CHƯƠNG 1: CỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP THƯỜNG.1 Giới thiệu chung cọc bê tông cốt thép (BTCT) Hiện nay, người ta đã dần bỏ qua cọc gỗ và các phương pháp xử lý nền móng khác và thay bằng cọc bê tông. Nó có những ứng dụng rất tốt trong việc đảm bảo chất lượng công trình hay tiết kiệm chi phí thi công. Chi phí đóng cọc bê tông thì lại rẻ hơn bởi nó tiết kiệm được thời gian và công sức. Bên cạnh đó, cọc gỗ ngày nay không còn đáp ứng được những yêu cầu của nền móng nữa.Chi phí của cọc bê tông có thể thay đổi dựa trên tải thiết kế, kích thước và chiều dài yêu cầu; Nhận được tải trọng công suất cần thiết mà không có phí tổn vật liệu lãng phí.1a Phương án cọc tre truyền thống Nhờ có độ bền cao, khả năng chịu tải trọng lớn từ công trình truyền xuống, nên cọc bê tông cốt thép được ứng dụng rộng rãi trong các công trình dân dụng và công nghiệp.
Là loại vật liệu không thể thiếu ở những ngôi nhà có diện tích lớn hay nhà nhiều tầng, nhà công nghiệp có tải trọng lớn, cọc bê tông cốt thép đúc sẵn có khả năng chống lại sự xâm thực của hóa chất hòa tan trong nước dưới nền. Mặt khác, cọc bê tông cốt thép đúc sẵn là loại cọc được sử dụng phổ biến nhất hiện nay trong các loại móng sâu và có khả năng chịu lực ngang rất tốt. Mặt khác, độ lún của cọc bê tông cốt thép đúc sẵn rất nhỏ, gần như không đáng kể nên ít gây biến dạng cho công trình, không gây ảnh hưởng đến công trình bên cạnh nên Luan van 8 bạn có thể dùng ở các dự án trong nội thành, có mật độ xây dựng dày đặc cũng không vấn đề gì.1b Phương án cọc BTCT Sử dụng cọc bê tông cốt thép đúc sẵn trong thi công móng còn giúp giá thành hạ xuống, tiết kiệm chi phí đáng kể. Đồng thời, nhà thầu có thể thi công nhanh chóng, đảm bảo tiến độ, chất lượng công trình, ít phụ thuộc vào yếu tố thời tiết nên dù dự án lớn đến đâu cọc bê tông cốt thép đúc sẵn vẫn có thể đáp ứng.
Khi tải trọng công trình không nhỏ, và các lớp đất gần bề mặt không tốt thì giải pháp móng nông sẽ có độ lún lệch lớn, hơn nữa để đảm bảo điều kiện an toàn về sức chịu tải thì kích thước móng phải rất lớn. Khi giải móng nông trên nền thiên nhiên tỏ ra không hiệu quả thì ta có thể gia cố nền tuy nhiên giải pháp gia có nền vẫn chưa tỏ ra hiệu quả hoặc quá tốn kém thì giải pháp móng cọc là một sự lựa dễ dàng. Cọc bê tông cốt thép thường có mác bê tông là mác 250 đến mác 350. Với loại cọc này tiết diện cọc chủ yếu nằm trong loại cọc nhỏ, là loại nhỏ hơn 45x45cm sức chịu tải của cọc theo vật liệu vì vậy cũng không lớn.
Cọc nhỏ thường là giải pháp tối ưu cho công trình có tải trọng không lớn, khi tải trọng chân cột lớn, đòi hỏi nhiều cọc trong một nhóm cọc do đó đài cọc rất lớn và việc bố trí đài cọc trong công trình ngầm cũng gặp khó khăn. Về quy cách phải đáp ứng như : Loại cọc, cấu tạo cọc; Chiều dài cọc, cao độ mũi cọc, cao độ đầu cọc; Số lượng cọc; Sức chịu tải của từng cọc và tỷ lệ % cọc cần thí nghiệm kiểm tra tại hiện trường; Lớp bảo vệ cốt thép cho cọc để chống ăn mòn do xâm thực.2 Phương Pháp tính toán Cọc bê tông cốt thép thường có dạng hình vuông. Cạnh cọc thường gặp ở Việt Luan van 9 Nam hiện nay là 0,2 ÷0,4m, chiều dài cọc thường nhỏ hơn 12m vì chiều dài tối đa của 1 cây thép là 11,7m. Bê tông dùng cho cọc có mác từ 250 ÷350 (tương đương cấp độ bền (B20 ÷B25).
Khả năng chịu tải theo vật liệu cọc BTCT thường được tính theo công thức: (1.1) Trong đó: Rb – cường độ chịu nén của bê tông. Ac – diện tích mặt cắt ngang cọc. Rs – cường độ chịu nén của thép. – hệ số uốn dọc.1 As – diện tích của cốt thép bố trí trong cọc.1 Hệ số uốn dọc Trong đó: b: Là cạnh cọc vuông.
d: Đường kính cọc tròn. Ltt : chiều dài tính toán của cọc, không kể phần cọc nằm trong lớp đất yếu bên trên.1 Các phương pháp kiểm tra khả năng chịu tải của cọc đơn.1 Phương pháp tra bảng thống kê Phương pháp này dựa trên quy phạm CHNΠ2.85 của Liên Xô Sức chịu tải của cọc đơn được dùng là.5) Trong đó: Kat – hệ số an toàn được lấy (khi xét đến hiệu ứng của nhóm) là. Kat = 1,4 cho móng trên 21 cọc. Luan van 10 Kat = 1,55 cho móng từ 11 đến 20 cọc.
Kat = 1,65 cho móng từ 6 đến 10 cọc. Kat = 1,75 cho móng dưới cọc. Qtc – xác định gồm 2 thành phần là khả năng chịu mũi và khả năng bám trượt bên hông.6) Trong đó: mR – hệ số điều kiện làm việc tại mũi cọc, lấy mR = 0,7 cho sét, mR = 1 cho cát. mf – hệ số điều kiện làm việc của đất bên hông, lấy mf = (0,9 ÷1) cho cọc, mf = 0,6 cho cọc khoan nhồi.
Qm – khả năng chịu tải mũi cọc, tra bảng. fsi – khả năng ma sát xung quanh cọc. Fc – tiết diện cọc. Li, u – chiều dài phân đoạn và chu vi cọc.
Đối với cọc trong đất yếu với độ sệt B < 0,6 và cát có Df < 0,33 (trạng thái rời) thì quy phạm khuyến cáo nên xác định bằng phương pháp nén tĩnh. Df: độ chặt tương đối. Riêng đối với cọc khoan nhồi, trị số qm được xác định thep phương pháp sau. Trường hợp trong cát.7) Trong đó: A,B - tra bảng γ ‘,γ - dung trọng của đất nền dưới và trên mũi cọc.
L, D – chiều dài cọc và đường kính cọc. Trường hợp trong sét. Trị số qm được tra bảng theo độ sệt B.2 Phương pháp tính theo cường độ.8) Với FSs là hệ số an toàn cho thành phần ma sát FSs = 2. FSp là hệ số an toàn cho sức chống dưới mũi cọc FSp = 3.2 Thành phần ma sát xung quanh cọc Qs.1 Sức chịu tải của mũi cọc (qp).
Theo phương pháp Terzaghi. Theo phương pháp Meyerhof c. Phương pháp tính từ kết quả thí nghiệm xuyên động (SPT). Xuyên động (SPT) được thực hiện bằng ống tách đường kính 5,1cm, dài 45cm, đóng bằng búa rơi tự do nặng khoảng 63,5kg, với chiều cao rơi là 76cm.
Đếm số búa để đóng cho từng 15cm ống lún trong đất (3 lần đếm), 15cm đầu không tính, chỉ dùng giá trị số búa cho 30cm sau là N (búa), được xem như là số búa tiêu chuẩn N. Luan van 12 Trong đó: K1 = 400 cho cọc đóng và K1 = 120 cho cọc khoan nhồi. K2 = 2 cho cọc đóng và K2 = 1 cho cọc khoan nhồi. N – số búa dưới mũi cọc.
Ntb – số búa trung bình suốt chiều dài cọc. Hệ số an toàn áp dụng cho công thức trên là 2,5 ÷3,0. Phương pháp tính từ kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh. Xuyên tĩnh được thực hiện bằng mũi côn tiết diện 10cm2 trong đất để đo sức chống xuyên Rp cho từng 20cm độ sâu dưới đất.
Từ giá trị Rp này, quy phạm cho phép tính qm và fs như sau: Khả năng chịu tải mũi cọc.Rp Trong đó: Rp – khả năng chống xuyên tại mũi cọc. Kr – hệ số tra theo loại đất và loại cọc, được lấy trung bình Kr = 0,5 cho cọc thường và Kr = 0,3 cho cọc khoan nhồi. Hệ số an toàn cho mũi cọc được lấy FS = 3. Khả năng ma sát xung quanh.
Được tính cho từng lớp i mà cọc xuyên qua tương ứng với Rpi, hệ số α trong trường hợp này thay đổi khá lớn. Cọc bê tông α = (30 ÷40) cho sét từ yếu đến cứng. Cọc khoan nhồi α = (15 ÷35) cho sét từ yếu đến cứng. Hệ số an toàn cho ma sát được lấy FS = 2.
Phương pháp xác định từ thí nghiệm nén tĩnh cọc. Đây là phương pháp chính xác nhất để xác định khả năng chịu tải của cọc đơn, tuy nhiên phương pháp này thực hiện phức tạp và tốn kém nhiều kinh phí. Quy định đòi hỏi số lượng cọc phải tiến hành công tác thử nén tĩnh (3 ÷5)% số lượng cọc thiết kế. Luan van 13 Mỗi cấp gia tải thực hiện lấy bằng 1/10 Qu theo thiết kế.
Tương quan độ lún S theo lực nén P cho ta xác định giá trị phá hoại sức chịu tải cực hạn của cọc Qu. Trị số giới hạn Qu được xác định như sau: Trong điều kiện đất tốt, giá trị Qu được xác định ngay trên đoạn cong rõ rệt của biểu đồ.2: Biểu đồ nén tĩnh cọc, quan hệ S =f(P) 1. Đối với cọc chống; 2. Đối với cọc ma sát Trong điều kiện đất yếu, biểu đồ thể hiện đường cong đều thì giá trị Qu có thể được chọn tại độ lún 0,1 [ ]ghx SΔ=.
Trong trường hợp tải trọng của cọc quá lớn không thể thực hiện để đạt đến giá trị xác định tải trọng giới hạn thì ta có thể dùng phương pháp của Davisson như sau: Qu được xác định tại giao điểm của biểu đồ với đường thẳng S có phương trình biểu diễn. Phương pháp xác định từ thí nghiệm thử động. Công tác thử động được thực hiện cho trường hợp thi công bằng búa đóng. Búa được chọn để có thể tương quan với khả năng chịu tải giới hạn của cọc.
Năng lượng búa: Và thỏa điều kiện: Luan van 14 Trong đó: Wb – Trọng lượng búa. Wc – Trọng lượng cọc và mũ chụp đầu cọc. K – hệ số tra bảng 1.1 Độ chối giả Đối với đất sét do đặc tính nhạy nên các màng nước bao xung quanh hạt sẽ bị phá hoại khi đóng búa, làm cho đất bị phá hoại cấu trúc và trở nên yếu đi, do đó càng đóng búa nhanh trong đất sét cọc càng dễ xuống, độ chối tăng lên, người ta gọi là độ chối giả. Ngưng lại một thời gian, đóng tiếp cọc khó xuống hơn do đất sét có khả năng phục hồi.
Ngược lại trong đất cát, càng đóng nhanh cọc càng khó xuống do ứng suất bị dồn nén ngay tại mũi cọc trở nên rất cứng và cản trở cọc khó xuống được, ta cũng có độ chối giả. Ngưng lại thời gian để cát ở dưới mũi cọc giãn ra cọc đóng sẽ xuống được Hình 1.5: Thí nghiệm thử động Luan van 15 Để thử độ chối của cọc khi đóng cọc ta cần phải nghỉ một thời gian như sau: 3 ngày cho cát và 5 - 7 ngày cho đất sét.