Nghiên cứu, phân tích – tính toán sức chịu tải của cọc khoan nhồi theo lý thuyết và theo thí nghiệm hiện trường

Để dự báo sức chịu tải của cọc khoan nhồi có thể sử dụng nhiều phương pháp khác nhau như theo chỉ tiêu cơ lý đất nền, chỉ tiêu cường độ đất nền hay theo kết quả xuyên tiêu chuẩn SPT....

L ỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sĩ này là công trình nghiên cứu của bản thân Các số

liệu kết quả trình bày trong luận văn này là đúng sự thật, có nguồn gốc rõ ràng và chưa được công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào

Tác giả

Đinh Hoàng Hải

L ỜI CẢM ƠN

Luận văn được hoàn thành là thành quả của sự cố gắng, nỗ lực hết mình và sự giúp đỡ

tận tình của các thầy cô trong bộ môn Địa kỹ thuật trường Đại học Thủy lợi, Hà Nội,

đặc biệt dưới sự hướng dẫn khoa học của thầy TS Nguy ễn Văn Lộc

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy hướng dẫn, đã tận tâm hướng dẫn trong

suốt quá trình từ khi lựa chọn đề tài, xây dựng đề cương đến khi hoàn thành luận văn

Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Địa kỹ thuật, Khoa Công trình đã giúp đỡ và tạo điều kiện tác giả hoàn thành luận văn này

Hà Nội, ngày tháng năm 2017

Tác giả

Đinh Hoàng Hải

M ỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CỌC VÀ MÓNG CỌC 3

1.1 Khái niệm chung về cọc và móng cọc: 3

1.2 Khái quát về cọc khoan nhồi 4

1.3 Công nghệ thi công cọc khoan nhồi: 5

1.3.1 Phương pháp khoan dùng ống vách: 5

1.3.2 Phương pháp khoan không dùng ống vách: 6

1.3.3 Các bước thi công cọc khoan nhồi: 9

1.3.3.1 Chuẩn bị: 9

1.3.3.2 Dung dịch khoan: 9

1.3.3.3 Tạo lỗ khoan: 10

1.3.3.4 Gia công và hạ lồng thép: 11

1.3.3.5 Vệ sinh hố khoan: 13

1.3.3.6 Đổ bê tông: 15

1.4 Kết luận chương I: 16

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN CỌC VÀ MÓNG CỌC KHOAN NHỒI 17

2.1 Khái niệm về sức chịu tải của cọc đơn 17

2.2 Tính toán sức chịu tải của cọc khoan nhồi theo độ bền vật liệu 17

2.3 Tính toán sức chịu tải cọc theo đất nền 19

2.4 Phương pháp thí nghiệm cọc tại hiện trường: 35

2.5 Kết luận chương 2: 42

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN ỨNG DỤNG CHO CÔNG TRÌNH BỆNH VIỆN MẮT Ở THÀNH PHỐ SÓC TRĂNG 44

3.1 Giới thiệu về công trình 44

3.2 Tính toán các loại tải trọng tác dụng lên công trình và tính toán nội lực cho từng chân cột 49

3.3 Phân tích và đề xuất các phương án móng 52

3.3.1 Phương án móng nông trên nền thiên nhiên 52

3.3.2 Phương án móng sâu – móng cọc 52

3.3.2.1 Cọc khoan nhồi 53

3.3.2.2 Cọc barrette : 53

3.3.2.3 Cọc bê tông ứng suất trước : 54

3.4 Tính toán sức chịu tải của cọc khoan nhồi 55

3.4.1 Chọn loại móng cọc và vật liệu làm cọc 55

3.4.1.1 Chọn loại móng cọc 55

3.4.1.2 Chọn kích thước cọc và đài cọc 55

3.4.2 Tính toán sức chịu tải của cọc khoan nhồi theo vật liệu làm cọc 56

3.4.3 Xác định sức chịu tải của cọc theo đất nền : 57

3.4.3.1 Theo Meyerhof : 57

3.4.3.2 Theo TCXD 197- 1997 : 57

3.4.4 Xác định số lượng cọc 58

3.3.4.1 Xác định số lượng cọc cột điển hình 58

3.4.4.2 Bố trí cọc 59

3.4.5 Kiểm tra khả năng chịu tải của cọc 60

3.4.6 Kiểm tra móng cọc và nền của nó theo trạng thái giới hạn về cường độ 62

3.4.7 Kiểm tra độ lún của móng cọc 66

3.5 Xác định sức chịu tải của cọc theo thí nghiệm hiện trường 70

3.6 Sử dụng phần mềm Geoslop tính toán sức chịu tải của cọc 75

3.6.1 Trường hợp tính toán 75

3.6.2 Tính ứng suất và biến dạng cho móng cọc theo modul SIGMA/W 77

3.7 Phân tích các kết quả tính và nhận xét 83

3.8 Kết luận chương 3 84

KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 85

1 Kết luận và kiến nghị 85

2 Một số điểm còn tồn tại 85

3 Hướng nghiên cứu tiếp theo 85

TÀI LIỆU THAM KHẢO 87

DANH M ỤC CÁC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Cấu tạo móng cọc 3

Hình 1.2 Mô phỏng quá trình thi công cọc khoan nhồi 5

Hình 1.3 Thi công cọc khoan nhồi có sử dụng ống vách 6

Hình 1.4 Ống vách trong thực tế thi công 6

Hình 1.5: Thi công cọc khoan nhồi không dùng ống vách 7

Hình 1.6: Phương pháp khoan gầu 8

Hình 1.7: Thi công cọc khoan nhồi 9

Hình 1.8: Lồng thép đã hoàn chỉnh 12

Hình 1.9: Vệ sinh lỗ khoan 15

Hình 2.1: Gia tải bằng kích thủy lực, dùng cọc neo làm phản lực 35

Hình 2.2: Gia tải bằng kích thủy lực, dùng dàn chất tải và đối trọng làm phản lực 36

Hình 2.3 Quan hệ giữa tải trọng và độ lún của cọc 36

Hình 2.4: Mô hình thí nghiệm Osterberg 37

Hình 2.5: Sơ đồ nguyên lý thử động biến dạng lớn PDA 39

Hình 3.1: Mặt bằng tầng 1 tòa nhà chính bệnh viện 41

Hình 3.2: Mặt cắt đứng tòa nhà chính theo phương ngắn 46

Hình 3.3 : Mặt cắt địa chất khu vực xây dung bệnh viện 47

Hình 3.4 : Mô phỏng mô hình tòa nhà chính của bệnh viện trên Sap 49

Hình 3.5 : Số thứ tự chân cột trong Sap2000 50

Hình 3.7 : Mặt cắt móng cọc trong đất 55

Hình 3.8 : Bố trí cọc trong đài 4 cọc 60

Hình 3.9: Bố trí móng cọc cho toàn bộ các cột của công trình 60

Hình 3.10: Sơ đồ khối móng quy ước của đài 4 cọc 63

Hình 3.11a Biểu đồ quan hệ giữa độ lún và tải trọng tác dụng lên cọc 73

Hình 3.11b Biểu đồ quan hệ giữa độ lún và thời gian tác dụng lực 74

Hình 3.12 Sơ đồ tính lún cho móng cọc 77

Hình 3.13 Phác họa sơ đồ tính bằng Sigma/W 78

Hình 3.14 Sơ đồ mô hình tính toán của bài toán 79

Hình 3.15: Kiểm tra lỗi bài toán 80

Hình 3.16 : Chạy bài toán 80

Hình 3.17 Lưới chuyển vị 81

Hình 3.18 Đường đẳng chuyển vị theo phương đứng 81

Hình 3.19 Đường đẳng chuyển vị ngang 82

Hình 3.20: Giá trị độ lún tại điểm tâm móng 82

Hình 3.21 Biểu đồ chuyển vị theo phương Y 83

DANH M ỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Bảng xác định hệ số ktc 19

Bảng 2.2 Sức kháng ma sát giữa thành cọc và đất fi 20

Bảng 2.3 Hệ số mf 21

Bảng 2.4- các hệ số của công thức (2.4) 22

Bảng 2.5- Trị số qp 23

Bảng 2.6 Bảng xác định hệ số Kc và α theo loại đất 27

Bảng 2.7 Hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất γcf 32

Bảng 2.8 - Các hệ số α1, α2 , α3 và α4 trong công thức (2.24) 33

Bảng 2.9 Cường độ sức kháng qb, của đất dính dưới mũi cọc nhồi 34

Bảng 3.1 : Kích thước nhà dự án: 45

Bảng 3.2 : Bảng các chỉ tiêu cơ lí có được từ thí nghiệm 48

Bảng 3.3: Kết quả tính toán nội lực chân cột từ phần mềm Sap2000v14 50

Bảng 3.4: Tính ứng suất tại tâm móng 68

Bảng 3.5: Biểu ghi số liệu thí nghiệm 6872

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Những năm gần đây, cùng với sự phát triển chung của đất nước, những tòa nhà cao

tầng xuất hiện ngày càng nhiều tại Việt Nam Giải pháp cọc khoan nhồi được coi là

một giải pháp nền móng hiệu quả để chịu lực cho các công trình lớn.Vì vậy, cọc khoan

nhồi ngày càng được áp dụng tại Việt Nam Ước tính hàng năm tại nước ta thi công từ

50000 – 70000 mét dài cọc khoan nhồi Hiện nay, có rất nhiều đề tài nghiên cứu về

cọc khoan nhồi, trong đó đề tài nghiên cứu xác định sức chịu tải cọc khoan nhồi là khâu quan trọng nhất Để dự báo sức chịu tải của cọc khoan nhồi có thể sử dụng nhiều phương pháp khác nhau như theo chỉ tiêu cơ lý đất nền, chỉ tiêu cường độ đất nền hay theo kết quả xuyên tiêu chuẩn SPT Hiện nay, đề tài “Nghiên cứu, phân tích – tính toán sức chịu tải của cọc khoan nhồi theo lý thuyết và theo thí nghiệm hiện trường” là

rất cần thiết, nhằm xác định hệ số hiệu chỉnh kết quả tính toán theo lý thuyết dựa trên

thực tế ứng dụng cho từng khu vực có địa chất tương đồng

Vì vậy việc nghiên cứu, phân tích – tính toán sức chịu tải của cọc khoan nhồi theo lý thuyết

và theo thí nghiệm hiện trường là hết sức cấp thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiến

2 M ục tiêu và nhiệm vụ của đề tài:

- Nghiên cứu mô phỏng tính toán trên cơ sở lý thuyết và kết quả thí nghiệm thực tế

- Phân tích, so sánh đánh giá kết quả tính toán lý thuyết với kết quả thí nghiệm thực tế,

tối ưu hóa trong việc tính toán sức chịu tải móng công trình xây dựng

- Kiến nghị và khuyến cáo khi sử dụng

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Phân tích, xác định sức chịu tải của cọc khoan nhồi theo lý thuyết và theo thí nghiệm

hiện trường

- Ứng dụng tính toán xử lý nền cho công trình Bệnh viện mắt Sóc Trăng

4 Nội dung nghiên cứu của đề tài:

- Nghiên cứu tổng quan về cọc khoan nhồi, phân loại cọc khoan nhồi

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về tính toán sức chịu tải của cọc khoan nhồi

- Một số phương pháp xác định, kiểm tra sức chịu tải của cọc bằng thí nghiệm hiện trường

- Tính toán ứng dụng cho công trình Bệnh viện mắt Sóc Trăng

5 Phương pháp nghiên cứu:

- Phương pháp phân tích lý thuyết: nghiên cứu cơ sở lý thuyết về tính toán sức chịu tải của cọc khoan nhồi

- Phương pháp xác định sức chịu tải của cọc theo thí nghiệm

- Phương pháp phần tử hữu hạn, với việc sử dụng phần mềm Geo-slope, Plaxis để phân tích, kiểm tra biến dạng

6 Kết quả dự kiến đạt được

- Hiểu biết cơ sở lý thuyết tính toán móng cọc khoan nhồi

- Ứng dụng tính toán móng cọc khoan nhồi xử lý nền cho công trình Bệnh viện mắt Sóc Trăng

CHƯƠNG 1:

TỔNG QUAN VỀ CỌC VÀ MÓNG CỌC 1.1 Khái niệm chung về cọc và móng cọc [2]

Móng cọc là loại móng sâu, có tác dụng truyền tải trọng từ công trình tới lớp đất có cường độ lớn ở đầu mũi cọc và xung quanh móng Móng cọc gồm 3 bộ phận: cọc, đài cọc và đất bao quanh

Cọc là bộ phận chính có tác dụng truyền tải trọng công trình lên đất ở mũi cọc và lớp đât xung quanh Đài cọc có tác dụng tạo liên kết giữa các cọc thành một khối liên kết

và phân bố tải trọng công trình lên các cọc Đất bao quanh được lèn chặt tiếp thu một

phần tải trọng công trình chống uốn cho cọc

Hình 1.1 C ấu tạo móng cọc

1- cọc; 2- đài cọc; 3- kết cấu phần trên

* Phân loại cọc: theo 4 cơ sở

+ Phân loại: theo tác dụng làm việc giữa đất và cọc:

- Cọc chống: truyền tải trọng lên lớp đất đá có cường độ lớn, vì thế lực ma sát ở mặt xung quanh cọc thực tế không xuất hiện và khả năng chịu tải của cọc chỉ phụ thuộc

khả năng chịu tải của đất đầu mũi cọc

- Cọc treo (cọc ma sát): Đất bao quanh cọc là đất chịu nén (đất yếu) và tải trọng được truyền lên nền nhờ lực ma sát ở xung quanh cọc và cường độ của đất đầu mũi cọc + Theo phương pháp hạ cọc xuống đất, gồm có: cọc bê tông cốt thép đúc sẵn và cọc thép, cọc vít, cọc khoan nhồi (TCVN 1034:2014 Móng cọc – Tiêu chuẩn thiết kế)

1.2 Khái quát về cọc khoan nhồi [3]

Cọc khoan nhồi là một loại cọc tiết diện tròn được thi công bằng cách khoan tạo lỗ trong đất sau đó lấp đầy bằng bê tông cốt thép Cọc khoan nhồi không gây đẩy chèn đất xung quanh, vì việc hạ cọc làm thay đổi rất ít trạng thái ứng suất trong đất

Cọc khoan nhồi bê tông cốt thép đường kính nhỏ: Đường kính từ 300 - 700mm (cọc mini); chịu tải trọng từ 30 - 160 tấn/đầu cọc; thường dùng cho các nhà 4, 5 tầng Trên

thực tế, loại cọc mini-btct dùng tốt cho các nhà có diện tích 70m2 × 4 tầng

Cọc khoan nhồi bê tông cốt thép đường kính lớn: Thường cọc có đường kính D = 800

và có thể dễ dàng thay đổi kích thước, nhất là chiều sâu để phù hợp với điều kiện địa

chất công trình thực tế

Hình 1.2 Mô ph ỏng quá trình thi công cọc khoan nhồi

Ph ạm vi áp dụng của cọc khoan nhồi:

+ Thích hợp với các loại nền đất đá, kể cả vùng có hang castơ

+ Thích hợp sử dụng cho móng công trình có tải trọng lớn như: Nhà cao tầng có tầng

ngầm, các công trình cầu (cầu dầm đơn giản, cầu khung T, cầu dầm liên hợp liên tục,

cầu treo dây xiên, nhất là khi kết cấu siêu tĩnh vượt khẩu độ lớn, tải trọng truyền xuống móng lớn mà lại yêu cầu lún rất ít hay hầu như không lún)

1.3 Công nghệ thi công cọc khoan nhồi [4]

Trên thế giới có rất nhiều công nghệ và các loại thiết bị thi công cọc khoan nhồi khác nhau Ở Việt nam hiện nay chủ yếu sử dụng 2 phương pháp khoan cọc nhồi với các

loại thiết bị và quy trình khoan khác nhau như sau:

1.3.1 Phương pháp khoan dùng ống vách:

Phương pháp này thường được sử dụng khi thi công những cọc nằm kề sát với công trình có sẵn hoặc do những điều kiện địa chất đặc biệt Cọc khoan nhồi có dùng ống vách thép rất thuận lợi cho thi công vì không phải lo việc sập thành hố khoan, công trình ít bị bẩn vì không phải sử dụng dung dịch Bentonite, chất lượng cọc rất cao Nhược điểm của phương pháp này là máy thi công lớn, cồng kềnh, khi máy làm việc thì gây rung và tiếng ồn lớn và rất khó thi công đối với những cọc có độ dài trên 30m

Hình 1.3 Thi công cọc khoan nhồi có sử dụng ống vách

Hình 1.4 Ống vách trong thực tế thi công

1.3.2 Phương pháp khoan không dùng ống vách:

Đây là công nghệ khoan rất phổ biến Ưu điểm của phương pháp này là thi công nhanh, đảm bảo vệ sinh môi trường và ít ảnh hưởng đến các công trình xung quanh Phương pháp này thích hợp với loại đất sét mềm, nửa cứng nửa mềm, đất cát mịn, cát thô hoặc có lẫn sỏi cỡ hạt từ 20-100mm

Hình 1.5: Thi công cọc khoan nhồi không dùng ống vách

Có 2 phương pháp dùng cọc khoan nhồi không sử dụng ống vách:

a Phương pháp khoan thổi rửa (phản tuần hoàn):

Máy đào sử dụng guồng xoắn để phá đất, dung dịch Bentonite được bơm xuống hố để

giữ vách hố đào Mùn khoan và dung dịch được máy bơm và máy nén khí đẩy từ hố khoan lên đưa vào bể lắng để lọc tách dung dịch Bentonite tái sử dụng

Công việc đặt cốt thép và để bê tông tiến hành bình thường

- Ưu điểm: Phương pháp này có giá thiết bị rẻ, thi công đơn giản, giá thành hạ

- Nhược điểm: Tốc độ khoan chậm, chất lượng và độ tin cậy chưa cao

b Phương pháp khoan gầu:

Hình 1.6: Phương pháp khoan gầu

Theo công nghệ khoan này, gầu khoan thường có dạng thùng xoay cắt đất và đưa ra ngoài Cần gầu khoan có dạng Ăng-ten, thường là 3 đoạn truyền được chuyển động xoay từ máy đào xuống gầu nhờ hệ thống rãnh

Vách hố khoan được giữ ổn định nhờ dung dịch Bentonite Quá trình tạo lỗ được thực

hiện trong dung dịch Bentonite Trong quá trình khoan có thể thay các gầu khác nhau

để phù hợp với nền đất đào và để khắc phục các dị tật trong long đất

- Ưu điểm: Thi công nhanh, việc kiểm tra chất lượng dễ dàng thuận tiện, đảm bảo vệ sinh môi trường và ít ảnh hưởng đến các công trình lân cận

- Nhược điểm: Phải sử dụng các thiết bị chuyên dụng giá đắt, giá thành cọc cao

Phương pháp này đòi hỏi quy trình công nghệ rất chặt chẽ, cán bộ kỹ thuật và công nhân phải thành thạo, có ý thức tổ chức kỷ luật cao

Do phương pháp này khoan nhanh hơn và chất lượng đảm bảo hơn các phương pháp khác, nên hiện nay các công trình lớn ở Việt Nam chủ yếu sử dụng phương pháp này

bằng các thiết bị của Đức (Bauer), Italia (Soil-Mec) và của Nhật (Hitachi)

1.3.3 Các bước thi công cọc khoan nhồi:

Hình 1.7: Thi công cọc khoan nhồi

1.3.3.1 Chuẩn bị:

Chuẩn bị dung dịch khoan, cốt thép cọc, ống siêu âm, thùng chứa đất khoan, máy khoan và các thiết bị phụ trợ (cần cẩu, máy bơm, máy trộn dung dịch, máy lọc cát, tổ

hợp ống đổ, sàn công tác phục vụ đổ bê tông, xe chở đất khoan) cùng các thiết bị để

kiểm tra dung dịch khoan, lỗ khoan,

1.3.3.2 Dung dịch khoan:

Đây là loại dung dịch làm nhiệm vụ thay thế chỗ cho đất được lấy ra khỏi hố đào, chúng phải có khả năng tạo màng keo (tỉ lệ keo > 95%) phủ lên bề mặt thành đất hố đào nhằm tăng tính ổn định của thành vách hố đào Lựa chọn dung dịch khoan phụ thuộc vào điều kiện địa chất thủy văn, nước ngầm, thiết bị khoan

Dung dịch bentonite dùng giữ thành hố khoan nơi địa tầng dễ sụt lở cho mọi loại thiết

bị khoan, giữ cho mùn khoan không lắng đọng dưới đáy hố khoan và đưa mùn khoan

ra ngoài phải đảm bảo được yêu cầu giữ ổn định vách hố khoan trong suốt quá trình thi

công cọc Khi mực nước ngầm cao (lên đến mặt đất) cho phép tăng tỷ trọng dung dịch

bằng các chất có tỷ trọng cao như barit, cát magnetic

Dung dịch polime hoặc các hoá phẩm khác ngoài các chức năng giữ ổn định thành hố khoan phải kiểm tra ảnh hưởng của nó đến môi trường đất-nước (tại khu vực công trình và nơi chôn lấp đất khoan)

Dung dịch bentonite trước khi đưa xuống hố khoan để tiến hành khoan phải đảm bảo các thông số theo bảng sau (TCVN 9395:2012)

Tên chỉ tiêu Chỉ tiêu tính năng Phương pháp kiểm tra

1 Khối lượng riêng Từ 1,05 g/cm³ đến 1,15 g/cm³ Tỷ trọng kế hoặc Bom kế

lệch nghiêng cho phép(1/100)

Trong quá trình khoan tạo lỗ, dung dịch khoan sẽ được tạo ra và đi tuần hoàn từ đáy

giếng khoan rồi trồi lên hố lắng và mang theo một phần bùn khoan nhỏ lên cùng Nếu trong quá trình khoan gặp địa tầng thấm lớn, dung dịch khoan sẽ bị thấm nhanh, phải nhanh chóng điều chỉnh tỉ trọng của dung dịch bằng cách hoà thêm vào một lượng bột sét tương thích

Ngoài nhiệm vụ vận chuyển mùn khoan trên hố lắng, dung dịch còn có nhiệm vụ giữ cân bằng thuỷ tĩnh nhằm ổn định thành hố khoan Do đó, trong mọi trường hợp ngừng thi công do thời tiết hay phải ngừng qua đêm… người kỹ thuật phải xác định và bảo đảm dung dịch luôn đầy trong hố khoan

Lỗ khoan cần đảm bảo theo quy định sau (TCVN 9395:2012):

Thông s ố kiểm tra Phương pháp kiểm tra

Tình trạng lỗ cọc - Kiểm tra bằng mặt có đèn rọi

- Dùng siêu âm hoặc camera ghi chụp hình lỗ cọc

Độ thẳng đứng và độ sâu - Theo chiều dài cần khoan và mũi khoan

- Thước dây

- Quả dọi

- Máy đo độ nghiêng Kích thước lỗ - Calip, thước xếp mở và tự ghi đường kính

- Thiết bị đo đường kính lỗ khoan (dạng cơ, siêu âm )

- Theo độ mở của cánh mũi khoan khi mở rộng đáy

1.3.3.4 Gia công và hạ lồng thép:

Cốt thép được gia công theo bản vẽ thiết kế thi công Nhà thầu phải bố trí mặt bằng gia công, nắn cốt thép, đánh gỉ, uốn đai, cắt và buộc lồng thép theo đúng quy định

Cốt thép được chế tạo sẵn trong xưởng hoặc tại công trường, chế tạo thành từng lồng, chiều dài lớn nhất của mỗi lồng phụ thuộc khả năng cẩu lắp và chiều dài xuất xưởng

của cốt chủ Lồng thép phải có thép gia cường ngoài cốt chủ và cốt đai theo tính toán

để đảm bảo lồng thép không bị xoắn, méo Lồng thép phải có móc treo bằng cốt thép chuyên dùng làm móc cẩu, số lượng móc treo phải tính toán đủ để treo cả lồng vào thành ống chống tạm mà không bị tuột xuống đáy hố khoan, hoặc cấu tạo guốc cho đoạn lồng dưới cùng tránh lồng thép bị lún nghiêng cũng như để đảm bảo chiều dày

lớp bê tông bảo hộ dưới đáy cọc

Hình 1.8: Lồng thép đã hoàn chỉnh

Cốt gia cường thường dùng cùng đường kính với cốt chủ, uốn thành vòng đặt phía trong cốt chủ khoảng cách từ 2,5 m đến 3,0 m, liên kết với cốt chủ bằng hàn đính và dây buộc theo yêu cầu của thiết kế Khi chuyên chở, cẩu lắp có thể dùng cách chống

tạm bên trong lồng thép để tránh hiện tượng biến hình

Định tâm lồng thép bằng các con kê chế tạo từ thép trơn hàn vào cốt chủ đối xứng qua tâm cọc, hoặc bằng các viên tròn xi măng - cát, theo nguyên lý bánh xe trượt, cố định vào giữa 2 thanh cốt chủ bằng thanh thép trục Chiều rộng hoặc bán kính con kê phụ thuộc vào chiều dày lớp bảo hộ, thông thường là 5 cm Số lượng con kê phải đủ để hạ

lồng thép chính tâm

Nối các đoạn lồng thép chủ yếu bằng dây buộc, chiều dài mối nối theo quy định của thiết kế Lồng thép được gia công thành từng lồng dài 5,8m hay 11,7m tuỳ thuộc vào thiết kế Khi hạ lồng thép phải giữ cho lồng thẳng đứng, đoạn nọ nối với đoạn kia phải đảm bảo đúng tâm lồng thép

Khi thả lồng thép phải chú ý không để đầu lồng thép chọc vào thành vách Lồng thép khi thả không được để chạm đáy và phải cách đáy hố khoan khoảng 100 mm như trong bản vẽ thiết kế

Ống siêu âm (thường là ống thép đường kính 60 mm) cần được buộc chặt vào cốt thép

chủ, đáy ống được bịt kín và hạ sát xuống đáy cọc, nối ống bằng hàn, có măng xông, đảm bảo kín, tránh rò rỉ nước xi măng làm tắc ống, khi lắp đặt cần đảm bảo đồng tâm Chiều dài ống siêu âm theo chỉ định của thiết kế, thông thường được đặt cao hơn mặt đất san lấp xung quanh cọc từ 10 cm đến 20 cm Sau khi đổ bê tông các ống được đổ đầy nước sạch và bịt kín, tránh vật lạ rơi vào làm tắc ống

Số lượng ống siêu âm cho 1 cọc thường quy định như sau:

- 2 ống cho cọc có đường kính 60 cm;

- 3 ống cho cọc có đường kính từ 60 cm đến 100 cm

- 4 ống cho cọc có đường kính lớn hơn 100 cm

1.3.3.5 Vệ sinh hố khoan:

Trước khi đổ bê tông cần xử lý cặn lắng đáy lỗ khoan Nếu lớp lắng lớn hơn 10cm thì

phải tiến hành xử lý cặn lắng Đây là công đoạn quan trọng nhất trong quá trình thi công cọc khoan nhồi Trong quá trình khoan, lượng phôi khoan không trồi lên hết Thêm vào đó, khi ngừng khoan, những phôi khoan lơ lửng trong dung dịch sẽ lắng trở

lại xuống đáy hố khoan hoặc những phôi khoan có kích thước lớn mà dung dịch không thể đưa lên khỏi hố Vì vậy, sau khi khoan đến chiều sâu thiết kế cần tiến hành vệ sinh

hố khoan

* Xử lý cặn lắng bước 1: Xử lý cặn lắng là các hạt có đường kính lớn

Phương pháp thổi rửa bằng khí nén: Dùng ống đổ bêtông làm ống xử lý cặn Sau khi

lắp xong ống đổ bêtông người ta lắp đầu thổi rửa lên đầu trên của ống đổ, đầu thổi rửa

có 2 cửa, 1 cửa được nối với ống dẫn 150 để thu hồi dung dịch Bentonite và bùn đất từ đáy hố khoan về thiết bị thu hồi dung dịch Một cửa khác được thả ống khí nén 45 ống này dài khoảng 80% chiều dài cọc Khi bắt đầu thổi rửa khí nén được thổi qua đường ống 45 nằm trong ống đổ bêtông với áp lực khoảng 7kg/cm2, áp lực này được giữ liên

tục Khí nén ra khỏi ống 45 thoát lên trên ống đổ tạo thành một áp lực hút ở đáy ống

đổ đưa dung dịch Bentonite lẫn bùn đất lắng theo ống đổ bêtông đến máy lọc dung

dịch Quá trình thổi rửa kéo dài 20-30 giây, dung dịch Bentonite phải liên tục được cấp

bù trong quá trình thổi rửa Sau đó thả dây dọi đo độ sâu, nếu độ sâu đáy hố khoan được đảm bảo thì chỉ cần kiểm tra dung dịch Bentonite lấy ra từ đáy hố khoan

* Xử lý cặn lắng bước 2: Xử lý cặn lắng là các hạt có đường kính nhỏ

Công tác này làm trước khi đổ bê tông Sau khi xử lý cặn lắng bước 1 ta đưa lồng thép

và ống đổ bê tông xuống dưới tới đáy hố khoan, đưa một ống dẫn khí vào trong lòng ống đổ bê tông tới cách đáy 2 m dùng khí nén bơm ngược dung dịch hố khoan ra ngoài

bằng đường ống đổ bê tông, các phôi khoan có xu hướng lắng xuống sẽ bị hút vào trong ống đổ bê tông đẩy ngược lên và thoát ra ngoài miệng ống đổ cho đến khi không còn cặn lắng lẫn lộn và đạt yêu cầu Tiếp đến dùng thước có quả dọi để kiểm tra cặn

lắng hố khoan phải

* Chú ý:

Trong quá trình bơm khí nén, hố khoan phải luôn luôn được cấp dung dịch đầy để đảm

bảo hố khoan không bị sạt lở Trong thực hành giám sát hai bên sẽ tiến hành đổ vào hố khoan một số đá mi hoặc đá 1x2, khi bơm lên dùng giỏ lưới hứng lại để kiểm tra Nếu lượng đá 1x2 từ đáy hố khoan mà ống bơm dung dịch có thể bơm ra được một phần

lớn của lượng đá đổ vào hố khoan và không có bùn đất kèm theo thì chấp nhận công tác vệ sinh đạt yêu cầu

Hình 1.9: Vệ sinh lỗ khoan

1.3.3.6 Đổ bê tông:

Về nguyên tắc, công trình bê tông làm cọc khoan nhồi phải tuân theo các qui định về

đổ bê tông dưới nước Phương pháp thi công bê tông đổ dưới nước của cọc khoan nhồi

là dùng ống dẫn

Hỗn hợp bê tông có độ sụt từ 18-20cm Công tác đầm bê tông được thực hiện bằng chính ống đổ bê tông thông qua động tác nhắp ống Thời gian đổ bêtông cho cọc

không được kéo dài quá 4 giờ (để đảm bảo chất lượng, cường độ bêtông suốt chiều dài

cọc) Nếu quá trình thi công đổ bêtông ống bị nghẹt … thì có biện pháp xử lý nhanh chóng, thời gian xử lý không vượt quá giới hạn trên Trong trường hợp không xử lý được thì phải ngừng thi công ít nhất là 24 giờ, sau đó vệ sinh hố khoan lại một lần nữa

mới tiếp tục đổ bêtông

Khối lượng bê tông thực tế so với kích thước lỗ cọc theo lý thuyết không được vượt quá 20 % Khi tổn thất bê tông lớn phải kiểm tra lại biện pháp giữ thành lỗ khoan

Kiểm tra chất lượng bê tông cọc

Phương pháp kiểm tra Tỷ lệ kiểm tra tối thiểu, % số cọc

- Siêu âm, tán xạ Gamma có đặt ống trước 10 đến 25

- Khoan kiểm tra tiếp xúc mũi cọc-đất 1 đến 3

Phương pháp siêu âm, tán xạ Gamma, phương pháp động biến dạng nhỏ và các phương pháp thử không phá hoại khác được dùng để đánh giá chất lượng bê tông cọc

đã thi công Đối với các công trình dân dụng và công nghiệp thông thường, khối lượng kiểm tra chất lượng bê tông cọc tối thiểu theo bảng trên Cần kết hợp từ 2 phương pháp khác nhau trở lên để kiểm tra Khi cọc có chiều sâu lớn hơn 30 lần đường kính (L/D > 30) thì phương pháp kiểm tra qua ống đặt sẵn là chủ yếu Nếu còn nghi ngờ khuyết tật cần kiểm tra bằng khoan lấy mẫu để khẳng định khả năng chịu tải lâu dài của cọc trước khi có quyết định sửa chữa hoặc thay thế

Phương pháp khoan kiểm tra tiếp xúc đáy cọc với đất tiến hành trong ống đặt sẵn, đường kính từ 102 mm đến 114 mm cao hơn mũi cọc từ 1 m đến 2 m, số lượng ống đặt sẵn để khoan lõi đáy cọc theo quy định của Thiết kế, tham khảo Bảng trên

1.4 Kết luận chương I:

Các nghiên cứu cho thấy cọc khoan nhồi là một giải pháp xử lý nền hiệu quả áp dụng trong các công trình có tải trọng lớn và chiều dài cọc lớn, trong điều kiện môi trường

có yêu cầu khắt khe… cọc khoan nhồi với khả năng cơ động do có thể sử dụng được

cả hai biện pháp khoan tự hành và khoan thủ công bằng giàn khoan điện có thể dễ dàng luồn lách vào các ngõ hẻm trong thành phố để thực hiện và khả năng gây tổn

thương lên công trình lân cận hoặc làm hư hỏng đường xá là rất nhỏ

Nhược điểm của giải pháp này là giá thành cao hơn cọc đúc sẵn, thời gian thi công kéo dài hơn cọc ép, dễ bị khuyết tật bê tông khi thi công dưới môi trường âm ngầm của nền đất, song có thể kiểm soát và thay đổi kết quả được nếu việc giám sát chất lượng và phòng ngừa sai sót được kiểm soát tốt trong quá trình thi công

Tuy nhiên, trong thi công quản lý chất lượng cọc phải chặt chẽ để đảm bảo chất lượng, được áp dụng rộng rãi loại cọc này trong thực tế xây dựng công trình lớn

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN CỌC VÀ MÓNG CỌC KHOAN

NH ỒI

2.1 Khái ni ệm về sức chịu tải của cọc đơn [3]

Sức chịu tải của cọc đơn (viết tắt là SCT) là tải trọng lớn nhất tác dụng lên cọc và đảm bảo hai điều kiện:

- Cọc không bị nứt vỡ (điều kiện về vật liệu làm cọc)

- Đất ở mũi cọc và xung quanh cọc không bị phá hoại về cường độ hoặc về biến dạng (điều kiện về đất nền)

Như vậy, SCT của cọc là khả năng chịu tải lớn nhất (còn gọi là SCT giới hạn), phụ thuộc vào độ bền vật liệu làm cọc và tính chất của đất bao quanh cọc, nghĩa là

Qu = f (độ bền vật liệu cọc, tính chất đất bao quanh cọc)

Tuỳ theo phương của tải trọng tác dụng lên đầu cọc, phân biệt

- Sức chịu tải dọc trục của cọc Qu

- Sức chịu tải ngang trục của cọc Quh

* Nguyên tắc xác định

Qvl: SCT tính theo độ bền vật liệu làm cọc;

Qđ : SCT tính theo đặc tính của đất bao quanh cọc

Qu = min (Qvl , Qđ ) Sau khi xác định được sức chịu tải giới hạn, cần xác định sức chịu tải cho phép, được xác định theo công thức:

Qu = min (Qvl/FS , Qđ/FS )

2.2 Tính toán s ức chịu tải của cọc khoan nhồi theo độ bền vật liệu

Sức chịu tải của cọc chịu nén được tính theo công thức:

Qvl = ϕ(m1m2RbFb + RaFa) (2.1)

Trong đó:

Rb - cường độ tính toán của bê tông khi nén mẫu hình trụ;

Fb - diện tích tiết diện ngang của bê tông cọc;

Ra - cường độ tính toán của cốt thép;

Fa - diện tích tiết diện ngang của cốt thép dọc;

m1 - hệ số điều kiện làm việc, đối với cọc được đổ bê tông bằng ống dịch chuyển thẳng đứng (tremie) thì m1 = 0,85

m2 - hệ số điều kiện làm việc kể đến phương pháp thi công

- Khi thi công trong đất sét dẻo, dẻo cứng, khoan và nhồi bê tông không

cần ống vách, đồng thời mực nước ngầm thấp hơn mũi cọc thì m2=1

- Khi thi công có dùng ống vách nhưng nước ngầm không xuất hiện trong lỗ khoan khi nhồi bê tông thì m2 = 0,9

- Khi thi công cần dùng ống vách và đổ bê tông trong dung dịch huyền phù sét (Bentonite) thì m2 = 0,70

ϕ - hệ số uốn dọc của cọc; thông thường ϕ = 1; khi cọc xuyên qua các

r - bán kính của cọc tròn hoặc cạnh cọc vuông

b - bề rộng của tiết diện chữ nhật

ltt – chiều dài tính toán của cọc

2.3 Tính toán s ức chịu tải cọc theo đất nền

2.3.1 Tính toán s ức chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm trong phòng:

a) Xác định sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền:

tc

tc a

K

Q

Trong đó:

Qa - sức chịu tải cho phép tính toán;

Qtc - sức chịu tải tiêu chuẩn cọc đơn;

ktc – hệ số an toàn, được lấy như sau:

Đối với móng cọc đài cao hoặc đài thấp có đáy đài nằm trên đất có tính nén lún lớn và đối với cọc ma sát chịu tải trọng nén, cũng như đối với bất kỳ loại đài nào mà cọc treo,

cọc chống chịu tải trọng nhổ, tùy thuộc số lượng cọc trong móng, trị số ktc được lấy theo bảng sau:

Lưu ý: Nếu việc tính toán móng cọc có kể đến tải trọng gió và tải trọng cần trục thì

được phép tang tải trọng tính toán trên các cọc biên lên 20% (trừ móng trụ đường dây

tải điện)

b) Xác định sức chịu tải tiêu chuẩn theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền:

Qtc = m(mRqpAp + uΣmffili) (2.3) Trong đó:

m - Hệ số điều kiện làm việc, nếu đầu cọc tựa trên đất sét có độ bão hoà G < 0,85 thì lấy m = 0,80; các trường hợp khác lấy m = 1

mR - Hệ số điều kiện làm việc của đất dưới mũi cọc Khi có mở rộng đáy cọc

bằng phương pháp nổ mìn thì mR = 1,3 Khi thi công cọc có mở rộng đáy

bằng phương pháp đổ bê tông dưới nước lấy mR = 0,9 Các trường hợp khác lấy mR = 1

Ap - Diện tích mũi cọc (tính bằng m2

) lấy như sau:

- Đối với cọc nhồi không mở rộng đáy, lấy bằng diện tích tiết diện ngang

- Đối với cọc nhồi có mở rộng đáy, lấy bằng diện tích tiết diện ngang của

2,3

3 3,5 3,8

4 4,2

1,5 2,1 2,5 2,7 2,9 3,1

1,2 1,7

2 2,2 2,4 2,5

0,5 1,2 1,1 1,6 1,7 1,8

0,4 0,7 0,8 0,9

1

1

0,4 0,5 0,7 0,8 0,8 0,8

0,3 0,4 0,6 0,7 0,7 0,7

0,2 0,4 0,5 0,5 0,6 0,6

10

4,4 4,6 5,1 5,6 6,1 6,6

7

3,3 3,4 3,8 4,1 4,4 4,7

5

2,6 2,7 2,8

3 3,2 3,4 3,6

1,9 1,9

2

2

2 2,1 2,2

1

1 1,1 1,2 1,2 1,2 1,3

0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,9 0,9

0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,8 0,8

0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,7 0,7

mf – Hệ số điều kiện làm việc của đất ở mặt bên cọc, phụ thuộc vào phương pháp khoan tạo lỗ, lấy theo Bảng 2.3

Bảng 2.3 Hệ số mf

Lo ại cọc và phương pháp thi công cọc

H ệ số điều kiện làm việc của

đất m f trong Cát Á cát Á sét Sét

3 Cọc khoan nhồi trong đó kể cả mở

rộng đáy, đổ bê tông:

a) khi không có nước trong lỗ khoan

(phương pháp khô) hoặc khi dùng ống

chống

b) Dưới nước hoặc dung dịch sét

c) Hỗn hợp bê tông cứng đổ vào cọc có

đầm (phương pháp khô)

0,7

0,6 0,8

0,7

0,6 0,8

0,7

0,6 0,8

0,6

0,6 0,7

7 Cọc khoan phun chế tạo có ống chống

hoặc bơm hỗn hợp bê tông với áp lực 2-4

atm

0,9 0,8 0,8 0,8

qp - Cường độ chịu tải của đất ở đầu mũi cọc (T/m2), được tính như sau:

* Đối với đất hòn lớn có chất độn là cát và đối với đất cát trong trường hợp cọc nhồi

có và không có mở rộng đáy, tính theo công thức sau:

qp = 0,75β(γ’IdpAok + αγILB0k) (2.4) Trong đó:

Β, Ao k,αB 0

k - Hệ số không thứ nguyên lấy theo bảng A.6;

γ’I - Trị tính toán trung bình (theo các lớp) của trọng lượng thể tích đất, t/m3, nằm phía trên mũi cọc (khi đất no nước có kể đến sự đẩy nổi trong nước);

L- chiều dài cọc, m;

dp- Đường kính, m của cọc nhồi hoặc của đáy cọc (nếu có mở rộng đáy

cọc

Lưu ý: Mũi cọc phải cắm vào tầng đất tốt một đoạn lớn hơn đường kính cọc, nếu là

c ọc có mở rộng đáy thì phải lớn hơn 2m

12,8 24,8

17,3 32,8

24,4 45,5

34,6

64

48,6 87,6

10 12,5

15 17,5

20 22,5

25

0,78 0,75 0,68 0,62 0,58 0,55 0,51 0,49 0,46 0,44

0,79 0,76 0,7 0,67 0,63 0,61 0,58 0,57 0,55 0,54

0,8 0,77 0,7 0,67 0,63 0,61 0,58 0,57 0,55 0,54

0,82 0,79 0,74 0,7 0,67 0,65 0,62 0,61 0,6 0,59

0,84 0,81 0,76 0,73 0,7 0,68 0,66 0,65 0,64 0,63

0,85 0,82 0,78 0,75 0,73 0,71 0,69 0,68 0,67 0,67

0,85 0,83 0,8 0,77 0,75 0,73 0,72 0,72 0,71 0,7

0,86 0,84 0,82 0,79 0,7 0,76 0,75 0,75 0,74 0,74

0,87 0,85 0,84 0,81 0,80 0,79 0,78 0,78 0,77 0,77

0,31 0,21

0,29 0,23

0,27 0,22

0,26 0,21

0,25 0,20

0,24 0,19

0,28 0,18

0,28 0,17

* Đối với đất sét, trong trường hợp cọc nhồi có và buồn có không có mở rộng đáy lấy theo bảng 2.5.Bảng 2.5- Trị số qp

2.3.2 Tính toán s ức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cường độ đất nền:

a Sức chịu tải cực hạn của cọc:

Trong đó:

Qu = sức chịu tải giới hạn;

Qp = sức chịu tải giới hạn tại chân cọc;

p a

FS

Q FS

Q

Trong đó:

FS - hệ số an toàn, được quy định tùy thuộc phương pháp xác định SCT, loại

SCT (Q u hay Q uh , Q p hay Q s ) Nói chung FS = 2 ÷ 6 Tính toán theo kết quả xuyên tĩnh, FS = 2 ÷ 3 (thường lấy FSp=3; FSs=2)

- Xác định sức chịu tải cực hạn do ma sát Qs:

i si

s u f l

Trong đó:

u - chu vi tiết diện cọc

fsi – lực ma sát đơn vị ở giữa lớp đất thứ I tác dụng lên cọc

li – chiều dài của lớp đất thứ i mà cọc đi qua

- Lực ma sát đơn vị được tính như sau:

I ai I ai h

mặt bên cọc

si vi

hi ' k

Trong đó:

σ’vi - ứng suất hữu hiệu giữa lớp đất thứ I theo phương thẳng đứng

ksi - hệ số áp lực ngang của lớp đất thứ i, ksi = 1 – sinIϕi

- Sức chịu tải cực hạn do kháng mũi Qp:

Trong đó:

Ap - diện tích tiết diện ngang của mũi cọc

qp – cường độ đất nền dưới mũi cọc

- Cường độ chịu tải của đất dưới mũi cọc tính theo công thức:

γγ

γ - trọng lượng thể tích của đất ở độ sâu mũi cọc

dp - cạnh cọc vuông hoặc đường kính của cọc tròn

2.3.3 Tính toán s ức chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh (CPT):

a) Theo kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh:

- Sức chịu tải cực hạn của một cọc:

Qu = Qs + Qp (2.15)

- Sức chống mũi cực hạn ở mũi xác định theo công thức:

Trong đó:

Ap – diện tích mũi cọc

qp - sức chống xuyên đầu mũi

c c

s u f l

Trong đó:

u - chu vi tiết diện cọc

li – chiều dài của lớp đất thứ i mà cọc đi qua

fsi – lực ma sát đơn vị của lớp đất thứ i tác dụng lên cọc, được tính như sau:

i

ci si

q f

α

Trong đó:

αi – hệ số, lấy theo bảng 2.6

Sức chịu tải cho phép của một cọc Qa:

80 (35)

Cát chặt vừa 2500 – 10000 0.5 1000 (120)

80 Cát chặt đến rất chặt >10000 0.4 150 (150)

120

Đá phấn phong hóa, mảnh

2.3.4 S ức chịu tải của cọc theo kết quả xuyên tiêu chuẩn (SPT):

- Sức chịu tải cực hạn của cọc tính theo công thức của (Meyerhof, 1956) dùng cho đất

rời:

Qu = K1NAp+ K2NtbAs (2.21) Trong đó:

N- chỉ số SPT trung bình trong khoảng 1d dưới mũi cọc và 4d trên mũi

cọc;

Ap- Diện tích tiết diện mũi cọc, m2

;

Ntb- chỉ số SPT trung bình dọc thân cọc trong phạm vi lớp đất rời;

As- Diện tích mặt bên cọc trong phạm vi lớp đất rời, m2;

K1- hệ số, lấy bằng 400 cho cọc đóng và bằng 120 cho cọc khoan nhồi

Hệ số an toàn áp dụng khi tính toán sức chịu tải của cọc theo xuyên tiêu chuẩn lấy bằng 2,5-3,0

- Sức chịu tải của cọc theo công thức của Nhật Bản:

(2.22) Trong đó:

Na- chỉ số SPT của đất dưới mũi cọc;

Ns- chỉ số SPT của lớp cát bên thân cọc;

Ls-chiều dài đoạn cọc nằm trong đất cát, m;

Lc- chiều dài đoạn cọc nằm trong đất sét, m;

α- Hệ số, phụ thuộc vào phương pháp thi công cọc;

- Cọc bê tông cốt thép thi công bằng phương pháp đóng: α =30;

- Cọc khoan nhồi: α =15

- Tính sức chịu tải của cọc trong đất dính (theo David, 1979)

Trong đó:

Qu - sức chịu tải của cọc (kN);

F - diện tích tiết diện ngang của cọc (m2);

Fs - diện tích mặt bên cọc trong phạm vi đất dính (m2);

Nc - hệ số chịu tải, lấy bằng 9;

Cu - lực dính không thoát nước theo SPT

Cu = N/1,4 (T/m2) hay Cu = 7,14N (kPa) (2.25)

fs - lực ma sát giữa đất dính và thành cọc fs = αCu (2.26)

- sức kháng đầu mũi cọc

α - hệ số thực nghiệm Sức chịu tải cho phép của cọc với hệ số an toàn FS = 3 là: Qa = Qu/FS

Ghi chú: Trong thực tế thường gặp 2 trường hợp:

a) Khi cọc xuyên qua các lớp đất sét yếu để cắm được vào các tầng cát và cuội sỏi bên dưới thì có thể dùng công thức của Mayerhof để xác định sức chịu tải của cọc

b) Khi cọc xuyên qua các lớp đất yếu (sét nhão chảy, cát mịn) để cắm vào tầng sét cứng bên dưới thì có thể dùng công thức của David để xác định sức chịu tải của cọc

2.3.5 S ức chịu tải của cọc theo TCVN [10]

a Tiêu chuẩn "Nhà cao tầng Thiết kế cọc khoan nhồi" TCXD 195:1997

Sức chịu tải cho phép của cọc (Qa) trong nền gồm các lớp đất dính và đất rời tính theo công thức:

Ap - diện tích tiết diện mũi cọc;

Ps - chu vi tiết diện ngang của cọc

Wp - hiệu số giữa trọng lượng cọc và trọng lượng trụ đất nền do cọc thay thế b.Sức chịu tải của cọc theo TCVN 10304-2014

Sức chịu tải trọng nén Rc,u, tính bằng kN, của cọc đóng hoặc ép nhồi và cọc khoan

nhồi mởhoặc không mở rộng mũi và cọc ống moi đất và nhồi bê tông vào bên trong, được xác định theo công thức:

Rc,u = γc (γcq qb Ab + uΣγcf fi li) (2.28) Trong đó:

γc - hệ số điều kiện làm việc của cọc, khi cọc tựa trên nền đất dính với

độ bão hòa Sr < 0,9 và trên đất hoàng thổ lấy γc = 0,8; với các trường

hợp khác γc = 1;

γcq - hệ số điều kiện làm việc của đất dưới mũi cọc, lấy như sau:

γcq = 0,9 cho trường hợp dùng phương pháp đổ bê tông dưới nước;

đối với các trường hợp khác γcq = 1;

qb - cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc

Ab - diện tích tiết diện ngang mũi cọc, lấy như sau:

- không mở rộng mũi: lấy bằng diện tích tiết diện ngang của cọc;

- có mở rộng mũi: lấy bằng diện tích tiết diện ngang lớn nhất của

phần mở rộng;

- đối với cọc ống độn bê tông lòng và cọc ống có bịt mũi: lấy bằng

diện tích mặt cắt ngang toàn bộ của ống;

u - chu vi tiết diện ngang thân cọc;

γcf - hệ số điều kiện làm việc của đất trên thân cọc, phụ thuộc vào phương pháp tạo lỗ và điều kiện đổ bê tông - xem Bảng 2.7;

fi - cường độ sức kháng trung bình của lớp đất thứ “i” trên thân cọc,

li - chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất thứ “i”

Chú thích:

- Đối với cọc mở rộng mũi, sức kháng của đất trên thân cọc được tính trong phạm vi chiều sâu kể từ cao độ mặt đất thiết kế tới cao trình mặt cắt giữa thân cọc với mặt nón

tạo bởi các đường tiếp tuyến với mặt bầu mở rộng một góc bằng ϕl /2 với trục cọc, ở đây ϕl là trị số trung bình góc ma sát trong tính toán của các lớp của đất thuộc phạm vi

mặt nón kể trên

- Chu vi tiết tiện ngang thân cọc của cọc khoan nhồi lấy bằng chu vi hố khoan

- Cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc qb được xác định như sau:

a) Đối với đất hòn vụn thô lẫn cát và đất cát ở nền cọc đóng hoặc ép nhồi và cọc khoan

nhồi có hoặc không mở rộng mũi, qb được tính theo công thức:

qb = 0,75α4 (α1 γ’I d + α2 α3 γI h) (2.29) Trong đó:

α1, α2, α3, và α4 - các hệ số không thứ nguyên phụ thuộc vào trị số góc

ma sát trong tính toán ϕI của nền đất và được lấy theo Bảng 2.8, nhân với hệ số chiết giảm 0,9;

γ’I - dung trọng tính toán của nền đất dưới mũi cọc (có xét đến tác dụng đẩy nổi trong đất bão hòa nước);

γI - dung trọng tính toán trung bình (tính theo các lớp) của đất nằm trên mũi cọc (có xét đến tác động đẩy nổi trong đất bão hòa nước);

d - đường kính cọc đóng hoặc ép nhồi, cọc khoan nhồi và cọc ống, đường kính phần mở rộng (cho cọc có mở rộng mũi) hay đường kính hố khoan dùng cho cọc - trụ, liên kết với đất bằng vữa xi măng - cát;

h - chiều sâu hạ cọc, kể từ mặt đất tự nhiên hoặc mặt đất thiết kế (khi có thiết kế đào đất) tới mũi cọc hoặc tới đáy phần mở rộng mũi; đối với trụ cầu h được kể từ cao độ đáy hố sau xói có kể đến mực nước lũ tính toán

b) Đối với đất dính qb được lấy theo Bảng 2.9

Bảng 2.7 Hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất γcf

Cọc và phương pháp thi công cọc Hệ số điều kiện làm việc γ cf trong đất

1 Cọc đóng hoặc ép nhồi theo điểm 6.4a, hạ

ống vách có tấm đế, hoặc nút bê tông

3 Cọc khoan nhồi trong đó có mở rộng mũi,

đổ bê tông trong trường hợp:

a) Không có nước (phương pháp khô), cũng

như khi dùng ống vách chuyên dụng

c) Dùng vữa bê tông cứng (độ sụt nhỏ) kết

hợp dùng đầm sâu (phương pháp khô)

7 Cọc khoan phun nhồi dùng ống vách hoặc

dùng vữa bê tông chịu áp lực ép từ 200 kPa

đến 400 kPa (từ 2 atm đến 4 atm) hoặc phun

vữa bê tông qua cần khoan guồng xoắn rỗng

lòng

CHÚ THÍCH: Đối với cọc khoan nhồi đường kính lớn và barette sức chịu tải của cọc phụ thuộc nhiều vào loại đất, chất lượng thi công Hệ số điều kiện làm việc γcf trong Bảng 5 có thể không phù hợp cho mọi trường hợp Khi có đủ cơ sở kinh nghiệm thực

tế có thể tăng hệ số này lên 0,8 đến 1,0 Giá trị sức chịu tải của cọc phải được kiểm chứng bằng thí nghiệm thử tải tĩnh cọc tại hiện trường

12,6 24,8

17,3 32,8

24,4 45,5

34,6

64

48,6 78,6

71,3 127,0

108,0 185,0

163,0 260,0

0,79 0,76 0,70 0,65 0,61 0,58 0,55 0,53 0,51 0,49

0,8 0,77 0,71 0,67 0,68 0,61 0,58 0,57 0,55 0,54

0,82 0,79 0,74 0,70 0,67 0,65 0,62 0,61 0,6 0,59

0,84 0,81 0,76 0,73 0,70 0,68 0,66 0,65 0,64 0,63

0,85 0,82 0,78 0,75 0,73 0,71 0,69 0,68 0,67 0,67

0,85 0,83 0,8 0,77 0,75 0,73 0,72 0,72 0,71 0,7

0,85 0,84 0,82 0,79 0,78 0,76 0,75 0,75 0,74 0,74

0,87 0,85 0,84 0,81 0,80 0,79 0,78 0,78 0,77 0,77

α4 ứng với d ≤ 0,8

m

4,0

0,34 0,25

0,31 0,24

0,29 0,23

0,27 0,22

0,26 0,21

0,25 0,20

0,24 0,19

0,23 0,18

0,22 0,17

CHÚ THÍCH: Giá trị tính toán của góc ma sát trong cần lấy ϕ = ϕI; đối với các giá trị trung gian ϕI, h/d và d, giá trị các hệ số α1, α2 , α3 và α4 xác định bằng phương pháp nội suy