết dính áp dụng cho Su (DIM)

Hệ số kết dính, α, có thể đợc giả định thay đổi với giá trị cờng độkháng cắt không thoát nớc, Su nh cho trong Hình 50

Cát hoặc cuội cát Sét cứng

C ờng độ cắt không thoát n ớ c Su (MPa)

C ờng độ cắt không thoát n ớ c Su (MPa)

Sét nửa cứng

đến cứng

Db = lớ n hơn

40D

Hình 50 - Các đờng cong thiết kế về hệ số kết dính cho cọc

đóng vào đất sét (theo Tomlinson, 1987)

Có thể tham khảo cách xác định hệ số của Viện dầu khí Mỹ (API) nh sau:

Cường độ cắt khụng thoỏt nước Su (Mpa)

x

α

b) Phơng pháp β

Phơng pháp β, dựa vào ứng suất hữu hiệu, có thể đợc sử dụng để dự

đoán ma sát bề mặt của cọc (thờng dùng cho đất rời) Ma sát đơn vị

bề mặt danh định (MPa) có thể có liên quan tới các ứng suất hữu hiệutrong đất nh sau:

Hình 51 - Quan hệ β-OCR đối với chuyển vị cọc

(theo Esrig và Kirby, 1979)

Có thể dùng phơng pháp Nordlund để mở rộng phơng pháp β cho cáccọc không có hình lăng trụ trong đất dính, trong trờng hợp này hệ số sứckháng có thể lấy nh đối với phơng pháp β theo quy định trong Bảng 16hay 39

c) Phơng pháp λ

Phơng pháp λ, dựa trên ứng suất hữu hiệu, có thể dùng để biểu thị mốitơng quan giữa ma sát đơn vị bề mặt (MPa) với áp lực đất bị động nhsau:

qs = λ (σ′v + 2Su) (93)

ở đây

(σ′v + 2Su) = áp lực đất nằm ngang bị động (MPa)

λ = hệ số thực nghiệm lấy từ Hình 52 (DIM)

Hình 52 - Hệ số λ cho cọc ống đóng (theo Vijayvergiya và Focht,

Su = cờng độ kháng cắt không thoát nớc của sét gần chân cọc (MPa)

2 Ước tính sức kháng của cọc dựa trên thí nghiệm hiện trờng

2.1 Tổng quát

Các hệ số sức kháng đối với ma sát bề mặt và sức kháng mũi cọc, đợc ớctính bằng các phơng pháp hiện trờng đợc quy định trong Bảng 16 hay39

D = chiều rộng hay đờng kính cọc (mm)

Db = chiều sâu xuyên trong tầng chịu lực (mm)

q = sức kháng điểm giới hạn tính bằng 0,4 Ncorr cho cát và 0,3 Ncorr cho

a) Tổng quát

CPT có thể dùng để xác định:

 Sức kháng xuyên hình nón, qc, có thể đợc dùng để xác định khảnăng chịu lực mũi cọc, và

 Ma sát ống, fs, có thể đợc dùng để xác định khả năng ma sát bềmặt

q q

ở đây:

qc1 = giá trị trung bình của qc trên toàn bộ chiều sâu yD dới mũi cọc

(đờng a-b-c) Tổng giá trị qc theo cả hớng xuống (đờng a-b) vàhớng lên (đờng b-c) Dùng các giá trị qc thực dọc theo đờng a-b

và quy tắc đờng tối thiểu dọc theo đờng b-c Tính toán qc1 chocác giá trị y từ 0.7 đến 4.0 lần đờng kính cọc và sử dụng giá trịtối thiểu qc1 thu đợc (MPa)

qc2 = giá trị trung bình của qc trên toàn bộ khoảng cách 8D bên trên

mũi cọc (đờng c-e) Sử dụng quy tắc đờng tối thiểu nh đối với

đờng b-c trong tính toán qc1 Bỏ qua các đỉnh lõm nhỏ “X”, nếutrong cát, nhng đa vào đờng nhỏ nhất nếu trong sét

Sức kháng hình nón trung bình tối thiểu giữa 0.7 và 4.0 lần đờng kínhcọc bên dới cao độ mũi cọc có đợc thông qua quá trình thử dần, với việc

sử dụng quy tắc đờng tối thiểu Quy tắc đờng tối thiểu cũng sẽ đợc dùng

để tìm ra giá trị sức kháng hình nón cho đất trong khoảng tám lần ờng kính cọc bên trên mũi cọc Tính trung bình hai kết quả để xác địnhsức kháng mũi cọc

N i

i si si i

si si i

i c

s

D

L K

D = chiều rộng hoặc đờng kính cọc xem xét (mm)

fsi = sức kháng ma sát đơn vị thành ống cục bộ lấy tại điểm xemxét (MPa)

asi = chu vị cọc tại điểm xem xét (mm)

hi = khoảng chiều dài tại điểm xem xét (mm)

Ni = số khoảng giữa mặt đất và điểm cách dới mặt đất 8D

N2 = số khoảng giữa điểm cách dới mặt đất 8D và mũi cọc

Cọc bê tông

và gỗ Cọc thép

Dù ng 0,8 fs cho mũi cọc Begemann nếu đáp trong lớ p sét

Mũi Furgo (điện)

Trong trờng hợp mỗi bề rộng cọc và mỗi khoảng cách các đờng nứt của

đá vợt quá 300mm và khi chiều dày đờng nứt không đợc lấp đất nhỏhơn 6.4mm hay đợc lấp bằng đất hay đá vụn có bề rộng nhỏ hơn25mm

Sức kháng đỡ đơn vị danh định của mũi cọc qp của các cọc đóng

đến đá bằng MPa có thể tính nh sau:

trong đó:

d d

d sp

S

t 300 1 10

D

S 3 K

+

+

4.34

.0

=

S

S D H

ở đây:

qu = cờng độ nén dọc trục trung bình của lõi đá (MPa)

d = hệ số chiều sâu không thứ nguyên (DIM)

Kps = hệ số khả năng chịu tải không thứ nguyên, từ Hình 55 (DIM)

Hình 55 - Hệ số khả năng chịu tải (theoHội

Địa kỹ thuật Canada, 1985)

 η = 0.65 với khoảng cách tim đến tim bằng 2.5 lần đờngkính,

 η = 1.0 với khoảng cách tim đến tim bằng 6.0 lần đờng kính,

Đối với các khoảng cách trung gian, giá trị của η có thể đợc xác định bằngnội suy tuyến tính

Sức kháng của nhóm phải là giá trị nhỏ hơn trong: Tổng của các sức

kháng sửa đổi riêng rẽ của mỗi cọc trong nhóm, hoặc sức kháng của trụ

t-ơng đt-ơng bao gồm các cọc và khối đất trong diện tích bao bởi các cọc

3.3 Đất rời

Khả năng chịu tải của nhóm cọc trong đất rời là tổng khả năng của cáccọc riêng lẻ trong nhóm Hệ số có ích η = 1.0 khi bệ cọc có hoặc khôngtiếp xúc với đất nền

Hệ số sức kháng là giống nh giá trị cho cọc đơn, đợc cho trong Bảng 16hay 39

Theo AASHTO 2007, móng (trụ) khối tơng đơng để kiểm tra phá hoại

khối thờng áp dụng đối với nhóm cọc trong đất dính

Cho một nhóm cọc có chiều rộng X, chiều dài Y, và chiều sâu Z nh hình

56 dới đây, sức kháng đỡ của phá hoại khối, tính theo (N), sẽ là:

Khi các cọc chịu lực kéo, chúng phải đợc khảo cứu cả về sức kháng nhổ

và khả năng kết cấu để chống lại sự kéo và truyền nó tới đế móng

2 Sức kháng nhổ của cọc đơn

Sức kháng nhổ của cọc đơn phải đợc ớc tính theo phơng pháp tơng tự

nh phơng pháp ớc tính sức kháng ma sát bề mặt của cọc chịu nén (theo

ϕu = hệ số sức kháng đối với khả năng kháng nhổ cho trong Bảng10.5.5-2.

Sức kháng nhổ, Rug của nhóm cọc phải đợc lấy số nhỏ hơn trong:

 Tổng của sức kháng nhổ của cọc đơn, hoặc

 Khả năng kháng nhổ của nhóm cọc đợc xem nh là một khối

Đối với nhóm cọc trong đất rời Trọng lợng của khối bị nâng sẽ đợc xác

định bằng cách dùng sự truyền của tải trọng theo đờng nghiêng là 1/4 từmũi của nhóm cọc trong Hình 57 Trọng lợng đơn vị nổi sẽ đợc dùng cho

đất bên dới mức nớc ngầm

Trong đất dính, khối kháng lại lực nhổ khi cắt không thoát nớc sẽ đợc lấy

theo Hình 58 Lực kháng nhổ danh định có thể tính nh sau:

Rn = Rug = (2XZ + 2YZ) S + Wu g (108)

ở đây:

X = chiều rộng của nhóm, cho trong Hình 58 (mm)

Y = chiều dài của nhóm, cho trong Hình 58 (mm)

Z = chiều sâu của khối đất dới bệ cọc, cho trong Hình 58 (mm)

Su = cờng độ kháng cắt không thoát nớc trung bình dọc theo thâncọc (MPa)

Wg = trọng lợng của khối đất, cọc và bệ cọc (N)

Khối đất do nhóm cọc nhổ lên

Hình 57 - Lực nhổ của nhóm cọc đặt gần nhau trong đất rời

(theo Tomlinson, 1987)

Khối đất do nhóm cọc nhổ lên

Hình 58 - Lực nhổ của nhóm cọc trong đất dính (theo Tomlinson,

1987)

Hệ số sức kháng cho khả năng kháng nhổ danh định của nhóm cọc, ϕug

đợc xác định nh là tổng các lực kháng nhổ của các cọc đơn, sẽ đợc tínhgiống nh cách tích cho khả năng kháng nhổ của cọc đơn cho trong Bảng

16 hay 39

Hệ số sức kháng cho khả năng kháng nhổ của nhóm cọc đợc xem nh làmột khối đợc cho trong Bảng 16 hay 39 cho nhóm cọc trong đất sét vàtrong cát

Ví dụ 3:

Dự tính sức kháng của nhóm cọc cho nh hình vẽ dới, biết cọc có đờng kính400x400 mm, chiều dài cọc 20m, đợc đóng vào lớp đất dính đồng nhất cósức kháng cắt không thoát nớc 0.03 MPa Cho biết khoảng cách từ mép cọcngoài cùng đến mép bệ là 250mm

Khi Su=0.03Mpa=30 kPa ta có 0.95

50

25305.0

2 Xác định sức kháng trụ danh định của nhóm cọc Rg:

Theo AASHTO 2007, móng (trụ) khối tơng đơng để kiểm tra phá hoại khối ờng áp dụng đối với nhóm cọc trong đất dính

th-Nhóm cọc có chiều rộng X=2x1000+400=2400(mm), chiều dài Y= 4x1000+400 =4400(mm), và chiều sâu Z=20 000(mm), sức kháng đỡ của phá hoạikhối, tính theo (N), sẽ là:

4.2

*2.015.72

.015

S = cờng độ chịu cắt không thoát nớc trung bình dọc theo chiều sâu củacọc (MPa)=0.03(Mpa)

Su = cờng độ chịu cắt không thoát nớc tại đáy móng (MPa)=0.03(Mpa)

Hệ số sức kháng của nhóm cọc ϕg=0.65 (đối với đất sét)

Khi bố trí khoảng cách các cọc =2.5d ta có hệ số hữu hiệu η=0.65

Tính sức kháng danh định của nhóm cọc :

Rg = min{η.Σ sức kháng của các cọc ; Sức kháng trụ}

= min{ 0.65x15x955.2 ; 10789} = 9313.2 (kN)

Do vậy R R = 0.65x9313.2=6053.58 (kN)

Ví dụ 4:

Dự tính sức kháng dọc trục của cọc đơn theo điều kiện đất nền cho cọc bêtông cốt thép đờng kính 400x400mm, chiều dài cọc L=28m đợc đóng quacác lớp đất có các đặc trng cơ lý nh sau:

Lớp

đất

Chiềudày(m)

Loại

đất

N(SPT/300mm)

Su(Mpa)

ϕqp = hệ số sức kháng đối với sức kháng mũi 0.70λv=0.7*0.8=0.56

ϕqs = hệ số sức kháng đối với sức kháng thân, đối với đất sét theo phơngpháp α thì 0.70λv=0.7*0.8=0.56 và đối với đất cát theo phơng pháp SPT thì0.45λv=0.45*0.8=0.36

Đối với đất rời: Dùng công thức đối với cọc đóng chuyển dịch: qs = 0.0019 N

22.0

92,1log77,

D = chiều rộng hay đờng kính cọc (mm)=400(mm)

Db = chiều sâu xuyên trong tầng chịu lực (mm)=28(m)

q = sức kháng điểm giới hạn tính bằng 0.4 Ncorr=8.74(Mpa) cho cát và 0.3

Ncorr cho bùn không dẻo (MPa)

σ’v =ứng suất hữu hiệu do trọng lợng bản thân gây ra

*038,0D038,

Sức chịu tải ngang của móng là sức chịu để chống lại chuyển vị ngang

do lực ngang và mô men gây lật tác dụng tại đỉnh móng Đối với mộtmóng đơn, sức kháng theo phơng ngang có từ 3 thành phần: áp lực đấttheo phơng ngang, lực cắt ở chân móng, và áp lực ở mũi phân bố không

đồng đều áp lực đất theo phơng ngang là sức kháng ngang chủ yếu

đối với cọc dài

Broms đề xuất một phơng pháp để dự tính sức chịu tải ngang tới hạn

của cọc Cọc đợc giả thiết là ngắn và cứng Chỉ xét chuyển vị dọc vàchuyển vị quay cứng và chỉ tính toán sức chịu tải ngang ổn định củacọc Phơng pháp này giả định sự phân bố áp lực ngang tới hạn đối với

đất dính và đất rời; sức chịu tải ngang của cọc với các điều kiện ngàmkhác nhau đợc tính toán dựa trên áp lực ngang giả định nh trình bày trên

Hình 59 và 60 Với các giả thiết khống chế, phơng pháp Broms’ thờng

đợc sử dụng để dự tính sơ bộ sức chịu tải ngang tới hạn của cọc

áp lực ngang tới hạn:

áp lực ngang tới hạn qh,u dọc theo cọc đợc tính nh sau:

roi dat

dinh dat p K

c q

o p

.9

Trong đó:

c = Cờng độ chống cắt không thoát nớc của đất

Kp = Hệ số áp lực đất bị động, Kp = tan2(45o+ϕ/2) và ϕ : Góc ma sát

của đất rời (cát hoặc sỏi sạn)

po’ = áp lực chất thêm có hiệu, po’=γz’ tại độ sâu z tính từ mặt đất, với

γ’ là trọng lợng đơn vị có hiệu của đất

Sức kháng đỡ ngang tới hạn trong trờng hợp đầu cọc tự do

Sức kháng đỡ ngang tới hạn Ruh trong trờng hợp đầu cọc tự do đợc tínhtheo công thức sau:

+

−

=

roi dat L

H

K BL

dinh dat B

c B

H L

L L

L L R

p

u o

o uh

.'

5.0

.9

.5.1'

'5.0''2'

3

2

Trong đó:

L = chiều dài cọc ngập trong đất

H = cánh tay đòn của lực ngang tới mặt đất

B = đờng kính cọc

L’ = chiều dài ngàm của cọc, tính từ độ sâu cách mặt đất 1.5B, hay

L’=L-1.5B

Lo = chiều sâu tới tâm quay, và Lo= (H+23L)/(2H+L)

Lo’ = chiều sâu tới tâm quay, tính từ độ sâu cách mặt đất 1.5B, hay

Lo’=Lo-1.5B

Hình 59 – Trạng thái tải trọng giới hạn cho cọc ngắn cứng, đầu tự

do