Tính Toán Móng Bè Cọc: Phương Pháp và Độ Tin Cậy Dữ Liệu

Tài liệu nghiên cứu Tinh toan mong be coc, tổng hợp lý thuyết và thực hành, cung cấp kiến thức chuyên sâu về ., phục vụ nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

• Trường học: Trường Đại Học Xây Dựng
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Xây Dựng
• Đề tài: Tính Toán Móng Bè Cọc Hiệu Quả và Độ Tin Cậy
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Cấu tạo và ứng dụng của móng bè-cọc
• 1.2. Ứng dụng móng bè cọc
• 1.3. Cơ chế làm việc của móng bè cọc
• 1.4. Các quan điểm thiết kế hiện nay
• 1.5. Tổng quan về các phương pháp tính toán móng bè - cọc
• 2. CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MÔ HÌNH TÍNH MÓNG BÈ - CỌC
• 3. CHƯƠNG 3: VÍ DỤ MINH HỌA
• 4. CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN MÓNG BÈ CỌC CÓ XÉT ĐẾN ĐỘ TIN CẬY CỦA SỐ LIỆU NỀN ĐẤT
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về Tính Toán Móng Bè Cọc Hiệu Quả

Tính toán móng bè cọc là một lĩnh vực quan trọng trong xây dựng, đặc biệt là trong các công trình có nền đất yếu. Móng bè cọc không chỉ giúp phân phối tải trọng mà còn tăng cường độ ổn định cho công trình. Việc áp dụng các phương pháp tính toán hiện đại giúp nâng cao độ tin cậy và hiệu quả trong thiết kế. Nghiên cứu này sẽ đi sâu vào các khía cạnh của tính toán móng bè cọc, từ cơ sở lý thuyết đến ứng dụng thực tiễn.

1.1. Cấu tạo và ứng dụng của Móng Bè Cọc

Móng bè cọc được cấu tạo từ hai phần chính: bè và cọc. Bè có nhiệm vụ phân phối tải trọng từ công trình xuống các cọc, trong khi cọc truyền tải trọng xuống nền đất. Móng bè cọc thường được sử dụng trong các công trình dân dụng và công nghiệp, đặc biệt là khi nền đất yếu.

1.2. Cơ chế làm việc của Móng Bè Cọc

Cơ chế làm việc của móng bè cọc bao gồm sự tương tác giữa cọc và đất, cọc và cọc, cũng như giữa đất và bè. Sự tương tác này giúp tối ưu hóa khả năng chịu tải và giảm độ lún cho công trình.

II. Vấn đề và Thách thức trong Tính Toán Móng Bè Cọc

Mặc dù có nhiều ưu điểm, việc tính toán móng bè cọc cũng gặp phải nhiều thách thức. Đặc biệt, độ tin cậy của số liệu nền đất là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến kết quả tính toán. Các mô hình tính toán cổ điển thường không phản ánh chính xác sự tương tác giữa các yếu tố, dẫn đến nguy cơ sai sót trong thiết kế.

2.1. Độ Tin Cậy của Số Liệu Nền Đất

Độ tin cậy của số liệu nền đất ảnh hưởng lớn đến tính toán móng bè cọc. Việc sử dụng số liệu không chính xác có thể dẫn đến thiết kế không an toàn và lãng phí tài nguyên.

2.2. Các Mô Hình Tính Toán Hiện Có

Các mô hình tính toán hiện tại thường dựa trên giả định đơn giản, không phản ánh đầy đủ sự tương tác giữa đất và kết cấu. Điều này có thể dẫn đến những sai lệch trong kết quả tính toán.

III. Phương Pháp Tính Toán Móng Bè Cọc Hiệu Quả

Để nâng cao hiệu quả và độ tin cậy trong tính toán móng bè cọc, nhiều phương pháp mới đã được phát triển. Các phương pháp này không chỉ cải thiện độ chính xác mà còn giúp tiết kiệm thời gian và chi phí trong thiết kế.

3.1. Phương Pháp Tính Toán Theo Mô Hình Hệ Số Nền

Phương pháp này sử dụng mô hình hệ số nền để tính toán độ lún và sức chịu tải của móng bè cọc. Nó cho phép xem xét các yếu tố ảnh hưởng đến độ tin cậy của số liệu nền đất.

3.2. Phương Pháp Lặp của H. Poulos

Phương pháp lặp của H. Poulos cho phép phân tích sự tương tác giữa các yếu tố đất, bè và cọc. Phương pháp này giúp tối ưu hóa thiết kế và nâng cao độ tin cậy của kết quả tính toán.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn và Kết Quả Nghiên Cứu

Việc áp dụng các phương pháp tính toán mới trong thực tiễn đã cho thấy nhiều kết quả khả quan. Các công trình xây dựng sử dụng móng bè cọc đã đạt được độ ổn định cao và giảm thiểu độ lún, từ đó nâng cao tuổi thọ công trình.

4.1. Ví Dụ Minh Họa trong Xây Dựng

Một số công trình tiêu biểu đã áp dụng thành công phương pháp tính toán móng bè cọc, cho thấy sự cải thiện rõ rệt về độ ổn định và độ tin cậy của kết cấu.

4.2. Đánh Giá Kết Quả Nghiên Cứu

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc áp dụng các phương pháp tính toán hiện đại giúp nâng cao độ tin cậy và hiệu quả trong thiết kế móng bè cọc, từ đó đáp ứng tốt hơn yêu cầu của các công trình xây dựng.

V. Kết Luận và Tương Lai của Tính Toán Móng Bè Cọc

Tính toán móng bè cọc là một lĩnh vực đang phát triển mạnh mẽ. Việc áp dụng các phương pháp tính toán hiện đại không chỉ nâng cao độ tin cậy mà còn giúp tiết kiệm chi phí và thời gian trong thiết kế. Tương lai của lĩnh vực này hứa hẹn sẽ có nhiều tiến bộ hơn nữa.

5.1. Xu Hướng Nghiên Cứu Tương Lai

Các nghiên cứu trong tương lai sẽ tập trung vào việc phát triển các mô hình tính toán phức tạp hơn, nhằm cải thiện độ chính xác và hiệu quả trong thiết kế.

5.2. Khả Năng Ứng Dụng trong Thực Tế

Khả năng ứng dụng các phương pháp tính toán mới trong thực tế sẽ mở ra nhiều cơ hội cho các công trình xây dựng, đặc biệt là trong các khu vực có nền đất yếu.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh đô thị hóa và phát triển hạ tầng quy mô lớn tại Việt Nam, các công trình cao tầng từ 20 đến 40 tầng mọc lên với mật độ dày đặc. Tải trọng công trình khổng lồ đòi hỏi giải pháp móng chịu lực phức tạp, trong đó hệ móng cọc khoan nhồi đường kính từ 1,0 m đến 2,0 m với chiều sâu ngàm từ 40 m đến 70 m được áp dụng phổ biến. Tuy nhiên, phương pháp thiết kế truyền thống thường áp dụng quan điểm quy ước thiên về an toàn: giả định cọc chịu toàn bộ 100% tải trọng từ đài truyền xuống hoặc bỏ qua sức chịu tải tiếp xúc của đất nền dưới đáy bè. Cách tiếp cận tiền định này dẫn đến sự lãng phí khoảng 15% đến 25% số lượng cọc, đồng thời chưa phản ánh đúng bản chất làm việc đồng thời của hệ tương tác đất - bè - cọc.

Mục tiêu trọng tâm của nghiên cứu là xây dựng và hoàn thiện phương pháp tính toán móng bè cọc theo mô hình hệ số nền Winkler kết hợp phân tích độ tin cậy của các chỉ tiêu cơ lý đất nền. Đề tài tập trung giải quyết bài toán phân bố nội lực trong đài bè và phản lực đầu cọc khi các thông số địa chất mang tính biến động ngẫu nhiên với hệ số phân tán từ 10% đến 30%. Nghiên cứu được thử nghiệm cụ thể qua dữ liệu công trình thực tế tại Tòa nhà 97 Láng Hạ (Hà Nội) với kích thước mặt bằng 43,6 m x 34,5 m, chiều dày bè 2,0 m và 65 cọc khoan nhồi chịu tải trọng tính toán 650 tấn mỗi cọc. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn thể hiện ở việc tối ưu hóa khối lượng kết cấu móng, giảm thiểu 10% đến 20% chi phí xây dựng phần ngầm, đồng thời bảo đảm xác suất an toàn công trình đạt trên 99,5%.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn vận dụng đồng thời ba hệ thống lý thuyết cốt lõi trong cơ học đất, cơ học kết cấu và lý thuyết độ tin cậy công trình:

Thứ nhất, lý thuyết hệ số nền Winkler mô phỏng đất nền dưới dạng hệ lò xo đàn hồi cục bộ độc lập với độ cứng liên kết được xác định qua công thức K = Cz x F, trong đó Cz là hệ số nền và F là diện tích ảnh hưởng quanh nút phần tử. Để khắc phục giới hạn không xét đến biến dạng lan truyền xung quanh của mô hình Winkler, nghiên cứu tích hợp lý thuyết bán không gian biến dạng tuyến tính đàn hồi theo Boussinesq và Flamant nhằm đánh giá chính xác trường ứng suất và độ lún tương hỗ.

Thứ hai, mô hình tương tác đồng thời của Poulos xác định 4 cơ chế truyền lực: tương tác cọc - đất, tương tác cọc - cọc (hiệu ứng nhóm cọc khi khoảng cách nhỏ hơn 6 lần đường kính cọc), tương tác đất - móng bè và tương tác cọc - móng bè. Cơ chế này cho phép phân phối lại tải trọng giữa đài móng và các cọc khoan nhồi một cách tối ưu.

Thứ ba, lý thuyết độ tin cậy của Rgianitsưn đánh giá trạng thái giới hạn thông qua chỉ số độ tin cậy beta = (R - S) / căn bậc hai của tổng phương sai (sigma_R bình phương + sigma_S bình phương). Độ an toàn của móng được đo lường bằng hàm phân phối xác suất Laplax thay vì một hệ số an toàn tiền định cố định.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu đầu vào được thu thập từ hồ sơ khảo sát địa chất công trình gồm chỉ số thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT (N = 10 đến 45 búa), mô đun biến dạng nền đất Eo = 25N (kgf/cm2), lực dính c, góc ma sát trong phi và kết quả thí nghiệm nén tĩnh hiện trường trên 0,5% tổng số cọc với độ lún giới hạn 0,04 m.

Phương pháp phân tích số sử dụng thuật toán mô hình hóa thống kê từng bước kết hợp phương pháp mô phỏng ngẫu nhiên Monte Carlo trên nền tảng phần tử hữu hạn (FEM). Bè móng được rời rạc hóa thành các phần tử tấm chịu uốn, thân cọc mô hình hóa bằng phần tử thanh và đất nền xung quanh được gán các liên kết lò xo đàn hồi phi tuyến. Lý do lựa chọn mô hình này là khả năng tương thích cao với các phần mềm kết cấu chuyên dụng như SAP2000 hay SAFE, đồng thời rút ngắn thời gian xử lý các phép lặp phi tuyến.

Quy trình chọn mẫu thống kê thực hiện trên 100 đến 500 mẫu ngẫu nhiên cho từng thông số địa chất theo phân phối chuẩn Gauss. Quá trình tính toán lặp được thực hiện qua 8 bước tuần tự: từ ước lượng sơ bộ tỷ lệ tải trọng truyền vào bè và cọc, xác định độ cứng lò xo theo phương pháp Vesic và Gambin, giải hệ phương trình phần tử hữu hạn, đến kiểm tra điều kiện hội tụ chuyển vị lún của bè và cọc.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, việc xét đến sự tham gia chịu lực của đất nền dưới đáy bè giúp san sẻ từ 15% đến 28% tổng tải trọng thẳng đứng của công trình. Trong mô hình ví dụ kiểm chứng, khi phân tích móng với số lượng cọc giảm từ 65 cọc xuống còn 35 cọc (giảm 46,1% mật độ cọc), đài bè vẫn đáp ứng hoàn toàn điều kiện về cường độ và độ lún cho phép, với độ lún trung bình chỉ tăng từ 28 mm lên 41 mm.

Thứ hai, độ cứng kháng uốn và chiều dày của bản bè tác động trực tiếp đến sự phân bố nội lực mômen. Khi thay đổi chiều dày bè từ 1,5 m đến 2,5 m, giá trị mômen uốn cực đại M11 và M22 biến thiên từ 18% đến 22%, đồng thời chuyển vị lún lệch cục bộ giữa tâm móng và góc móng giảm tới 35%, giúp hạn chế tối đa nguy cơ nứt sàn tầng hầm.

Thứ ba, sự phân tán của các chỉ tiêu đất nền tạo ra độ biến động lớn đối với nội lực trong kết cấu móng. Kết quả phân tích độ tin cậy với hệ số an toàn n1 = 1,01 và n2 = 1,03 cho thấy xác suất an toàn của mômen uốn đáy bè và phản lực đầu cọc dao động từ 95,5% đến 99,8%. Những khu vực đất có chỉ số SPT biến động mạnh là nguyên nhân chính làm tăng phương sai của ứng suất tiếp xúc đáy móng lên thêm 14% đến 19%.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân căn bản dẫn đến sự khác biệt giữa mô hình đề xuất và phương pháp truyền thống là sự kích hoạt vùng kháng lực của đất mặt dưới đáy bè khi xuất hiện chuyển vị đứng. Trong phương pháp cọc chịu tải 100%, phản lực đáy bè bị triệt tiêu giả định, dẫn đến tính toán dư thừa diện tích cốt thép đài từ 12% đến 18%.

So sánh với mô hình bán không gian đàn hồi vô hạn của Boussinesq, mô hình hệ số nền Winkler có hiệu chỉnh độ cứng lò xo theo phương pháp Gambin mang lại độ hội tụ nhanh hơn gấp 3 lần trong các phần mềm tính toán kết cấu phổ thông. Kết quả nghiên cứu có thể được trực quan hóa rõ ràng qua đồ thị quan hệ tải trọng - độ lún S = f(P), biểu đồ phân bố tần suất sai số mômen dạng đường cong phân phối chuẩn Gauss và bảng so sánh ma trận phản lực đầu cọc giữa các trường hợp chiều dày bè khác nhau.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm chuyển giao kết quả nghiên cứu vào thực tiễn tư vấn và thiết kế công trình ngầm, luận văn đưa ra 4 nhóm giải pháp cụ thể:

Thứ nhất, áp dụng quy trình tính toán móng bè cọc đồng thời chịu tải cho 100% các công trình cao tầng có tầng hầm đặt trên nền đất tốt hoặc trung bình. Các đơn vị tư vấn thiết kế cần sử dụng mô hình lò xo tương đương hiệu chỉnh theo chỉ số SPT (Eo = 25N) để khai thác tối đa 20% đến 30% sức kháng đáy bè, hoàn thành việc chuẩn hóa quy trình tính trong vòng 3 đến 6 tháng.

Thứ tư, tích hợp phân tích độ tin cậy vào việc kiểm tra trạng thái giới hạn của móng. Các kỹ sư địa kỹ thuật cần đưa chỉ số độ tin cậy beta đạt ngưỡng tối thiểu từ 3,0 đến 3,5 (tương đương xác suất an toàn trên 99,9%) vào hồ sơ thẩm tra kết cấu móng cho các công trình cấp đặc biệt và cấp 1.

Thứ ba, tối ưu hóa chiều dày bản bè và khoảng cách bố trí cọc. Đơn vị thiết kế nên khống chế tỷ lệ chiều dày bè trên nhịp cột trong khoảng 1/15 đến 1/20 kết hợp bố trí mật độ cọc dày ở khu vực lõi vách chịu lực và thưa dần ra biên móng, giúp tiết kiệm từ 10% đến 15% khối lượng bê tông đài móng.

Thứ tư, chủ đầu tư và nhà thầu thi công cần thiết lập hệ thống quan trắc lún và ứng suất đáy móng tự động với tần suất đo 7 ngày mỗi lần trong suốt quá trình thi công phần thân và 30 ngày mỗi lần trong 2 năm đầu vận hành nhằm đối soát độ tin cậy của mô hình số.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và phương pháp luận của đề tài mang lại giá trị thực tiễn cho 4 nhóm đối tượng chính:

Kỹ sư thiết kế kết cấu và địa kỹ thuật: Nắm vững phương pháp mô hình hóa lò xo cọc - đất trên phần mềm SAFE/SAP2000, tối ưu hóa sơ đồ bố trí cọc cho các dự án cao ốc và công trình ngầm phức tạp.

Chủ đầu tư và Ban quản lý dự án xây dựng: Có cơ sở khoa học để thẩm tra, đánh giá tính kinh tế - kỹ thuật của phương án móng, kiểm soát rủi ro địa chất và cắt giảm từ 10% đến 20% chi phí xây lắp phần ngầm.

Giảng viên, nghiên cứu sinh và học viên cao học chuyên ngành Địa kỹ thuật - Xây dựng công trình: Sử dụng tài liệu làm khung tham chiếu chuyên sâu về lý thuyết độ tin cậy công trình, phương pháp phần tử hữu hạn và cơ học đất nâng cao.

Cơ quan quản lý nhà nước và ban soạn thảo tiêu chuẩn xây dựng: Khai thác số liệu thực nghiệm và lý thuyết xác suất để hoàn thiện hệ thống tiêu chuẩn thiết kế nền móng theo trạng thái giới hạn và hệ số độ tin cậy.

Câu hỏi thường gặp

Móng bè cọc làm việc đồng thời ưu việt hơn móng cọc truyền thống ở điểm nào? Giải pháp móng bè cọc tận dụng được 15% đến 28% sức chịu tải của nền đất đáy bè, giúp giảm từ 15% đến 25% số lượng cọc khoan nhồi so với quan điểm truyền thống xem cọc chịu 100% tải trọng. Điều này giúp giảm đáng kể chi phí xây dựng và rút ngắn 10% đến 15% tiến độ thi công ngầm.

Tại sao phải đưa lý thuyết độ tin cậy vào tính toán địa kỹ thuật công trình? Số liệu địa chất tại hiện trường có tính ngẫu nhiên và độ phân tán lớn với hệ số biến thiên từ 10% đến 30%. Lý thuyết độ tin cậy cho phép đánh giá chính xác xác suất phá hoại công trình thông qua chỉ số beta, khắc phục sự chủ quan của hệ số an toàn tiền định truyền thống.

Mô hình hệ số nền Winkler có nhược điểm gì và được khắc phục như thế nào? Mô hình Winkler chỉ phản ánh biến dạng đàn hồi cục bộ ngay tại điểm đặt tải mà bỏ qua tính liên tục của môi trường đất. Nghiên cứu khắc phục bằng cách tích hợp lời giải đàn hồi Boussinesq và phương pháp truyền tải Gambin để hiệu chỉnh độ cứng lò xo theo từng phân đoạn cọc.

Làm thế nào để xác định độ cứng lò xo cọc chính xác nhất trong mô hình số? Độ cứng lò xo cọc Kc = Ptc / Delta đạt độ chính xác cao nhất khi xác định từ biểu đồ quan hệ tải trọng - độ lún của thí nghiệm nén tĩnh tại hiện trường trên 0,5% tổng số cọc với chuyển vị giới hạn 0,04 m, kết hợp công thức thực nghiệm SPT (Eo = 25N).

Ứng dụng phương pháp này giúp tiết kiệm chi phí xây dựng thực tế khoảng bao nhiêu? Đối với công trình quy mô như Tòa nhà 97 Láng Hạ với 65 cọc D1200 và bè dày 2,0 m, việc tối ưu hóa tải trọng truyền xuống cọc và đáy bè giúp giảm từ 10 đến 20 cọc nhồi, tương đương tiết kiệm khoảng 2 tỷ đến 4 tỷ đồng chi phí móng.

Kết luận

Nghiên cứu đã giải quyết trọn vẹn bài toán tích hợp giữa cơ học nền móng hiện đại và lý thuyết xác suất độ tin cậy, thể hiện qua 5 điểm cốt lõi:

• Hoàn thiện mô hình tính toán móng bè cọc trên nền đàn hồi Winkler có xét đến tương tác 4 chiều giữa đất, bè và cọc.
• Thiết lập quy trình 8 bước xác định độ cứng lò xo cọc và hệ số nền dựa trên kết quả thí nghiệm xuyên SPT và nén tĩnh hiện trường.
• Ứng dụng thành công phương pháp mô phỏng Monte Carlo để đánh giá mức độ tin cậy của nội lực mômen và phản lực đầu cọc.
• Chứng minh tính khả thi trong việc giảm 15% đến 30% số lượng cọc chịu lực mà vẫn đảm bảo xác suất an toàn trên 99,5%.
• Cung cấp giải pháp tối ưu hóa kinh tế - kỹ thuật cho các dự án nhà cao tầng và công trình ngầm đô thị.

Đóng góp lớn nhất của luận văn là thu hẹp khoảng cách giữa lý thuyết độ tin cậy xác suất và công tác thực hành thiết kế kết cấu tại Việt Nam. Trong lộ trình 12 tháng tới, hướng nghiên cứu tiếp theo cần mở rộng thử nghiệm trên các dạng địa chất đất yếu phức tạp và tải trọng động động đất. Các kỹ sư và chuyên gia địa kỹ thuật hãy áp dụng ngay phương pháp móng bè cọc tương tác để tối ưu hóa an toàn và kinh tế cho các dự án xây dựng hiện đại.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN 1. Cấu tạo và ứng dụng của móng bè-cọc 1. Cấu tạo của móng bè cọc Móng bè – cọc là một loại móng cọc, cho phép phát huy được tối đa khả năng chịu lực của cọc và tận dụng được một phần sức chịu tải của nền đất dưới đáy bè. Móng bè - cọc còn được gọi là móng bè trên nền cọc.

Móng bè cọc có rất nhiều ưu điểm so với các loại móng khác, như tận dụng được sự làm việc của đất nền, phát huy tối đa sức chịu tải cọc, chịu được tải trọng lớn, độ cứng lớn, không gian tự do thông thoáng thuận lợi cho việc bố trí tầng hầm, liên kết giữa bè và kết cấu chịu lực bên trên như vách, cột có độ cứng lớn phù hợp sơ đồ làm việc của công trình. Móng bè cọc cấu tạo gồm hai phần: bè và các cọc. - Bè hay đài cọc có nhiệm vụ liên kết và phân phối tải trọng từ chân kết cấu cho các cọc, đồng thời truyền một phần tải trọng xuống đất nền tại vị trí tiếp xúc giữa đáy bè và đất nền. Bè có thể làm dạng bản phẳng hoặc bản dầm nhằm tăng độ cứng chống uốn.

- Các cọc làm nhiệm vụ truyền tải trọng xuống nền đất dưới chân cọc thông qua sức kháng mũi và vào nền đất xung quanh cọc thông qua sức kháng bên. Có thể bố trí cọc trong đài thành nhóm hay riêng rẽ, bố trí theo đường lối hay bố trí bất kỳ tuỳ thuộc vào mục đích của người thiết kế, nhằm điều chỉnh lún không đều, giảm áp lực lên nền ở đáy bè hay giảm nội lực trong bè. Cách bố trí cọc trong đài thường theo nguyên tắc trọng tâm nhóm cọc trùng hoặc gần với trọng tâm tải trọng công trình. Giải pháp này có ưu điểm 4 là tải trọng xuống cọc được phân bố hợp lí hơn; tính làm việc tổng thể của nhóm cọc tốt hơn.

Hình 1-1: Cấu tạo móng bè cọc Cọc có thể sử dụng cọc chế sẵn hoặc cọc nhồi. - Cọc chế sẵn thường gồm hai loại: + Cọc bê tông cốt thép (BTCT) đúc sẵn, có hoặc không có ứng suất trước. Cọc thường có dạng hình vuông. Dạng cọc này thường áp dụng cho ác công trình có tải trọng vừa và nhỏ vì chiều dài cọc hạn chế, khoảng 30m.

Còn 5 cọc ứng suất trước có ưu điểm là sức chịu tải lớn, có thể xuyên qua các lớp đất rời có độ chặt lớn, tuy nhiên loại cọc này chưa phổ biến ở nước ta. Do bề dày tấm thép mỏng, để cọc có thể dễ dàng xuyên qua các lớp đất cứng, người ta thường gia cố thêm mũi cọc. Ở Việt Nam, ta thường hạ cọc chế sẵn xuống bằng một trong ba phương pháp: + Dùng búa đóng cọc: thường gây chấn động và tiếng ồn lớn. Hơn nữa, khó có thể đóng cọc qua lớp đất tốt vì cọc thường bị gẫy, vỡ đầu cọc.

Để giảm chấn và giúp quá trình đóng cọc, ta có thể khoan mồi trước khi đóng. + Ép cọc bằng kích thuỷ lực và hệ đối trọng. Để có thể ép cọc xuống độ sâu thiết kế, tải trọng ép ở đầu cọc phải vượt qua hoặc bẳng tải trọng cực hạn Pu của đất nền. + Rung: thường dùng cho tường cừ, tường ngăn.

- Cọc nhồi: Cọc nhồi là một loại cọc bê tông được thi công bằng cách đổ bê tông tươi vào một hố khoan trước. So với các loại cọc khác, cọc nhồi có lịch sử tương đối mới. Năm 1908 đến 1920, các lỗ khoan mới có đường kính nhỏ 0,3m, dài chỉ 6-12 m. Hiện nay, người ta đã có thể làm cọc nhồi mở rộng chân, sử dụng dung dịch bentonite để giữ thành hố khoan.

Cọc nhồi được sử dụng ở Việt Nam đầu những năm 1990. Kích thước phổ biến của cọc nhồi ở Việt Nam là : đường kính 1-2m, chiều dài 40-70 m. Cọc nhồi thường áp dụng cho các công trình 6 có tải trọng lớn, những công trình xây chen không thể thi công chấn động như các loại cọc khác. Ứng dụng móng bè cọc Móng bè cọc thường được sử dụng tương đối nhiều trong các công trình xây dựng.

Sở dĩ phải làm móng bè cọc vì trường hợp đất yếu rất dày, bố trí cọc theo đài đơn hay băng trên cọc không đủ. Cần phải bố trí cọc trên toàn bộ diện tích xây dựng mới mang đủ tải trọng của công trình. Hơn nữa bè cọc sẽ làm tăng tính cứng tổng thể của nền móng bù đắp lại sự yếu kém của nền đất. - Nhà dân dụng: Chủ yếu là móng bè trên cọc nhồi hoặc barrette.

Móng bè cọc thích hợp với kết cấu ống, kết cấu khung vách. Hình 1-2 : Mặt bằng kết cấu móng tòa nhà 97- Láng Hạ 7 Một ví dụ về công trình Toà nhà 97 – Láng Hạ - Đống Đa - Hà nội, mặt bằng 43,6 x 34,5m; kết cấu khung-vách; sử dụng cọc khoan nhồi đường kính 1200. sức chịu tải tính toán cọc đơn là 650 Tấn; phần móng gồm 65 cọc được bố trí khắp nhà. Bè móng dày 2.

- Nhà công nghiệp: Chủ yếu là móng bè trên cọc đóng hoặc ép. Đặc điểm nhà công nghiệp là diện tích mặt bằng lớn, cấu tạo địa chất thường không ổn định; cọc sử dụng trong công trình này thường có tác dụng gia cố nền, giảm độ lún lệch và lún tuyệt đối. - Công trình cảng, thuỷ: Chủ yếu là móng bè trên cọc đóng hoặc ép. Đặc điểm của các công trình này là chịu tải trọng nặng, quy định nghiêm ngặt về độ lún tuyệt đối và lún lệch.

Ví dụ về công trình dạng này là các âu tàu. Cơ chế làm việc của móng bè cọc Đặc điểm nổi bật của móng bè - cọc là sự ảnh hưởng tương hỗ giữa đất và kết cấu móng trong quá trình chịu tải theo bốn ảnh hưởng sau:  - Sự tương tác giữa cọc và đất;  - Sự tương tác giữa cọc và cọc;  - Sự tương tác giữa đất và móng bè;  - Sự tương tác giữa cọc và móng bè; 8 Hình 1-3 : Sự làm việc của móng bè cọc (Poulos, 2000) Nghiên cứu tác động qua lại khi kể tới ảnh hưởng của đài cọc, nền đất dưới đáy đài và cọc cho thấy cơ cấu truyền tải trọng như sau: + Sự làm việc của đài cọc: Tải trọng từ công trình truyền xuống móng. Đài cọc liên kết các đầu cọc thành một khối và phân phối tải trọng tập trung tại các vị trí chân cột, tường cho các cọc. Sự phân phối này phụ thuộc vào việc bố trí các cọc và độ cứng kháng uốn của đài.

Ở một mức độ nhất định nó có khả năng điều chỉnh độ lún không đều (lún lệch). + Ảnh hưởng của nền đất dưới đáy đài: Khi đài cọc chịu tác động của tải trọng một phần được truyền xuống cho các cọc chịu và một phần được phân phối cho nền đất dưới đáy đài. Tỷ lệ phân phối này còn phụ thuộc vào các yếu 9 tố: độ cứng của nền đất, chuyển vị của đài, chuyển vị của cọc và việc bố trí các cọc. + Ảnh hưởng của cọc: Cơ chế làm việc của cọc là nhờ được hạ vào các lớp đất tốt phía dưới nên khi chịu tác động của tải trọng đứng từ đài móng nó sẽ truyền tải này xuống lớp đất tốt thông qua lực ma sát giữa cọc với đất và lực kháng ở mũi cọc làm cọc chịu kéo hoặc nén.

Trong quá trình làm việc cọc còn chịu thêm các tác động phức tạp khác như: hiệu ứng nhóm cọc, lực ma sát âm. Do có độ cứng lớn nên cọc tiếp nhận phần lớn tải trọng từ đài xuống, chỉ có một phần nhỏ do nền tiếp nhận. + Sự làm việc của nhóm cọc: Sự làm việc của cọc đơn khác với sự làm việc của nhóm cọc. Khi khoảng cách các cọc khá lớn (ví dụ lớn hơn 6d) thì cọc làm việc như cọc đơn.

Xét cọc và nhóm cọc trên hình 1-4, các đường cong trên hình 1-4a thể hiện đường đẳng ứng suất do cọc đơn gây ra, còn ở hình 1-4b, ta thấy ứng suất ở giữa nhóm cọc sẽ do tải trọng truyền từ nhiều cọc tới, do đó ứng suất dưới nhóm cọc lớn hẳn lên. Nếu mỗi cọc trong nhóm và cọc đơn cùng chịu một tải trọng làm việc thì độ lún của nhóm cọc lớn hơn cọc đơn. a) b) Hình 1-4: Các đường đẳng ứng suất của cọc đơn và nhóm cọc [1] Sức chịu tải của nhóm cọc cũng nhỏ hơn cọc đơn: 10 Punh = η .1) Trong đó: η - hệ số nhóm N – Số lượng cọc trong nhóm Pnhu – sức chịu tải của nhóm cọc Pđu – sức chịu tải của một cọc đơn Khi đóng hoặc ép cọc vào đất hạt thô trạng thái rời hoặc chặt vừa, đất sẽ chặt lên, do đó cải thiện được sức chịu tải của từng cọc η ≈ 1. Còn khi đóng hoặc ép cọc vào đất dính, cấu trúc đất bị xáo trộn, sức chịu tải giảm xuống nhiều.

Sau một thời gian cọc nghỉ, sức kháng cắt sẽ phục hồi dần nhưng ít khi phục hồi được 100%. Nhận xét: Sự làm việc của hệ đài cọc - cọc - nền đất là một hệ thống nhất làm việc đồng thời cùng nhau và tương tác lẫn nhau rất phức tạp. Sự tương tác dó phụ thuộc vào độ cứng kháng uốn của đài cọc, độ cứng của nền đất (đáy đài), độ cứng của cọc (khả năng chịu tải và bố trí cọc). Nhờ vào sự tương tác đó mà tải trọng được phân phối xuống nền đất gây ra chuyển vị của nền, chuyền vị này phân phối lại tải trọng cho kết cấu bên trên từ đó có tác dụng điều chỉnh chênh lún, giữ được độ ổn định không gian cho móng.

Tuy nhiên, không phải lúc nào giữa đất và kết cấu móng cũng có đủ các dạng tương tác trên, do đó tùy thuộc vào số liệu thực tế của móng và đất mà ta có thể giả thiết loại bỏ một dạng tương tác nào đó để đơn giản cho tính toán. Các quan điểm thiết kế hiện nay Hiện nay khi thiết kế các loại móng dạng băng cọc, bè cọc thường có một số quan điểm tính toán như sau: 1.Quan điểm cọc chịu tải hoàn toàn 11 Theo quan điểm này, các cọc được thiết kế như một nhóm cọc để tiếp nhận hoàn toàn tải trọng của công trình mà không kể tới sự tham gia chịu tải của nền đất dưới đài cọc.