CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC 1. Khái niệm về sức chịu tải của cọc Sức chịu tải của cọc đơn là một thong số rất quan trọng, được sử dụng trong suốt quá trình sử dụng móng cọc. Việc xác định chính xác đại lượng này là một công việc hết sức quan trọng và nó ảnh hưởng lớn đến sự an toàn của công trình và giá thành của công trình. Cọc trong móng có thể bị phá hoại do một trong hai nguyên nhân sau: bản thân cường độ vật liệu làm cọc bị phá hoại, đất nền không đủ sức chịu đựng.
Do vậy, khi thiết kế cần phải xác định cả hai thành phần về sức chịu tải của cọc: sức chịu tải của cọc theo cường độ vật liệu (Pvl) và sức chịu tải theo cường độ đất nền (Pđn). Trị số nhỏ nhất trong hai trị số này sẽ được đưa vào để tính toán và thiết kế. Tuy nhiên sức chịu tải theo đất nền thường là yếu tố quyết định và cần chú ý là hai trị số này không lệch nhau quá nhiều để đảm bảo điều kiện kinh tế, và trong mọi trường hợp thì không để xảy ra Pvl < Pđn vì sẽ lãng phí và có thể xảy ra nứt gãy cọc khi đóng hoặc ép. Trong chương này sẽ tổng kết một số phương pháp xác định sức chịu tải của cọc.
Sức chịu tải giới hạn của cọc là tải trọng, mà tại đó sức kháng của đất được huy động hoàn toàn. Sức chịu tải của cọc dựa theo vật liệu làm cọc (1) Cọc bê tông cốt thép tiết diện đặc Sức chịu tải của cọc bêtông cốt thép tiết diện đặc được xác định theo công thức sau: Pvl ( Ra Fa Rb Fb ) (1.1) R a , Fa - Cường độ chịu nén tính toán và diện tích cốt thép dọc trong cọc R b , Fb - Cường độ chịu nén của bê tông và diện tích mặt cắt ngang của thân cọc (phần bê tông) 12 - Hệ số uốn dọc của cọc. Khi móng cọc đài thấp, cọc xuyên qua các lớp đất khác với các loại kề dưới thì 1. Khi cọc xuyên qua than bùn, đất sét yếu, bùn cũng như khi móng cọc đài cao, sự uốn dọc được kể đến trong phạm vi chiều dài tự do của cọc (Chiều dài tự do l0 của cọc được tính từ đế đài đến bề mặt lớp đất có khả năng đảm bảo độ cứng của nền hoặc đến đáy lớp đất yếu).
Trị số của lấy theo bảng 1.1: Hệ số l tt / b 14 16 18 20 22 24 26 28 30 l tt / d 12,1 13,9 15,6 17,3 19,1 20,8 22 24,3 26 0,93 0,89 0,85 0,81 0,77 0,73 0,66 0,64 0,59 ltt- Chiều dài tính toán của cọc, thường lấy ltt l0 6d d- Đường kính của cọc b- Bề rộng cạnh cọc (2) Cọc khoan nhồi chịu nén Pvl ( Ra Fa m1m2 Rb Fb ) (1.2) m1 - Hệ số điều kiện làm việc, đối với cọc được nhồi bê tông qua ống dịch chuyển thẳng đứng thì m1 0,85 m 2 - Hệ số điều kiện làm việc có kể đến ảnh hưởng của phương pháp thi công cọc. Khi thi công trong đất sét có độ sệt cho phép khoan tạo lỗ và nhồi bê tông không cần ống vách, trong thời gian thi công mực nước ngầm thấp hơn mũi cọc, lấy m2 1. Thi công trong các loại đất cần phải dùng ống chống vách và nước ngầm không xuất hiện trong lỗ (nhồi bê tông khô) thì lấy m2 0,9. Thi công trong các loại đất cần dùng ống vách và đổ bê tông dưới huyền phù sét thì lấy m2 0,7 13 1.
Sức chịu tải của cọc dựa vào sự làm việc của nền 1.Sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ lí của đất nền (Theo Snip 2.85) Phương pháp này sử dụng các hệ số an toàn riêng để kiểm tra điều kiện tải trọng tác dụng lên cọc và sức chịu tải của cọc. Tải trọng tác dụng lên cọc phải thoải mãn điều kiện: N tt Qa (1.3) Sức chịu tải cho phép của cọc đơn Qa theo đất nền được xác định bằng công thức sau: Qtc Qa (1.4) k tc Qtc – sức chịu tải tiêu chuẩn tính toán theo đất nền của cọc đơn ktc – hệ số an toàn, lấy bằng: 1,2- Nếu sức chịu tải xác định bằng nén tĩnh cọc hiện trường; 1,25- Nếu sức chịu tải xác định theo kết quả thử động cọc có kể đến biến dạng đàn hồi của đất hoặc theo kết quả thử đất tại hiện trường bằng cọc mẫu; 1,4- Nếu sức chịu tải xác định bằng tính toán, kể cả theo kết quả thử động cọc không kể đến biến dạng đàn hồi của đất; 1,4 (1,25)- Đối với mố cầu đài thấp, cọc ma sát, cọc chống, còn khi ở cọc đài cao, khi cọc chống chỉ chịu tải trọng thẳng đứng, không phụ thuộc số lượng cọc trong móng; Đối với đài cao hoặc đài thấp mà đáy của nó nằm trên đất có tính nén 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 thì phụ thuộc vào số lượng cọc trong móng trị số ktc như sau: - Móng có trên 21 cọc: ktc =1,4 (1,25) - Móng có từ 11 đến 20 cọc: ktc =1,55 (1,4) - Móng có từ 6 đến 10 cọc: ktc =1,65 (1,550) - Móng có từ 01 đến 05 cọc: ktc =1,75 (1,6) 14 Số trong ngoặc đơn là trị số ktc khi sức chịu tải của cọc được xác định từ kết quả nén tĩnh ở hiện trường. Sức chịu tải tiêu chuẩn của cọc chống lên đất ít nén co (khi Es =500Kg/cm2) xác định theo công thức sau: Qtc mq p A p (1.5) m – Hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất, lấy bằng 1. Ap – Diện tích tựa lên đất của cọc; đối với cọc có tiết diện đặc lấy bằng diện tích tiết diện ngang; đối với cọc tròn rỗng hoặc cọc ống lấy bằng bằng diện tích tiết diện ngang của thành cọc khi không nhồi bê tông phần rỗng và bằng diện tích tiết diện ngang của toàn cọc khi nhồi bê tông phần rỗng đến chiều cao không nhỏ hơn 3 lần đường kính cọc.
qp – Cường độ chịu tải của đất dưới mũi cọc, T/m2, lấy như sau: a) Đối với mọi loại cọc đóng mà mũi cọc chống lên đá, đất hòn lớn (đá tảng, đá cuội, đá dăm, sỏi sạn có độn cát) cũng như trong trường hợp chống lên đất sét cứng (trừ lớp phủ có độ bão hòa G < 0,85 và đất trương nở), qp =2000 T/m2; b) Đối với cọc nhồi, cọc ống có nhồi bê tông ngàm vào đá không bị phong hóa (không có các phụ lớp yếu) không nhỏ hơn 0,5m, theo công thức: q tcpn h3 qp ( 1,5) (1.6) kd d3 q tcpn - Cường độ chịu nén tiêu chuẩn một trục, (trung bình cộng) của đá ở trạng thái no nước T/m2 kđ – là hệ số an toàn theo đất lấy bằng 1,4; h3 – độ chôn sâu tính toán trong đá, m; d3 – đường kính ngàm của phần chôn vào đá, m; c) Đối với cọc ống chống lên bề mặt đá bằng phẳng không bị phong hoá, lớp này bị phủ bởi lớp đất không bị xói lở có chiều dày không nhỏ hơn 3 lần đường kính cọc ống, theo công thức: q tcpn qp (1.7) kd 15 Sức chịu tải tiêu chuẩn của cọc ma sát thi công bằng phương pháp đóng có bề rộng tiết diện đến 0,8m chịu tải trọng nén, được xác định theo công thức sau: Qtc m(mR q p Ap u m f f si li ) (1.8) qp và fsi – Cường độ chịu tải ở mũi và mặt bên của cọc, tra bảng 1.3, đối với đất dính thì phụ thuộc vào chỉ số độ sệt, còn đối với đất rời thì phụ thuộc vào loại đất và trạng thái đất. m – Hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất lấy bằng 1. mR, mf – Các hệ số điều kiện làm việc của đất lần lượt ở mũi cọc và mặt bên cọc có kể đến ảnh hưởng của phương pháp hạ cọc, loại đất, trạng thái của đất, chỉ số độ sệt của đất, tra theo bảng 1. Trong công thức phải lấy tổng cường độ của tất cả các lớp đất mà cọc đi qua.
Sức chống của đất ở mũi cọc q p Sức chống ở mũi cọc đóng và cọc ống không nhồi bêtông, q p , T/m2 Độ sâu Của đất cát chặt vừa của mũi Sỏi Thô - Thô vừa Mịn Bụi - cọc, m Của đất sét với chỉ số sệt I L bằng 0 0.6 660 310 200 3 750 300 110 60 ( 400) ( 200) (120) 680 320 210 4 830 380 125 70 (510) ( 250) (160) 700 340 220 5 880 400 130 80 (620) ( 280) ( 200) 730 370 240 7 970 430 140 85 (690) (330) ( 220) 770 4000 260 10 1050 500 150 90 (730) (350) ( 240) 16 Sức chống ở mũi cọc đóng và cọc ống không nhồi bêtông, q p , T/m2 Độ sâu Của đất cát chặt vừa của mũi Sỏi Thô - Thô vừa Mịn Bụi - cọc, m Của đất sét với chỉ số sệt I L bằng 0 0.6 820 440 15 1170 560 290 165 100 (750) ( 400) 480 20 1260 850 620 320 180 110 ( 450) 25 1340 900 680 520 350 195 120 30 1420 950 740 650 380 210 130 35 1500 1000 800 600 410 225 140 Trong những trường hợp khi bảng 1.2 giá trị của q p trình bày ở dạng phân số, thì tử số là của cát còn mẫu số là của sét.