Chương 3 CỌC CHỊU TẢI TRỌNG ĐỨNG 3.1 TONG QUAT vE coc Từ rất xa xưa, con người đã biết sử dụng cọc gỗ đóng xuống sâu để gánh đỡ công trình có tải trọng lớn hoặc các lớp đất bên trên mặt không đủ khả năng chịu tải trực tiếp. Thời tiển sử, cọc đã được sử dụng để gánh đỡ các nhà ở trong vùng hồ Lueerne và những công trình tương tự cũng tổn tại trong vùng Tân-Guiné. Mặt khác, người ta cũng ghi nhận được khi tháp Campanile sụp đổ năm 1902, những cọc gỗ gánh đỡ nó nằm dưới mực nước ngầm được tìm thấy vẫn còn ở trạng thái tốt và được sử dụng lại cho công trình tái tạo trên nền cũ. Thời xa xưa ấy, con người đã đóng cọc bằng những chày vỏ lớn, những chày vỏ kéo tay, những bánh xe nước đóng cọc,.
Các máy búa hơi nước dùng để đóng cọc được phát minh bởi Nasmyth năm 1845. Cho đến nay, đã có rất nhiều phương tiện hạ cọc như búa rơi, búa hơi đơn động, búa hơi song động, búa diesel kiểu cột và kiểu ống, búa thủy lực, búa rung hoặc các biện pháp hạ cọc bằng xói nước, Quá trình phát triển các loại cọc cũng chính là sự phát triển phương pháp hạ cọc, ngay những năm gần kể trước chiến tranh thế giới lần thứ hai, 1986, kỹ sư Franki, người Ý, đã phát minh ra phương pháp cấu tạo cọc nhổi bê tông vào những lỗ khoan trong nền đất. Cho đến ngày nay, rất nhiều phương pháp tạo cọc nhỏi bê tông tại chỗ, tiết diện tròn, chữ nhật, chữ I, chữ H,. bằng các lưỡi khoan hay là gầu đào,.
có ống vách, hoặc giữ ổn định thành vách bằng dung địch huyền phù bentonite. Đến cuối thế kỷ 20, kỷ lục vé chiểu sâu cọc nhổi là 125m dưới tòa tháp đôi ở thủ đô Kuala Lumpur, nước Malaysia.2 ĐỊNH NGHĨA CỌC 8.1 Định nghĩa cọc Cọc thuộc loại móng sâu là loại móng khi tính sức chịu tải theo đất nên có kể đến thành phản ma sát xung quanh móng với đất và có chiểu sâu chôn móng khá lớn so với bể rộng móng. Theo nhiều quan trắc thực nghiệm 152 CHƯƠNG 3 điều kiện làm việc của móng sâu kết hợp với các kết quả thí nghiệm xuyên tinh CPT, móng sâu được định nghĩa theo điểu kiện tỷ số chiều sâu ngàm móng tương đương trong đất D, và bể rộng móng 8 như sau 3 >5 (3.1) Chiểu sâu ngàm móng tương đương trong đất Ð, được xác định theo công thức sau 1 D Ð,==—[a.2) đe? trong đó ạ, - sức kháng mũi của thí nghiệm xuyên tĩnh q.„ - sức kháng mũi tương đương được tính theo công thức 1 Điện 4x“—— | 4edz (3.,(z) - ste khéng mii q,(z) san bằng các giá trị lớn hơn 1,3qoy 1a giá trị trung bình của g2) trong khoảng từ ( - 6) đến (Ð + 3ø) Điện Gem = 3 J 3a+b Ea qelzydz (3.4) các gid trig = 8/2 nếu B > 1m, a = 0,õm nếu Ö « 1m, b = minla,hJ với h là chiều sâu móng đặt trong lớp đất chịu lực (xem chỉ tiết trong H.1) * de La Hinh 3.1: Chỉ tiết độ sâu ngàm cọc CỌC CHỊU TẢI TRỌNG ĐỨNG 153 Với kích thước móng cé 5 > D.> 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 côn thích hợp để gánh đỡ công trình, hoặc là đo tải trọng quá lớn hoặc do lớp đất nền bên trên gần mặt.
đất là loại đất yếu chịu lực kém. Người ta nghĩ đếp. móng sâu bằng cách truyền tải trọng đến những lớp đất, chùu lực tốt'Rđũ thông qua các thanh (cọc hoặc trụ) có khả năng chịu lực caơ làm bằng các'loại vật liệu xây dựng phổ biến như: gỗ, bê tông, thép. Hiện nay, cọc được sử dụng rất thông dựng trong các cóng trình dân dụng, giao thông, thủy lợi.2 Phân loại cọc 1- Theo vét liệu “Theo vật liệu, chúng ta có thể phân chia cọc thành:,cọc gỗ, cọc thép, cọc bê tông, cọc phối hợp giữa các vật liệu trên.
a) Cọc gỗ t Cọc gỗ thường được sử dụng là: thông, tràm, tre. đưới dang coc dun. đôi khi dạng tổ hợp các thanh đơn thành bó cọc hoặc phối hợp với các loại cọc khác như gỗ - bè tông phối hợp, thép - gỗ phối Rợp. Cọc gỗ phải được thường xuyên nằm dưới mực nước ngắm nhằm giữ cho phần thớ gỗ không bị tấn công bởi mốc, mục, mối, mọt.
Một số yêu cầu kỹ thuật cho một cây cọc gỗ như nó phải đủ tươi, độ ẩm không nhó hơn 20%, độ thon không nhỏ hơn 1%, không được cong vênh hai chiéu va độ cong phải nhỏ hơn 1%. Trong một số trường hợp cẩn thiết, cọc gỗ thông được ngâm tẩm nhựa đường và thuốc chống mối mọt để có thể sử dụng trên mực nước ngắm như chống đỡ các trụ cầu, móng nhà trên vùng đất có mực nước ngắm sâu, loại này có tuổi thọ đạt đến ba, bốn mươi năm. Hau hét các loại cây có thân thon và thẳng đều có thể sử dụng làm cọc, nhưng phải nghĩ đến việc lạm dụng sử dụng cây làm cọc sẽ ảnh hưởng xấu đến môi trường sống của loài người. b) Cọc bê tông C6 rất nhiễu loại cọc bê tông như: vác loại cọc chế tạo sẵn đặc ruột hoặc rỗng ruột và hạ bằng búa đóng, hoặc ép bằng các kích thủy lực, hay hạ bằng xói nước, đôi khi kết hợp khoan mỗi 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 nhỏi, loại này cũng có nhiều phương pháp 164 CHƯƠNG 3 thực hiện: khoan hoặc đào đơn giản trong sét có độ dẻo từ trung bình đến cao, hoặc phải giữ ổn định thành vách bằng ống chống hay sử dụng dung dịch huyển phù bentonite khi gặp đất rời,. + Cọc bê tông tiên chế Coc bê tông tiền chế tại công trường hoặc ở những nhà máy. Chúng có tiết diện ngang dạng vuông cạnh đ = 20cm đến 40cm, dài từ 4 đến 8m cho các cọc hạ vào đất bằng các máy ép (như các cọc Méga) và có thể dài từ 8m đến 20m' cho loại hạ bằng búa đóng cọc. Dĩ nhiên, chiểu đài cọc còn phụ thuộc vào phương tiện vận chuyển từ nơi sản xuất đến công trường.
Ngoài ra cọc cũng có thể có dạng tiết diện tròn, tam giác, lục giác có cấu tạo đặc hoặc rỗng ruột, đôi khi cọc cũng được làm bằng bê tông ứng suất, trước. Loại cọc bê tông ứng Hình 3.8: Cọc bê tông uè các thiết bị hạ cọc suất trước thường là cọc ống rỗng ruột có kích thước từ 0,8m đến vài mét đường kính, thường được sử dụng cho các công trình cẩu, bến cảng. <I THếp chính Hình 8.8: Chỉ tiết cọc bê tông CỌC CHỊU TẢI TRỌNG ĐỨNG 165 Đầu. Mũi thép Hộp nối cọc ⁄2 &Chi tiết Đặt hộp nối cọc vào đầu đoạn cọc cưới trước khi lắp đoạn cọc trên vào, và hàn nối amit mate A Nối cọc Hình 8.4: Chỉ tiết mũi cọc oà nối cọc Coc bé tông chế tạo sấn thường được bố trí 4 hoặc 8 thanh thép dọc chịu uốn, thép đai chống gất do cầu vận chuyển hoặc cấu lắp dựng, các vi thép @6 lưới ô vuông Ø0S&0 ở đầu cọc để chống vỡ bê tông khi bị ép mặt mạnh, khu vực bố trí Iggf w† này ở hai đầu đoạn cọc nối, một khoảng bằng cạnh B, thanh thép gia-edỡng ở mũi cọc để chịu đựng lực kháng xuyên khi qua các lớp đất cứng, XÿMềi ra còn có thép để móc cẩu cọc (xem chỉ tiết H.
+ Cọc nhỗi Coc nhổi là loại cợ# được đúc bê tông tại chỗ vào lỗ trống được đào hoặc khoan trong lòng đất, tiết diện ngang là tròn, hình chữ nhật, hoặc dạng chữ thập, chữ H, chữ L¿. Để ổn định thành vách các lỗ trống này trong đất dễ bị sạt lở, có thể sử dụng ống vách hoặc sử dụng bùn khoan bentonite. Loại thứ hai giá thành rẻ, thi công nhanh và có thể thực hiện được những cọc tiết diện lớn hơn loại thứ nhất, nhưng đòi hỏi nhiều điều kiện kỹ thuật gắt gao trong suốt quá trình thực hiện. Coc nhỏi có thể không có cốt thép chịu lực khi các tải trọng công trình.
chỉ gây nên ứng suất nén trong thân cọc. Trong trường hợp này, chứng ta có thể đặt một ít thép chờ cắm trực tiếp vào bê tông tươi nhằm xác định 156 CHƯƠNG 3 trục cọc đổng thời giả cường mạch dừng giữa mặt cọc và đài cọc. Trong trường hợp cần cốt thép chịu moment do tải ngang hoặc chịu tải nén cùng với bê tông, chúng ta phải tính toán cẩn thận chiểu dài cần thiết của cốt thép này. Cọc nhỏi được chia thành các nhóm chính: cọc nhổi ổn định thành vách bằng ống chống có thu hổi ống vách hoặc không thu hồi ống vách; cọc nhổi không có thành vách khi nền đất là sét dẻo trung bình đến cứng, cọc nhổi ổn định thành vách bằng bùn khoan (dung định huyền phù bentonite).
Cọc nhôi ổn định thành uách bằng ống chống Nhóm này gồm: loại cọc Franki, ống vách được hạ bằng cách đóng trực tiếp lên nút bê tông bịt đầu ống (H.5); loại cọc hạ ống vách sau lưỡi khoan và loại cọc hạ ống vách bằng các tia nước áp lực cao. Việc thu hỏi ống vách rất khó khăn và cẩn các máy móc thiết bị chuyên dụng làm giảm ma sát giữa đất và mặt ngoài ống trong suốt thời gian ống nằm trong đất. Chính điều này hạn chế kích thước của cọc loại này. { Lực kéo ổng Ống vách | > Bua : Bê tông đổ tại chỗ 'Nút bê tông Hình 3.õ: Cọc nhôi có ống thành kiểu cọc Franki Khi thi công cọc nhỏi và cọc barrerte trong các loại đất dính, cọc chỉ qua trong đất dính đẻo cao đến cứng, thành vách hố khoan có thể t định không cẩn chống đỡ (H.
CỌC CHỊU TẢI TRỌNG ĐỨNG.7: Khoan coc nhéi trong ddt dinh Cọc nhôi uà cọc barrette ổn định thành uách bằng bùn khoan Coe nhgi và cọc barrette được phát triển từ các loại cọc rễ phát minh bởi người Ý vào những năm 30 của thế kỷ 20, và được phát triển bởi người Pháp, Nhật,. Lễ khoan bằng mũi khoan cho cọc nhỏi có tiết diện tròn và bằng gầu khoan cho cọc barrette có “tiết diện bất kỳ”. Kích thước tiết diện ngang của. cọc tùy thuộc vào dụng cụ tạo lỗ trong đất.
158 CHƯƠNG 3 Loại cọc nhồi và barrette này có khả năng chịu lực rất lớn, chiều sâu cọc kỷ lục là 125m ở Malaysia cuối thế kỷ 20, ở Việt Nam kỷ lục là 98m ở cầu Mỹ Thuận vào năm 1998.