Các dạng tính toán móng cọc

Thông thường, đối với nhà cao tầng thường dùng móng cọc khoan nhồi. đường kính cọc phổ biến từ 0 m 80 đến 1 m 40, hay dùng nhất là loại cọc ð 1 m 00 và ð 1 m 20. Đối với nhà có chiều cao trên 30 tầng, thì dùng móng cọc Barét. Đầu cọc phải cắm vào tầng đất tốt. Đài cọc phải có chiều dày bằng hoặc lớn hơn 2 lần đường kính cọc khoan nhồi hoặc 2 lần chiều rộng cọc Barét. Ngoài việc tính toán sức chịu tải của cọc bằng lý thuyết dựa vào kết quả khảo sát địa chất công trình, còn phải thí nghiệm sức chịu tải của cọc tại hiện trường như nén tỉnh cọc hoặc phương pháp Osterberg khi sức chịu tải của cọc rất lớn. Nếu dùng tường trong đất, thì đây là kết cấu vĩnh viễn. Tường trong đất là loại kết cấu bê tông cốt thép có chiều dày từ 60 cm đến 1,5 m (tường tầng hầm nhà cao tầng thường dùng loại chiều dày từ 60 cm đến 1 m tuỳ yêu cầu cụ thể, có chiều sâu đến vài chục mét. Tường trong đất phải chống được vào tầng đất loại sét có trạng thái dẻo cứng đến nửa cứng hoặc cứng

81

ch-ơng V móng cọc

$1.Khái niệm chung:

Móng cọc đ-ợc sử dụng rộng rãi trong xây dựng:

Khi tải trọng công trình t-ơng đối lớn, Khi lớp đất tốt xuất hiện t-ơng đối sâu,

Khi có yêu cầu cao về hạn chế biến dạng công trình

Nếu hđ đủ sâu để cho đất từ đáy

đài trở lên tiếp nhận đ-ợc tải trọng

ngang thì:

móng cọc  gọi là MC đài thấp,

ng-ợc lại  gọi là MC đài cao

Cọc trong MC đài thấp chịu tải trọng

ngang không đáng kể mà chủ yếu chịu

tải đứng

Cọc trong MC đài cao chịu tải trọng ngang của CT khá lớn nên đòi hỏi phải có độ cứng chống uốn lớn

 Các công trình giao thông th-ờng áp dụng

loại móng này để giảm bớt khó khăn cho thi

công

Cọc làm việc chia thành 2 loại:

Cọc chống: Nếu mũi cọc nằm trong lớp

đất có tính biến dạng lún rất thấp hoặc thực tế

coi là không biến dạng Toàn bộ tải trọng

truyền xuống mũi cọc; ma sát xung quanh thân

cọc không đáng kể  th-ờng là nền đá

Tính toán cọc chống  chủ yếu dựa vào khả

năng làm việc VL

82

Cọc treo ( cọc ma sát):

Tải trọng truyền xuống một phần ở mũi cọc, một phần ở xung quanh thân cọc

Tính toán cọc treo  chủ yếu dựa vào khả năng làm việc  đất nền

Không thay thế: cọc đặc hoặc rỗng có bịt đầu đóng

Thay cả: khoan nhồi Thay một phần: khoan mồi + đóng hoặc ép

I.Loại cọc đúc sẵn hạ bằng búa th-ờng (cọc đóng)

1, Cọc gỗ: Dùng trong CT nhỏ hoặc tạm thời

-u điểm: cọc gỗ nhẹ vận chuyển dễ dàng, chế tạo đơn giản, không cần thiết bị

đóng lớn, nếu cọc gỗ luôn nằm d-ới mực n-ớc ngầm thì thời gian sử dụng rất lâu

Nh-ợc: Sức chịu tải nhỏ, hạn chế về chiều dài

Dễ bị xâm thực & dễ bị phá hoại khi đóng - cần ngâm tẩm Creozot ở áp lực cao)

Khi dùng cọc gỗ y/c chú ý những điểm sau:

- Đ/k th-ờng chọn 20 ữ 30 cm, L= 5 ữ 8m, gỗ dùng cọc nên chọn loại gỗ cứng thẳng,

độ cong không nên quá 1/100 so với chiều dài

- Đỉnh cọc đ-ợc bảo vệ bằng đai thép dày 8mm rộng 7ữ10cm, mũi vát nhọn, bịt thép để

dễ đóng, không bị dập nát

- Do gỗ hiếm nên  hiện nay ít dùng

2.Cọc BTCT: Dùng phổ biến

-u điểm: - Điều kiện áp dụng rộng rãi hơn ( l-u ý ở n-ớc mặn) tiết diện, chiều

dài có thể theo ý muốn, c-ờng độ vật liệu cọc t-ơng đối lớn

Nh-ợc điểm: - Trọng l-ợng quá lớn, gây khó khăn cho vận chuyển và hạ cọc

Cần khối l-ợng thép lớn cho vận chuyển, cẩu lắp

Thi công cọc  hay bị nứt ( khắc phục bằng cách dùng BTCT ứng suất tr-ớc) Tiết diện: tròn, tam giác, I, T, rỗng

Với cọc BTCT thông th-ờng có cấu tạo nh- sau:

L = 4ữ25m có khi tới 100m Các đoạn th-ờng 6ữ8 m nối lại với nhau trong khi hạ

Đỉnh cọc tăng c-ờng  l-ới thép a = 50mm

83

Mũi tăng c-ờng thêm  thép dọc và đai thép đai ở hai đầu dày hơn a= 5ữ10cm thép 6ữ8mm

Thép dọc 4-8 thanh CT5; thép đai CT3, có thể dùng đai xoắn

Thông th-ờng ng-ời ta bố trí cốt thép nh- sau: Cọc 20  20dùng 4  14; Cọc 25  25dùng

Thông th-ờng BTcọc khoan nhồi có hàm l-ợng xi măng không < 350kg/m3

L-u ý: Với cọc có yêu cầu kỹ thuật cao( địa chất phức tạp, tải lớn, điều kiện thi công khó

khăn ) cần chế tạo cọc có lỗ rỗng với đ/kính không < 30mm để kiểm tra độ thẳng đứng của cọc sau khi thi công

Đóng cọc Cọc tiết diện nhỏ

85

3, Cọc thép: Th-ờng dùng ở những CT vĩnh cửu hoặc những CT chịu tải trọng ngang lớn cũng có tr-ờng hợp dùng làm CT tạm thời nh- các vòng vây để thi công móng Trong tr-ờng hợp đặc biệt mới dùng cọc thép

*Tóm lại: Loại cọc chế tạo tr-ớc đ-a đến vị trí rồi hạ cọc bằng ph-ơng pháp đóng

-u điểm: Chất l-ợng bản thân cọc có thể kiểm soát đ-ợc và đễ dàng loại bỏ khi phát hiện thấy không đảm bảo, tốc độ thi công nhanh và thuận lợi

Nh-ợc điểm: Với cọc đóng là tiếng ồn và rung động

II.Loại cọc hạ bằng ph-ơng pháp xoắn ( cọc xoắn)

Khác: ở giữa hoặc xung quanh có gắn thêm các ống để dẫn n-ớc

Cách hạ: chỉ xói n-ớc để trọng l-ợng bản thân cọc làm cho nó hạ gần đến chiều sâu thiết kế khi còn cách độ sâu thiết kế 1  1,5m dùng búa  đóng

Vừa xói n-ớc, vừa dùng búa đóng

IV.Loại cọc hạ bằng ph-ơng pháp rung ( móng cọc ống)

Cấu tạo:

Cọc ống là kết cấu vỏ mỏng bằng thép hoặc BTCT có dạng hình ống

Cách hạ: Do tác dụng rung của máy chấn động

-u điểm: Có thể công nghiệp hoá, dùng hiệu quả trong loại đất

 không dính hoặc đất dạng hạt

Tốn ít vật liệu

Tận dụng cao khả năng làm việc của vật liệu móng

Có thể đ-a móng xuống sâu mà không cần đến móng giếng chìm (là loại móng có hại cho sức khoẻ)

Có thể thi công quanh năm và toàn bộ công tác trên mặt n-ớc

86

 cải thiện đ/kiện lao động

Việt nam: cọc cầu Hàm rồng đ/k = 1,55m

N-ớc ngoài: đ/k đến 6m

V.Loại cọc đổ tại chỗ ( Cọc nhồi)

Cọc sẽ đ-ợc chế tạo ngay tại chỗ mà cọc sẽ làm việc sau khi xây dựng CT

Nguyên tắc: Khoan tạo lỗ, có ống vách hoặc không ống vách, hình dạng có thể tròn

hoặc chữ nhật (Cọc Baret)

Đổ BT; BT có độ sụt cao, đổ qua ống dẫn

Cầu Mỹ thuận: cọc đ/k = 2,5m; L  100m

C/trình 27 Láng hạ: cọc Barét = 1m  2,8m đến 1,5m  2,8m

-u điểm: Sức chịu tải lớn

Không phải vận chuyển nên l-ợng cốt thép trong cọc ít hơn so với cọc đóng,

Thi công êm thuận nên ít gây chấn động cho CT lân cận nh- ph-ơng pháp đóng

Sau khi ép xuống độ sâu th/kế  liên kết cọc với móng cũ

Hiện nay công nghệ này rất phát triển ở Việt nam, dùng trong cả sửa chữa và xây mới Thiết bị ép lên đến trên 300 tấn

Tải trọng làm việc của cọc trên 100 tấn

Chia thành 2 loại:

Ph-ơng pháp ép tr-ớc: cọc đ-ợc ép tr-ớc khi xây dựng CT lúc đó đối trọng để neo kích là đối trọng hoặc cọc neo

Ph-ơng pháp ép sau: lỗ hạ cọc đ-ợc chừa sẵn ở đài

Khi xây xong 1 phần CT thì ép cọc

Sau đó liên kết cọc với đài

88

ép "tr-ớc" ép "sau"

$3 Cấu tạo đài cọc:

Vật liệu: BT; BTCT

Đài có thể: toàn khối hay lắp ghép

Dạng: đỉnh đài phụ thuộc đáy CT

đáy đài phụ thuộc bố trí cọc  Có thể: Đơn, Băng , Bè

Chiều dày đài  tính toán

Đài có thể: liên tục hoặc thành bậc

Cấu tạo chung đài cọc nh- sau:

+ Với cọc đóng hoặc ép: để có thể đ-a cọc đến độ sâu thiết kế khoảng cách các cọc là 3Dc khi khoảng cách cọc ≥ 6Dc thì sự làm việc của cọc đơn và của 1 cọc trong nhóm là nh- nhau

89

+ Với cọc khoan nhồi khoảng cách cọc có thể 2,5Dc

Liên kết cọc với đài phổ biến hơn cả là liên kết ngàm

Nếu đầu cọc không thể đập để lấy thép chủ liên kết vào đài (tr-ờng hợp thi công d-ới n-ớc nh- trụ cầu chẳng hạn) chiều dài cọc trong đài phải không ít hơn 2Dc hoặc 1,2m nếu Dc > 600

Tr-ờng hợp đập đầu cọc neo thép vào đài:  20 đối với thép gai

 40 đối với thép trơn

đoạn cọc trong đài chỉ yêu cầu đến 100 là đủ

Tr-ờng hợp đặc biệt cọc có thể không liên kết trực tiếp với đài mà  thông qua tầng giảm chấn đ-ợc áp dụng trong các vùng có động đất, lớp đệm trung gian bằng vật liệu rời ( đá dăm, sỏi, cát thô và cát trung)

Khoảng cách từ mép cọc ngoài cùng đến mép đài phụ thuộc vào sai số cho phép khi đóng cọc, tức là phụ thuộc vào đ-ờng kính cọc, đồng thời không < 100mm

Với MC đài cao: Nên tăng c-ờng cốt thép cho đài bằng các l-ới  20 ữ 25 đặt cách nhau

10 ữ 20 cm Đỉnh cọc nên đặt các l-ới cốt thép  12 cách nhau 10 ữ 20cm

Cọc ở mép phải đ-ợc tăng c-ờng bằng các thanh cốt thép uốn móc câu

BT yêu cầu M  200

$4.Sự làm việc giữa cọc đơn và nhóm cọc:

Sự làm việc của 1 cọc đơn và của 1 cọc trong móng cọc khác nhau rất nhiều:

+ Các cọc đ-ợc đóng thành nhóm với khoảng cách giữa các cọc từ 3 đến 4 lần đ-ờng kính hoặc cạnh của cọc Nếu các cọc là cọc ma sát thì ứng xử của các cọc trong nhóm hoàn toàn khác với ứng xử của các cọc đơn Với cọc chống thì có thể không thấy có dấu hiệu khác biệt nhau nh- thế

+ Tuy rằng trong các ph-ơng pháp tính hiện nay đều coi Sức chịu tải (SCT) trong 2 tr-ờng hợp đó là nh- nhau  cần phải nghiên cứu thêm để hoàn chỉnh  nhất là với cọc ma sát

+ Khi cùng trị số tải trọng lên cọc đơn và lên mỗi cọc trong nhóm  áp dụng lời giải của Mindlin ta thấy ứng suất z tại điểm trên trục cọc do cả nhóm gây ra lớn gấp vài lần

so với ứng suất d-ới cọc đơn, chiều rộng hiệu quả của nhóm cũng gấp một số lần so với cọc đơn  do đó độ lún của nhóm sẽ lớn hơn cọc đơn

 Ng-ời ta gọi đó là hiệu ứng nhóm: có thể viết: P u nhóm = η  n  P u đơn

Trong đó: η = hệ số nhóm

n = số l-ợng cọc trong nhóm

P u đơn = sức chịu tải của một cọc đơn

(cần nghiên cứu cách thi công và các loại đất khác nhau để rút ra trị số η )

Khi khoảng cách  6d ( d = đ/kính cọc thì không có ảnh h-ởng này)

T-ơng quan hai thành phần này phụ thuộc vào chuyển vị của cọc, loại cọc và nền đất:

Khi chuyển vị của cọc còn nhỏ thì thành phần kháng bên là chủ yếu

Khi tải lớn, chuyển vị cọc phát triển thì kháng bên giảm và lực chống mũi t-ơng ứng tăng lên

Để huy động hết có kết luận: Giá trị lún cực hạn này với đất sét nói chung khoảng 0,25

D, đất sét cứng khoảng 0,1 D, đất cát khoảng (0,08 ữ 0,1)D, D là đ-ờng kính cọc – Thí

nghiệm cọc - TQ

$5 Xác định sức chịu tải của cọc:

Cọc trong móng có thể bị phá hoại do 1 trong 2 nguyên nhân sau:

Vật liệu cọc bị phá hoại  Pvl

Pmin (Pvl; Pđn)  [P] – thiết kế

Do đất nền bị phá hoại  Pđn

Một số định nghĩa:

91

Sức chịu tải cực hạn (Pu): là tải trọng mà tại đó vật liệu hoặc đất nền bị phá hoại

Sức chịu tải cho phép  P : là tải trọng mà tại đó cọc làm việc an toàn (với một hệ số an

m = hệ số đ/kiện l/việc  theo bảng

F = diện tích tiết diện cọc

Rg = c-ờng độ chịu nén giới hạn khi nén dọc thớ gỗ

2 Cọc BTCT:

P = m.( RbtFbt + Rct Fct)

Rbt = c-ờng độ chịu nén giới hạn của BT

Rct = c-ờng độ chịu kéo giới hạn của cốt thép

Fbt = diện tích tiết diện phần BT

Fct = diện tích tiết diện phần cốt thép

II Theo đất nền:

1 Ph-ơng pháp thí nghiệm nén tĩnh:

92

 Việt nam Ta đã có các quy phạm nh- sau: 88-82; 189-190; 269:2002

TCVN: 269: 2002 Cọc – Ph-ơng pháp thí nghiệm bằng tải trọng tĩnh ép dọc trục:

Thời gian nghỉ của cọc: Thời gian tối thiểu: 21 ngày  cọc khoan nhồi

7 ngày với  cọc khác

Quy trình gia tải tiêu chuẩn: (Có thể gia tải theo chu kỳ)

Gia tải từng cấp đến tải trọng thí nghiệm lớn nhất theo dự kiến Mỗi cấp 25% tải thiết kế Cấp mới chỉ đ-ợc tăng khi tốc độ lún đầu cọc đạt ổn định quy -ớc nh-ng không quá 2h Giữ cấp tải lớn nhất cho đến khi độ lún đầu cọc đạt ổn định quy -ớc hoặc 24 giờ, lấy thời gian nào lớn hơn

Sau khi kết thúc gia tải, nếu cọc không bị phá hoại thì giảm tải về 0, mỗi cấp giảm tải bằng 2 lần cấp gia tải, thời gian mỗi cấp 30 phút, riêng cấp 0 có thể lâu hơn nh-ng không quá 6 giờ

ổn định lún quy -ớc:

93

Không quá 0,25mm/h đối với cọc chống vào lớp đất hòn lớn,

đất cát, đất sét từ dẻo cứng đến cứng

Không quá 0,1mm/h đối với cọc ma sát trong đất sét dẻo mềm đến dẻo chảy

Đối với cọc thăm dò:  thí nghiệm đến 250% ữ300% tải thiết kế

Đối với cọc kiểm tra:  thí nghiệm đến 150% đến 200% tải thiết kế

Trình bày kết quả:

Vẽ Biểu đồ quan hệ tải trọng – chuyển vị( P-S)

Vẽ Biểu đồ quan hệ chuyển vị – thời gian( S – t)

Dựa vào đó xác định Sức chịu tải giới hạn  Dựa vào đồ thị P – S

Tr-ờng hợp đ-ờng cong biến đổi nhanh, thể hiện rõ điểm có độ dốc thay đổi đột ngột ( điểm uốn), sức chịu tải giới hạn bằng tải trọng t-ơng ứng với điểm đ-ờng cong bắt

đầu thay đổi độ dốc

Nếu đ-ờng cong biến đổi chậm, khó hoặc không thể xác định chính xác điểm uốn thì căn cứ vào cách gia tải và quy trình thí nghiệm để chọn ph-ơng pháp xác định sức chịu tải giới hạn ( xem phụ lục sau)

Với quy trình 88-82: Sức chịu tải của cọc đ-ợc lấy nh- sau:

Pgh đ-ợc xác định dựa trên trên biểu đồ tải trọng - độ lún ứng với trị số độ lún

Trong đó: Sgh = độ lún giới hạn cho phép của công trình

 = hệ số chuyển đổi kể đến sự khác nhau giữa thời gian tác dụng của tải trọng khi thí nghiệm và của tải trọng thực tế Quy phạm Việt nam cho phép lấy = 0,2

25

25

40 45 35 30

20 15 10 5 0

S*

10 15 20

5

45 40 35 30

 Theo quy phạm ASTM D-1443 thì có 7 cách gia tải khác nhau Tuy nhiên quy trình gia tải nhanh ( QL – Quick Load) th-ờng đ-ợc sử dụng nhất Quy trình này nh- sau:

Dự tính tải nén tối đa Pmax Thông th-ờng Pmax= 2 ữ3 [P]; [P] là sức chịu tải thiết kế

Mỗi cấp sẽ là 1/20 Pmax ( nh- vậy sẽ có 20 cấp tải)

Mỗi cấp chỉ giữ 2,5 đến 5 phút

Sau đó giảm tải

95

S(mm)

0

P(t) 5

10 15 20 25 30 35 40 45

s

gh

4 , 22 25 ,

Sau khi hạ cọc đến độ sâu thiết kế, để cọc nghỉ, tiến hành đóng thử với

búa trọng l-ợng Q, độ cao rơi búa H, đo độ lún 1 nhát búa gây ra là

e - độ chối của cọc - độ xuyên sâu bình quân của cọc do 1 nhát búa

(Đóng cọc thử phải tiến hành từ 3 đến 5 nhát búa Độ cao rơi búa phải

đồng đều cho tất cả các nhát, và lấy giá trị trung bình.)

nF Q Q

q k Q nF

nF P

F = diện tích tiết diện ngang của cọc

Q = trọng l-ợng phần búa rơi

q = trọng l-ợng cọc bao gồm cả mũ cọc, đệm cọc và cọc dẫn nếu có

96

H= chiều cao rơi búa tính toán

k1= hệ số phục hồi khi va chạm; khi thép với gang va chạm với gỗ thì lấy k1 = 0,2

n = hệ số kinh nghiệm, phụ thuộc vật liệu làm cọc và cách đóng cọc

 theo bảng

Hệ số n

) Cọc gỗ: - có đệm

P ktc = lấy theo phụ lục A TCXD 205 ( =1,25 hoặc 1,4)

TCXD 205: 1998 ( Quy phạm mới của VN) có kiến nghị 2 công thức tính P gh ứng với tr-ờng hợp e  0,002m và e< 0,002m

Khi độ chối đo đ-ợc e TN  0 , 002m

w w w

w w w

nFe

E nFM

P

c n

c n

è gh

E = năng l-ợng tính toán của 1 va đập búa theo bảng

ef = độ chối thực tế, bằng độ lún của cọc do một va đập của búa còn khi dùng máy rung – là độ lún của cọc do công của máy trong thời gian 1 phút,m

e = độ chối đàn hồi của cọc xác định bằng máy đo độ chối

w = trọng l-ợng của phần va đập của búa, T

wc = trọng l-ợng của cọc và mũ cọc, T

w1 = trọng l-ợng của cọc dẫn ( khi hạ cọc bằng rung w1=0),T

wn = trọng l-ợng của búa hoặc của máy rung,T

 = hệ số phục hồi va đập, khi đóng cọc ống bê tông cốt thép bằng búa tác động va

đập có dùng mũ đệm gỗ lấy 2 = 0,2 hạ bằng rung lấy 2 =0

Khi độ chối đo đ-ợc e TN  0 , 002m nên chọn búa sao cho thoả mãn đ/kiện trên nếu không

có thể đổi đ-ợc thiết bị đóng thì  tham khảo công thức trong TCXD 205

97

 Hiện t-ợng chối giả khi đóng cọc:

Độ chối đo đ-ợc ngay sau khi vừa đóng cọc xong khác với độ chối thực

Với đất cát độ chối đo đ-ợc ngay sau khi đóng cọc < độ chối thực

Với đất sét thì ng-ợc lại

Lí do:

Khi đóng cọc do rung đất dồn chặt lại làm ma sát tăng lên độ chối nhỏ đi Sau một thời gian các tính chất của đất đ-ợc phục hồi độ chối đo đ-ợc lớn hơn

Với đất sét khi đóng đất bị ép chặt nên n-ớc bị thoát ra, nh-ng mới chỉ thoát nhiều

ra phía xung quanh cọc làm ma sát giảm đi nên  độ chối tăng lên, để một thời gian đất hồi phụcđộ chối giảm đi

Với: đất cát sau: 2ữ3 ngày  thí nghiệm

đất sét 15ữ30 ngày  hoặc lâu hơn

 Theo tiêu chuẩn của Hà lan:

Q qe

H Q

Trọng l-ợng toàn phần của búa: Qn = 26kN

Chiều cao rơi tối đa của quả búa: H= 3m

Cọc bê tông cốt thép có tiết diện (3030) cm2, trọng l-ợng cọc: q= 20,5kN

Cọc có đệm lót bằng gỗ

Trọng l-ợng đệm gỗ và thớt thép của máy trên đầu cọc: q1= 2KN

Kết quả thử cho độ chối của cọc là: e = 0,008m

Hãy xác định sức chịu tải của cọc

Bài làm:

Khi thử động cọc đóng, nếu độ chối thực tế đo đ-ợc ef  0,002m; Qu xác định theo công thức:

] 1 ) (

ε

4 1 [

W W W

nFe

nFM

Q

c n

c n

f

p u

Nếu độ chối đo đ-ợc < 0,002m thì nên đổi thiết bị có năng l-ợng lớn hơn hạ cọc Nếu không đổi đ-ợc thì dùng công thức trong 205: 1998

n = hệ số kinh nghiệm phụ thuộc vật liệu làm cọc và cách đóng cọc – tra bảng:

 Cọc BTCT có đệm lót bằng gỗ: n =1500kpa