TÍNH ỨNG SUẤT CỤC BỘ CỦA ĐÂÌ MÓNG CỌC BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN CÓ SỬ DỤNG PHẦN TỬ BẬC CAO.

LờI CảM ƠN Luận văn thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành Xây dựng công trình thủy đề tài: “Tính ứng suất cục bộ của đài móng cọc bằng phương pháp phần tử hữu hạn có sử dụng phần tử bậc cao" đượ

LờI CảM ƠN

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành Xây dựng công trình thủy đề tài:

“Tính ứng suất cục bộ của đài móng cọc bằng phương pháp phần tử hữu hạn có sử

dụng phần tử bậc cao" được hoàn thành với sự giúp đỡ tận tình của các Thầy giáo,

Cô giáo trong Khoa Công trình, Phòng đào tạo đại học và sau đại học, Trường đại học Thủy lợi cùng các bạn bè và gia đình, đồng nghiệp

Tác giả xin chân thành cảm ơn các Thầy giáo, Cô giáo, Gia đình, Bạn bè & Cơ quan đã tạo điều kiện cho tác giả trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn tốt nghiệp Đặc biệt tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến GS.TS Phạm Ngọc Khánh đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành luận văn tốt nghiệp

Tuy đã có những cố gắng nhất định, nhưng do thời gian và năng lực nghiên cứu còn nhiều hạn chế, vì vậy cuốn luận văn này chắc chắn còn nhiều thiếu sót, tác giả kính mong Thầy giáo, Cô giáo, Bạn bè và Đồng nghiệp góp ý để tác giả tiếp tục học tập và nghiên cứu

Xin chân thành cảm ơn!

Hà nội, ngày 29 tháng 5 năm 2012

Tác giả

Nguyễn Thị Thùy Dương

Lời CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu trích dẫn là trung thực Các kết quả nghiên cứu trong luận văn chưa từng được người nào công bố trong bất kỳ công trình nào khác./

Nguyễn Thị Thùy Dương

MôC LôC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÓNG CỌC VÀ NỀN 2

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN MÓNG CỦA CÁC CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG TRÊN NỀN ĐẤT YẾU 2

1.2 NỀN NHÂN TẠO 2

1.2.1 Đệm cát 4

1.2.2 Nền cọc cát 4

1.2.3 Nền cọc vôi và cọc đất - xi măng 5

1.2.4 Phương pháp gia tải nén trước [5], [6] 9

1.3 MÓNG CỌC 12

1.3.1 Phân loại cọc 12

1.3.2 Cọc đóng 13

1.3.3 Nhồi cọc 27

1.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN MÓNG CỌC, ĐÀI CỌC HIỆN NAY 28

1.4.1 Tính theo trạng thái giới hạn thứ nhất (về điều kiện cường độ) 29

1.4.2 Tính theo trạng thái giới hạn thứ hai (về điều kiện biến dạng) 37

1.4.3 Tính theo trạng thái giới hạn thứ ba 38

1.4.4 Trình tự thiết kế móng cọc đài thấp 38

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP TÍNH MÓNG VÀ MÓNG CỌC HIỆN HÀNH 33

2.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ỨNG SUẤT BIẾN DẠNG 33

2.1.1 Phương pháp giải tích 33

2.1.2 Các phương pháp số [8] 34

2.1.3 Lựa chọn phương pháp tính cho luận văn 36

2.2 PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN TRONG TÍNH TOÁN KẾT CẤU 37

2.2.1 Nội dung của phương pháp phần tử hữu hạn [8], [9], [13] 37

2.2.2 Tính kết cấu theo mô hình tương thích 47

2.2.3 Giải hệ phương trình cơ bản 46

2.3 PHẦN TỬ BẬC CAO TRONG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN 47

2.3.1 Khái niệm về phần tử bậc cao [8] 47

2.3.2 Hệ tọa độ tự nhiên 47

2.3.3 Phần tử lục diện bậc cao 20 điểm nút 48

2.3.4 Nét cơ bản về thuật toán và chương trình ma trận độ cứng phần tử 59

2.4 PHẦN MỀM TÍNH TOÁN 53 CHƯƠNG 3: GIẢI BÀI TOÁN ỨNG SUẤT CỤC BỘ CỦA MÓNG

BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN

CÓ SỬ DỤNG PHẦN TỬ BẬC CAO 55

3.1 GIỚI THIỆU CHUNG 55

3.2 TÀI LIỆU ĐỊA CHẤT 58

3.2.1 Lớp 1 – Đất ruộng 58

3.2.2 Lớp 2 - Sét pha dẻo mềm 58

3.2.3 Lớp 3 - Cát hạt nhỏ kẹp hạt mịn, xốp 67

3.2.4 Lớp 4 - Sét pha dẻo cứng, dẻo mềm 68

3.2.5 Lớp 5 - Cát hạt nhỏ kẹp hạt trung chặt vừa 70

3.2.6 Lớp 6 - Cát hạt trung kẹp hạt nhỏ, chặt vừa đến chặt 64

3.2.7 Lớp 7 – Cát hạt thô lẫn cuội sỏi sạn, chặt đến rất chặt 65

3.3 TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐÀI CỌC VÀ CỌC 68

3.3.1 Kết quả tính toán 68

3.3.2 Nhận xét 89

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 90

KẾT LUẬN 90

KIẾN NGHỊ 83

TÀI LIỆU THAM KHẢO 84

- Tài liệu tiếng Việt 84

môc lôc h×nh ¶nh

Hình 2.1 Một số dạng phần tử thường sử dụng 38

Hình 2.2 Thuật toán giải bài toán theo phương pháp phần tử hữu hạn 45

Hình 2.3 Điều kiện không suy biến của ma trận K 46

Hình 2.4 Hệ tọa độ tự nhiên xác định vị trí của phần tử 48

Hình 2.5 Hệ tọa độ tự nhiên áp dụng cho phần tử lục diện 48

Hình 2.6 Phần tử lục diện bậc cao 20 điểm nút 49

Hình 2.7 Sơ đồ vị trí điểm tích phân 59

Hình 3.1 Bản đồ vị trí công trình 56

Hình 3.2 Phối cảnh công trình nghiên cứu 56

Hình 3.3 Hệ đài móng cọc điển hình 68

Hình 3.4 Lực dọc tác động lên hệ đài móng cọc điển hình 69

Hình 3.5 Sơ đồ lưới phần tử bậc thấp phân chia đài cọc tính toán 69

Hình 3.6 Sơ đồ lưới phần tử bậc cao phân chia đài cọc tính toán 77

môc lôc b¶ng biÓu

Bảng 1.1 Các phương pháp xử lý nền 3

Bảng 3.1 Tổng hợp sơ bộ kết quả khảo sát 58

Bảng 3.2 Độ sâu mặt lớp, bề dày tại mỗi hố khoan lớp 2 59

Bảng 3.3 Chỉ tiêu cơ lý lớp 2 59

Bảng 3.4 Độ sâu mặt lớp, bề dày tại mỗi hố khoan lớp 3 67

Bảng 3.5 Môđun biến dạng, áp lực tiêu chuẩn tính toán lớp 3 68

Bảng 3.6 Độ sâu mặt lớp, bề dày tại mỗi hố khoan lớp 4 68

Bảng 3.7 Chỉ tiêu cơ lý lớp 4 69

Bảng 3.8 Độ sâu mặt lớp, bề dày tại mỗi hố khoan lớp 5 63

Bảng 3.9 Môđun biến dạng, áp lực tiêu chuẩn tính toán lớp 5 64

Bảng 3.10 Độ sâu mặt lớp, bề dày tại mỗi hố khoan lớp 6 64

Bảng 3.11 Môđun biến dạng, áp lực tiêu chuẩn tính toán lớp 6 65

Bảng 3.12 Độ sâu mặt lớp, bề dày tại mỗi hố khoan lớp 7 66

Bảng 3.13 Môđun biến dạng, áp lực tiêu chuẩn tính toán lớp 7 67

Bảng 3.14 Tổng hợp kết quả khảo sát địa chất 67

Bảng 3.15 So sánh phát triển ứng suất trong hệ đài móng cọc với 2 trường hợp tính toán 75

Bảng 3.16 Tổng hợp kết quả tính toán ứng suất 89

Đỉnh – Tư Liêm – Hà Nội

Trong những năm gần đây cùng với sự phát triển của nền kinh tế đất nước thì nhu cầu phát triển hạ tầng kiến trúc cũng phát triển tương ứng hàng loạt các khu đô thị mới hiện đại, các công trình nhà cao tầng, các hệ thống giao thông, thuỷ lợi, thuỷ điện được xây dựng nhằm đáp ứng nhu cầu phát triển của xã hội

Đối với các công trình xây dựng cơ bản thì việc xử lý nền móng bao giờ cũng chiếm phần không nhỏ mà đặc điểm riêng của công trình xây dựng dân dụng giải pháp xử lý nền móng trên nền đất yếu là làm móng cọc

1 Tính cấp thiết của đề tài

Móng cọc là một trong những loại móng được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay Người ta có thể đóng, hạ những cây cọc lớn xuống các tầng đất sâu, nhờ đó làm tăng khả năng chịu tải trọng lớn cho móng

Móng cọc đã được sử dụng từ rất sớm khoảng 1200 năm trước, những người dân thời kỳ đồ đá mới của Thụy Sỹ đã biết sử dụng các cọc gỗ cắm xuống các hồ nước nông để xây dựng nhà trên các hồ cạn (Sower 1979), cũng trong thời kỳ này, người ta đóng các cọc gỗ xuống vùng đầm lầy để chống quân xâm lược,

đóng các cọc gỗ để làm đê quây,

Ngày nay, cùng với sự tiến bộ khoa học kỹ thuật nói chung, móng cọc ngày càng được cải tiến, hoàn thiện, đa dạng về chủng loại cũng như biện pháp thi công, phù hợp với yêu cầu của các loại công trình xây dựng

Trong tính toán thiết kế kết cấu móng công trình còn nhiều hạn chế đặc biệt

là tính ứng suất cục bộ giữa đầu cọc và đài cọc

Vì vậy công tác nghiên cứu tính toán ứng suất cục bộ của đài móng cọc bằng phương pháp phần tử hữu hạn có sử dụng phần tử bậc cao có nhiều thuận lợi

và phản ánh được ứng xử thực của công trình do đó đề tài có tính cấp thiết

2 Mục đích nghiên cứu của đề tài

- Sử dụng phương pháp tính toán hiện hành để xác định các giá trị ứng suất cục bộ ở vùng đài cọc vùng lân cận tiếp xúc với đầu cọc để tìm ra các giá trị ứng suất tiệm cận với ứng xử thực của kết cấu Trên cơ sở đó giúp cơ quan thiết kế nghiên cứu biện pháp đài móng cọc hợp lý với các dạng công trình;

- Tìm giải pháp thích hợp nhất cho việc tính toán bố trí thép chủ;

- ứng dụng cho công trình cụ thể

3 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

- Điều tra, khảo sát, thống kê thực tế

- Sử dụng mô hình toán và phần mềm hiện đại

4 Kết quả dự kiến đạt được

- Sử dụng thuật toán của phương pháp phần tử hữu hạn với việc sử dụng phần tử bậc cao để xác định ứng suất cục bộ tại vùng tiếp xúc giữa đầu cọc và đài cọc;

- áp dụng phương pháp tính đã chọn cho công trình cụ thể

5 Nội dung của luận văn

Mở đầu;

Chương 1 - Tổng quan về móng và nền;

Chương 2 - Phương pháp tính móng và móng cọc bằng các phương pháp hiện hành;

Chương 3 - Giải bài toán ứng suất cục bộ của móng bằng phương pháp phần

tử hữu hạn có sử dụng phần tử bậc cao;

Kết luận

- Tài liệu tham khảo;

là chiều dày các lớp đất đá trực tiếp chịu tải trọng của công trình do móng truyền xuống Móng là phần dưới đất của công trình làm nhiệm vụ truyền tải trọng của công trình xuống nền Việc thiết kế nền móng là một công việc phức tạp vì nó liên quan đến đặc điểm của công trình thiết kế, nền móng của công trình lân cận,

điều kiện địa chất công trình, địa chất thuỷ văn của khu đất xây dựng

Chính vì vậy, việc xử lý nền móng thường chiếm tỷ trọng công việc cũng như kinh phí khá lớn khi xây dựng công trình Trong lĩnh vực xây dựng cơ bản thì móng của hầu hết các công trình đều được đặt trên nền đất, bản thân đất có nhiều loại khác nhau, trong đó nền đất yếu không đủ khả năng chịu tải trọng lại chiếm

đại đa số, thế nên cho đến nay các nhà khoa học đã nghiên cứu và đưa ra rất nhiều hình thức xử lý nền móng, phù hợp vói từng loại nền đất và kết cấu công trình

Sau đây là tổng kết một số hình thức xử lý nền công trình thường được áp dụng rộng rãi [3], [5], [6], [12]:

chúng

Điều kiện địa chất công trình

I.Thay thế nền mới 1 Đệm cát hoặc đất Đất yếu, lún nhiều (than bùn, đất

Các loại đất lỗ rỗng lớn, cát rời xốp

và những loại đất dính chưa được nén chặt (khi Sr < 0,6)

c Nén chặt bằng phương pháp rung cơ học hay thuỷ lực Đất cát rời xốp d.Làm chặt bằng phương pháp

III Bơm nhồi vào

lòng đất 1 Silicat

Cát xốp và các loại đất có lỗ hổng lớn

2 Dùng hắc ín tổng hợp Cát xốp và các loại đất có lỗ hổng

lớn

IV Phươmg pháp

điện 1 Điện hoá

Đất sét yếu (có hệ số thấm K< 0,01 m/ngày đêm

1.2.1 Đệm cát

Lớp đệm cát được sử dụng có hiệu quả nhất khi lớp đất yếu ở trạng thái bão hoà nước ( sét nhão, sét pha nhão, cát pha bão hoà nước, bùn, than bùn) và có chiều dày nhỏ hơn 3 mét [5], [6] Đệm cát thường làm bằng cát hạt to, cát hạt trung bình hoặc pha hai loại đó với nhau Việc thay thế lớp đất yếu bằng đệm cát

có những tác dụng chủ yếu sau đây:

Sau khi thay thế lớp đất yếu nằm trực tiếp dưới móng công trình đệm cát

đóng vai trò như một lớp chịu lực, có khả năng tiếp thu được tải trọng của công trình và truyền tải trọng đó xuống lớp đất thiên nhiên bên dưới

Giảm bớt độ lún toàn bộ và độ lún không đều của công trình, đồng thời làm tăng nhanh quá trình cố kết của đất mềm (vì cát trong lớp đệm có hệ số thấm lớn)

Làm tăng khả năng ổn định của công trình kể cả khi có tải trọng ngang tác dụng, vì cát được nén chặt sẽ tăng lực ma sát và tăng sức chống trượt

Kích thước móng và chiều sâu chôn móng sẽ được giảm bớt, vì áp lực tính toán (sức chịu) của đất nền tăng lên

Phương pháp này có những tác dụng tốt như vậy, mà thi công lại đơn giản, không đòi hỏi các thiết bị phức tạp, nên được sử dụng tương đối rộng rãi Tuy vậy, trong những trường hợp bất lợi sau đây thì không nên sử dụng cát đệm:

- Lớp đất yếu phải thay thế có chiều dày lớn hơn 3m Vì lớp đệm cát có chiều dày lớn hơn 3m thì tốn rất nhiều cát, thi công khó và chi phí lớn

- Mực nước ngầm cao và có áp, vì như vậy việc hạ mực nước ngầm rất tốn kém, và mặt khác đệm cát sẽ không ổn định

1.2.2 Nền cọc cát

Trước hết phải phân biệt cọc cát với các loại cọc cứng khác (bằng bê tông

cốt thép, bằng gỗ, bằng tre ), mạng lưới cọc cát làm nhiệm vụ gia cố nền, nên gọi là nền cọc cát Còn các loại cọc cứng là một bộ phận của kết cấu móng (móng cọc) làm nhiệm vụ truyền tải trọng của công trình xuống nền [3], [6], [12]

Cọc cát có những đặc điểm sau đây:

Làm nhiệm vụ như giếng cát, giúp cho nước lỗ rỗng trong đất thoát ra nhanh, nên làm cho quá trình cố kết của đất tăng lên và độ lún chóng ổn định hơn

Khi thi công nền cọc cát thì trước hết ống thép (tạo lỗ) đã bước đầu làm giảm thể tích đất Sau đó cát trong các lỗ đó lại tiếp tục nén chặt đất thêm Tức là làm cho độ rỗng của đất giảm bớt, nước lỗ rỗng trong đất thoát ra và do đó làm cho cường độ của nền móng cọc cát (bao gồm cọc cát và đất giữa các cọc) được tăng lên Như vậy là nền đất được tốt lên một cách rõ rệt

Nền cọc cát được thi công một cách đơn giản với các vật liệu rẻ tiền (cát thô, sạn sỏi) nên giá thành thường ít hơn các loại móng cọc và đệm cát Do những

ưu điểm như vậy nên cọc cát thường được dùng để gia cố nền đất yếu có chiều dày lớn (> 3m)

Trong nlìững trường hợp sau đây thì không nên dùng cọc cát:

Đất quá nhão yếu lưới cọc cát không thể lèn chặt được đất Chúng tôi đề nghị, khi hệ số rỗng nén chặt eR nc R > 1 chứng tỏ hiệu quả nén chặt của cọc cát rất ít,

Cọc vôi có những tác dụng sau đây:

Sau khi cọc vôi được đầm chặt, thì đường kính cọc vôi sẽ tăng lên 20% và

đất xung quanh cọc được nén chặt lại

Khi vôi được tôi trong lỗ khoan thì dưới nhiệt độ khoảng 120ữ160°c sẽ tạo

ra một nhiệt lượng khoảng 280 Kcal trên lkg canxi Với một nhiệt lượng lớn như vậy, nước lỗ rỗng trong đất sẽ bốc hơi, làm giảm độ ẩm trong đất và làm cho quá

trình nén chặt đất tăng nhanh Mặt khác, khi tôi vôi thì thể tích sẽ tăng lên khoảng 2 lần và do đó đất xung quanh cọc cũng được nén chặt thêm nữa

Do những tác dụng của cọc vôi như vậy nền đất sẽ có những biểu hiện tốt lên như sau:

Độ ẩm của đất giảm đi khoảng 5ữ8%

Mô đun biến dạng tăng khoảng 3ữ4 lần

ở nước ta thì cọc vôi còn được dùng rất ít

1.2.3.2 Cọc đất- vôi

Nguyên lý: Lưỡi khoan như các ngoáy trứng khổng lổ Lưỡi khoan có đường kính φ 500mm, có tác dụng tạo lỗ và làm đất tơi ra tại chỗ Có thể khoan sâu 10m Khi khoan đến chiều sâu thiết kế, thì bắt đầu quá trình phun vôi Vôi bột

được chứa trong xi lô, có dung tích 2,5m3 (đủ cho 1 ca hoạt động) Khi máy vận hành, một bộ phận máy nén khí sẽ tạo nên trong xi lô một áp lực khoảng 10 atmôtphe Với áp lực đó vôi bột sẽ đẩy từ xi lô, qua ống dẫn bằng cao su vào cần khoan lỗ, chui ra một lỗ nhỏ φ 30mm ở dưới lưỡi khoan và phun vào lòng đất Vôi bột tác dụng với nước lỗ rỗng trong đất tạo nên các liên kết xi măng và xilicat hoá Các liên kết đó sẽ gắn kết các hạt khoáng vật trong đất lại và làm cho đất trở lên cứng hơn lên một cách rõ rệt [6]

Hiệu quả tác dụng của cọc đất vôi:

Sau khi máy Alimak tạo nên cọc đất vôi tại chỗ, cường độ của cọc đất vôi này tuỳ thuộc vào lượng vôi phun và tăng dần theo thời gian

Kết quả nghiên cứu của viện KHKTXD Bộ Xây dựng cho thấy rằng, lượng vôi càng nhiều thì độ cứng của cọc càng tăng nhanh

ở nước ta, đối với đất yếu có độ ẩm thiên nhiên khoảng 40ữ70% thì dùng

được lượng vôi khoảng 6ữ12% là hợp lý Với tỷ lệ đó thì cường độ cọc đạt được 50% sau 1 tháng và đạt được 70ữ80% sau 3 tháng Độ bền của đất thể hiện qua sức chống cắt của đất Sau khi gia cố bằng cọc vôi đất có thể tăng lên hàng chục lần Sức chống cắt không thoát nước có thể đạt tới 1000 KPa Nhờ cường độ của cọc đất vôi tăng lên một cách rõ rệt như vậy, nên người ta có thể dùng cọc này để làm tường cừ hoặc chịu tải trọng công trình

Dùng cọc vôi đất làm tường cừ: tường cừ bằng cọc vôi đất làm thành 1 dãy

sát nhau tuỳ theo yêu cầu của từng loại công trình áp lực chủ động của đất càng lớn, tức là lực đạp của đất càng khỏe thì càng cần nhiều dãy cọc

Người ta có thể dùng cọc đất vôi để làm tường cừ bảo vệ mái dốc và bảo vệ thành hố móng

Dùng cọc vôi đất làm nền cho móng công trình:

Do cọc đất vôi có khả năng làm tăng sức chịu tải của nền (thông thường là

từ 3ữ5 lần, theo kết quả nén tĩnh tại hiện trường với bàn nén 10.000cm2) nên người ta có thể dùng cọc vôi để gia cố nền Cần lưu ý rằng vì cọc đất vôi có sức chịu tải thấp (khoảng 40ữ60 KN) nên không thể tính như móng cọc vôi để gia cố nền Phải coi cả tổ hợp cọc và đất là nền Sức chịu tải của nền cần phải xác định bằng kết quả thí nghiệm nén tĩnh tại hiện trường với mặt nén lớn (10.000cm2) Khoảng cách các cọc tuỳ thuộc vào mức độ xấu của nền và tải trọng công trình Theo kinh nghiệm của chúng tôi thì thông thường nên lấy khoảng cách giữa các cọc là 0m75 như vậy bàn nén lm2 vừa trùm lên được 4 cọc

Chiều dài của cọc thì phải vượt qua chiều sâu chịu lực nén giới hạn của đất nền dưới móng Lưới cọc phải trùm ra ngoài diện tích đáy móng, mỗi phần là b/4 (trong đó b là chiều rộng đáy móng.)

1.2.3.3 Cọc đất - xi măng: [6]

Xi măng là một loại chất liên kết tốt Chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu

thực nghiệm và đưa vào sử dụng cọc đất- xi măng cho một số công trình ở Hà Nội, Hải Phòng

Hiện nay, ở nước ta, do công nghệ chế tạo và bảo quản vôi bột còn nhiều khó khăn nên đã cải tiến máy phun vôi Alimakt thành phun xi măng để thi công cọc đất xi măng

Vì quy trình phun bột xi măng cũng giống như phun vôi bột Phải chú ý sàng xi măng trước khi đổ vào xi lô, để đảm bảo không bị xi măng vón cục và các hạt đều phải có kích thước nhỏ hơn 0,20 mm Nếu không thì sẽ bị tắc xi măng không phun được Với lượng xi măng 7%, 9%, 11%, 13% và 15% Kết quả cho thấy rằng, dùng xi măng (cùng tỷ lệ) thì sức chịu tải của đất tăng lên rõ rệt hơn dùng vôi Theo kết quả thí nghiệm của Viện KHKTXD, chúng ta thấy rằng

- Gia cố bằng xi măng tốt hơn vôi

- Bùn gốc cát thì gia cố có hiệu quả hơn bùn gốc sét

Ngoài ra, người ta đã kiểm tra độ bền của cọc đất - xi măng ở một công trình tại Hà Nội bằng xuyên tĩnh Qua kết quả thí nghiệm xuyên, thấy rõ rằng tại bản thân cọc, thì sức kháng xuyên tăng lên 4ữ5 lần, so sánh giữa đất trước khi gia

cố và sau khi gia cố bằng cọc đất xi măng

Thực tế, người ta đã dùng cọc đất xi măng (tỷ lệ 15% tức 25kg xi măng cho

1 m dài để làm tường cừ Kết quả rất tốt ở công trình nhà ở 5 tầng tại 40 Lý Thường Kiệt - Hà Nội, nhờ tường cừ bằng cọc đất xi măng mà nền móng các công trình cũ ở lân cận được bảo vệ và hố đào (làm đệm cát) sâu 2m50 thẳng

đứng, không bị sụt lở, mặc dù đất rất yếu

Ngoài ra cọc xi măng- đất cũng được dùng làm nền chịu lực cho 1 ngôi nhà

7 tầng tại Hà Nội Cọc φ 500mm, dài 10m và cự ly 0,75m x 0,75m Nhờ phương pháp này đã nâng sức chịu tải của nền từ 60 KPa lên 250 KPa

Nếu so với phương án móng cọc bêtông thì ở 2 công trình đó, đã tiết kiệm

được một nửa chi phí cho nền móng

Ngoài ra do áp dụng cọc đất- xi măng cho việc gia cố nền đất yếu tại một nhà máy đóng tàu ở Hải Phòng Phương án này so với phương án cũ (đệm cát) cũng tiết kiệm được khoảng 2/5 giá thành nền móng

Những kết quả thực tế cho thấy rõ triển vọng áp dụng cọc đất- xi măng để

gia cố nền đất yếu rất tốt

1.2.4 Phương pháp gia tải nén trước [5], [6]

1.2.4.1 Đặc điểm và phạm vi áp dụng

Khi gặp nền đất yếu như than bùn, bùn, sét và sét pha dẻo nhão, cát pha bão hoà nước,thì người ta có thể dùng phương pháp này

Phương pháp gia tải nén trước có 2 mục đích :

Tăng cường sức chịu tải của đất nền

Tăng nhanh thời gian cố kết, tức là làm cho độ lún ổn định nhanh hơn Muốn đạt được mục đích đó thì người ta thực hiện các biện pháp sau đây + Chất tải trọng (bằng cát, sỏi, gạch, đá ) bằng hoặc lớn hơn tải trọng công trình định thiết kế xây dựng lên nền đất yếu, để cho nền chịu tải trước và lún trước khi xây dựng thực

Tuỳ theo yêu cầu cụ thể của công trình và điều kiện địa chất công trình, địa chất thuỷ văn của địa điểm xây dựng mà tiến hành từng bước xử lý từ đơn giản

đến phức tạp Tức là từ phương pháp nén trước không dùng giếng thoát nước, đến phương pháp nén trước kết hợp dùng giếng thoát nước

1.2.4.2 Phương pháp nén trước không dùng giếng thoát nước [6]

Điều kiện địa chất công trình:

Muốn đạt được mục đích là làm cho đất nén chặt lại, thì phải làm cho nước

lỗ rồng được ép thoát ra ngoài Do đó, điều kiện cơ bản là phải có nước thoát ra

được Theo chúng tôi thì những trường hợp sau đây là thích hợp cho phương pháp gia tải trước không dùng giếng thoát nước

a Cấu tạo địa tầng như sau: Trên cùng là lớp đất hay đất trồng trọt (hoặc một lớp đất loại sét nào đó), ở giữa là lớp đất yếu và dưới cùng là lớp đất cát Khi chịu tải trọng thì nước lỗ rỗng trong lớp đất yếu sẽ được ép thoát ra lớp cát nằm dưới

b Có cấu tạo địa tầng như sau: trên cùng là lớp đệm cát nhân tạo Giữa là lớp đất yếu cần được nén chặt Dưới đó là lớp cát tự nhiên

Như vậy, dưới tác dụng của ngoại lực, nước lỗ rỗng từ tầng đất yếu có thể

được ép thoát ra với hướng thoát nước hai chiều- lên trên và xuống dưới

c Cấu tạo địa tầng : Dưới lớp đất yếu là lớp đất sét không thấm nước Như

vậy, bắt buộc trên lớp đất yếu phải có lớp cát để thoát nước lỗ rỗng cho lớp đất yếu Nếu lớp cát đó là lớp cát thiên nhiên thì tốt Nếu không thì phải làm một lớp

đệm cát nhân tạo dưới móng công trình để thoát nước và để cho móng lún đều

Để đảm bảo điều kiện thoát nước tốt cho lớp đất yếu chúng tôi đề nghị nên hạn chế chiều dày tầng đất yếu trong trường hợp này là hR y R < 3m

Tính toán gia tải nén trước

Về độ lớn của áp lực nén trước, người ta thường lựa chọn như sau:

a Dùng áp lực nén trước bằng đúng tải trọng của công trình sẽ xây dựng

b Dùng áp lực nén trước lớn hơn tải trọng của công trình (thường lớn hơn khoảng 20%) để tăng nhanh quá trình cố kết một ít, không nên chọn lớn quá để tránh cho nền đất yếu bị phá hoại

1.2.4.3 Phương pháp nén trước dùng giếng cát

Như trên đã nói, mục đích của việc sử dụng giếng cát là để tạo điều kiện thoát nước nhanh cho tầng đất yếu và do quá trình cố kết sẽ nhanh hơn, độ lún chóng ổn định hơn

Giữa giếng cát và cọc cát có những chỗ giống nhau và có những chỗ khác nhau

Kích thước (đường kính và chiều dài) của cọc cát và giếng cát tương tự như nhau, nhưng khoảng cách giữa các giếng cát thì lớn hơn giữa các cọc cát Do khoảng cách khác nhau đó, mà nhiệm vụ của cọc cát và giếng cát khác nhau Cọc cát làm nhiệm vụ nén chặt đất, nâng cao sức chịu tải của đất nền là chủ yếu Đương nhiên cọc cát cũng có tác dụng thoát nước lỗ rỗng

Còn nhiệm vụ chủ yếu của giếng cát là thoát nước lỗ rỗng, tăng nhanh quá trình cố kết, làm cho độ lún của đất nền chóng ổn định Đương nhiên giếng cát cũng góp phần gia cường nền đất yếu

Như vậy là cọc cát và giếng cát khác nhau ở cách làm việc và mục đích sử dụng

Thi công nền giếng cát:

Cát dùng làm giếng và lớp đệm trên giếng cát đều phải bằng cát vàng (cát hạt thô) Nếu không có cát vàng hạt to, thì có thể dùng cát hạt vừa, màu vàng mờ,

có hệ số thấm lớn, tức là K> 3m/ngày đêm

Đường kính ống thép để thi công giếng cát nên chọn dR c R = 35ữ45cm là tốt nhất

Thi công giếng cát cũng giống như thi công cọc cát loại ∂-505 hoặc ∂-801 Nếu chiều sâu giếng cát lớn hơn 12m, thì dùng loại CKT- 25 hoặc CKT- 30 Với đường kính ống thép dR c R 35ữ45cm thì nên dùng máy rung (chấn động ở trên đầu ống thép) có lực kích thước là 100 ữ200KN

Để đo áp lực nước lỗ rỗng trong đất nền, người ta dùng thiết bị xách tay đo ngay tại hiện trường

ở nước ta (Viện KHKTXD) cũng đã có loại thiết bị này, máy đo áp lực nước

lỗ rỗng xách tay của Thụy Điển

Chú ý là: Nếu hệ số thấm của đất KR r R < 1.10P

-7

P cm/sec và hệ số cố kết CR r R

<1.10P

-7

P

m2/ ngày đêm thì tác dụng của giếng cát sẽ bị hạn chế

1.2.4.4 Phương pháp nén trước dùng tấm thấm bằng giấy (cọc bản nhựa)

Như trên đã nói, mục đích của việc dùng bảng thấm bằng giấy (cong gọi là cọc bản nhựa) là để thoát nước lỗ rỗng cho nền đất yếu Như vậy, để tăng nhanh quá trình cố kết và làm cho độ lún của nền đất chóng ổn định

Nói chung, tác dụng của cọc bản nhựa cũng như giếng cát, nhưng có nhiều

ưu điểm lớn

- Cọc bản nhựa chế tạo trong nhà máy nên có thể sản xuất được một khối lượng rất lớn

- Thi công nhanh bằngmáy chuyên dùng

- Tác dụng tốt hơn giếng cát trong việc thoát nước lỗ rỗng Do đó quá trình cố kết đất nhanh hơn

Theo tổng kết của công ty Katô (Nhật Bản) thì một thanh cọc bản nhựa có tác dụng thoát nước như một giếng cát có đường kính 18cm cùng chiểu dài Độ lún trước (độ cố kết) do cọc bản nhựa lớn hơn do giếng cát có thể đạt 80%

- Giá thành của cọc bản nhựa chỉ bằng 25% giếng cát (đối với các nước

có điều kiện công nghiệp hoá thiết bị thi công cọc bản nhựa)

ở Thuỵ Điển và Nhật Bản đã dùng phương pháp cọc bản nhựa này từ năm

1963 ở nước ta, mới nhập kỹ thuật này hơn mười năm nay, trên thiết bị còn ít và mới áp dụng cho một số công trình dân dụng

Đánh giá chất lượng gia cố nền bằng cọc bản nhựa:

Kinh nghiệm thực tế của Nhật Bản và Thụy Điển cho thấy rằng: Cọc bản nhựa có tác dụng gia cố đất nền, làm tăng độ bền của đất yếu lên một cách rõ rệt

ở Nhật Bản, người ta làm một số thí nghiệm so sánh giữa giếng cát và cọc cát bản nhựa Thí nghiệm được tiến hành trên một lớp đất yếu có chiều dày 5m, dưới cùng một cấp tải trọng nén trước như nhau, sau một thời gian cố kết như nhau, thì độ lún của nền gia cố bằng cọc cát là 51,4cm; còn độ lún của nền gia cố bằng cọc bản nhựa là 65,2cm Điều đó chứng tỏ rằng cọc bản nhựa có hiệu quả thoát nước lỗ rỗng và cố kết đất tốt hơn giếng cát

1.3 móng cọc

Từ thời đại xa xưa, loài người đã biết dùng cọc để làm móng nhà Các di tích khảo cổ tìm thấy ở nhiều nơi trên thế giới cho biết từ mấy trăm năm trước công nguyên người ta đã dùng cọc để làm móng nhà sàn trên mặt nước hồ Có thể người ta làm nhà trên mặt nước nhằm mục đích chống lại sự tiến công của quân thù, của thú dữ hoặc để kiếm thức ăn (tôm, cá ) được đễ dàng Ngày nay móng cọc cũng được dùng với những mục đích: Tạo điều kiện xây dựng trên những khu

đất không thuận lợi cho móng nông

Hiện nay, trong xây dựng dân dựng và công nghiệp, móng cọc ngày càng

được sử dụng nhiều, sở dĩ như vậy là do móng cọc có các ưu điểm như: giảm chi phí vật liệu, giảm khối lượng công tác đất, có thể giảm hoặc tránh được ảnh hưởng của nước ngầm đối với công tác thi công, cơ giới hoá cao và thường lún ít Móng cọc có những ưu điểm rất lớn nên được ứng dụng rộng rãi Các nhà khoa học đã tập trung nghiên cứu và đã đưa ra nhiều loại vật liệu chế tạo cọc, các hình thức móng cọc như: [7], [10]

1.3.1 Phân loại cọc

Theo vật liệu làm cọc người ta chia ra: cọc gỗ, cọc tre, cọc bê tông, cọc bê tông cốt thép, cọc thép, cọc thép bê tông, cọc liên hợp

Theo phương pháp thi công, cọc được phân ra

- Cọc đóng: là cọc chế tạo sẵn, được đóng xuống đất bằng búa máỵ hoặc

xuống đất bằng máy rung, bằng phương pháp ép hoặc xoắn có thể khoan dẫn hoặc không

- Cọc nhồi: Được đổ tại chỗ trong các hố khoan hoặc hố tạo bằng cách đóng ống thiết bị

1.3.2 Cọc đóng

1.3.2.1 Cọc gỗ

Cọc gỗ có thể được thi công từ một cây gỗ Loại này có chiều dài từ 4,5 đến 12m, đường kính 18ữ36cm Khi cần phải tăng chiều dài của cọc gỗ thì người ta nối các đoạn gỗ lại với nhau Nếu cần tăng tiết diện của cọc, thì có thể ghép 3 hoặc 4 cây gỗ lại với nhau bằng buloong Khi độ ẩm thay đổi gỗ dễ bị mục, do

đó, cọc gỗ phải luôn nằm dưới mực nước ngầm thấp nhất

1.3.2.2 Cọc bê tông cốt thép đúc sẵn

U

1.3.2.2.1 Cọc bê tông cốt thép hình lăng trụ

Loại cọc này được chế tạo với các loại kích thước sau:

Tiết diện 20 X 20cm, chiều dài 3ữ7m

U

1.3.2.2.2 Cọc bêtông cốt thép tiết diện vuông với lỗ rỗng tròn

Móng cọc được sử dụng nhiều trong xây dựng dân dụng và công nghiệp, do vậy một yêu cầu đặt ra là phải tiết kiệm chi phí bêtông, cốt thép và phải giảm trọng lượng cọc Nhằm mục đích đó, người ta dùng cọc rỗng Để đảm bảo chế tạo

được thuận tiện người ta thấy nên tạo lỗ rỗng theo toàn bộ chiều dài của cọc Bêtông để chế tạo cọc cần dùng loại mác 300

Cọc tiết diện vuông với lỗ rỗng tròn không vát nhọn ở đầu vì làm như vậy sẽ phức tạp trong chế tạo và nhất là lúc đó chiều dày bêtông ở mũi cọc sẽ bé, dễ bị

vỡ khi vận chuyển, cất xếp và đóng cọc Nếu cần bịt kín mũi cọc khi hạ xuống

đất, thì người ta chế tạo mũi cọc riêng biệt rồi sau đó gắn vào lỗ rỗng của cọc tạo

thành nhân đất nén chặt Có thể dùng loại cọc này để hạ vào đất sét dẻo mềm, dẻo cứng, cát, cát pha xốp, hoặc chặt trung bình Khi đất cứng và nửa cứng nếu dùng loại cọc này thì phải chú ý đảm bảo cho bêtông thành cọc không bị phá vỡ do

đóng hoặc rung khi hạ cọc

Khi dùng cọc ngắn tiết diện vuông với lỗ rỗng và có mũi bằng bêtông (mũi cọc được chế tạo riêng) đóng vào đất chặt trung bình thì tiết kiệm được 20ữ25% bêtông so với cọc đặc có cùng tiết diện và khi đóng cọc có thể dùng búa nhẹ hơn Cọc rỗng với mũi hở hoặc bịt kín được dùng khi tải trọng không lớn

U

1.3.2.2.3 Cọc nối

Trong thực tiễn có khi phải xây dựng nhà và công trình lên vùng đất yếu có chiều dày lớn Nếu cùng một cọc nguyên thì sẽ gặp nhiều khó khăn không thể vượt qua được, như không cẩu nâng, vận chuyển được, búa máy phải có bộ phận

định hướng quá cao Trong trường hợp này dùng cọc nối sẽ có lợi

Đây là loại cọc có tiết diện đặc hoặc rỗng, cọc ống được nối từ những đoạn

có chiều dài đến 8m Chiều dài tổng cộng của các đoạn nối lại có thể đạt đến 30m hay hơn nữa Các đoạn cọc được nối lại với nhau bằng buloong hay mối hàn Sau khi hạ đoạn cọc thứ nhất đến độ sâu nhất định, người ta đưa đoạn thứ hai lên thiết

bị hạ cọc rồi nối với đoạn thứ nhất, xong lại tiếp tục hạ cọc Cứ như vậy người ta tạo được cây cọc nối với chiều dài cần thiết Có thể nối bằng cách đặt sẵn mặt bích hàn với thép cọc trong cọc, sau đó đổ bêtông cọc Khi thi công dùng phương pháp hàn và hàn theo chu tuyến để nối hai mặt bích của hai đoạn cọc với nhau Cọc nối có những nhược điểm như khó bảo đảm cho trục các đoạn cọc trùng nhau, khi hạ cọc, các đoạn cọc có thể gẫy hoặc đứt chỗ nối Các mặt bích thép tiếp xúc với đất có thể bị ăn mòn nhất là khi mối nối đó không được quét bi tum hay quét các màng bảo vệ khác lại nằm trong phạm vi đất lấp hay nước ngầm có tính ăn mòn mạnh Nếu tại chỗ nối, các đoạn tiếp xúc không tốt với nhau thì tại

đó, sức chịu tải của cọc theo vật liệu sẽ giảm, hơn nữa, việc nối các đoạn cọc lại với nhau tiến hành khi hạ cọc sẽ kéo dài thời gian thi công, làm tăng giá thành U

1.3.2.2.4 Cọc tháp

Cọc tháp có hình dạng giống như cái tháp ngược có tiết diện ngang ở đầu cọc 60x60, 70x70, 80x80cm Tiết diện mũi cọc 5x5 cm, 10x10cm Bêtông chế tạo cọc được dùng loại mác ≥ 200, lớp bảo vệ không mỏng hơn 25mm

Kết quả thực nghiệm cho thấy với kích thước cọc dà 1,25ữ3,5m, tiết diện ở

đầu cọc 50 x50 ữ 80 x 80cm, tiết diện mũi cọc 10 x 10cm thì cọc tháp có sức chịu tải tăng 2,5ữ3,5 lần so với cọc lăng trụ khi thể tích và độ lún của chúng như nhau

Do vậy móng cọc tháp được dùng khá nhiều ở Liên Xô cũ ở Việt Nam trước đây đã dùng cho mội số công trình ở Hà Nội, Hải Phòng

Vì làm việc như một cái nêm nên cọc tháp thực hiện được hai chức năng:

- Nén chặt một thể tích đất khá lớn trong quá trình hạ cọc làm cho trọng lượng thể tích của đất trong vùng đó tăng lên nhiều

- Truyền áp lực pháp tuyến với trị số nhỏ qua mặt bên của cọc lên đất đã

được nén chặt Tuy nhiên cọc tháp thì dùng được trong một số điều kiện địa chất công trình nhất định và theo một số chuyên gia thì trong những điều kiện như vậy không cần dùng móng cọc Hiện nay, ở Việt Nam cọc tháp không dùng nữa

- Cọc nêm: Tương tự như cọc tháp nhưng chỉ vát hai mặt bên đối diện hai mặt bên còn lại là không vát

U

1.3.2.2.5 Cọc bêtông cốt thép đúc sẵn với đế mở rộng

Trong nhiều trường hợp sức chịu tải của cọc theo vật liệu làm cọc lớn hơn nhiều so với sức chịu tải theo đất nền Do vậy muốn tăng sức chịu tải của cọc có thể không cần tăng tiết diện cọc trên toàn bộ chiều dài mà chỉ cần tăng đế So với cọc không tăng đế, loại cọc có đế mở rộng chịu được tải trọng lớn hơn nhiều, nhất

là khi làm móng neo

- Có thể mở rộng đế bằng cách nổ mìn, dùng cọc vít, dùng phương pháp cơ học, dùng vòng đệm hình côn Trong một số trường hợp người ta tăng sức chịu tải của cọc bằng cách bơm vữa xi măng, bơm silicát vào nền dưới chân cọc

- Mở rộng chân cọc bằng phương pháp nổ mìn

Để mở rộng chân cho cọc bêtông cốt thép chế tạo sẵn, người ta khoan đến

độ sâu cần thiết rồi đặt mìn xuống đáy hố đổ bêtông vào Mìn nổ sẽ tạo thành bầu rỗng và bê tông sẽ ập vào, tạo thành đầu bêtông phình to Hạ cọc bêtông cốt thép chế tạo sẵn vào bầu đó ta được cọc với đế mở rộng

U

1.3.2.2.6 Cọc Xoắn

Cọc xoắn bao gồm hai bộ phận là thân cọc bằng bêtông cốt thép hay ống thép và đế bằng kim loại đúc hay hàn với 1,25 vòng xoắn Đường kính vòng vít

bằng 3ữ3,5 đường kính thân cọc Cọc được hạ xuống đất: nhờ thiết bị đặc biệt quay bằng động cơ điện và nhờ hệ thống bánh răng truyền động làm cho cọc bị xoay và xuyên vào đất Trong thực tế người ta cũng hạ cọc xoắn bằng thủ công, bằng cách liên kết những cánh tay đòn với cọc rồi dùng sức người để đẩy cánh

đòn làm cọc xoay và xuyên vào đất Cọc xoắn có thể dùng khi phải xuyên qua lớp

đất yếu có chiều dàylớn

- Cọc có vòng đệm hình côn

Đây là cọc bêtông cốt thép chế tạo sẵn được lắp thêm vòng côn 1, Vòng côn

có một hình nón cụt úp ngược hoặc hình tháp bằng bêtông cốt thép có lỗ ở chính giữa để cọc xuyên qua Ngoài ra còn có một số lỗ khác để giảm bớt sức cản khi hạ cọc

Mặt xung quanh của vòng đệm nghiêng một góc 70ữ80° so vói đường nằm ngang nhờ đó đất được nén chặt khi hạ vào đất Sau khi đóng cọc đến độ sâu thiết

kế, người ta hạ vòng côn xuống đất đến độ sâu lớn hơn chiều cao của vòng côn rồi liên kết với cọc

Loại cọc này làm tăng sức chịu tải trọng đứng và tải trọng ngang lên rất nhiều Khi có tải trọng ngang nhờ có đất tiếp xúc với mặt xung quanh của côn đã

- Cọc bơm

Ngoài các phương pháp tạo đế mở rộng như đã nêu, ở Hunggari người ta đã dùng loại cọc bơm Đặc điểm của loại cọc này là nền dưới chân cọc được gia cố bằng phương pháp ximăng hoá hoặc phương pháp hai dung dịch của Iusten (thuỷ tinh lỏng + chất hoá rắn) tạo thành một khối như cọc có đế mở rộng Các dung dịch này được bơm vào đất qua ống thép đặt theo trục dọc của cọc

- Cọc bơm có thể làm dưới dạng cọc bêtông cốt thép chế tạo sẵn cũng như cọc nhồi

1.3.2.2.7 Cọc nạng

Có thể dùng cọc lăng trụ để làm cọc nạng Lúc đó mũi cọc chỉ vát một phía

và được hạ xuống từng cặp một Cọc được trang bị mũi cọc có cấu tạo đặc biệt và các cọc được liên kết bản lề với nhau ở đầu cọc Khi hạ cọc, áp lực của đất theo mặt nghiêng của cọc sẽ gây ra mômen làm cọc bị quay trong đất quanh bản lề ở

đầu cọc Nếu cọc dài thì nó sẽ không quay được nhiều trong đất và mômen uốn trong cọc sẽ lớn Do đó, chiều dài cọc nạng nên lấy bằng 4ữ4m móng cọc nạng

U

1.3.2.2.9 Cọc ép Mêga

Loại cọc này được chế tạo sẵn bằng những cấu kiện có kích thước tiết diện ngang 25 x25cm và 30 x 30cm, dài 60 ữ 80cm Các đoạn cọc được lắp đối đầu với nhau rồi hàn trong quá trình ép cọc Loại cọc này dùng để gia cường, sửa chữa móng rất thích hợp vì lúc đó trọng lượng của công trình sẽ được dùng làm

đối trọng để ép cọc Do dùng phương pháp ép nên khi thi công không gây ra sự chấn động ảnh hưởng đến đoạn cọc ngắn nên khi thi công trong điều kiện chật chội - thường gặp khi sửa nhà- sẽ không gặp khó khăn

U

1.3.2.2.10 Cọc ống bêtông cốt thép

Cọc ống bêtông cốt thép được dùng nhằm mục đích giảm trọng lượng cọc và truyền tải trọng lớn xuống nền

Khi cần dùng cọc với chiều dài lớn, người ta nối các đoạn cọc ống lại với nhau bằng mối hàn hoặc dùng bulông

Cọc ống có thể được hạ xuống đất với mũi bịt kín hoặc hở Nếu cần bịt mũi cọc thì người ta chế tạo mũi cọc riêng Sau đó dùng bulông nối với cọc Khi hạ cọc vào đất yếu có chiều dày lớn, mũi cọc chưa đạt đến đất chắc đến độ sâu thiết

kế thì đổ bêtông vào lòng ống

Cọc ống đường kính lớn: nhờ máy rung công suất lớn, người ta có thể hạ các ống thành mỏng bằng bêtông cốt thép (còn gọi là cọc ống) có đường kính lớn xuống đất, được dùng trong thực tế có đường kính từ 1,0 ữ 6m Kinh nghiệm xây dựng cho thấy dùng loại cọc ống có đường kính từ 1ữ3m là kinh tế hơn cả Do

được hạ xuống đất bằng máy rung nên trọng lượng của cọc ống nhỏ vì vậy chi phí vật liệu ít hơn Các máy rung có công suất lớn hơn cho phép dễ dàng hạ cọc ống

đến độ sâu 50m hoặc hơn nữa, phương pháp này có các ưu điểm:

- Toàn bộ quá trình chế tạo, hạ cọc ống được cơ giới hoá hoàn toàn nên giảm thời gian thi công

- Tận dụng được độ bền vật liệu móng nên giảm được chi phí bêtông đáng

Khi chân cọc ống tỳ lên đất nó phải được cắm sâu vào lớp đất chắc ≥2m và

bề dày lớp chịu lực phải ≥1,5d (d - đường kính cọc ống) Nếu phía dưới lớp chịu lực là lớp đất yếu, thì phải kiểm tra áp lực là lớp đất yếu

Hiện nay, người ta dùng 2 loại cọc ống

Các đốt cọc ống có thể được chế tạo trong máy ly tâm hoặc trong ván khuôn thẳng đứng

Móng cọc ống được dùng dạng đài thấp và đài cao Loại đài cao hay được dùng hơn

Đài móng liên kết các cọc lại phải có bề dày bảo đảm ngàm cọc vào đài cọc ống phải ngàm vào đài ≥ 2m

Trong mặt bằng cọc có đường kính không lớn và tỷ số giữa bề dài và bề rộng móng mà bảo đảm đủ độ cứng thì bố trí cọc theo một hàng sẽ kinh tế hơn

1.3.2.3 Cọc thép

Trong thực tiễn cọc thép được dùng dưới dạng thép hình hoặc ống tròn với các loại đường kính lớn nhỏ khác nhau hoặc ống thép có tiết diện ngang hình đa giác Ngoài ra, còn nhiều loại cọc ống tiết diện khác Cọc ống thép khi hạ xuống

đất có thể được bịt kín mũi và sau đó lòng ống được đổ bêtông hoặc vữa xi măng cát vàng Trong thực tế đã dùng cả loại ống thép đường kính 108 ữ 159mm

Các phương pháp hạ cọc:

Cọc chế tạo sẵn được hạ xuống đất bằng các phương pháp sau:

Đóng bằng búa máy (búa treo rơi tự do, hút thuỷ lực, búa hơi đơn động, búa diesen)

- Hạ cọc bằng phương pháp ép:

+ Thiết bị ép dùng đối trọng là các tảng bê tông

Hiện nay ở Việt Nam dùng loại máy ép cọc thuỷ lực gồm đỉnh (tải trọng gây

ra ở đỉnh cọc) hoặc ép ôm còn gọi là ép má trấu tỳ vào thân cọc rồi kéo xuống Khi dùng phương pháp ép trước thì đối trọng là các tảng bêtông đặt trên khung thép, khung thép liên kết với giá đỡ và định vị để hạ cọc Lúc đó cần phải có cần cẩu để nâng chuyển giá đỡ, đối trọng, cọc Nếu dùng phương pháp ép sau, thì đối tượng là trọng lực công trình Phương pháp ép sau có thể dùng khi xây dựng mới hoặc gia cường, sửa chữa móng, nếu là công trình xây mới thì đổ bêtông đài cọc phải chừa sẵn lỗ hình côn để sau đó ép cọc qua Ngoài ra, cần chôn sẵn các móc neo để sau đó neo kích Sau khi xây dựng được số tầng đủ trọng lượng làm đối trọng và khi kết cấu đã đủ độ bền thì bắt đầu tiến hành ép cọc qua các lỗ chừa sẵn Sau khi ép song toàn bộ các cọc thì đặt thép, đổ bêtông mác 300 có phụ gia trương nở để khoá đầu cọc

Phương pháp ép cọc có ưu điểm là không gây chấn động và tiếng ồn khi thi công, nhưng sức ép không lớn, chiều dài và tiết diện cọc bị hạn chế Khi chiều dài cọc lớn thì phải nối nhiều đoạn tốn thời gian thi công và thêm kinh phí Khi ép

cọc gặp lớn cát hoặc đất dính ở trạng thái dẻo cứng thì khó ép cọc qua nếu sức ép không lớn ép cọc tốn điện năng, thường kéo dài thời gian thi công

Khi dùng phương pháp ép cọc sử dụng đối trọng là máy ủi hay cần cẩu thi phải có dện tích thi công khá rộng

Các phương pháp hạ cọc đã nêu có thể hạ trực tiếp hoặc có khoan dẫn

Đối với cọc ống đường kính lớn có thể dưới gầu ngoạm để đào đất ra rồi đổ bêtông vào lòng ống để tăng sức chịu tải theo vật liệu làm cọc

1.3.3 Nhồi cọc

Hiện nay có ba cách thi công cọc nhồi:

- Thi công trong hố có ống chống vách và ống này được rút ra khỏi đất Thuộc loại này có cọc Straux, cọc đầm nhanh, cọc Franki

- Thi công trong hố có ống chống vách và ống này để lại trong đất không rút

để cho thân cọc khỏi bị phân đoạn Sau đó đổ mẻ bêtông tiếp theo và công việc lại tiếp tục như vậy

Cọc Straux có thể gia cường bằng cốt thép Muốn vậy phải đặt khung cốt thép vào ống vách rồi đổ bêtông và đầm Nếu cọc tỳ trên đá cứng thì có thể tạo đế

mở rộng Chiều dài cọc Straux có thể đến 10ữ12m loại cọc này có các ưu điểm sau:

Khi thi công không gây chấn động mạnh nên không ảnh hưởng xấu đối với công trình lân cận hoặc khi sửa chữa móng nhà có thể thi công trong phòng có chiều cao hạn chế như tầng hầm Vì dùng khoan nên có thể xuyên qua các lớp đất

chắc hoặc đá cứng và biết được địa tầng

Tuy nhiên, cọc Straux có các nhược điểm: Khi thi công đất không được nén trước do vậy thân cọc có hình dạng không đều Vùng nào đất yếu hơn thì thân cọc

sẽ phình to hơn Do vậy chi phí bêtông tăng lên 30ữ50% nhưng tính toán vẫn lấy tiết diện cọc bằng tiết diện ống chống vách

Khi khoan đất sẽ bị yếu đi do vậy ma sát gữa các cọc và đất giảm Cọc này

đắt vì phải khoan và kéo dài thời gian thi công

1.3.3.2 Cọc đầm nhanh

Để thi công cọc đầm nhanh, người ta đóng ống chống vách bằng thép xuống

đất Loại ống này có đường kính 35ữ42 cm được bịt kín ở phía dưới bằng đế ngang Để giảm nước ngầm khỏi chảy vào ống người ta dùng vòng đệm dày 12mm để lót giữa ống không rồi hạ khung thép vào khung cốt thép gồm 6ữ8 cốt φ18mm với đai xoắn φ6 Đổ bêtông mác 200 vào ống vách đến 1/3 chiều cao ống Phần trên của ống vách được gắn một bộ phận bằng thép nhằm làm chỗ đóng để rút ống lên Muốn rút ống lên, người ta đóng vào bộ phận thép gắn thêm đó mấy nhát xuống dưới rồi lại đóng theo chiều ngược lại Khi đóng như vậy ống thiết bị

được hạ xuống rồi nâng lên sau mỗi đợt đóng xuống rồi đóng lên như vậy ống

được nâng lên 2ữ2,5cm sau khi nâng ống chống vách lên được 1/2 chiều dài của

nó thì đổ mẻ bêtông thứ hai và quá trình được lặp lại Búa được dùng ở đây là loại búa máy có thể thực hiện 60ữ80 nhát đập trong 1 phút

Với cách đầm bêtông như vậy thân cọc sẽ phình ra làm tăng ma sát giữa đất

và mặt xung quanh cọc do đó có thể truyền được một phần tải trọng đáng kể qua mặt xung quanh cọc

Nếu dùng máy rung thì quá trình kỹ thuật cũng như trên Lúc này máy rung

sẽ làm cho bêtông được đầm chặt và nhổ ống chống vách dần dần Loại cọc này gọi là cọc nhồi

Sau khi thi công xong một cọc chuyển máy sang thi công cọc khác Khoảng cách giữa các cọc khoảng bằng l,5m nhưng không thi công ngay cọc kề đó mà phải cách một cọc để khỏi phá hỏng thân cọc vừa mới thi công do độ bền của bêtông còn thấp Sau khi bêtông các cọc thi công trước đạt 25% độ bền thiết kế thì mới thi công cọc nằm giữa các cọc đã thi công

Loại cọc này có thể thi công với chiều dài đến 25m Mỗi ca máy làm được 40m cọc nghĩa là bằng năng suất đóng cọc bêtông cốt thép và lớn hơn nhiều so với năng suất thi công cọc Straux

Kinh nghiệm nhồi cọc đầm nhanh trong đất á sét và sét trầm tích hồ và đầm lầy cho thấy khi dùng khung cốt thép hàn không kĩ và đá trộn bêtông có kích thước lớn, những hòn đá có thể chèn vào cốt thép và có thể gây hư hỏng ở một số chỗ Do đó chất lượng đầm bêtông cọc đầm nhanh phải được kiểm tra

Khi nước ngầm cao có thể thi công xong rồi mới đào hố để thi công đài cọc Lúc đó thân cọc trong phạm vi chiều sâu đặt đài cọc được nhồi không phải bằng bêtông mà bằng cát, rồi được đào đi cùng với đất

Nếu cần mở rộng đế thì sau khi đóng ống thiết bị đến độ sâu thiết kế đặt mìn xuống ống, đổ bêtông vào, rút ống lên một đoạn bằng l,5m để khi mìn nổ ống khỏi bị hỏng Mìn được nối với dây để điều khiển nổ Khi mìn nổ tạo thành bầu rỗng, để bêtông tràn vào đầy bầu Sau đó tiếp tục đổ bêtông vào, đầm chặt theo qui trình trên

- Cọc nhồi khoan: Đây là loại cọc được nhồi trong hố khoan không có ống chống vách Vách hố khoan được giữ cho sập nhờ lực dính của đất sét còn khi khoan trong cát thì vách hố được giữ bằng huyền phù sét bentônít bơm vào hố khoan

Khi đổ bêtông thì dùng ống chuyển vị thẳng đứng Dung tích của phễu phải không bé hơn dung tích của ống

Trước khi nhồi bêtông, người ta đổ bêtông vào đầy ống mà ống này được

đậy kín bằng nắp ở dưới Trong cả quá trình nhồi cọc bêtông trong hố đậy kín phải ngập ống thép một khoảng 2m ≤ h ≤ 4m Quá trình đổ bêtông được tiến hành liên tục

Khi thi công cần lưu ý là không được dùng máy rung để đầm bêtông vì sự rung động sẽ làm cho vách hố khoan bị sập và đất sẽ trộn lẫn với bêtông Nếu cần sức chịu tải của cọc thì có thể tăng đế Lúc đó đầu cần phải khoan được gắn một

bộ dao Dao này sẽ khép vào quá trình khoan Khi cần mở rộng hố khoan thì điều khiển máy để mở các lưỡi dao cần khoan tiếp tục quay làm các lưỡi dao này cạp vào đất tạo thành bầu mở rộng Đường kính của bầu có thể đạt tới 3,5m

Loại cọc này có các ưu điểm: có thể thi công cọc dài 30m hay hơn nữa và

xuyên qua được bất cứ loại đất nào Ngoài ra, khi thi công không gây chấn động Tuy nhiên loại cọc này có một số nhược điểm: khi thi công cùng lúc phải dùng 2 cẩu: 1 để chuyển bêtông đến, 1 để đổ bêtông và giữ ống thép Như vậy sẽ kéo dài thời gian thi công, làm tăng giá thành Việc kiểm tra chất lượng thân cọc

được tiến hành bằng cách so sánh thể tích bêtông tính toán và thực tế chi phí lúc thi công Tất nhiên cách kiểm tra này không đáng tin cậy Đất xung quanh cọc không được nén chặt, do đó ma sát giữa mặt xung quanh cọc và đất sẽ bé hơn nhiều so với cọc đóng

1.3.3.3 Cọc hình rễ cây

Hãng Fondedile của Italia áp dụng rộng rãi loại cọc hình dễ cây Loại cọc này được tạo ra bằng cách khoan lỗ rồi nhồi bêtông Cọc có thể được thi công thẳng đứng hoặc xiên nhờ máy khoan xoay đặc biệt có số vòng quay lớn hơn có thể khoan xuyên qua công trình và móng mà không gây chấn động Người ta dùng các mũi khoan có đường kính khác nhau tuỳ thuộc vào sức chịu tải cần thiết

đối với cọc Để khỏi bị sập lở vách hố khoan, người ta dùng khí nén, nước hoặc huyền phù Bentônit Nếu thi công có dùng khí nén và dung dịch đặc biệt như xi măng chất hoá dẻo thì thân cọc càng phình to

Ma sát giữa mặt xung quanh cọc rễ cây và đất bao quanh lớn hơn so với cọc bêtông thông thường vì lúc đó đất quanh cọc được xi măng hoá Do đó sức chịu tải của cọc rễ cây tăng lên Thiết bị khoan có kích thước không lớn nên dễ dàng thi công trong điều kiện chật chội như tầng hầm với những ưu điểm như khi thi công không gây chấn động cọc xuyên trực tiếp qua móng công trình và liên kết chặt chẽ với móng nên không cần kết cấu truyền lực bổ sung khi sửa chữa, tăng cường móng cho công trình Do vậy loại cọc này dùng để sửa chữa móng đất rất tốt

1.3.3.4 Cọc Franki

Dùng ống thiết bị đóng xuống đất đến độ sâu thiết kế Đổ bêtông vào ống

đến độ cáp 0,8ữ1m Hạ búa vào trong ống và đóng mạnh làm bêtông nén vào đất tạo thành đế mở rộng Sau đó đặt khung cốt thép vào và đổ bêtông rồi đầm bằng búa, đồng thời rút ống lên Vì đất quanh thân cọc được nén chặt nên đường kính

10 ữ20% so với đường kính ống thiết bị

đoạn được lồng vào nhau, ở giữa có lõi bằng gỗ Lõi gỗ có đường kính lớn hơn

đường kính của đoạn vỏ dưới cùng Dùng búa đóng lõi gỗ xuống đất các đoạn vỏ

sẽ nối tiếp nhau xuống theo

Khi đạt đến độ sâu thiết kế, nhổ lõi gỗ ra, bỏ khung cốt thép vào và tiến hành nhồi bêtông

1.3.3.6 Cọc khoan nhồi đường kính lớn và barét

Theo qui phạm trước kia ta có thể coi cọc nhồi có đường kính D >80cm là cọc nhồi đường kính lớn Hiện nay ở Hà Nội Thành phố Hồ Chí Minh đã và

đang có khá nhiều công trình liên doanh với nước ngoài với số tầng khá lớn, tải trọng truyền xuống mỗi móng thường lớn Với điều kiện địa chất công trình ở Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh tầng cuội sỏi nằm ở độ sâu lớn, lại trong vùng dân cư đông đúc thường là xây chèn cho nên cọc khoan nhồi đường kính lớn được dùng khá nhiều, trong xây dựng cầu, cọc nhồi đường kính lớn cũng đã được ứng dụng làm móng cầu Việt Trì

ở nhiều nước trên thế giới loại cọc này đã được dùng từ khoảng 40 năm nay, công nghệ thi công loại cọc này đã đồng bộ Hiện nay, tư liệu về cọc khoan nhồi

đường kính lớn khá nhiều nhưng trong phạm vi cuốn sách này chúng tôi chỉ trình bày một số nét cơ bản nhất

Cọc nhồi đường kính lớn có các ưu điểm:

- Sức chịu tải lớn, có thể đạt hàng chục nghìn KN

- Số lượng cọc cho mỗi móng ít

- Khi thi công không gây chấn động đáng kể nên không ảnh hưởng về phương diện chấn động đối với công trình lân cận

- Không gây tiếng ồn đáng kể như khi đóng cọc

- Nếu chịu tải đúng tâm thì có thể không đặt thép cho cọc mà chỉ cần đặt thép chờ để liên kết với đài cọc hoặc với cột, do vậy tiết kiệm được thép

Đồng thời loại cọc này cũng có các nhược điểm:

- Khi thi công, việc giữ thành hố khoan có thể rất khó khăn

- Khi khoan để tạo cọc nhồi đường kính lớn gần móng các ngôi nhà đang sử dụng nếu không dùng ống chống vách đầy đủ hay không dùng cọc ván để kè neo cẩn thận thì công trình lân cận có thể bị hư hỏng

- Chất lượng bêtông cọc thấp vì không được đầm Trong thực tế gặp không ít trường hợp cọc nhồi bị khuyết tật trầm trọng

- Khi cọc đã thi công xong nếu phát hiện ra khuyết tật trầm trọng thì việc xử

lý gặp rất nhiều khó khăn và rất tốn kém

- Khi cọc nhồi đường kính lớn có chiều dài lớn thì trọng lượng bản thân của cọc tính đến chân cọc sẽ lớn làm tăng tải trọng truyền xuống nền

Các thi công cọc khoan nhồi đường kính lớn: khi khoan qua đất có thể dùng buồng xoắn, dùng gầu xúc

Khi khoan vào đá thì dùng chòng khoan trọng lượng khá lớn để phá đá hoặc dùng các loại mũi khoan đặc biệt có răng để phá đá Nhiều nước trên thế giới có những loại máy khoan với mũi khoan khác nữa

Cách giữ vách hố khoan

Đây là khâu rất hệ trọng khi thi công cọc khoan nhồi

Khi khoan trong đất dính trên mực nước ngầm nếu đất đủ khả năng tự giữ vách thì không cần các biện pháp giữ vách Tuy nhiên trước khi thi công đại trà cần phải khoan thử một số hố và phải để trong thời gian không ít hơn bốn giờ

- Giữ vách bằng huyền phù Bentônit: Tiết diện lỗ khoan có dạng hình tròn (cọc) hoặc hình dạng bất kỳ (barét) Đường kính cọc (hoặc bề dày của barét) bằng

đường kính thiết bị khoan Trong quá trình khoan tạo lỗ, người ta bơm huyền phù bentônít vào lỗ khoan Có thể thêm đất sét, xi măng và các chất phụ gia vào huyền phù, betônít Trong trường hợp đặc biệt có thể thay bentônít bằng bipolime

- Dùng ống chống vách: Lỗ khoan trong đất thực hiện bằng thiết bị cơ khí (guồng xoắn, gầu đào ) có dùng ống chống vách mà đáy ống luôn nằm dưới đáy

hố khoan, ống chống vách có thể ấn xuống đến chiều sâu cuối cùng bằng cách rung hay ấn có lắc kết hợp với chuyển động xoay xuống dần theo lỗ khoan

Đường kính của cọc là đường kính ngoài của ống chống vách Máy của hãng Benôtô của Pháp để thi công cọc nhồi có dùng ống chống vách, ống chống vách

có thể để lại trong đất hoặc rút lên tuy nhiên khi độ sâu lớn thì ma sát cản lại việc rút ống rất lớn có thể làm ống bị vỡ hoặc không thể rút lên được

- Làm sạch hố khoan: Sau khi khoan xong, đáy hố khoan cần được làm sạch các đất đá của vụn khoan bằng phương pháp rửa ngược

Nếu không làm sạch đáy hố khoan thì sau này cọc sẽ bị lún thêm

- Mở rộng chân cọc Trong đất dính có thể dùng các loại mũi khoan có lưỡi

Đổ bê tông: Bê tông để tạo cọc nhồi phải có độ sụt cần thiết Khi không có ống chống vách thì phải dùng ống đổ bê tông có phễu ở bên trên ống này dịch chuyển theo phương thẳng đứng và đáy ống luôn nằm thấp hơn mặt bê tông trong

lỗ khoan giảm tình trạng bêtông bị bẩn Tuy nhiên, mỗi phương pháp đổ bê tông chỉ phù hợp trong những điều kiện nhất định Bắt buộc phải đặt một đoạn ống ở đầu cọc để bảo vệ cho vách Đoạn ống này phải được rút lên nhẹ nhàng để mặt bê tông khỏi thay đổi đột ngột

Các khuyết tật có thể gặp khi thi công cọc khoan nhồi barét:

Cọc hoặc barét có thể bị phình ra khi qua đất yếu hoặc qua castơ mà không dùng ống chống vách bị rút ra khỏi lỗ khoan trong quá trình đổ bê tông Cọc có thể giảm tiết điện do đất sập vào hoặc do không khí choán lỗ Chất lượng bê tông thường thấp và dễ bị khuyết tật vì không được đầm chặt trong quá trình đổ

Khi làm cọc nhồi qua castơ nếu có ống bọc để lại trong đoạn có castơ thì thân cọc không bị phình ra nhưng nếu chiều cao của castơ lớn thì đoạn cọc qua castơ có thể bị uốn Nếu khi thi công không dùng ống chống vách hoặc có dùng nhưng khi đổ bê tông rút ống lên thì sẽ dẫn đến tình trạng bê tông bị phình ra

nhiều Nếu castơ lớn thì bê tông bị toè ra ngoài không tạo thành thân cọc được Hiện nay, nhiều hãng của nhiều quốc gia có chế tạo nhiều loại máy khoan hiện đại để thi công cọc nhồi đường kính lớn

Máy khoan hãng Benôtô của Pháp để thi công cọc nhồi Máy Benôtô thực hiện được cả ba quá trình khoan, lấy đất ra và hạ ống chống vách bằng thép ống chống vách được hạ xuống nhờ những kích thuỷ lực Các kích thuỷ lực được đặt ở

vị trí thích hợp để tạo cho ống chuyển động quay và chuyển động theo phương thẳng đứng, ống chống vách có đường kính ngoài 670, 880, 970 và 1180mm Chiều dài mỗi đoạn ống 2m, 4m, 6m

Máy Benôtô có bộ phận đặc biệt để tạo bầu mở rộng với đường kính đến 2,5m Sau khi khoan xong, đổ bê tông vào ống (nếu cần thì đặt cốt thép) rồi rút ống lên bằng cách dùng kích thuỷ lực tạo cho ống chuyển động quay và tịnh tiến Loại cọc này khi thi công với độ nghiêng lớn hơn 1ữ6 thì sẽ gặp khó khăn Máy của hãng Laur - Normanđi hạ ống chèn bằng máy rung chuyển dạo

động dọc và quay Hầu hết các thiết bị thi công cọc nhồi đều truyền các dao động như thế

ở nước Anh có những thiết bị để thi công cọc khoan nhồi đường kính đến 2,5m, mở rộng chân đến 5m

Máy hãng Koto Nhật Bản: loại 20 TH khoan được bằng hai cách: phương pháp gầu ngoạm (giống máy Benôtô của Pháp) và hương pháp - xoay (giống như các máy khoan của hãng Kalond của Hoa Kỳ) nên hơn hẳn máy các nước khác Loại máy này thi công được cọc nhồi sâu 27m, đường kính < 2m

Máy 50 - TH khoan được theo 3 phương pháp: gầu ngoạm, khoan xoay (bằng gầu khoan) và phương pháp khoan xoay kết hợp với rửa nước ngược tuần hoàn Nhờ rửa nước ngược tuần hoàn mà làm sạch liên tục đáy lỗ khoan, làm sạch mũi khoan Máy khoan sâu 300m, đường kính < 2m Thiết bị của hãng Williams Hoa Kỳ khoan các lỗ có đường kính > 3m, sâu hơn 30m

Kiểm tra chất lượng cho cọc nhồi baret:

Phải tiến hành kiểm tra ở 3 giai đoạn: trước, trong và sau khi đổ bê tông Trước khi đổ bê tông phải kiểm tra vách hố khoan có đảm bảo chất lượng không, cặn bã ở đáy hố khoan đã dọn sạch chưa

Để kiểm tra trong khi đổ bê tông cần phải lập cho mỗi cọc một đường cong

bê tông theo từng mẻ một Nếu lượng tiêu thụ bê tông thấp quá hoặc cao quá 30%

so với bình thường thì phải có biện pháp xử lý kịp thời Khi bê tông đã đổ xong, người ta kiểm tra chất lượng cọc bằng các phương pháp:

- Tiếng dội,

- Siêu âm

- Tiagamma,

- Camera nhỏ truyền hình

- Phương pháp tiếng dội: Nội dung phương pháp này là gây sung động trên

đầu cọc rồi thu tiếng động dội lại sau lúc phản xạ Dựa theo qui luật truyền sóng

đi và sóng phản xạ trong các môi trường không đồng chất, đo thời gian từ lúc truyền sóng đi và lúc phản xạ lại để tìm ra khoảng cách mà sóng truyền Việc tiến hành ở các điểm khác nhau của thân cọc Phải sau ít nhất 17 ngày mới kiểm tra theo phương pháp này và tìm ra khuyết tật trong thân cọc cũng như chất lượng bê tông cọc

Phương pháp này đo nhanh và không cần đặt các ống sẵn trong cọc nhưng

có nhược điểm là chỉ đo được trong phạm vi độ sâu không quá 15m không kiểm tra chất lượng cọc ở 2 mét cuối cọc, sai số vị trí khuyết tật 6 -30% phương pháp này ngày nay ít dùng

Trên đây đã trình bày khá nhiều loại cọc Mỗi loại cọc đều có ưu nhược

điểm, có tác các điều kiện ứng dụng hợp lý và phải có các thiết bị cần thiết để thi công từng loại cọc

Việc chọn loại cọc thích hợp bảo đảm điều kiện kỹ thuật, kinh tế phụ thuộc

điều kiện địa chất công trình, địa chất thuỷ văn, đặc điểm của công trình, tải trọng công trình, công trình lân cận, khả năng đơn vị thi công (Máy móc thiết bị đồng

bộ, đội chuyên thi công các loại cọc phức tạp), khả năng kinh tế của chủ đầu tư, năng lực kinh nghiệm của người thiết kế

1.4 CáC PHƯƠNG PHáP TíNH TOáN MóNG CọC, ĐàI CọC HIệN NAY

Dưới tác dụng của tải trọng và các tác động thì móng cọc cũng có thể đạt trạng thái giới hạn Đối với móng cọc, cần tính toán theo 3 trạng thái giới hạn

+ Trạng thái giới hạn l: Kiểm tra về cường độ đối với cọc, đài cọc và về ổn

định đối với nền cọc

+ Trạng thái giới hạn thứ 2: Kiểm tra về biến dạng đối với nền cọc

+ Trạng thái giói hạn 3: Kiểm tra về điều kiện hình thành và mở rộng các vết nứt đối với cọc và móng cọc

1.4.1 Tính theo trạng thái giới hạn thứ nhất (về điều kiện cường độ)

NR i R, HR ị R : Tải trọng tính toán tác dụng lên đầu cọc thứ I theo phương dọc trục

và ngang (ứng với tổ hợp tải trọng bất lợi nhất)

PR ci R, PR ngci R :sức chịu tải tính toán dọc trục và ngang trục của cọc thứ i

kR c R: hệ số tin cậy, khi xác định sức chịu của cọc bằng tính toán, kể cả theo kết quả thí nghiệm động không kể tới biến dạng đàn hồi của đất thì lấy kR c R =1,4 và khi xác

định sức chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm hiện trường bằng tải trọng tĩnh, thăm dò tĩnh, cũng như theo kết quả thí nghiệm động có kể đến biến dạng đàn hồi của đất thì lấy kR c R =1,25

FR ci R: tải trọng tính toán cho phép trên đầu cọc thứ i,

1.4.1.2 Tính toán móng cọc treo

a- Đối với cọc:

Công thức (5-25 ) và (5-26), xét về toàn móng thì có thể nói đây là điều kiện

để cọc và xung quanh cọc làm việc như một khối móng hoàn chỉnh,

b- Đổi với nền của móng cọc:

* Trường hợp móng chỉ chịu tải trọng thẳng đứng thì biểu thức ttính toán là:

NR tt R< P Tính: Ntt=N1+ N2;

P = RP

II

PR gh RFR m R+UR m R∑τR i R hR i

Trong đó:

UR m R= 2(a x b) ; FR m R = (a x b) = diện tích đáy bệ cọc,

NR II R : Tải trọng tính toán tác dụng lên mặt nền của móng cọc

RR gh RP

II

P

: Cường độ giới hạn của móng cọc

τR i R : Cường độ chống cắt (tiêu chuẩn) của đất ở mặt bên của khối “cọc - đất”

ở lớp đất thứ i có chiều dày hR i R Trị số τR 1 Rđược lấy gần đúng = fR 1 R, trong bảng 2, TCXD

• Trường hợp móng cọc chịu tác dụng của tải trọng ngang lớn;

Cần phải xét ổn định cường độ của cả khối (gồm đất và công trình), dùng phương pháp mặt trượt trụ tròn (đi qua đầu mũi cọc hoặc cắt qua các cọc, trên mặt trượt cắt qua các cọc thì phải tính đến sức chống cắt của các cọc) Bỏ qua sức chống truợt ở hai mặt bên của khối trượt

Nhưng PR 1 R và PR ngi R lấy theo kết quả thí nghiệm tải trọng tĩnh, ứng với trị số SR gh R

và ∆R ngang R, trên biểu đồ thí nghiệm quan hệ giữa tải trọng và độ lún (hoặc chuyển

vị ngang đầu cọc)

- Đối với móng cọc chống: không tiến hành tính toán độ lún, (trị số độ lún móng cọc được lấy bằng độ lún của cọc khi thí nghiệm theo tải trọng tĩnh) - điều 7-3, TCXD ngành về móng cọc

1.4.2.2 Tính toán móng cọc treo

Lấy điều kiện biến dạng để khống chế theo biểu thức:

+ (khoảng cách 2 mép cọc ngoài cùng)

∑hR i R = hR c R

PR tt R =PR 0 R-y(hR c R + hR m R)

Tính lún tra theo TCXD với PR 0 R < RR ic R

Kiểm tra theo điều kiện:

HR i R <= PR gh R (∆R ik R)

1.4.3 Tính theo trạng thái giới hạn thứ ba

- Theo sự xuất hiện vết nứt

- Theo độ mở rộng cho vết nứt

1.4.4 Trình tự thiết kế móng cọc đài thấp

1.4.4.1 Các số liệu cần thiết để thiết kế

- Tài liệu về công trình

- Tài liệu về đất nền

1.4.4.2 Nội dung và trình tự thiết kế

- Chọn loại móng cọc: Móng cọc chống hay móng cọc treo, cọc đứng bay cọc xiên

- Xác định độ sâu đặt đài cọc và sơ bộ chọn kích thước đài cọc:

+ Chọn độ sâu đặt đài cọc: Căn cứ vào điều kiện làm việc của công trình và tinh hình địa chất

+ Kích thước đài cọc bao gồm: Kích thước, mặt bằng đài cọc, chiều dày đài cọc

Bước này chỉ chọn sơ bộ, đến phần bố trí cọc sẽ quyết định chọn lại

- Chọn loại cọc, xác định kích thước cọc và sức chịu tải của cọc:

+ Kích thước cọc:

Tiết diện cọc: từ 20x20 cm đến 45x45cm

Chiều dài cọc: + Cọc chống

+ Cọc treo

+ Xác định sức chịu tải (ngang, dọc trục) của cọc:

Có kích thước cọc, tính được sức chịu tải của cọc bằng trị số nhỏ nhất trong hai loại trên

- Kiểm tra sức chịu tải của cọc:

- Tính toán kiểm tra móng cọc và nền móng cọc theo trạng thái giới hạn 1 hay trạng thái giới hạn 2 tuỳ theo loại công trình

- Tính toán bệ cọc và cọc theo trạng thái giới hạn 3 (tức tính toán kiểm tra khe nứt) theo quy phạm thiết kế các cấu kiện bê tông cốt thép

Trong thiết kế cần đề ra phương án thí nghiệm kiểm tra cọc theo thí nghiệm tải trọng động, khi cần thiết kiểm tra theo thí nghiệm tải trọng tĩnh

Tóm lại, Khi thiết kế móng cọc thì việc tính toán chủ yếu được các nhà khoa học tập trung vào nghiên cứu chính là tính toán khả năng chịu tải của cọc và nền Riêng phần đài cọc thì chưa nghiên cứu nhiều Đài cọc chủ yếu được chọn theo cấu tạo, sau tính toán kiểm tra đài cọc như: Tính toán kiểm tra nứt và tính toán kiểm tra chọc thủng đài cọc Hiện nay với sự ra đời của phương pháp phần tử hữu hạn và sự phát triển mạnh mẽ của máy tính thì việc tính toán đài cọc đã được các nhà thiết kế sử dụng một số phần mềm tính toán kết cấu để tính toán đài cọc như phần mềm Sap90, Sáp2000, … tuy nhiên vì đây không phải là phần mềm để chuyên tính cho móng cọc và đài cọc nên khi sử dụng việc mô tả sự làm việc đồng thời của cọc và đài cọc khá khó khăn, đò hỏi người tính toán phải nhiều kinh nghiệm, chính vì vậy mà việc áp dụng rộng rãi là rất khó Chính vì thế mà nhu cầu xây dựng phần mềm chuyên dụng dùng để tính toán đài cọc và móng cọc dễ

sử dụng, phát triển rộng rãi là nhu cầu rất cần thiết và rất lớn Nắm bắt được nhu cầu này của thực tế mà học viên đã chọn “Tính ứng suất cục bộ của đài móng

cọc bằng phương pháp phần tử hữu hạn có sử dụng phần tử bậc cao" làm đề tài luận văn thạc sỹ kỹ thuật

CHƯƠNG 2: ph-ơng pháp tính móng và móng cọc

hiện hành

2.1 CáC PHƯƠNG PHáP TíNH TOáN ứNG SUấT BIếN DạNG

Hiện nay, có rất nhiều phương pháp để xác định ứng suất và biến dạng trong công trình thông thường các phương pháp tính toán hiện hành chỉ tính cho một cọc chịu tải lớn nhất Có thể kể ra một số phương pháp sau:

Nội dung của phương pháp: tìm nghiệm giải tích thỏa mãn các phương trình

vi phân tại mọi điểm trên công trình và thỏa mãn các điều kiện biên trên bề mặt (như phương pháp Sức bền vật liệu, phương pháp Lý thuyết đàn hồi)

Phương pháp Sức bền vật liệu

Nội dung của phương pháp: coi công trình như một thanh được ngàm chặt vào nền, chịu uốn và kéo nén đồng thời; giả thiết về sự phân bố ứng suất pháp σR y Rtrên mặt phẳng nằm ngang là đường thẳng, trị số tại biên được xác định theo công thức nén lệch tâm

Ưu điểm: Phương pháp Sức bền vật liệu được coi là phương pháp tính toán

cơ bản, giúp ta tính toán ứng suất biến dạng đơn giản, dễ dàng Tính được các giá trị σR x R, σR y R, σR xy R tại các điểm đang xét, từ đó xác định được ứng suất chính và phương chính tại mọi điểm khác nhau

Nhược điểm: Kết quả tính toán có sai số khá lớn, không tính được ứng suất

cục bộ, không phản ánh đúng trạng thái ứng suất biến dạng của công trình Nguyên nhân là do khi tính toán theo phương pháp Sức bền vật liệu, ta coi công trình như một thanh được ngàm chặt vào nền, chịu uốn và kéo nén đồng thời; giả