CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VIỆC XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI 1. TÌNH HÌNH SỬ DỤNG MÓNG CỌC HIỆN NAY Trong những năm gần đây, mật độ xây dựng các công trình cao tầng, các loại cầu dây văng nhịp lớn đã và đang phát triển mạnh ở nhiều tỉnh thành trong nước, đòi hỏi việc phân tích, lựa chọn giải pháp móng cho các công trình này phải được kinh tế và bền vững.Đối với các công trình trên, tải trọng truyền xuống móng rất lớn nên phương án móng nông trên nền thiên nhiên ít được sử dụng.Giải pháp móng chọn cho các công trình này thường là móng cọc. Ngày nay, cùng với sự tiến bộ về khoa học kỹ thuật nói chung, móng cọc ngày càng được cải thiện, hoàn thiện, đa dạng về chủng loại cũng như phương pháp thi công phù hợp với yêu cầu cho từng loại công trình.Cọc khoan nhồi Cọc khoan nhồi được ứng dụng rộng rãi để xử lý nền móng trên nền đất yếu cho các công trình cầu đường, công trình dân dụng và công nghiệp.Sở dĩ việc áp dụng cọc khoan nhồi trong xây dựng, cầu đường phát triển mạnh chủ yếu vì cọc khoan nhồi có các ưu điểm sau: máy móc và thiết bị hiện đại nhỏ gọn có thể thi công trong điều kiện xây dựng chật hẹp. Cọc khoan nhồi có thể được đặt vào những lớp đất rất cứng, thậm chí tới lớp đá mà cọc đóng không thể tới được.Trong quá trình thi công không gây trồi đất ở xung quanh, không gây lún nứt các công trình kế cận.Khả năng chịu lực cao thích hợp với các công trình lớn, tải trọng nặng.Bên cạnh những ưu việt trên, cọc khoan nhồi thường có các nhược điểm sau đây: Yêu cầu kỹ thuật thi công cao, khó kiểm tra chính xác chất lượng bê tông nhồi vào cọc.
Bê tông xung quanh thân cọc dễ bị rửa trôi lớp xi măng khi gặp mạch nước ngầm hoặc gây ra rỗ mặt thân cọc. Hiện tượng co thắt, hẹp cục bộ thân cọc hoặc thay đổi kích thước tiết diện khi qua các lớp đất khác nhau. Do sự lắng đọng bùn khoan tạo thành một lớp vật liệu nhão ngay dưới mũi cọc làm giảm sức kháng mũi cọc. Vì cọc khoan nhồi có sức chịu tải lớn nên công tác thí nghiệm nén tĩnh sẽ phức tạp hơn.
Ở Cần Thơ cọc khoan nhồi được sử dụng rộng rãi trong các công trình xây dựng và cầu đường như: Công trình trụ sở làm việc Ngân hàng TMCP Sài Gòn Thương Tín - Chi nhánh Cần Thơ sử dụng cọc khoan nhồi D 800mm dài 52m, Chung cư Tây Nguyển Plaza-Cần Thơ, sử dụng cọc khoan nhồi D 800mm dài 47m; công trình Cầu Ba Láng sử dụng cọc khoan nhồi D 1500mm, dài 71m … 4 Hình 1.1 Chung cư Tây Nguyên Plaza - Cần Thơ Hình 1.2 Gia công và thi công cọc khoan nhồi 1.Cọc ép bê tông cốt thép Hiện nay cọc ép bê tông cốt thép được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay cho các công trình từ cao tầng đến thấp tầng.Cọc này có các ưu điểm sau: - Do đúc tại chỗ nên chất lượng bê tông có thể kiểm soát được. - Thiết bị thi công phổ biến và thời gian thi công nhanh. 5 - Độ tin cậy và tuổi thọ công trình cao. - Thi công không gây tiếng ồn, không ảnh hưởng đến môi trường.
Tuy nhiên cọc này cũng có những ưu điểm sau: cọc này khó xuyên qua lớp sét cứng hoặc cát chặt có chiều dày tương đối lớn, khi thi công có thể gây trồi nứt các công trình lân cận, liên kết mối nối các loại cọc kém, cọc thường bị xiên khi ép Cọc này được sử dụng rộng rãi ở Cần Thơ như các công trình: Bệnh viện đa khoa Hoàn Mỹ Cửu Long, sử dụng cọc 300x300mm, dài 31m; Trường Tiểu học An Nghiệp, sử dụng cọc 300x300mm, dài 40.3 Bệnh viện đa khoa Hoàn Mỹ Cửu Long Hình 1.4 Gia công và thi công cọc ép bê tông cốt thép 6 1.Cọc bê tông ly tâm ứng suất trước Những năm gần đây cọc bê tông ly tâm ứng suất trước được sử dụng rộng rãi trong kết cấu móng của đa số các công trình xây dựng, thủy lợi, giao thông. Trong ngành xây dựng nói riêng, Cọc này đang được sử dụng rất phổ biến ở Cần Thơ như các công trình Trụ sở làm việc Ngân hàng Vietcombank, Trung tâm thương mại Toyota Plaza…vì những ưu điểm vượt trội của nó: - Do sử dụng thép ứng suất trước cường độ cao nên cọc không bị biến dạng, bị nứt trong quá trình vận chuyển, lắp dựng và sử dụng - Chịu lực ngang tốt hơn cọc ép và cọc khoan nhồi. - Sử dụng bê tông mác cao 60-80Mpa cùng với quá trình quay ly tâm làm cho bê tông đặc chắc, chịu được tải trọng cao, không nứt, tăng khả năng chống thấm, chống ăn mòn cốt thép. - Cọc bê tông ly tâm ứng suất trước có độ cứng lớn hơn cọc bê tông cốt thép thường nên có thể đóng sâu vào nền đất hơn tận dụng khả năng chịu tải của đất nền dẫn đến giảm số lượng cọc trong móng.
- Cọc bê tông ly tâm ứng suất trước có thể sản xuất với chiều dài tối đa đến 15m cho một đoạn, nên mối nối ít hơn, trọng lượng trên một đơn vị chiều dài thấp dẫn đến giá thành hạ. Tuy nhiên trong quá trình thiết kế, thi công phải chú ý đến các yếu tố sau: - Trong quá trình cẩu, lắp cọc có thể bị nứt do sơ đồ cẩu, lắp thực tế khác với tính toán. - Đối với công trình chịu tải trọng ngang lớn, đài cọc có thể bị dịch chuyển ngang nhiều nếu cấu tạo liên kết giữa đầu cọc và đài cọc không phù hợp với đặc điểm của công trình.5 Gia công và thi công cọc ly tâm 7 1. TỔNG QUAN VỀ VIỆC XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI Sức chịu tải của cọc đơn là một đại lượng 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. Trong việc tính toán và thiết kế móng cọc hiện nay, người thiết kế có thể tham khảo các quy phạm của Việt Nam hoặc tài liệu nước ngoài.Việc tính toán sức chịu tải của cọc theo đất nền có thể thực theo nhiều phương pháp khác nhau. Phương pháp xác định sức chịu tải của cọc theo phương pháp thống kê dựa trên cơ sở kết quả chỉnh lý nhiều số liệu thực tế về thí nghiệm tải trọng tĩnh được hạ trong nhiều loại đất khác nhau, ở những độ sâu khác nhau để tìm ra mối tương quan giữa lực ma sát của đất xung quanh cọc và phản lực đất nền ở mũi cọc với một số chỉ tiêu cơ lý của đất. Phương pháp này giả thiết lựa ma sát quanh thân cọc phân bố đều theo chiều sâu trong phạm vi mỗi lớp đất và phản lực ở mũi cọc phân bố đều trên tiết diện ngang của cọc.
Phương pháp xác định sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cường độ đất nền thông qua các chỉ tiêu, đặc trưng cơ lý của đất nền (γ,φ,c…). Phần lớn các kết quả tính toán theo phương pháp này có khác nhiều so với kết quả thí nghiệm. Một số công thức lý thuyết của một số tác giả được áp dụng ở một số nước như: Công thức của A.Caqout, công thức của J.Benebened, công thức của H.Porr, công thức của A. Ở Việt Nam TCVN 205-1998 cho phép tính khả năng chịu tải của cọc đơn theo công thức của Meyerhof.
Phương pháp xác định sức chịu tải của cọc theo thí nghiệm SPT dựa trên kết quả thí nghiệm N60. N60 là số nhát đập để ống SPT đi được 30cm, đã hiệu chỉnh về 60% năng lượng hữu ích trong thí nghiệm SPT. Phương pháp này được tính theo công thức Meyerhof, công thức Schmertmann và theo công thức của Nhật Bản. Phương pháp xác định sức chịu tải của cọc theo thí nghiệm CPT dựa vào kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh thường biểu diễn dưới dạng biểu đồ sức kháng xuyên đầu mũi qc và sức kháng ma sát bên fs thay đổi theo độ sâu.Từ giá trị qc tính ra sức kháng mũi và kháng bên.
Phương pháp xác định sức chịu tải của cọc theo thí nghiệm nén tĩnh dựa vào các số liệu về tải trọng, chuyển vị, thời gian thu được trong quá trình thí nghiệm là cơ sở để đánh giá sức chịu tải của cọc theo đất nền. Phương pháp xác định sức chịu tải của cọc theo kết quả đóng thử cọc ( phương pháp động) có thể được thực hiện theo hai phương pháp khác nhau: tĩnh hóa quá trình đóng cọc thông qua đo độ chối để xác định Pgh ( các công thức đóng cọc ) và phân tích đóng cọc trên cơ sở phân tích các dao động ghi nhận được trong quá trình đóng cọc Trong nhóm phương pháp động, ta chia ra làm bốn phương pháp nhỏ: - Công thức đóng cọc còn được gọi là công thức động.Có rất nhiều công thức động khác nhau, sớm nhất là công thức ENR ( Engineering News Record ) ra đời vào 8 năm 1888-1893. Hàng loạt các công thức khác đang được sử dụng là: ENR hiệu chỉnh, Olson và Plate (1967) trong quy trình Đan Mạch, Hiley (1930), Kreuter, Tiêu chuẩn xây dựng Thái Bình Dương (Pacific Coast ), Janbu, Gates, Navy-McKay, Gherxevanov, Hà Lan…Hầu hết các công thức này có độ tin cậy cực kỳ kém, cho nên ngưới thiết kế phải áp dụng hệ số an toàn cao.Ở Việt Nam, công thức Gherxevanov được sử dụng rộng rãi trong rất nhiều năm và hiện được nêu trong Tiêu chuẩn thiết kế móng cọc (TCXD 205-1998) và các tiêu chuẩn tương đương. - Phân tích động bằng phương trình sóng: sử dụng phương trình truyền sóng của Smith để dự báo sức chịu tải của cọc hoặc phân tích ứng suất - biến dạng trong cọc.Thông thường dùng phần mềm GRL-WEAP để hỗ trợ quá trình phân tích.Phương pháp này có độ tin cậy đủ tốt và rẻ tiền.
Phương pháp Case: Thí nghiệm thử động biến dạng lớn PDA. Khác với phương pháp trên, ta phải gắn nhiều đầu đo biến dạng và đầu đo gia tốc.Phân tích đồ thị sóng để xác định sức chịu tải của cọc. Phương pháp Capwap: Đây chính là sự kết hợp giữa WEAP và CASE. Thông thường, ta dùng một phần mềm duy nhất là CAPWAP để hỗ trợ quá trình phân tích.Phương pháp này có độ tin cậy rất cao.
9 CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO LÝ THUYẾT 2.