Chương 3 móng cọc

Khi đó sức kháng mũi của cọc là nhỏ và khả năng chịu lực chủ yếu có được từ sức kháng của đất bao quanh dọc thân cọc được chôn trong đất... Cọc ma sát + chống: - Sức kháng dọc trục của c

NỀN VÀ MÓNG

Cho một móng nông chịu tải trọng nén lệch tâm, giá trị tiêu

chuẩn: Ntc = 130T; Mtc = 15 Tm Nền đất có 2 lớp: Lớp 1: dày 1,2 m; 1II = 17,8 kN/m3; c1II = 14 kN/m2; 1II = 12o  các hệ số sức chịu tải của lớp 1 A = 0,45; B = 4,9; D = 3,5

Lớp 2: Chiều dày vô cùng; 2II = 18,5 kN/m3; c2II = 15

kN/m2; 2II = 15o  các hệ số sức chịu tải của lớp 2 A = 0,55; B

=6,5; D = 2,8

Hệ số thực nghiệm m1=1;m2=1,2; ktc =1

Hãy chọn chiều sâu chôn móng, xác định kích thước móng và kiểm tra sức chịu tải đất dưới đáy móng

MÓNG CỌC

1 Khái niệm chung

- Móng cọc là loại móng sâu (Chiều sâu đặt móng thường > 5m) Bao gồm các bộ phận:

+ Hệ thống cọc đâm xuyên qua các lớp đất mềm yếu phía trên để tựa lên tầng đất tốt hoặc đá gốc ở phía dưới Cọc có nhiệm vụ truyền tải trọng xuống cho nền đất chịu

+ Bệ cọc(Đài cọc): Là bộ phận có nhiệm vụ liên kết các đầu cọc lại với nhau để cùng chịu lực đồng thời là chỗ để xây dựng kết cấu bên trên

MÓNG CỌC

1 Khái niệm chung

2 Phân loại cọc

- Vật liệu làm cọc: Gỗ, Bê tông, Bê tông cốt thép, cọc thép…

- Phân loại theo kích thước cọc Cọc đường kính nhỏ: d ≤ 0,6m.

Cọc đường kính vừa: 0,6m < d ≤ 0,9m Cọc đường kính lớn: 0,9m < d ≤ 2,5m.

Phân loại theo sự làm việc của cọc Cọc ma sát

Cọc chống Cọc ma sát + chống

Cọc ma sát:

Trong trường hợp có lớp đá hay tầng chịu lực nằm ở độ sâu lớn, cọc chống trở nên rất dài và không kinh tế Trường hợp này, cọc được đóng qua lớp đất yếu đến độ sâu xác định Khi đó sức kháng mũi của cọc là nhỏ và khả năng chịu lực chủ yếu có được từ sức kháng của đất bao quanh dọc thân cọc được chôn trong đất.

Cọc chống:

- Sức kháng dọc trục của cọc được hình thành chủ yếu là do sức kháng mũi cọc Khi mũi cọc tựa vào tầng cứng (tầng đá) thì chuyển vị của cọc là rất nhỏ và sức kháng của cọc chủ yếu do thành phần sức chống mũi cọc tạo nên

Cọc ma sát + chống:

- Sức kháng dọc trục của cọc được hình thành từ tổ hợp của cả sức chịu ở mũi cọc và sức kháng bao quanh dọc thân cọc

Phân loại theo phương pháp thi công:

- Cọc hạ bằng búa (cọc đóng):

+ Móng cọc đường kính nhỏ được sử dụng khá phổ biến trong các

công trình ở nước ta hiện nay là cọc bê tông cốt thép có tiết diện

vuông hoặc tròn kích thước từ 250 ÷ 450mm Cọc đường kính nhỏ có thể được đúc sẵn trong các xưởng chuyên dụng hoặc được đúc tại hiện trường

+ Móng cọc ống.

- Cọc hạ bằng phương pháp ép tĩnh:

+ Không gây chấn động do đó phù hợp khi thi công móng để sửa

chữa các công trình, hay thi công móng gần các công trình đang sử dụng mà nếu đóng cọc dễ gây nguy hại.

+ Tốc độ thi công chậm, nếu chiều dài cọc lớn thì yêu cầu cần phải có lực ép lớn nên giá thành cao

- Cọc đổ tại chỗ:

+ Móng cọc khoan nhồi

+ Móng cọc Barrette

3 Phân loại móng cọc

Móng cọc đài thấp Móng cọc đài cao

- Có khả năng chịu tải trọng lớn, độ lún, chuyển vị ngang của đài móng nhỏ.

- Tải trọng bên trên được truyền xuống cho đất xung quanh cọc và lớp đất tốt hoặc tầng đá gốc dưới sâu chịu mà không cần phải đào các lớp đất phía trên nên giảm được chi phí và rủi ro khi chống vách hố móng.

- Do cọc được chôn sâu nên độ ổn định và khả năng chịu tải trọng ngang tốt,

- Công nghệ thi công phổ biến, có thể cơ giới hoá việc thi công.

- Cho phép xây dựng công trình ở nơi địa chất không thuận lợi.

- Thi công bằng cơ giới nên tốc độ thi công nhanh, việc thi công ít phụ thuộc vào điều kiện thời tiết.

- Tuy nhiên việc tính toán phức tạp và yêu cầu phải có thiết bị thi công chuyên dùng.

ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA MÓNG CỌC

- Do đảm bảo khoảng cách tối thiểu giữa các cọc, đài cọc phải mở rộng gây tốn kém vật liệu và chi phí thi công;

- Cốt thép bố trí trong cọc đúc sẵn chủ yếu phục vụ quá trình vận

chuyển, cẩu cọc và nhất là cho lực xung kích rất lớn trong quá trình

đóng vì vậy không tận dụng hết vật liệu trong quá trình khai thác dẫn tới lãng phí vật liệu;

- Không thể kéo dài cọc theo ý muốn do cọc bị hạn chế về độ mảnh đặc biệt là đối với cọc đúc sẵn có tiết diện nhỏ nằm trong đất yếu;

- Khó kiểm soát được chất lượng cọc đặc biệt là đối với cọc khoan,

thiết bị thi công nặng nề, cồng kềnh;

- Khi hỏng cọc trong thi công và sử dụng rất khó thay thế, hoặc có thay thế được cũng rất tốn kém, khó khăn;

- Khi thi công nếu không kiểm soát tốt có thể gây ô nhiễm môi trường (cọc khoan nhồi do dung dịch bentonit) hoặc ảnh hưởng tới các công trình lân cận (cọc đóng, quá trình đóng cọc có thể gây chấn động làm nứt gãy, lún mạnh các công trình lân cận).

Cọc BTCT đường kính nhỏ:

- Mặt cắt ngang cọc thường là hình vuông cạnh 200, 250, 300,

350, 450 (mm)

- Chiều dài toàn cọc thỏa mãn yêu cầu về độ mảnh: L/d=30÷70

- Cọc kích thước cạnh 300mm, chiều dài đốt không nên dài quá 8m, cạnh 450 không dài quá 15m

- Cốt thép đai có nhiệm vụ định hình khung cốt thép, chống nứt, chống cắt, chịu ứng suất cục bộ khi thi công Thường dùng Φ6 hoặc Φ8 Bước cốt đai: a=5÷10 ở đầu đốt cọc, a=15÷20 ở giữa đốt cọc

Cốt đai rời và cốt đai lò xo

- Cốt thép dọc chủ đường kính thường là 14÷32mm Thường

có không ít hơn 4 thanh đặt đều đặn theo chu vi cọc Diện tích cốt thép không nhỏ hơn 0,4% diện tích mặt cắt ngang cọc

- Vai trò chủ yếu là chịu lực trong quá trình khai thác, vận

chuyển và đặc biệt khi đóng cọc

Thép móc cẩu thường có đường kính 14÷25mm Bố trí tại vị trí cách đầu đốt cọc một khoảng a-0,21L Bố trí thêm một móc treo tại vị trí cách đầu đôt cọc b= 0.3L

Cốt thép mũi cọc gồm 1 thanh cốt thép cứng nằm ở giữa có

đường kính 25 ÷ 32mm, chiều dài 60÷100cm, đoạn nhô ra khỏi mũi cọc 5 ÷ 10cm; xung quanh có các thanh cốt chủ chụm lại và liên kết với nhau bằng đường hàn; bên ngoài cùng dùng tôn dày 8mm bao quanh và hàn kín

C - C

Cèt thÐp mòi cäc

Cèt chñ

Cèt ®ai C

C

CỌC KHOAN NHỒI

Cọc được thi công bằng cách tiến hành việc khoan tạo lỗ sâu vào trong lòng đất, sau đó tiến hành đặt lồng cốt thép và đổ bêtông cọc, trong quá trình thi công phải có các biện pháp cụ thể chống sập thành vách hố khoan.

1 Công nghệ khoan tạo lỗ:

- Điều kiện mặt bằng khu vực thi công: thi công cạn hay thi công

dưới nước, thi công trên đảo đắp hay hệ nổi, tĩnh không thi công,

 Khoan tạo lỗ bằng máy khoan guồng xoắn:

Thích hợp cho đất dính, mềm Nhiều trường hợp có thể không cần ống vách Chú ý không làm sạt lở vách khi rút guồng xoắn lên Thích hợp cho cọc đường kính đến 800mm, chiều sâu khoan nhỏ hơn 35m.

 Khoan tạo lỗ bằng máy khoan gầu xoay:

Có tốc độ khoan nhanh nhất trong các phương pháp khoan tạo lỗ Thích hợp cho cọc có đường kính từ 800 đến 2000mm Chiều sâu khoan có thể tới 68m trong các tâng đất có giá trị xuyên tiêu chuẩn N≤50N

 Khoan tạo lỗ bằng máy khoan theo nguyên lý tuần hoàn ngược:

Phương pháp này có thể khoan qua các tầng đá phong hóa, chiều sâu

khoan có thể lên tới 100m, thích hợp cho cọc có đường kính 800 đến

3000mm.

 Khoan tạo lỗ bằng máy khoan vách xoay (kiểu xoay tròn, kiểu

kẹp lắc)

Có độ tin cậy cao Có thể khoan qua các chướng ngại vật như đá mồ côi, bê tông cốt thép, hay khoan qua các tầng cát chảy, đất yếu Không gây ô nhiễm môi trường bởi đất thải và bùn tạo ra do dung dịch lỗ

khoan.

2 Ổn định vách hố khoan trong trường hợp không có ống vách

- Nâng cao cột nước áp lực để ổn định vách hố

- Đỉnh vách tạm là chỗ để treo lồng cốt thép, để sàn giữ ống đổ bê tông phục vụ công tác đổ bê tông sau này.

- Dẫn hướng cho cần khoan trong quá trình đi lên đi xuống không va chạm vách hố khoan.

 Hạ ống vách tạm:

- Sử dụng hệ thống thủy lực gắn kèm giá cơ bản ép vách xuống

- Hoặc hạ vách bằng búa rung

 Rút ống vách tạm:

- Khi bắt đầu đổ bê tông đến phần ống vách thì tốc độ đổ bê tông phải phù hợp với tốc độ rút ống vách.

- Muốn rút ống vách phải sử dụng thiết bị nhổ phù hợp

- Khi đổ bê tông đến ống vách, tiến hành xoay nhúc nhắc ống vách trong phạm vi góc xoay khoảng 5˚

- Trong quá trình đổ bê tông thỉnh thoảng nhấc thử ống vách lên

khoảng 10cm xem có nhấc được không, nếu không nhấc được ngay lập tức tìm ra nguyên nhân và khắc phục, tránh để sau này càng khó rút ống vách

b Dung dịch khoan

Dung dịch khoan thường là dung dịch vữa sét betonite Sét betonite

được đóng thành từng bao và được hòa trộn thành dung dịch tại hiện

trường

Dung dịch vữa sét được chứa trong các thùng sắt lớn, để bơm xuống hố khoan trong quá trình khoan; được thu hồi, tách cát và sử dụng lại sau khi

đã bổ sung dung dịch mới để đảm bảo độ nhớt

Tác dụng cơ bản của dung dịch Bentonite:

- Tạo áp lực ổn định vách hố

- Cản trở sự lắng đọng của mùn khoan, do đó tạo điều kiện cho việc

khoan được nhanh hơn

 Xử lý lắng cặn

Công tác xử lý lắng cặn phải được tiến hành trước khi đổ bê tông Không được để bùn đất hay vữa sét lắng đọng ở đáy lỗ khoan làm giảm khả năng chịu tải của cọc

Sau khi khoan tới cao độ mũi cọc thiết kế, không nâng ngay thiết bị tạo lỗ khoan lên

mà phải tiến hành thao tác tiếp tục thải đất ra ngoài cho tới khi kiểm tra thấy sạch cặn lắng ở đáy lỗ khoan.

Bùn lắng là loại cỡ hạt nhỏ, nổi trong nước hoặc trong vữa sét

 Bố trí ống kiểm tra chất lượng cọc

Các ống siêu âm cọc làm bằng thép hoặc bằng nhựa PVC chạy dọc theo chiều dài thân cọc để thả đầu đo siêu âm kiểm tra chất lượng bêtông cọc

Những ống này gắn vào lồng cốt thép cọc chạy song song với nhau thông suốt chiều dài cọc, khi hạ lồng cốt thép cũng đồng thời hạ các ống thăm, các đoạn ống nằm trong các đốt cốt thép cọc nối lại với nhau bằng mối nối đảm bảo kín khít

Ống siêu âm có 2 loại: loại nhỏ có đường kính 60mm và loại lớn

có đường kính 114mm

Số lượng ống nhỏ phụ thuộc vào đường kính cọc và khả năng đo xuyên của máy siêu âm

Cọc có đường kính từ 1,2m trở xuống bố trí 3 ống theo hình tam giác đều còn cọc có đường kính từ 1,2m trở lên bố trí ít nhất là 4 ống

Đầu các ống nhỏ đặt cách mũi cọc 20 ÷ 30cm, đầu ống lớn đặt cách mũi cọc 1m Đáy các ống thăm dò phải bịt kín bằng nút nhựa, khi cần có thể xuyên qua được, đầu các ống nhô cao hơn mặt bêtông cọc 25cm và cũng được bọc kín không để bêtông lọt vào.

Cấu tạo bệ cọc

Khoảng cách giữa 2 cọc là 3D, với cọc chống chịu mũi giảm xuống còn 2D, cọc xiên là 1,5D

Khoảng cách từ mép cọc đến mép đài lớn hơn 1/2D

Độ sâu ngàm cọc vào đài phải lớn hơn 2D và không lớn hơn 120cm với đầu cọc nguyên

H là thành phần lực đẩy ngang tác dụng vào móng

B là chiều dài móng theo hương vuông góc với lực ngang

V: Tổng lực đứng tính toán tại đáy đài cọc

Tùy theo giá trị mô men gây nên lệch tâm nhiều hay ít mà chọn

số lượng cọc tăng thêm theo cách bố trí cọc tương ứng

Bố trí cọc phải cố gắng thỏa mãn 2 yêu cầu:

+ Dễ thi công

+ Chịu lực tốt

R

Q V

Bố trí cọc

Dự đoán sức chịu tải dọc trục

Sức kháng cọc = min {sức kháng của cọc theo vật liệu; sức

kháng của cọc theo đất nền}

Sức kháng của cọc theo vật liệu:

Sức kháng tính toán của cấu kiện bê tông cốt thép chịu nén đối

xứng qua các trụ chính phải được xác định như sau :

trong đó :

Rn cường độ chịu nén của bê tông

Fc tiết diện cọc

Rct cường độ chịu kéo của thép=210000-360000 kPa

mct hệ số điều kiện làm việc của thép, thường lấy bằng 1

k.m hệ số về điều kiện làm việc của vật liệu, được lấy bằng 0,7

Fct diện tích của cốt thép bố trí trong cọc.

Pvl= k.m.(Rn Fc + mct Rct Fct)

Khả năng chịu tải của cọc theo đất nền (yêu cầu về chiều

sâu khảo sát)

Khả năng chịu tải của cọc đơn viết dưới dạng tổng quát:

Qgh= Qmũi+ Qf

Trong đó: Qmũi khả năng chịu tải ở mũi cọc

Qf khả năng bám trượt bên hông

 Khả năng chịu tải giới hạn tại mũi

 Khả năng bám trượt xung quanh cọc

Kc là hệ số tra bảng theo góc ma sát trong

Hệ số an toàn thông dụng lấy cho Qmũi là 2 và Qf là 3

Các phương pháp tính khả năng chịu tải của cọc đơn

Phương pháp sử dụng kết quả thí nghiệm xuyên động (xuyên tiêu chuẩn SPT)

Qu= K1 N Fc + K2 Ntb u Lc

 Phương pháp tra bảng thống kê

Phương pháp sử dụng kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh CPTKhả năng chịu tải mũi cọc: qm = Kr RP

Hiện tượng ma sát âm

Khi cọc chịu tác dụng của tải trọng => Cọc lún xuống Nói

chung đất xung quanh thân cọc sẽ lún ít hơn độ lún của cọc

=> sức kháng bên giữa đất và cọc sẽ có tác dụng kháng lại tải trọng ngoài

Khi đất xung quanh thân cọc lún nhiều hơn độ lún của cọc

=> chuyển vị tương đối giữa cọc và đất sẽ có chiều hướng ngược lại do đó sức kháng bên giữa đất và cọc cũng có chiều hướng

ngược lại => sức kháng bên có xu hướng đẩy cọc xuống Hiện

tượng này gọi là hiện tượng ma sát âm.

Các tác nhân thường gặp gây ra hiện tượng ma sát âm:

- Có một lớp đất dính mới đắp hình -> bản thân lớp dính này sẽ lún theo thời gian

- Có một lớp đất bất kỳ mới đắp gây ra trọng tải với nền đất, hoặc có trọng tải kho bãi Phía dưới nền có các lớp dính

- Mực nước ngầm bị giảm, làm ứng suất hữu hiệu tăng lên Nếu trong nền đất có đất dính, thì đất dính này sẽ làm lún theo thời gian

do sự tăng ứng suất có hiệu này

Không phải toàn bộ vùng đất dính đều có ma sát âm Ở phía dưới

mặt trung hòa, ảnh hưởng của tải trọng đắp gây ra là không đáng kể,

do đó đất ở vùng này có độ lún không đáng kể (cọc vẫn có xu hướng lún nhiều hơn đất), do đó ma sát vẫn là dương

Hiện tượng ma sát âm có xảy ra với đất rời hay không?

Ảnh hưởng của chiều sâu ngàm cọc đến sức chịu tải của cọc

Khi tải trọng đạt đến cực hạn, đất ở mũi

cọc sẽ bị phá hoại theo mặt trượt sâu

Đất dính thì mặt trượt nhỏ (xuống khoảng

(2 ÷ 2,5)B và lên khoảng (2 ÷ 2,5)B)

Cát chặt thì mặt trượt dài hơn (xuống khoảng

(3 ÷ 3,5)B và lên khoảng (6 ÷ 10)B)

Các tiêu chuẩn đều quy định độ sâu khảo sát

địa chất phải lớn hơn độ sâu mũi cọc khoảng

(2 ÷ 3,5)B hoặc hơn

Tính toán nội lực đầu cọc trong móng cọc bệ thấp

• Nội lực tác dụng lên đầu cọc được tính theo công thức:

i

Mx

Myxi

i i

V P

• Kiểm tra độ lún móng cọc (theo pp cộng lún từng lớp)

- Xác định móng khối quy ước:

+ MKQƯ tính từ mặt đất tự nhiên trở xuống tới cao độ mũi cọc.+ Từ mép ngoài của cọc biên, kẻ đường xiên góc , trong đó là góc ma sát trung bình của các lớp đất có chiều dày hi bên hông chiều dài cọc L:

Diện tích móng khối quy ước:

Với B1, L1 là khoảng cách 2 mép của 2 cọc biên tính theo chiều rộng và chiều dài của đài cọc

-Tính tổng tải trọng tác dụng dưới đáy móng khối quy ước:

Độ lệch tâm e =

Phản lực dưới đáy móng khối quy ước:

Tính lún theo phương pháp cộng lún từng lớp

Cọc chế tạo sẵn

- đa phần là cọc bê tông cốt thép thường với cường độ bê tong từ 25-35 MPa

- tiết diện cọc chủ yếu nằm trong loại cọc nhỏ (nhỏ hơn 45x45 cm2)

- Sức chịu tải của cọc theo vật liệu vì vậy cũng không lớn

- chiều dài cọc cũng hạn chế (thường nhỏ hơn 35m)

- sức chịu tải của cọc theo đất nền không lớn

Như vậy, cọc nhỏ thường là giải pháp tối ưu cho công trình có trọng tải không lớn

Cọc nhỏ còn có hạn chế là sức chịu tải ngang giảm đáng kể, dù ta sử

dụng nhiều cọc nhỏ Một nhóm n cọc nhỏ sẽ có sức chịu tải ngang là

Pg= ηnPu, trong đó η là hệ số hiệu ứng nhóm, thường chỉ có giá trị

(0,5 – 0,9)

Cọc nhỏ thì có thể thi công bằng phương pháp đóng hoặc ép Cọc lớn, do sức chịu tải cũng rất lớn nên thường chỉ có thể đóng được.

Ở nước ta, cọc BTCT lớn (tiết diện từ 50x50cm2 đến 90x90cm2) rất hiếm gặp, với cọc lớn thông thường người ta đúc cọc rỗng ở giữa sao cho bề dày chỗ mỏng nhất của vỏ cọc phải lớn hơn 15cm tuy nhiên hai đoạn đầu của mỗi đoạn cọc vẫn đặc, đoạn đặc có chiều dài đủ lớn để cọc không bị phá hoại khi đóng

Ưu điểm của cọc chế sẵn nói chung so với cọc nhồi là việc quản lý chất lượng được tốt hơn Cọc được đúc sẵn và bảo quản tại nhà máy trước khi vận chuyển đến công trình, và chỉ cọc đạt yêu cầu chất lượng mới được phép chôn xuống đất