Chuong 2 mong coc DK nho 27

Đồ án tốt nghiệp là một môn học cuối cùng của sinh viên, đánh dấu bước ngoặt để trở thành một kỹ sư đường bộ sau khi ra trường. Trong quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp đã giúp em tổng hợp tất cả các kiến thức đã học ở trường trong hơn 4 năm qua. Đây là thời gian quý báu giúp chúng em làm quen với công tác thiết kế, tập giải quyết các vấn đề sẽ gặp trong công việc ở tương lai. Trong thời gian thực hiện đồ án, dưới sự hướng dẫn nhiệt tình của các thầy cô đã giúp em học hỏi nhiều kiến thức trong thiết kế, thi công một công trình đường cụ thể, và các hoạt động sản xuất thực tiễn; đồng thời giúp em liên hệ và áp dụng lý thuyết với thực tế, củng cố và phát triển kiến thức đã được học trong nhà trường để phục vụ các công việc ngoài thực tiễn sản xuất. Bởi vậy em mới có thể hoàn thành tốt nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp, học hỏi nhiều kiến thức chuyên môn phục vụ cho công việc sau này Sau khi hoàn thành Đồ án này chúng em như trưởng thành hơn, sẵn sàng trở thành một kỹ sư có chất lượng tham gia vào các công trình xây dựng giao thông của đất nước. Em xin chân thành cảm ơn và ghi nhớ công ơn quý báu của các Thầy Cô trong trường, đặc biệt là các Thầy Cô trong Bộ môn Đường Bộ đã dạy bảo em trong 4 năm học qua! Em xin chân thành cám ơn PGS.TS Lã Văn Chăm, đã hết lòng hướng dẫn tận tình giúp em hoàn thành tốt nhiệm vụ của Đồ án được giao! Mặc dù đã cố gắng nhưng do hạn chế về trình độ và kinh nghiệm thực tế vì vậy không thể tránh khỏi những sai sót, em mong nhận được sự chỉ dẫn ở các Thầy Cô ! Em xin chân thành cám ơn !

Chương 2

móng cọc đường kính nhỏ

I Khái quát chung về móng cọc ĐK nhỏ

Móng cọc gồm hai bộ phận chính:

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

thông qua bệ cọc xuống nền đất dưới mũi cọc vμ đất xung quanh cọc

- Bệ cọc (bệ cọc) lμ bộ phận liên kết các cọc thμnh một khối, truyền tải trọng từ

công trình xuống cọc vμ nâng đỡ công trình bên trên

Đặc điểm, ưu điểm

ƒ Móng cọc lμ móng sâu do đó điều kiện ổn định tốt

ƒ Kết cấu tương đối đơn giản

ƒ Khả năng chịu được tải trọng công trình bên trên lμ tương đối lớn do mũi cọc thường được đặt vμo lớp đất tốt

ƒ Công nghệ thi công phổ biến, có thể cơ giới hoá việc thi công, giá thμnh rẻ

Nhược điểm

- Không thể kéo dμi cọc theo ý muốn của người thiết kế do cọc đường kính nhỏ

bị hạn chế về độ mảnh (thường lấy tỷ lệ Lc/d=30~70, đặc biệt tỷ số nμy có thể

đến 100)

- Để đảm bảo các cọc có thể hạ đến chiều sâu thiết kế vμ xét đến hiệu ứng nhóm cọc (tức lμ cọc lμm lμm theo nhóm mμ không phải lμ cọc đơn), thì khoảng cách tối thiểu tim các cọc≥2.5d (d lμ đường kính cọc) do đó kích thước bệ thường phải mở rộng dẫn đến tốn vật liệu Nếu tải trọng công trình bên trên mμ lớn thì

số lượng cọc sử dụng rất lớn thì cμng phải mở rộng bệ cọc nhiều

- Đối với cọc BTCT đường kính nhỏ thì cốt thép bố trí trong cọc chủ yếu phục vụ quá trình vận chuyển, cẩu cọc vμ nhất lμ khi đóng cọc do 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

- Khả năng chịu lực ngang kém, do đó với những công trình có lực ngang lớn tác dụng thì sử dụng móng cọc đường kính nhỏ thường không 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, vận chuyển vμ đóng cọc vμ hμn nối các đốt cọc chiếm từ 60~80% thời gian thi công móng, do đó thường kéo dμi thời gian thi công công trình, vμ do đó khi thi công lμm tăng chi phí quản lý, chi phí nhân công máy móc kho bãi vμ đồng thời phụ thuộc vμo

điều kiện thời tiết lμm ảnh hưởng tiến độ thi công chung của toμn bộ công trình

- Cọc thép được sử dụng trong các công trình phục vụ thi công, công trình tạm

- Được chế tạo trong xưởng dạng thép hình có tiết diện I, O

- ưu, nhược điểm: Có khả năng chịu được cả kéo hay nén Dễ bị ăn mòn, giá thμnh đắt

* Cọc bê tông cốt thép

- Đây lμ loại cọc được sử dụng phổ biến nhất

- Được chế tạo tại xưởng, mặt cắt ngang có dạng hình vuông hoặc hình tròn

- ưu, nhược điểm:

o Chịu lực tốt, có thể áp dụng với nhiều loại địa tầng

o Do tận dụng được nguyên vật liệu địa phương nên giá thμnh rẻ

o Trọng lượng cọc lớn, khả năng chịu kéo kém, nhất lμ chịu uốn

2 Phân loại theo phương pháp thi công

™ Cọc hạ bằng búa

- Giá thμnh rẻ do chi phí thấp

- Có nhiều loại búa để thi công do vậy dễ đáp ứng cho nhiều loại cọc

- Gây tiếng ồn, gây chấn động dễ ảnh hưởng đến sự an toμn cho các công trình xung quanh Thời gian thi công kéo dμi

- Chỉ hạ được cọc đường kính nhỏ, dễ lμm hư hại bê tông đầu cọc vμ gẫy cọc do lực xung kích lớn trong khi đóng

15 P

8 P

1 P

21 P 20 P 19 P 18 P 17 P 16 P

11 10 P 9

4 3 P 2

1000 2000

3@1200 500

™ Cọc hạ bằng phương pháp ép tĩnh

- Không gây chấn động vì vậy phù hợp khi thi công móng để sửa chữa các công trình, hay thi công móng gần với các công trình đang sử dụng

mμ nếu đóng cọc dễ gây nguy hại

- Tốc độ thi công chậm, nếu chiều dμi cọc lớn thì yêu cầu cần phải có lực

ép lớn nên giá thμnh cao

™ Cọc hạ bằng phương pháp xoắn

™ Cọc hạ bằng phương pháp rung kết hợp với vòi xói

- Có thể hạ cọc đường kính lớn qua nhiều tầng địa chất khác nhau

- Thiết bị thi công vμ vận hμnh phức tạp, thời gian thi công lâu

- Khi thi công dễ xảy ra sự cố nghiêng lệch vμ khó hạ cọc qua vùng địa chất phức tạp có nhiều chướng ngại vật

™ Cọc mở rộng chân

™ Cọc đổ tại chỗ (cọc khoan nhồi)

- Đáp ứng được nhiều loại địa hình, địa chất khác nhau do có nhiều công nghệ khoan

- Có thể khoan với chiều sâu lớn (thường 30~50m) với đường kính cọc lớn, vì vậy lμm giảm số lượng cọc trong móng

- Thời gian thi công nhanh nên rút ngắn được thời gian thi công công trình

- Không gây tiếng ồn, chấn động trong quá trình khoan

- Nhược điểm dễ bị sập vách nếu khoan không có ống vách, vμ có thể lμm dịch chuyển cả vùng đất rộng xung quanh gây nguy hiểm cho công trình lân cận

- Chất lượng bê tông cọc không đảm bảo do trong khi đổ bê tông có nhiều rủi ro

- Gây ô nhiễm bụi bẩn khi thi công trong thμnh phố

3 Phân loại theo chứa năng lμm việc của cọc

cả hai thμnh phần ma sát giữa cọc với các lớp đất mμ cọc xuyên qua vμ phản lực mũi cọc tạo nên

rất nhỏ, vμ sức chịu tải của cọc chủ yếu do thμnh phần sức chống mũi cọc tạo nên

mũi

4 Phân loại theo kích thước cọc (phụ thuộc vμo đường kính của cọc, chỉ có tính chất

5 Phân loại theo mặt cắt ngang: mặt cắt ngang có thể lμ hình vuông, hình chữ nhật,

hình tròn, chữ H, loại ống vμ đặc Cọc có thể thay đổi mặt cắt ngang theo chiều sâu hoặc mặt cắt đều không đổi

6 Phân loại theo chiều sâu chôn cọc vμ độ cứng tương đối: Cọc có thể chia thμnh cọc

dμi vμ coc ngắn Cọc dμi lμ cọc được chôn đủ sâu để mũi cọc được coi lμ cố định Cọc

được coi như lμ một cấu kiện mảnh vμ chịu uốn Cọc ngắn lμ một cấu kiện có dọ cứng tương đối mμ mũi cọc có sự dịch chuyển đáng kể Móng giếng chìm thường dược coi lμ cọc ngắn vì nó có mặt cắt ngang lớn vμ cứng Móng băng có thể coi lμ rường hợp đặc biệt của cọc ngắn

7 Phân loại theo tải trọng: tải trọng tác dụng lên móng lμ nén, kéo, mô men, tải

trọng ngang Phụ thuộc vμo đặc tính thời gian, tải trọng còn được phân thμnh tĩnh tải, tải trọng chu kỳ, vμ hoạt tải Độ lớn vμ loại tải trọng lμ các yếu tố chính để xác

định kích thước vμ loại móng

8 Phân loại theo độ nghiêng: cọc thẳng vμ cọc nghiêng Nói chung nên tránh dùng

cọc nghiêng, đặc biệt ở những nơi có động đất

Bμi 2: cấu tạo móng cọc đường kính nhỏ

I cấu tạo bệ cọc

1 Cao độ bệ cọc

* Cao độ mặt trên

- Khi không có nước mặt thường đặt ở cao độ mặt đất sau khi xói lở

- Đối với các móng dưới sông thì cao độ mặt trên thường lấy thấp hơn MNTN ít nhất lμ 0.5m (điều kiện nμy có thể thay đổi)

- Đối với các móng tại nhịp thông thuyền thì cao độ mặt trên phụ thuộc vμo cấp thông thuyền trên sông quyết định (sao cho tμu thuyền đi qua không va chạm vμo bệ)

* Cao độ mặt dưới

Nói chung cao độ mặt dưới liên quan chặt chẽ đến điều kiện địa chất, khả năng chắn dòng chảy khi xây dựng, vấn đề xói lũ thiết kế, chiều dμi tự do của cọc, mực nước thiết kế

2 Kích thước

Thường mở rộng ra một gờ móng từ 0.2~1.0m, gờ móng thường để đề phòng sai số khi thi công

* Kích thước mặt dưới: Phụ thuộc vμo kích thước, số lượng cọc vμ cách bố trí cọc Theo 22TCN 272-05 hay AASHTO-2007 thì yêu cầu về bố trí cọc như sau:

- Khoảng cách tim giữa hai hμng cọc liền nhau: ở mặt phẳng đáy bệ không dược nhỏ hơn 2.5d hay 750mm, chọn giá trị nμo lớn hơn

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

kiện: Đủ chiều dμy để liên kết cọc vμo bệ (thường > 2d); Chịu được mô men uốn vμ

lực cắt do nội lực đầu các cọc truyền lên;

3 Vật liệu bệ cọc

Bê tông : bê tông bệ cọc có mác thường từ M200~M300

- L−íi cèt thÐp cÊu t¹o xung quanh th©n bÖ th−êng theo cÊu t¹o víi b−íc tõ 200-300mm, vμ ®−êng kÝnh φ12~16

KiÓm to¸n cèt thÐp cho bÖ cäc xem phÇn Phô lôc 2 (ch−¬ng Mãng n«ng) vμ Phô lôc 3 cña ch−¬ng nμy

1750 7@200 = 1400

II cấu tạo cọc BTCT đường kính nhỏ

Các cọc được hạ bằng phương pháp đóng phải được thiết kế để chịu được các lực

đóng vμ vận chuyển Cọc đúc sẵn cần được thiết kế với trọng lượng bản thân không nhỏ hơn 1,5 lần trọng lượng bản thân cọc khi vận chuyển vμ lắp dựng

1 Thông số về cọc

- Mặt cắt ngang cọc thường lμ hình vuông, cạnh a = 200, 250, 300, 350, 400,

450mm, hoặc hình tròn, ống đường kính d ≤ 600mm Các cọc bê tông đúc sẵn có thể có mặt cắt đều đặn hoặc thon Khi các cọc bê tông không tiếp xúc với nước ngọt, các cọc phải có diện tích mặt cắt ngang đo ở phía trên đoạn thon không nhỏ hơn 90000 mm2 Các cọc bê tông sử dụng trong nước muối phải có diện tích mặt cắt ngang không nhỏ hơn 142000mm2 Các góc của mặt cắt hình chữ nhật phải được vát góc

- Chiều dμi toμn cọc (được 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 mμ cọc xuyên qua phía dưới móng lμ tương đối yếu)

- Chiều dμi đốt cọc: Cọc BTCT đường kính nhỏ được chế tạo thμnh từng đốt cọc

chiều dμi Lđ = 5~15m (chiều dμi tối đa 1 đốt cọc còn tuỳ thuộc vμo đường kính cọc, d=30cm thì chiều dμi tối đa một đốt không nên lấy quá 8m, còn khi d=45cm thì không quá 15m) Các đốt cọc sẽ được nối dần với nhau trong quá trình thi công để đủ chiều dμi cọc thiết kế, thường trong ngμnh cầu sử dụng mối nối hμn

2 Vật liệu chế tạo cọc

* Bê tông: thường có mác ≥ 300 với cọc đường kính nhỏ đúc sẵn

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

a) Cốt thép đai

- Cốt đai thường có đường kính φ6 ữ φ8 mm Bước cốt đai: a = 50~100mm ở đầu cọc

vμ a = 150~200mm ở giữa đốt cọc, vμ tối đa không quá 25mm Lμ cốt thép cấu tạo

có nhiệm vụ chống nứt, chống cắt, chịu ứng 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 số quy định cho lớp bê tông bảo vệ đối với các thanh chủ, nhưng không được nhỏ hơn 25 mm

b) Cốt thép dọc chủ

Diện tích cốt thép không được nhỏ hơn 1,5% diện tích mặt cắt ngang toμn bộ bê tông đo bên trên điểm thon Toμn bộ chiều dμi của cốt thép dọc phải được bọc bằng cốt thép xoắn hoặc đai tương đương

Lớp bê tông bảo vệ đối với cọc bê tông đúc sẵn trong môi trường không bị ăn mòn ít nhất lμ 50mm, còn môi trường bị ăn mòn lμ 75mm

Cốt thép dọc sẽ chịu lực trong quá trình khai thác, quá trình vận chuyển vμ đặc biệt khi đóng cọc do quá trình đóng cọc chịu lực đóng cao vμ có độ mảnh lớn rất dễ gây nguy hiểm cho cọc như gẫy

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

không được nhỏ hơn 1% diện tích mặt cắt ngang, được bố trí bằng ít nhất 4 thanh Cốt thép xoắn hoặc các cốt đai tương đương không được nhỏ hơn các thanh No10,

được bố trí theo các khoảng cách không vượt quá 225 mm, trừ khoảng cách 75 mm

được dùng trong vùng chiều dμi tăng cường (ở vùng 3, 4 chiều dμi tăng cường lμ

1200mm), không nhỏ hơn 600 mm hoặc 1,5 lần đường kính các cọc bên dưới cốt thép

mũ cọc Không cần xét đến động đất ở vùng 1

c) Cốt thép móc cẩu

- Cốt thép móc cẩu thường có đường kính φ14 ữ φ25 mm Hai móc cẩu đặt cách

đầu đốt cọc a = 0.207Lđ (khi thiết kế nên lấy = 0.2Lđ để khoảng cách chẵn tiện thi công), vμ có thể thêm 01 móc treo đặt cách đầu đốt cọc b= 0.294Lđ (với Lđ lμ chiều dμi đốt cọc) (Hình 45) Thường cốt thép bố trí trong cọc rất thừa (với cọc đường kính nhỏ) nên có thể sử dụng ngay móc cẩu để lμm móc treo mμ không cần phải

bố trí móc thứ 3 để tạo cho việc thi công vμ để cọc trong bãi được thuận tiện

- Để xác định đường kính, số lượng cốt thép dọc chủ vμ vị trí móc cẩu a, vμ móc treo b chúng ta tính toán dựa vμo các sơ đồ sau:

a a

d) Chi tiết cốt thép cứng mũi cọc

Cốt thép mũi cọc có đường kính φ32 ữ φ45 mm (chi tiết số 07), với chiều dμi 60 ữ 100cm, đoạn nhô ra khỏi mũi cọc khoảng 5 ữ 10 cm nhằm định hướng cọc, phá vỡ hoặc đẩy các vật cứng trong quá trình hạ cọc (Hình 46)

1b7

300 100

50

Hình 46 - Chi tiết cốt thép mũi cọc

Nói chung khi cọc tương đối dμi vμ đóng vμo các lớp đất không phải lμ đất yếu, thì nên cấu tạo mũi cọc như trên để tránh hiện tượng đầu cọc bị toè hoặc gãy khi đóng Còn nếu cọc ngắn vμ sức chịu tải của cọc không lớn thì chỉ cần vát nhọn phần bê tông

đầu cọc lμ được

e) Lưới cốt thép đầu cọc

ở đầu đốt cọc bố trí một số lưới cốt thép đầu cọc có đường kính φ6 ữ φ8 mm, với mắt lưới a = 5x5cm Lưới cốt thép nμy được bố trí nhằm đảm bảo cho bê tông đầu cọc không bị phá hoại do chịu ứng suất cục bộ trong quá trình đóng cọc (hình 47)

4

2 1

- Sau khi đóng xong, để phần bê tông nguyên của cọc ngμm vμo trong bệ một đoạn

ít nhất lμ 300mm sau khi đã dọn đi tất cả các vật liệu cọc hư hại

- Sau khi đóng xong, đập vỡ phần bê tông đầu cọc, phần bê tông nguyên vẹn của cọc ngμm vμo bệ ít nhất 150mm Cốt thép neo phải lμ cốt thép cọc kéo dμi 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 được nhỏ hơn 0,005 vμ số thanh neo không được nhỏ hơn 4 Cốt thép phải được kéo dμi đủ để chịu một lực bằng 1,25 fyAs (fy = cường độ chảy quy định của các thanh cốt thép (MPa), As = diện tích cốt thép thường chịu kéo (mm2))

Nói chung thường phải bố trí lưới các lưới 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 cọc truyền lên

4 Mối nối thi công cọc

Các mối nối của các cọc bê tông phải triển khai sức kháng dọc trục, uốn, cắt vμ xoắn của cọc Đối với cọc đặc, vuông ta thường sử dụng mối nối hμn, đối với cọc tròn, ống

ta thường sử dụng mối nối bu lông Mối nối phải đảm bảo cường độ mối nối tương

đương hoặc lớn hơn cường độ cọc tại tiết diện có mối nối

Để nối các đốt cọc thường sử dụng 4 thép góc L-75x75x8, L-100x100x10 hoặc L- 100x100x12 táp vμo 4 góc của cọc rồi sử dụng đường hμn để liên kết hai đầu cọc Nếu chiều dμi đường hμn không đủ hoặc để tăng an toμn cho mối nối có thể sử dụng thêm 4 thép bản được táp vμo khoảng giữa hai thép góc để tăng chiều dμi hμn nối (xem hình 49)

L=500 h=10mm

Hình 49 - Chi tiết mối nối thi công (nối đốt cọc)

Bμi 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 được phân lμm hai loại :

1 Sức chịu tải theo vật liệu (Pvl);

2 Sức chịu tải theo đất nền (Pdn);

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

toán dựa trên cường độ cực hạn của vật liệu (với cọc thép lμ cường độ giới hạn chảy của thép, f’y, còn với cọc bê tông, cường độ cực hạn thường lμ cường độ thí nghiệm ở ngμy 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 dưới theo một trong hai phương cách:

9 Sức kháng bên QS (gồm ma sát thμnh bên vμ lực dính), lμ phản lực giữa đất xung quanh cọc với diện tích thμnh bên của cọc

9 Sức kháng mũi Qp, lμ phản lực của đất mũi cọc lên đầu cọc

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

(1) Sức chịu tải cực hạn (Pu, Pult): lμ tải trọng mμ tại đó vật liệu hay đất nền bị phá hoại Sức chịu tải cực hạn của cọc lμ giá trị nhỏ hơn trong hai giá trị sức chịu tải theo vật liệu vμ theo đất nền : Pu = min (Puvl, Pudn) Tuy nhiên với cọc khoan nhồi thì điều nμy tương đối hợp lý, nhưng với cọc đóng (ép) thì

để tránh bị phá hoại cọc (nhất lμ đầu hoặc mũi cọc) trong quá trình hạ cọc thì thường thiết kế Puvl >> Pudn, do đó Pu = Pudn (sẽ đề cập rõ hơn ngay dưới

Chính vì thế, khi thiết kế sức chịu tải của cọc theo hệ số an toμn thì thường lấy hai hệ

số riêng rẽ cho sức kháng mũi vμ sức kháng bên

2 ảnh hưởng 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 thoát nước của đất sét tạm thời giảm xuống còn Sut (Sut = Su / St, với St lμ độ nhạy của đất sét) Tuy nhiên sau một thời gian dμi (cọc nghỉ) áp lực nước lỗ rỗng dư sẽ tiêu tán dần ở đa số đất sét sẽ có hiện tượng sức kháng cắt phục hồi một hoặc toμn phần theo thời gian

Với cọc khoan nhồi có sử dụng dung dịch giữ ổn định thμnh lỗ khoan, mμ đáy lỗ khoan không được vệ sinh sạch sẽ mùn khoan trước khi đổ bê tông, thì sức kháng mũi sẽ giảm đi rất nhiều Còn nếu thi công không giữ thμnh bằng dung dịch, có thể trong quá trình đổ bê tông có những tảng cục sét bị lở hay bị lở vách thì lμm chất lượng bê tông giảm Còn nếu đổ bê tông quá thừa nước, nước sẽ bị đất sét xung quanh hút lμm giảm sức kháng cắt của đất nμy Tuy nhiên xi măng trong cọc nhồi sẽ

có phản ứng hóa học với đất sét xung quanh, hơn nữa, thμnh của cọc nhồi thường sần sùi hơn cọc chế tạo sẵn, do đó sức kháng bên được cải thiện một phần

Với đất dính bão hòa nước, nên sử dụng sức kháng cắt không thoát nước Su (hay cu)

để dự báo sức chịu tải cực hạn của cọc vì ngay khi có tải trọng tác dụng, toμn bộ tải trọng sẽ do áp lực nước lỗ rỗng tiếp nhận (với đất sét bão hòa, áp lực nước lỗ õng dư tiêu tan rất chậm, hay coi như không tiêu tan) Do vậy, với đất dính, thời điểm nguy hiểm nhất chính lμ ngay sau khi thi công xong, nước chưa kịp thoát đi

2.2 Cọc trong đất cát

Cọc đóng (hay ép) thường lμm chặt đất xung quanh cọc, dẫn đến sự lún sụt của đất xung quanh, hệ số áp lực ngang K0 sẽ tăng lên, đồng thời sức kháng cắt của đất sẽ tốt hơn Tính chất của đất tốt lên lμm cho sức chịu tải của cọc cao hơn

Đối với cọc nhồi, việc khoan lỗ sẽ lμm đất cát (ở cả thμnh hố vμ đáy hố) rời rạc hơn,

do đó sức chịu tải của cọc giảm đi Ngoμi ra, nếu không vệ sinh sạch đáy hố khoan, sức kháng mũi sẽ giảm

2.3 Cọc trong đá

Với cọc bê tông đúc sẵn ở nước ta hiện nay, việc đóng hay ép vμo lớp đá lμ không thể Với cọc nhồi mũi đặt vμo đá, có hai lý do khiến sức kháng mũi không đáng kể:

(1) Mặc dù tầng địa chất lμ đá, nhưng doquas trình khoan, sự tiếp xúc giã đá

vμ cọc không bao giờ lμ hoμn hảo (đặc biệt lμ khi sử dụng dung dịch để

ổn định thμnh)

(2) Dưới tải trọng công trình, độ lún phải nhỏ hơn độ lún cho phép (thường

lμ rất nhỏ) Dưới độ lún nhỏ đó, sức kháng mũi chỉ được huy động một

phần nhỏ do đường kính cọc nhồi rất lớn

Như vậy cọc chống chỉ thường gặp với cọc bê tông mác cao hay cọc thép Chủ yếu

chúng ta chỉ gặp loại cọc hỗn hợp ma sát + chống lμ phổ biến nhất

2.3 ảnh hưởng của chiều sâu ngμm 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 Mặt

trượt sâu nμy hình vòng cung bắt đầu từ mũi cọc, đi xuống dưới khoảng 2~3.5d, sau

đó vòng lên trên khoảng 2~8d (d - đường kính của cọc) Phạm vi mặt trượt phụ

thuộc vμo loại đất ở lân cận mũi cọc Nếu lμ đất dính thì mặt trượt nhỏ (xuống dưới

vμ lên trên khoảng 2~2.5d), còn với cát chặt thì mặt trượt dμi hơn (xuống dưới

khoảng 3~3.5d, lên trên khoảng 6~10d) Nếu cọc lμm việc trong nhóm, khi tải trọng

đạt cực hạn, đất ở dưới mũi cọc còn bị phá hoại sâu hơn Chính vì thế mμ hμu hết các

tiêu chuẩn đều yêu cầu chiều sâu khảo sát tối thiểu phải lớn hơn độ sâu mũi 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 xứng qua các trục

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

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

f 'c = cường độ quy định của bê tông ở tuổi 28 ngμy, trừ khi có quy định ở các tuổi khác

f 'c = cường 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 được ước tính bằng cách dùng các phương pháp phân tích hay phương pháp thí nghiệm hiện trường

Sức kháng đỡ tính toán của các cọc QR có thể tính như sau:

QR = ϕQn = ϕqQult (87) Hay QR = ϕQn = ϕqp Qp + ϕ Qqs s (88)

với:

Qp = qp Ap (89)

Qs = 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 phương pháp không phân biệt giữa sức kháng toμn bộ vμ sự góp phần riêng rẽ của sức kháng mũi vμ thân cọc

ϕqp = hệ số sức kháng đối với sức kháng mũi cọc quy định cho trong Bảng 16 hay

39 dùng cho các phương pháp tách rời sức kháng của cọc do sức kháng của mũi cọc vμ sức kháng thân cọc

ϕqs = hệ số sức kháng đối với sức kháng thân cọc cho trong Bảng 16 hay 39 dùng

cho các phương pháp tách rời sức kháng của cọc do sức kháng của mũi cọc

vμ sức kháng thân cọc

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

địa kỹ thuật cho các cọc chịu tải trọng dọc trục

sức kháng

Ma sát bề mặt: Sét Phương pháp α (Tomlinson, 1987) Phương pháp β (Esrig & Kirby, 1979 vμ phương pháp Nordlund dùng cho đất dính)

Phương pháp λ (Vijayvergiya & Focht,1972)

070λv

0,50λv

Ma sát bề mặt vμ chịu lực mũi cọc: Cát Phương pháp SPT

Phương pháp CPT

0,45λv

0,55λv

Phân tích phương trình sóng với sức kháng đóng cọc giả định

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

nhổ của nhóm cọc

Cát Sét

0,55 0,55 Phương pháp kiểm tra việc thi công các cọc vμ đánh giá khả năng chịu

tải của chúng trong vμ sau khi đóng cọc vμo đất sẽ được quy định

trong các hồ sơ thầu

Giá trị của

λV

Các cách thức đóng cọc, thí dụ ENR, phương trình thiếu sự đo sóng

ứng suất trong quá trình đóng cọc

0,80

Đồ thị sức chịu tải xác định từ phân tích phương trình sóng khi không

đo sóng ứng suất trong quá trình đóng cọc

0,85

Đo sóng ứng suất cho 2% đến 5% số cọc, dùng phương 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 phương pháp đơn giản

để kiểm tra khả năng chịu tải, thí dụ phân tích vμ thử tải trọng tĩnh để

kiểm tra khả năng chịu tải

1,00

Đo sóng ứng suất cho 2% đến 5% số cọc, dùng phương pháp đơn giản

để kiểm tra khả năng chịu tải, thí dụ phân tích khi đóng cọc vμ dùng

phân tích CAPWAP để kiểm khả năng chịu tải

1,00

Đo sóng ứng suất cho 10% đến 70% số cọc, dùng các phương pháp đơn

giản để kiểm tra khả năng chịu tải, thí dụ phân tích khi đóng cọc

1,00

Bảng 39 - Hệ số sức kháng đối với cọc đóng (theo AASHTO – 2007)

Điều kiện / phương pháp xác định sức kháng Hệ số

sức kháng ϕ

Giới hạn đóng được xác định từ thí nghiệm tải trọng tĩnh; kiểm tra chất lượng theo thí nghiệm động hay phương trình sóng, hay sức kháng đóng cọc nhỏ nhất được tổ hợp năng lượng truyền động của búa từ thí nghiệm tải trọng ở trường hợp cuối, búa sử dụng cho thí nghiệm cọc phải được dùng để đóng cọc

FHWA – công thức động của cọc theo Gates đã hiệu chỉnh (thời

điểm cuối của quá trình đóng liên tục)

Ma sát vμ sức kháng mũi cọc: Cát

0.35 0.25 0.4

Phương pháp Nordulund/Thurman (Hannigan, 2005)

Phương pháp SPT (Meyerhof) Phương pháp CPT (Schmertmann) Sức chống mũi trong đá (Canadian Geotech Society, 1985)

0.45 0.30 0.5 0.45

Sức kháng nhổ của

Phương pháp Nordulund Phương pháp α

Phương pháp β Phương pháp λ Phương pháp SPT Phương pháp CPT

Thí nghiệm tải trọng

0.35 0.25 0.20 0.30 0.25 0.40 0.60 Sức kháng nhổ của

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

1.1 Tổng quát

Có thể dùng cả phương pháp tổng ứng suất vμ ứng suất hữu hiệu, với điều kiện các

tham số cường độ đất thích hợp lμ có sẵn Các hệ số sức kháng đối với ma sát bề mặt

vμ sức kháng mũi, được ước tính bằng phương pháp nửa thực nghiệm, như quy định

trong Bảng 16 hay 39

1.2 Sức kháng thân cọc

Có thể sử dụng một hay nhiều hơn trong ba phương pháp cụ thể được trình bμy dưới

đây, khi thích hợp:

a) Phương pháp α

Phương pháp α, dựa trên tổng ứng suất, có thể được dùng để liên hệ sự kết dính

danh định (MPa) có thể lấy bằng:

Qs = α Su (91)

ở đây:

Su = cường độ kháng cắt không thoát nước trung bình (MPa)

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

Hệ số kết dính, α, có thể được giả định thay đổi với giá trị cường độ kháng cắt không

thoát nước, Su như cho trong Hình 50

Cát hoặc cuội cát

Sét cứng

Nhỏ hơn

Db = lớn hơn 40D

Cường độ cắt không thoát nước Su (MPa)

Cường độ cắt không thoát nước Su (MPa)

Sét nửa cứng

đến cứng

Db = lớn hơn

40D

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

đóng vμo đất sét (theo Tomlinson, 1987)

b) Phương pháp β

Phương pháp β, dựa vμo ứng suất hữu hiệu, có thể được sử dụng để dự đoán ma sát

bề mặt của cọc (thường dùng cho đất rời) Ma sát đơn vị bề mặt danh định (MPa) có thể có liên quan tới các ứng suất hữu hiệu trong đất như sau:

Giới hạn kiến nghị đối với β

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

(theo Esrig vμ Kirby, 1979)

Có thể dùng phương pháp Nordlund để mở rộng phương pháp β cho các cọc không

có hình lăng trụ trong đất dính, trong trường hợp nμy hệ số sức kháng có thể lấy như

đối với phương pháp β theo quy định trong Bảng 16 hay 39

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

Su = cường độ kháng cắt không thoát nước của sét gần chân cọc (MPa)

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

Phương pháp nμy chỉ áp dụng cho cát vμ bùn không dẻo

D = chiều rộng hay đường kính cọc (mm)

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

qA = sức kháng điểm giới hạn tính bằng 0,4 Ncorr cho cát vμ 0,3 Ncorr cho bùn

không dẻo (MPa)

b) Ma sát bề mặt

Ma sát bề mặt danh định của cọc trong đất rời (MPa) có thể tính như sau:

Đối với cọc đóng chuyển dịch:

2.3 Sử dụng CPT

a) Tổng quát

CPT có thể dùng để xác định:

9 Sức kháng xuyên hình nón, qc, có thể được dùng để xác định khả năng chịu lực mũi cọc, vμ

q q

ở đây:

qc1 = giá trị trung bình của qc trên toμn bộ chiều sâu yD dưới mũi cọc (đường

a-b-c) Tổng giá trị qc theo cả hướng xuống (đường a-b) vμ hướng lên (đường b-c) Dùng các giá trị qc thực dọc theo đường a-b vμ quy tắc

đường tối thiểu dọc theo đường b-c Tính toán qc1 cho các giá trị y từ 0,7

đến 4,0 vμ sử dụng giá trị tối thiểu qc1 thu được (MPa)

qc2 = giá trị trung bình của qc trên toμn bộ khoảng cách 8D bên trên mũi cọc

(đường c-e) Sử dụng quy tắc đường tối thiểu như đối với đường b-c trong tính toán qc1 Bỏ qua các đỉnh lõm nhỏ “X”, nếu trong cát, nhưng đưa vμo

đường nhỏ nhất nếu trong sét

Sức kháng hình nón trung bình tối thiểu giữa 0,7 vμ 4 đường kính cọc bên dưới cao

độ mũi cọc có được thông qua quá trình thử dần, với việc sử dụng quy tắc đường tối thiểu Quy tắc đường tối thiểu cũng sẽ được dùng để tìm ra giá trị sức kháng hình nón cho đất trong khoảng tám lần đường kính cọc bên trên mũi cọc Tính trung bình hai kết quả để xác định sức kháng mũi cọc

1 i

2 N

1 i

i si si i si si i

i c

, s

D 8

L K

ở đây:

Ks,c = các hệ số hiệu chỉnh: Kc cho đất sét vμ Ks cho đất cát lấy từ Hình 54 (DIM)

Li = chiều sâu đến điểm giữa khoảng chiều dμi tại điểm xem xét (mm)

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

fsi = sức kháng ma sát đơn vị thμnh ống cục bộ lấy tại điểm xem xét (MPa)

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

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

N = số khoảng giữa mặt đất vμ điểm cách dưới mặt đất 8D

N2 = số khoảng giữa điểm cách dưới mặt đất 8D vμ mũi cọc

Cọc bê tông

và gỗ Cọc thép

Dùng 0,8 fs cho mũi cọc Begemann nếu đáp trong lớp sét

Mũi Furgo (điện)

Trong trường hợp mỗi bề rộng cọc vμ mỗi khoảng cách các đường nứt của đá

vượt quá 300mm vμ khi chiều dμy đường nứt không được lấp đất nhỏ hơn

6.4mm hay được lấp bằng đất hay đá vụn có bề rộng nhỏ hơn 25mm

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

MPa có thể tính như sau:

trong đó:

d d

d sp

S

t 300 1 10 D

S 3 K

+ +

H4,01d

qu = cường 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)

ắ η = 0.65 với khoảng cách tim đến tim bằng 2,5 lần đường kính,

ắ η = 1.0 với khoảng cách tim đến tim bằng 6 lần đường kính,

Đối với các khoảng cách trung gian, giá trị của η có thể được xác định bằng nội suy tuyến tính

Sức kháng của nhóm phải lμ giá trị nhỏ hơn trong: Tổng của các sức kháng sửa đổi riêng rẽ của mỗi cọc trong nhóm, hoặc sức kháng của trụ tương đương bao gồm các cọc vμ khối đất trong diện tích bao bởi các cọc

Hệ số sức kháng cho trụ tương đương hoặc khối phá hoại khối được cho trong Bảng

16 hay 39 vμ được áp dụng khi bệ cọc có hoặc không tiếp xúc với đất Hệ số sức kháng cho sức kháng của nhóm cọc được tính toán bằng cách sử dụng tổng của các sức kháng riêng rẽ của từng cọc, lấy như giá trị cho sức kháng của cọc đơn cho trong Bảng 16 hay 39

3.3 Đất rời

Khả năng chịu tải của nhóm cọc trong đất rời lμ tổng khả năng của các cọc riêng lẻ trong nhóm Hệ số có ích η = 1.0 khi bệ cọc có hoặc không tiếp xúc với đất nền

Hệ số sức kháng lμ giống như giá trị cho cọc đơn, được cho trong Bảng 16 hay 39

Theo AASHTO 2007, móng (trụ) khối tương đương để kiểm tra phá hoại khối

thường áp dụng đối với nhóm cọc trong đất dính

Cho một nhóm cọc có chiều rộng X, chiều dμi Y, vμ chiều sâu Z như hình 56 dưới

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

Sức kháng nhổ, Qug của nhóm cọc phải được lấy số nhỏ hơn trong:

9 Tổng của sức kháng nhổ của cọc đơn, hoặc

9 Khả năng kháng nhổ của nhóm cọc được xem như lμ một khối

Đối với nhóm cọc trong đất rời Trọng lượng của khối bị nâng sẽ được xác định bằng

cách dùng sự truyền của tải trọng lμ 1/4 từ đế của nhóm cọc trong Hình 57 Trọng lượng đơn vị nổi sẽ được dùng cho đất bên dưới mức nước ngầm

Trong đất dính, khối kháng lại lực nhổ khi cắt không thoát nước sẽ được lấy theo

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

ở đây:

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

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

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

Su = cường độ kháng cắt không thoát nước trung bình dọc theo thân cọc (MPa)

Wg = trọng lượng của khối đất, cọc vμ 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 được xác

định như lμ tổng các lực kháng nhổ của các cọc đơn, sẽ được tính giống như 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 được xem như lμ một khối

được cho trong Bảng 16 hay 39 cho nhóm cọc trong đất sét vμ trong cát

D Tải trọng ngang

1 Tổng quát

Sức chịu tải ngang của móng lμ sức chịu để chống lại chuyển vị ngang do lực ngang

vμ mô men gây lật tác dụng tại đỉnh móng Đối với một móng đơn, sức kháng theo phương ngang có từ 3 thμnh phần: áp lực đất theo phương ngang, lực cắt ở chân móng, vμ áp lực ở mũi phân bố không đồng đều áp lực đất theo phương ngang lμ

sức kháng ngang chủ yếu đối với cọc dμi

Broms đề xuất một phương pháp để dự tính sức chịu tải ngang tới hạn của cọc Cọc

được giả thiết lμ ngắn vμ cứng Chỉ xét chuyển vị dọc vμ chuyển vị quay cứng vμ chỉ tính toán sức chịu tải ngang ổn định của cọc Phương pháp nμy giả định sự phân bố

áp lực ngang tới hạn đối với đất dính vμ đất rời; sức chịu tải ngang của cọc với các

điều kiện ngμm khác nhau được tính toán dựa trên áp lực ngang giả định như trình

bμy trên Hình 59 vμ 60 Với các giả thiết khống chế, phương pháp Broms’ thường

được 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 được tính như sau:

roi dat

dinh dat p K

c q

o p

.9

Trong đó:

cu = Cường độ chống cắt không thoát nước của đất

Kp = Hệ số áp lực đất bị động, Kp = tan2(45o+ϕ/2) vμ 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’ lμ trọng

lượng đơn vị có hiệu của đất

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

Sức kháng đỡ ngang tới hạn Pu trong trường hợp đầu cọc tự do được tính theo công thức sau:

+

ư

=

roi dat L

H

K BL

dinh dat B

c B

H L

L L L L P

p

u o

o

u

.'

5.0

.9

.5.1'

'5.0''2'

3

2

Trong đó:

L = chiều dμi cọc ngập trong đất

H = cánh tay đòn của lực ngang tới mặt đất

B = đường kính cọc

L’ = chiều dμi ngμm của cọc, tính từ độ sâu cách mặt đất 1.5B, hay L’=L-1.5B

Lo = chiều sâu tới tâm quay, vμ 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

Sức kháng đỡ ngang tới hạn trong trường hợp đầu cọc ngμm

Sức kháng đỡ ngang tới hạn Pu trong trường hợp đầu cọc bị ngμm được tính theo công thức sau:

BL

dinh dat B

L B c P

p

u

.5

.1.9

EI K

Kr = độ cứng tương đối của cọc

EI = độ cứng chống uốn của tiết diện cọc

Ed = mô đun biến dạng ngang của đất trong phạm vi ngμm tính toán;

L = chiều dμi cọc

Trong đất rời:

™ Với cọc ngắn trong đất rời , sức kháng đỡ ngang cực hạn của cọc lμ:

br

P =0.12γ' 2 vμ P u ≤0.4p L BL (114) Trong đó:

γ’ = trọng lượng thể tich có hiệu của đất,

B = cạnh hay đường kính cọc,

L = chiều dμi cọc,

Kbr = hệ số sức kháng đỡ ngang, tra theo hình 61

pL = áp lực tới hạn thu được từ thí nghiệm nén ngang PMT; nếu không có thí nghiệm PMT có thể lấy pL như sau:

p L =50tan2 450+ /2 tan (kPa) (115)

™ Với cọc dμi trong đất rời thì vẫn tính như trên nhưng sử dụng chiều dμi quy đổi Le thay chiều dμi thực L như sau:

L K

L e =1.65 r0.12 vμ Le ≤ L (116)

Trong đất dính:

™ Với cọc ngắn trong đất dính , sức kháng đỡ ngang cực hạn của cọc lμ:

cr u

L e =1.5 r0.12 vμ Le ≤ L (118) Trong đó: Kr = độ cứng tương đối của cọc

Hình 61 – Biểu đồ tra hệ số K br vμ K cr

Hình 62 – Biểu đồ tra hệ số K br vμ K cr

3 Sức kháng tải trọng ngang của nhóm cọc

Sức kháng tính toán của nhóm cọc chịu tải trọng ngang, tính bằng (N), đ−ợc tính

nh− sau:

trong đó:

PL = sức kháng ngang danh định của 1 cọc đơn (N)

PLg = sức kháng ngang danh định của nhóm cọc (N)

ϕ = hệ số sức kháng của nhóm cọc đ−ợc quy định trong Bảng 16 hay 39

η = hệ số hữu hiệu của nhóm cọc đ−ợc xác định trong quy trình nμy