chương I Móng cọc đã được con người đưa vào sử dụng để xứ lý nền đất yếu từ rất lâu, đến nay đã có hàng ngàn năm nghiên cứu và phát triển. Nhiều công nghệ xử lý nền đất bằng các loại móng cọc hiện đại đã ra đời và được áp dụng vào thực tiễn trên toàn thế giới. Nhiều loại móng cọc được con người phát minh ra, đi kèm với nó là nhưng công nghệ thi công hiện đại. Tuy nhiên sử dụng loại móng cọc nào, công nghệ thi công nào, các nhà thiết kế cần căn cứ vào điều kiện cụ thể từng loại nền, yêu cầu của từng loại công trình để lựa chọn sao cho phù hợp.
Điều này đòi hỏi một hệ thống các quy phạm quy chuẩn trong thiết kế thi công móng cọc, đồng thời cũng đặt ra những yêu cầu về chuyên môn đối với các nhà tư vấn thiết kế. Ở nước ta hiện nay khi xây dựng công trình trên nền đất yếu, phương pháp dùng cọc bê tông cốt thép để xử lý nền thường được sử dụng nhiều nhất. Phương pháp này có thể áp dụng cho nhiều loại công trình, nhiều loại nền đất khác nhau. Tuy nhiên để đảm bảo các yêu cầu về kinh tế, kỹ thuật cho công trình, đối với từng loại nền đất cụ thể ta cần lựa chọn kết cấu cọc bê tông cốt thép cũng như phương pháp thi công hợp lý.
Việc nghiên cứu để lựa chọn kết cấu cọc bê tông cốt Nghiên cứu lựa chọn kết cấu cọc hợp lý thi công xử lý nền, áp dụng cho công trình trạm bơm Nghi Xuyên-Hưng Yên 11 Luân văn thạc sỹ kỹ thuật thép cho từng loại nền đất là một phần quan trọng đối với bất kỳ công trình nào trước khi đưa ra thi công. Nghiên cứu lựa chọn kết cấu cọc hợp lý thi công xử lý nền, áp dụng cho công trình trạm bơm Nghi Xuyên-Hưng Yên 12 Luân văn thạc sỹ kỹ thuật CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN BẰNG CỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP 2.1 Các loại cọc bê tông cốt thép xử lý nền 2.1 Cọc bê tông đúc sẵn Cọc bê tông cốt thép đúc sẵn là loại cọc được sử dụng rộng rãi nhất trong xây dựng móng sâu và chịu lực ngang lớn. Cọc bê tông cốt thép đúc sẵn bao gồm cọc có ứng suất trước và không có ứng suất trước. Cọc bê tông cốt thép thường (cọc không ứng xuất trước), mác bê tông thường cọc từ 250 đến 350, với loại cọc này tiết diện cọc thường nhỏ, sức chịu tải của cọc nhỏ nên cọc thường được sử dụng cho những công trình có tải trọng không lớn.
Đối với cọc bê tông có ứng suất trước mác bê tông thường từ 350 đến 450, loại cọc này có sức chịu tải lớn, có thể xuyên qua các lớp cát chặt, sỏi cuội. Tuy nhiên ở nước ta hiện nay, loại cọc bê tông cốt thép thường vẫn được sử dụng phổ biến hơn. Trong phạm vi luận văn này, tác giả tập trung nghiên cứu các loại cọc bê tông cốt thép thường để xử lý nền đất yếu. Cọc bê tông cốt thép thường là loại cọc thường được sử dụng trong thi công nền móng hơn so với loại cọc bê tông cốt thép có ứng suất trước ở nước ta hiện nay.
Trong thực tế thi công cọc thường gặp một số dạng tiết diện như: hình tròn, hình vành khăn, hình vuông, hình vuông khoét lỗ. Ngoài ra chúng ta còn bắt gặp dạng tiết diện như: hình tam giác, hình chữ I, chữ T, hình đa giác… tuy nhiên đây là những dạng rất ít khi được áp dụng trừ một số trường hợp đặc biệt. Nghiên cứu lựa chọn kết cấu cọc hợp lý thi công xử lý nền, áp dụng cho công trình trạm bơm Nghi Xuyên-Hưng Yên 13 Luân văn thạc sỹ kỹ thuật a b c d Hình 2.1: Các tiết diện ngang phổ biến thân cọc bê tông cốt thép đúc sẵn a. Hình vành khăn; c.
Hình vuông khoét lỗ Hình 2.2: Một số hình ảnh về cọc bê tông đúc sẵn Nhìn chung cọc bê tông cốt thép thường bao gồm 2 loại là cọc bê tông cốt thép tiết diện đặc và cọc bê tông cốt thép tiết diện rỗng. Tùy vào từng điều kiện loại đất nền nhất định mà người ta lựa chọn sao cho phù hợp với yêu cầu về kinh tế và kỹ thuật của công trình. Thép chịu lực chính của loại cọc này thường sử Nghiên cứu lựa chọn kết cấu cọc hợp lý thi công xử lý nền, áp dụng cho công trình trạm bơm Nghi Xuyên-Hưng Yên 14 Luân văn thạc sỹ kỹ thuật dụng thép AII hoặc cao hơn. Số lượng và kích thước thép được xác định theo tính toán kết cấu cọc (theo kinh nghiệm đường kính thép cọc không nên bé hơn Φ 12), số thanh chọn chẵn và bố trí đối xứng.
Thép đai cọc tưng ứng với các quy định sử dụng cấu kiện bê tông cốt thép. Việc bố trí thép đai cọc có thể có thay đồi chủ yếu để tiết kiệm, khi đó thép đai được bố trí dầy ở hai đâu và thưa dần vào giữa. + Cấu tạo đoạn cọc mũi: Đoạn cọc mũi có cấu tạo hai đầu mút khác nhau, đầu cọc có cấu tạo thích hợp với nhiệm vụ tiếp nhận tải trọng thi công (đóng hoặc ép) trong khi đầu mũi chịu tác động của lực tập trung có thể có khi gặp chướng ngại vật cứng bất ngờ trong đất. Trong trường hợp biết chắc không tồn tại các dị vật cứng cần phải khắc phục trong đất nền có thể chế tạo mũi cọc giống đầu cọc, điều này không những dễ dàng cho chế tạo cọc mà việc đóng cọc cũng ít bị nghiêng lệch hơn cọc có mũi nhọn.
+ Cấu tạo đoạn nối: Đoạn nối có hai đầu giống nhau và giống đầu cọc của đoạn cọc mũi. Chiều dài đoạn nối có thể khác chiều dài đoạn cọc mũi chủ yếu là tuỳ thuộc vào địa chất khu vực và biện pháp thi công mà quyết định. + Móc cẩu: Thép móc cẩu nên sử dụng thép thuộc nhóm AI. Số lượng và khoảng cách tuỳ thuộc vào chiều dài đoạn cọc mà lựa chọn.
Nếu chiều dài đoạn cọc Lđ ≤ 6 ÷ 7m, chỉ nên bố trí hai móc cẩu cách đều đầu cọc một đoạn a = (0,2 ÷ 0,25)Lđ; với đoạn cọc dài Lđ từ 10 ÷ 20m nên bố trí ba móc cẩu: hai móc cách đều đầu cọc một đoạn a ≈ 0,21Lđ; móc thứ ba cách một đầu b ≈ 0,3Lđ. Trong thực tế, móc thứ ba cho cọc dài nhiều khi không được bố trí sẵn, thay vào đó có thể đặt lỗ xỏ thanh treo hoặc buộc dây. Các loại đoạn cọc ống rỗng, đường kính lớn không theo các yêu cầu này. Hiện nay loại cọc này thường được sử dụng để xử lý nền những công trình có tải trọng không quá lớn, chiều sâu lớp đất yếu không quá sâu như: nhà ở, công Nghiên cứu lựa chọn kết cấu cọc hợp lý thi công xử lý nền, áp dụng cho công trình trạm bơm Nghi Xuyên-Hưng Yên 15 Luân văn thạc sỹ kỹ thuật trình công cộng có chiều cao đến 5 tầng; móng các trạm bơm, móng các cầu có tải trọng nhỏ, làm hàng cừ bảo vệ mái đê,… 2.2 Cọc khoan nhồi Cọc khoan nhồi là loại cọc tiết diện tròn được thi công bằng cách khoan lỗ trong lòng đất sau đó lấp đầy bằng bê tông cốt thép.
Loại cọc này đang được áp dụng rộng rãi để xử lý nền các công trình có tải trọng lớn như: các tòa nhà cao tầng, cầu có tải trọng lớn,… Cọc khoan nhồi có tiết diện và độ sâu mũi cọc lớn hơn nhiều so với cọc bê tông đúc sẵn. Do đó số lượng cọc trong một đài cọc ít và việc bố trí các đài cọc (cùng các công trình ngầm) trong công trình được dễ dàng hơn. So với các loại cọc khác, cọc khoan nhồi có lịch sử tương đối mới năm 1908 đến 1920, các lỗ khoan cọc nhồi cỡ nhỏ (đường kính 0,3m, dài 6-12m) được thi công bằng các máy khoan lỗ chạy bằng hơi nước, thậm chí bằng ngựa. Cuối những thập niên 40 và đầu 50, công nghệ khoan cọc nhồi đã khá phát triển.
Người ta có thể làm cọc mở rộng chân, khoan phá đá, cũng như biết sử dụng dung dịch (bentonie) để giữ thành hố khoan. Cọc khoan nhồi được du nhập vào Việt Nam đầu thập kỷ 90. Kích thước cọc phổ biến ở Việt Nam là: đường kính 1-2m, chiều dài 40-70m. Mặc dù công nghệ thi công cọc khoan nhồi đã phát triển nhưng lý thuyết, phân tích thiết kế cọc lại phát triển chậm hơn.
Mãi đến thập kỷ 60-70 những chương trình nén tĩnh quy mô lớn mới giúp người ta hiểu rõ hơn sự làm việc của cọc khoan nhồi. Cọc nhồi ít khi làm việc như cọc chống (dù đất ở mũi cọc rất tốt). Nghiên cứu lựa chọn kết cấu cọc hợp lý thi công xử lý nền, áp dụng cho công trình trạm bơm Nghi Xuyên-Hưng Yên 16 Luân văn thạc sỹ kỹ thuật Hình 2.3: Một số hình ảnh về cọc khoan nhồi 2.2 Phân tích đặc điểm chịu lực của các loại cọc bê tông cốt thép 2.1 Xác định sức chịu tải của cọc theo vật liệu làm cọc 2.1 Cọc bê tông cốt thép thường - Sức chịu tải theo vật liệu cọc bê tông cốt thép thường được tính theo công Nghiên cứu lựa chọn kết cấu cọc hợp lý thi công xử lý nền, áp dụng cho công trình trạm bơm Nghi Xuyên-Hưng Yên 17 Luân văn thạc sỹ kỹ thuật thức: Trong đó: φ- hệ số uốn dọc R b - cường độ chịu nén của bê tông R R A c - diện tích mặt cắt ngang cọc R R R s - cường độ chịu nén của thép R R A s - diện tích cốt thép bố trí trong cọc R R Bảng 2.1 Hệ số uốn dọc L tt /b R R 14 16 18 20 22 24 26 28 30 L tt /d R R 12,1 13,9 15,6 17,3 19,1 20,8 22 24,3 26 φ 0,93 0,89 0,85 0,81 0,77 0,73 0,66 0,64 0,59 Trong đó: b- là cạnh góc vuông đôi với cọc vuông d- là đường kính đối với cọc tròn L tt - chiều dài tính toán của cọc, không kể phần cọc nằm trong lớp đất R R yếu bên trên.2 Cọc khoan nhồi Khả năng chịu tải theo vật liệu cọc được tính theo công thức: Trong đó: R b -cường độ chịu nén của bê tông R R Nghiên cứu lựa chọn kết cấu cọc hợp lý thi công xử lý nền, áp dụng cho công trình trạm bơm Nghi Xuyên-Hưng Yên 18 Luân văn thạc sỹ kỹ thuật A c - diện tích mặt cắt ngang cọc R R R s - cường độ chịu nén của thép R R A s - diện tích cốt thép bố trí trong cọc R R k.m- hệ số điều kiện làm việc, k.
