CHƯƠNG 1: TONG QUAN VE COC VÀ CÁC LY THUYET TÍNH TOÁN SỨC CHIU TAI CUA COC. Tong quan về móng coc 1. Định nghĩa coc Coc thuộc loại móng sâu là loại móng khi tính toán sức chịu tải theo đất nền có kế đến thành phần ma sát xung quanh với đất và có chiều sâu chôn móng khá lớn so với bề rộng. Theo nhiều quan trắc thực nghiệm điều kiện làm việc của móng sâu kết hợp với các kết quả thí nghiệm xuyên tinh CPT, móng sâu được định nghĩa theo điều kiện tỷ số chiều sâu ngàm móng tương đương trong đất D, và bề rộng móng B như sau: Chiều sâu ngam móng tương đương trong đất D, được xác định theo công thức sau: De =—f, ac(z)dz Ice (1.2) Trong dé: q,: Suc kháng mũi cua thí nghiệm xuyên tinh ce: Sức kháng mũi tương đương được tính theo công thức 1 +3a = 3d+b Ice — _p đcc(Z)đZ (1.3) Với g;¿(Z) — sức kháng mũi q,(z)san bằng các giá trị lớn hơn 1,3g/„ là giá trị trung bình của g„(2)trong khoảng từ (D-b) đến (D+3a) 1 +3a dem => J 7} 4e(2)đdZ (14) Cac giá tria = z neu B>1m a= 0,5m nếuB < 1m b = min{a,h} với h là chiều sâu đặt móng của lớp đất chịu lực 20 Hình 1.1: Chỉ tiết độ sâu ngàm cọc Với kích thước móng có 5>D,/B>1,5 được định nghĩa là móng nửa sâu như: caisson, trụ, và có cách tính hơi khác móng sâu.
Khi các phương án móng nông không còn thích hợp để gánh đỡ công trình, hoặc 1a do tải trong quá lớn hoặc do lớp đất nên bên trên gần mặt đất là loại đất yếu chịu lực kém. Người ta nghĩ đến móng sâu bằng cách truyền tải trọng đến những lớp đất chịu lực tốt hơn thông qua các thanh (cọc hoặc trụ) có khả năng chịu lực cao làm băng các loại vật liệu xây dựng pho bién nhu: 26, bê tông, thép. Hiện nay, cọc được sử dụng rất thông dụng trong các công trình dân dụng, giao thông, thủy lợi. Phan loạt cọc 1.
Theo vat liệu Theo vật liệu, chúng ta có thé phan chia coc thanh: coc 26, coc thép, coc bé tong, coc phối hợp giữa các vật liệu trên. Cọc gỗ Cọc 26 thường được sử dung là: Thong, tre, tràm. dưới dạng cọc don, đôi khi tong hop cac thanh don thanh b6 coc hoac phối hợp với các loại cọc khác như g6 - bê tông phối hợp, thép — gỗ phối hop. Coc gỗ phải được thường xuyên năm dưới mực nước ngâm nhằm giữ cho phan thé gỗ không bị tan công bởi mốc, mục, môi, mot.; Một sô yêu câu kỹ thuật cho một cây cọc gỗ như nó phải đủ tươi, độ 21 âm không nhỏ hơn 20%, độ thon không nhỏ hơn 1%, không được cong vênh hai chiều và độ cong phải nhỏ hơn 1%.
Trong một số trường hợp cần thiết, cọc gỗ thông được ngâm tâm nhựa đường và thuốc chồng mối mọt để có thé sử dụng trên mực nước ngầm như chống đỡ các trụ cau, móng nhà trên vùng đất có mực nước ngâm sâu, loại này có tuổi thọ đạt đến ba, bốn mươi năm; Hầu hết các loại cây có thân thon va thắng đều có thể sử dụng làm cọc, nhưng phải nghĩ đến việc lam dung cây làm coc sẽ ảnh hưởng xấu đến môi trường sống của loài người. Coc bê tông Có rất nhiều loại cọc bê tông như: các loại cọc bê tông chế tạo săn đặc ruột hoặc rỗng ruột và hạ băng búa đóng hoặc ép bằng các kích thủy lực, hay hạ băng xói nước đôi khi kết hợp khoan nhôi và đóng. Mặt khác, ta cũng còn có các loại cọc đúc bê tông ngay trong các hố khoan (hoặc đào) tại chỗ, thường được gọi chung là cọc khoan nhéi, loại này có nhiều phương pháp thực hiện: khoan hoặc dao đơn giản trong sét có độ dẻo từ trung bình đến cao, hoặc phải giữ én định thành vách bang ống chống hay sử dụng dung dịch huyền phù bentonite khi gặp đất rời. e_ Coc bê tông tiền chế Cọc bê tông tiền chế được chế tạo tại công trường hoặc ở những nhà máy.
Chúng có tiết diện ngang dạng vuông cạnh d=20 — 40cm, dai từ 4 — 8m cho loại cọc hạ vào đất bằng các máy ép và có thể dài từ 8 — 20m cho loại cọc hạ bằng búa đóng cọc. Dĩ nhiên, chiều dài cọc còn phụ thuộc vào phương tiện vận chuyển từ nơi sản xuât đền công trường. Ngoài ra cọc cũng có thé có dạng tiết diện tròn, tam giác, lục giác và có cầu tạo đặc hoặc rỗng ruột, đôi khi cọc cũng được làm bang bé tong ung suất trước. Loại cọc bê tông ứng suất trước thường là cọc ống rỗng ruột có kích thước từ 0,5 m đến vài mét đường kính, thường được sử dụng cho các công trình có tải trọng lớn như câu, cảng và nhà cao tang.
22 e Coc bé tông nhoi tại chỗ Coc nhồi là loại cọc được đúc bê tông tại chỗ vào lỗ trồng được đào hoặc khoan trong lòng đất, tiết diện tròn, hình chữ nhật, hoặc dạng chữ thập, chữ H, chữ L,. Dé 6n định thành vách các lỗ trồng nay trong đất dé bi sat lở, có thé sử dung ống vách hoặc sử dung bùn khoan bentonite. Loại thứ hai giá thành rẻ, thi công nhanh và có thể thực hiện được những cọc có tiết diện lớn hơn loại thứ nhất nhưng đòi hỏi nhiều điều kiện kỹ thuật gắt gao hơn trong suốt quá trình thực hiện. Coc nhéi có thé không có cốt thép chịu lực khi các tải trọng công trình chỉ gây ra nên ứng suất nén trong thân cọc nhỏ hơn cường độ chịu nén của bê tông.
Trong trường hợp này, chúng ta có thể đặt một ít thép chờ cắm trực tiếp vào bê tông tươi nhăm xác định trục cọc đồng thời gia cường mạch dừng giữa mặt cọc và đài cọc. Trong trường hợp cần cốt thép chịu moment do tải trọng ngang hoặc chịu tải nén cùng với bê tông, chúng ta phải tính toán cần thận chiều dài cần thiết của cốt thép này. Coc nhéi được chia thành các nhóm chính: cọc nhéi ôn định thành vách băng ống chống có thu hồi vách hoặc không thu hồi vách; cọc nhéi không có thành vách khi nền đất là sét dẻo trung bình đến cứng: cọc nhôi 6n định thành vách bang bùn khoan (dung dịch huyền phù bentonite). + Coc nhôi ôn định thành vách bằng ống chong: Nhóm này gồm cọc Franki, ống vách được hạ bằng cách đóng trực tiếp lên nút bê tông bịt đầu ống: loại cọc hạ ống vách sau lưỡi khoan và loại cọc hạ ống vách bang các tia nước áp lực cao.
Việc thu hồi ống vách rất khó khăn và cần các máy móc thiết bị chuyên dụng làm giảm ma sát giữa đất và mặt ngoài ông trong suốt thời gian ống năm trong đất, chính điều này đã hạn chế kích thước cọc loại này. 23 Lực kéo ống Ống vách rr Bia Bê tông để tại chỗ ¬— Nút bê tông b | Hình 1.2: Coc nhôi có ống kiểu cọc Franki Khi thi công cọc nhdi và cọc barrette trong các loại đất dính, cọc chỉ đi qua trong đất dính dẻo cao đến cứng, thành vách hồ khoan có thé tự 6n định không cần chồng đỡ.3: Thi công cọc nhi phương pháp khô: (a) khoan tạo lỗ; (b) làm sạch đáy; (c) lắp đặt lông thép; (d) đồ bê tông + Coc nhôi và cọc barrette ôn định thành vách bằng bùn khoan: loại cọc này được phát minh bởi người Ý vào những năm 30 của thế kỷ 20, và được phát triển bởi người Nhật, Pháp. Lỗ khoan băng mũi khoan cọc nhồi cho tiết diện tròn và băng gau đào cho cọc barrette có tiết diện bất kỳ. Kích thước tiết diện ngang của 24 cọc tùy thuộc vào dụng cụ tạo lỗ trong đất.
Loại cọc nhồi này có khả năng chịu lực rât lớn. concrete slurry starter slurry expelled by casing concrete (a) (b) (c) (d) (e) Hình 1.4: Quy trình khoan với dung dịch khoan (bentonite): (a) đặt ông casing; (b) đồ day dung dịch khoan; (c) hoàn thành việc khoan, làm sạch hỗ đào và đặt lông thép; (d) đồ bê tông thông qua Ống tremie; (e) rút ống tremie khi đồ bê tông. Các đặc điểm cơ bản trong quá trình thi công cọc nhồi ôn định thành vách bằng bùn khoan gom: Chuẩn bị tường dẫn hoặc ống dẫn ngăn để định vị cọc và tránh lở miệng hồ trong quá trình dao hoặc khoan. Chuan bi đầy đủ lượng bùn khoan trong các silo hoặc hồ chứa.
+ Tường dẫn băng bê tông cốt thép bao quanh miệng lỗ khoan có kích thước lớn hơn dụng cụ khoan vài em để lưỡi khoan hoặc gầu đào lên xuống dễ dàng + Bun khoan nhăm 6n định thành vách lỗ trống trong quá trình tạo lỗ trống trong lòng dat cho đến kết thúc giai đoạn đồ bê tông. Bun khoan phải thích hợp với đặc tính lý hóa của đất và nước ngâm. + Bun khoan thường gồm nước và đất sét bentonite (hàm lượng khoáng monmorilonnite cao), đôi khi phải thêm phụ gia. Đôi khi phải thêm phụ gia.
Cũng có khi phải thêm bột thủy tỉnh hoặc sợi ngăn như bã mía hoặc rơm rạ, để tăng trọng 25 lượng riêng và tăng khả năng chịu kéo của bùn. Trong trường hợp đặc biệt, bentonite có thé được thay thé băng các chất biopolymeres. + Những đặc trưng vật lý co bản của bùn khoan gồm có: Khối lượng riêng từ 1,01 đến 1,05 T/mỶ (ngoại trừ trường hợp cần có dung dịch bùn nặng như khi thêm bột thủy tinh); Độ nhớt Marsh phải lớn hơn 35 giây và độ pH lớn hơn 7; Độ chứa cát phải nhỏ hơn 3% hoặc 5%; Độ lọc nước phải nhỏ hơn 30 cm”; Độ bám thành phải nhỏ hơn 2mm (Độ lọc nước và độ bám thành lớp được thực hiện với dụng cụ Bariod trong 30 phút dưới áp lực 7 bars). Tạo lỗ trong lòng đất bằng lưỡi khoan thường kèm tia nước áp lực cao hay băng gàu đảo.
Trong suốt quá trình tạo lỗ, dung dịch bentonite trong lỗ khoan hoặc đào phải luôn luôn cao hơn mặt nước ngầm ít nhất Im. Điều này nham đảm bảo bùn luôn có khuynh hướng thâm vào trong đất qua thành vách hố khoan. Nhờ đó mà thành vách hồ khoan được giữ ôn định tốt hơn; Trong quá trình khoan hoặc dao, bùn sẽ nặng dần lên do những hạt mịn trong đất lẫn vào, điều này dẫn đến giảm độ nhớt của bùn khoan nên người ta phải ray lại khi thu hồi bùn. Dé tăng độ nhớt của bùn khoan người ta them vào một số phụ gia như: bicarbonate de soude, alginates, CMC, amidon.: khi cần giảm độ nhớt của bùn khoan ta có thể hòa vào bùn các loại phụ gia như sau: tanins; polyphosphates hoặc lignosulfonates.