Bài giảng Nền móng: Chương 5 - Nguyễn Hữu Thái [chuẩn SEO]

Nền Móngg

Chương V: Móng cọc Chương V: Móng cọc

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

§5.1 Khái niệm chung

I. Cấu tạo móng cọc: - Gồm 3 bộ phận: cọc, đài cọc, đất bao quanh cọc (cid:57) Cọc là bộ phận chính có tác dụng truyền tải trọng từ công trình lên đất ở đầu mũi và xung quanh cọc.

MNN

(cid:57) Đài cọc liên kết các cọc thành một khối và phân phối tải trọng công trình lên các cọc. tải t t ì h lê ô á

(cid:57) Đất xung quanh cọc được cọc lèn chặt tiếp thu một phần tải trọng và phân bố đều hơn lên đất đầu mũi cọc.

ọ lớn, lớp đất tốt

Hình: Cấu tạo móng cọc a) Đài thấp; b) Đài cao; 1- cọc; 2- đài cọc; 3- công trình

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

II. Phạm vi và trường hợp áp dụng: 1. Phạm vi áp dụng - MC có thể coi là biện pháp xử lý sâu, có tác dụng truyền tải trọng từ c.trình tới lớp đất có cường độ lớn ở đầu mũi cọc và xung quanh móng. g g q - Dùng khi tải trọng công trình tương đối nằm sâu, mực nước ngầm tương đối cao. - Dùng ở những bộ phận chịu tải trọng lớn hoặc những chỗ đất yếu.

ằ

2. Các trường hợp áp dụng a) Khi một hay nhiều lớp đất bên trên có tính nén lún lớn và quá yếu để chịu tải trọng do công trình truyền xuống, cọc được dùng để truyền tải trọng xuống tầng đất đá cứng nằm dưới (hình 11.1a). Khi d ới (hì h 11 1 ) Khi đất đá ứ tầng đất đá cứng ở sâu không chạm tới được, cọc được dùng để truyền tải trọng công trình lên đất chủ yếu nhờ sức chống ma sát ở mặt tiếp xúc giữa đất và cọc. (hình 11.1b)

g ọ g g g ị Hình 11.1 Những trường hợp cần Hình 11.1 Những trường hợp cần dùng móng cọc

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

b) Khi chịu lực ngang (xem Hình 11.1c), móng cọc chống lại bằng cách uốn cong trong khi vẫn chịu tải trọng thẳng đứng do công trình truyền xuống. Tình huống này thường gặp trong thiết kế và xây dựng các công trình chắn đất và móng của các công trình cao tầng chịu tác dụng của gió mạnh hay lực động đất.

c) Trong trường hợp, đất trương nở và đất lún sụt xuất hiện tại vị trí dự định xây dựng công trình. Đất trương nở và co ngót khi độ ẩm của nó tăng và giảm, áp lực trương nở của đất là đáng kể. Nếu dùng móng nông trong trường hợp như vậy, công trình sẽ phải chịu sự hư hại lớn. Tuy nhiên, có thể lựa chọn móng cọc với cọc kéo dài qua vùng có hiện tượng trương nở và co ngót. (Xem Hình 11.1d)

d) Móng một số công trình như tháp truyền hình, giàn khoan ngoài khơi, và móng bè nằm dưới mực nước thường chịu lực đẩy nổi. Đôi khi cọc được dùng cho các móng này để chống lại lực đẩy nổi. (Xem Hình 11.1e.)

e) Mố và trụ cầu luôn được xây dựng trên móng cọc để tránh làm giảm khả năng chịu tải mà móng nông có thể chịu do xói mòn đất trên bề mặt. (Xem Hình 11.1f.) 11 1f )

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

III. Ưu điểm nổi bật của MC: - Tiếp thu tải trọng lớn (cả tải trọng đứng và ngang), tiếp kiệm VL móng, giảm khối lượng đào đắp, tận dụng lớp đất nền cũ.

§5.2 Phân loại cọc và móng cọc

truyền tải

ỗ ố

I. Phân loại cọc: theo 4 cơ sở 1. PL theo tác dụng làm việc giữa đất và cọc: - Cọc chống: trọng lên lớp đất đá có cường độ lớn, vì thế lực ma sát ở mặt xung quanh cường độ lớn vì thế lực ma sát ở mặt xung quanh cọc thực tế không xuất hiện và khả năng chịu tải của cọc chỉ phụ thuộc khả năng chịu tải của đất đầu mũi cọc. - Cọc treo (cọc ma sát): Đất bao quanh cọc là đất chịu nén (đất yếu) và tải trọng được truyền lên nền nhờ lực ma sát ở xung quanh cọc và cường độ của đất đầu mũi cọc 2. PL theo vật liệu làm cọc: - Cọc gỗ, c. tre, c.bê tông, c.bê tông cốt thép, c.thép, c. hỗn hợp - Chọn vật liệu cọc phải căn cứ cụ thể vào

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

. khả năng cung cấp vật liệu, . công nghệ chế tạo cọc, . điều kiện ĐCCT và ĐCTV.

a) Cọc thép (cid:131) Cọc thép thường là cọc ống hay cọc thép cán tiết diện chữ H, chữ I.

. Các cọc ống được đóng xuống đất với đáy hở hay bịt kín. . Các cọc chữ H thường được dùng nhiều hơn vì chiều dày thân và cánh của chúng bằng nhau. Với dầm có cánh rộng và mặt cắt chữ I, chiều dày thân nhỏ hơn chiều dày cánh.

Trong nhiều trường hợp, những cọc ống sau khi đóng xuống cọc ống sau khi đóng xuống được lấp đầy bê tông.

Tiết diện cọc chữ H

(cid:131) Một số đặc điểm khái quát về cọc thép: - Chiều dài thông thường: 15 m ÷ 60 m - Tải trọng thông thường: 300 kN÷1200 kN

(cid:131) Có thể tham khảo kích thước cọc thép theo các Bảng: - Bảng 11.1a thường được dùng ở Mỹ (Đơn vị SI) - Bảng 11.2a Một số tiết diện cọc ống (Đơn vị SI)

Cọc thép: (a) mối ghép Hình 11.2 bằng hàn của cọc chữ H; (b) mối ghép bằng hàn của cọc ống; (c) mối ghép bằng đinh tán và bu-lông của cọc chữ H; (d) gia cố mũi cọc ống phẳng; (e) gia cố mũi cọc ống hình nón

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

b) Cọc bê tông, bê tông cốt thép Được dùng tương đối phổ biến trong xây dựng.

ố ế

(a) cọc bê tông: thường được chế tạo tại hiện trường xây dựng. Dùng trong trường hợp tải trọng không lớn và không có lực ngang tác dụng. Thí dụ, cọc bê tông khoan nhồi. (b) cọc bê tông cốt thép: thường được chế tạo tại các nhà máy; có khả năng chịu uốn lớn. Dùng trong trường hợp tải trọng đứng và ngang lớn. Có thể hạ cọc này vào trong đất bằng các biện pháp cơ học (như hạ bằng búa xung lực hoặc búa rung).

c) Cọc gỗ Các cọc gỗ là những thân cây có các cành và vỏ được đẽo gọt cẩn thận. Chiều dài tối đa của hầu hết các cọc gỗ là 10÷20 m. Để có đủ điều kiện làm việc như một cọc cây gỗ nên thẳng Để có đủ điều kiện làm việc như một cọc, cây gỗ nên thẳng, vững chắc, và không có bất kỳ khuyết tật nào.

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

- Cọc gỗ không thể chịu được ứng suất đóng cọc lớn; do vậy, khả năng chịu tải của cọc nói chung bị hạn chế. Ta có thể dùng mũi bịt bằng thép để không làm hư hại mũi cọc (đáy). Đỉnh cọc gỗ cũng có thể bị hư hại trong quá trình đóng cọc.

trọng kéo hay tải

- Việc phá hỏng các thớ gỗ gây ra do sự tác động của búa xung kích được gọi là chẻ thớ. Người ta bảo vệ đỉnh cọc bằng đai kim loại hay mũ. - Không nên ghép nối các cọc gỗ, đặc biệt khi chúng phải chịu tải trọng ngang. Tuy nhiên, nếu cần thiết, có thể ghép nối bằng cách dùng ống bao (xem Hình 11.5a) hay đai kẹp kim loại bằng bu lông (xem Hình 11.5b).

Hình 11.5 Mối ghép nối của cọc gỗ: (a) ống bao; (b) dùng đai kẹp kim loại và bu lông

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

- Cọc gỗ có thể tồn lâu dài nếu đất tại xung bão quanh h bã hòa nước. Không nên để cọc gỗ nhô lên khỏi mực nước ngầm để tránh mối mọt.

d) Cọc hỗn hợp

g ọ g g ị ị Những đoạn cọc phần trên và phần dưới của cọc hỗn hợp được làm từ các vật liệu khác nhau. Ví dụ, cọc hỗn hợp có thể được làm từ thép và bê tông hay gỗ và bê tông. - Các cọc thép-bê tông gồm có đoạn cọc phần dưới bằng thép và đoạn cọc phần trên bằng bê tông đổ tại chỗ. Loại cọc này được dùng khi yêu cầu chiều dài cọc cho khả năng chịu tải cần thiết lớn hơn khả năng chịu tải của cọc đơn thuần bằng bê tông đổ g tại chỗ.

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

- Các cọc gỗ-bê tông thường bao gồm đoạn cọc phần dưới bằng gỗ nằm dưới mực nước không đổi và đoạn cọc phần trên bằng bê tông. Trong mọi trường hợp, việc tạo mối ghép hoàn chỉnh giữa hai vật liệu khác nhau là khó khăn, do đó, cọc hỗn hợp không được sử dụng rộng rãi.

3. PL theo phương pháp chế tạo cọc

đú đ t hiề dài ử lý t ớ C đ ố

a) Cọc đúc sẵn: Liên quan tới ba vấn đề: Chế tạo cọc - Vận chuyển cọc - Đưa cọc vào trong đất. (cid:137) Cọc được gia cố bằng cách dùng cốt thép thông thường, và có mặt cắt ngang hình vuông hay hình tám cạnh. (Xem Hình 11.3.) Việc gia cố bằng cốt thép cho phép cọc chống lại mômen uốn xuất hiện trong khi nâng và vận chuyển cọc, tải trọng thẳng đứng và mômen uốn gây ra bởi tải trọng ngang. (cid:131) Cọc được đúc đạt chiều dài mong muốn và được xử lý trước à đ khi vận chuyển đến công trường. (cid:131) Một số đặc điểm khái quát về cọc bê tông như sau: - Chiều dài thông thường: 10 m÷15 m - Tải trọng thông thường: 300 kN÷3000 kN

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

Hình 11.3 Cọc đúc sẵn với cốt thép thông thường

(cid:137) Cọc đúc sẵn cũng có thể được tạo ứng suất trước bằng cách dùng dây cáp bằng thép cường độ cao chịu ứng suất trước. Cường độ giới hạn của những cáp này vào khoảng 1800 MN/m2. Trong quá trình đúc cọc, dây cáp được tạo ứng suất căng trước khoảng 900÷1300 MN/m2, và bê tông được đổ xung quanh dây cáp. Sau khi bảo dưỡng bê tông, cắt đứt dây cáp tạo ra lực nén lên mặt cắt cọc. (Bảng 11.3a (đơn vị SI) đưa ra thêm thông tin về cọc bê tông chịu ứng suất trước có mặt cắt ngang hình vuông và hình tám cạnh). h) à hì h á ô

(cid:131) Một số đặc điểm chung về cọc đúc sẵn chịu ứng suất trước như sau: - Chiều dài thông thường: 10 m÷45 m - Chiều dài lớn nhất: 60 m - Tải trọng tác dụng lớn nhất: 7500 kN÷8500 kN

(cid:137) Phân loại cọc đúc sẵn theo phương pháp thi công hạ cọc :

ớ h ặ kh ó thể đ h bằ Cá l há ói ũ

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

Phần lớn các cọc được hạ bằng búa xung lực hoặc búa rung. Trong các trường hợp đặ biệt đặc biệt, cọc cũng có thể được hạ bằng phương pháp xói nước hoặc khoan. Các loại i h búa đóng cọc bao gồm (a) búa rơi, (b) búa hơi hay khí nén tác động đơn, (c) búa hơi hay khí nén tác động kép và khác, (d) búa diesel.

đ ù ớ ử d khí à h i

- Búa rơi (xem Hình 11.7a): được kéo lên bằng tời và rơi xuống từ độ cao H đã biết. Đây là loại búa đóng cọc cổ nhất. Nhược điểm chính của loại búa rơi là tốc độ các nhát đập chậm. - Búa hơi hay khí nén tác động đơn (Hình 11.7b): Bộ phận va đập, hay quả tạ, được nâng lên bởi áp lực khí hay hơi và sau đó rơi xuống do trọng lượng của nó. - Búa hơi hay khí nén tác động kép và so lệch (Hình 11 7 ) Khô 11.7c): Không khí và hơi nước cùng được sử dụng để để nâng quả búa lên và đẩy nó xuống, bằng cách ấy làm tăng vận tốc va đập của quả búa. - Búa diesel (xem Hình 11.7d): về cơ bản gồm có quả búa, khối đe, và hệ thống phun nhiên liệu. Đầu tiên quả búa được nâng lên và nhiên liệu được phun vào gần đe. Sau đó thả quả búa ra. Khi quả búa rơi xuống, nó làm nén hỗn hợp nhiên liệu khí và đốt cháy hỗn hợp. Tác động này đẩy cọc đi xuống và nâng quả búa lên. Loại búa diesel làm việc tốt trong các điều kiện đóng Loại búa diesel làm việc tốt trong các điều kiện đóng cọc khó khăn. Trong các loại đất mềm yếu, chuyển dịch đi xuống của cọc là khá lớn, và chuyển dịch đi lên của quả búa lại nhỏ. Sự chênh lệch này có thể không đủ để đốt cháy hệ thống nhiên liệu khí, nên quả búa có thể phải được nâng bằng tay.

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

Hình 11.7 Thiết bị đóng cọc (a, b, c, d)

- Máy hạ cọc chấn động (Hình 11.7e): Thiết bị này về cơ bản gồm có hai khối nặng quay ngược chiều nhau. Các thành phần lực ly tâm nằm ngang phát sinh do sự quay các khối nặng triệt tiêu lẫn nhau. Kết quả là lực thẳng đứng động hình sin được sản sinh và dẫn cọc đi xuống.

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

Hình 11.7 Thiết bị đóng cọc: (e) máy đóng cọc kiểu rung động; (f) ảnh máy hạ cọc chấn động (Được phép của Michael W. O'Neill, Đại học Houston)

Hình 11.8 Công tác đóng cọc ở hiện trường.

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

- Xói nước là kỹ thuật đôi khi được dùng trong đóng cọc khi cọc cần xuyên qua lớp đất cứng mỏng (như cát và sỏi sạn) phủ bên trên lớp đất yếu hơn sạn) phủ bên trên lớp đất yếu hơn. Theo kỹ thuật này, nước được xả ra ở mũi cọc qua một ống đường kính 50-75 mm (2-3 in.) để rửa và làm tơi cát, sỏi sạn. - Cọc xoắn:

ầ ế ố

b) Cọc đúc tại chỗ: được đúc bằng cách tạo một lỗ (bằng đóng ống thép hoặc nổ mìn) trong đất, sau đó đặt cốt thép nếu cần, rồi đổ đầy ồ ổ ầ bê tông vào và đầm chặt bê tông trong hố. Có nhiều loại cọc bê tông đổ tại chỗ khác nhau hiện được sử dụng trong xây dựng, và hầu hết đã được các nhà sản xuất cấp bằng sáng chế. Các cọc này được phân thành hai loại chính: (a) cọc đổ theo khuôn và (b) cọc đổ không theo khuôn. Cả hai loại có thể có chân đế ở đáy. có chân đế ở đáy

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

(cid:131) Cọc đổ theo khuôn : được tạo ra bằng cách đóng ống chống bằng thép vào đất với sự trợ giúp của một trục lõi đặt bên trong ống. Khi đạt tới độ sâu yêu cầu thì rút trục lõi lên và đổ đầy bê tông vào ống chống. Hình 11.4a, b, c, và d chỉ ra một số ví dụ của cọc đổ theo khuôn không mở rộng đáy. Hình 11.4e trình bày cọc đổ theo khuôn mở rộng đáy. Phần mở rộng đáy có dạng hình bầu bê tông được tạo ra bằng cách đóng búa lên bê tông tươi.

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

Hình 11.4 Cọc bê tông đổ tại chỗ

(cid:131) Cọc đổ không theo khuôn :

loại cọc đổ không theo (Hình 11.4f và 11.4g) là hai khuôn, trong đó một loại có chân đế mở rộng và loại kia không có. Để tạo ra cọc đổ không theo khuôn đầu tiên đóng ống chống xuống đến độ sâu yêu cầu, tiếp đến đổ bê tông tươi vào. Ống chống sau đó được từ từ rút lên. từ rút lên

ấ ẩ

c) Cọc đẩy chèn và cọc không đẩy chèn: Tùy theo đặc tính hạ cọc có thể phân làm hai loại (cid:131) Cọc đẩy chèn: Cọc đóng là các cọc đẩy chèn vì chúng làm dịch chuyển một ít đất theo phương ngang; do đó làm tăng mật độ của đất xung quanh các cọc. Cọc bê tông và cọc ống mũi bịt kín là các cọc đẩy chèn cao. Tuy nhiên, cọc thép chữ H dịch ể chuyển ít đất hơn theo phương ngang khi đóng cọc, nên chúng là các cọc đẩy chèn thấp. (cid:131) Cọc không đẩy chèn: Cọc khoan là các cọc không đẩy chèn vì việc hạ cọc làm thay đổi rất ít trạng thái ứng suất trong đất.

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

4. PL theo phương trục cọc:

- Cọc đứng:

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

- Cọc Xiên: các cọc đóng nghiêng so với phương thẳng đứng một góc, gọi là các cọc xiên. Các cọc xiên được dùng trong nhóm cọc khi cần làm tăng khả năng chịu tải theo phương ngang. Cọc cũng có thể được hạ bằng cách khoan một phần nhờ máy khoan trước các lỗ. Sau đó các cọc được đưa vào trong các lỗ và đóng đến độ sâu yêu cầu. Có thể phân thành: ể ầ • Cọc xiên một hướng: góc xiên giữa trục cọc và phương thẳng đứng từ 50 đến 100 có thể đến 150 • Cọc xiên hai hướng hoặc nhiều hướng (cọc nạng): Góc xiên > 100 ÷ 150

II. Phân loại móng cọc: theo 2 cơ sở

1. PL theo vị trí đài cọc: • Móng cọc đài thấp: thường có đài đặt thấp dưới mặt đất và có tác dụng truyền một phần thẳng đứng lên đất nền. (thường áp lực thẳng đứng lên đất nền (thường áp lực dùng trong các công trình thuỷ lợi, xây dựng) • Móng cọc đài cao: Đài của móng cọc đài cao thường đặt ở vị trí cao hơn mặt đất, nó liên kết với các cọc tạo thành một hệ kết cấu không gian siêu tĩnh nhiều bậc, sự tiếp thu lực và làm việc của các cọc sẽ phức tạp và khác nhiều so với móng cọc đài thấp. (thường dùng trong các công trình giao thông, cầu, cảng). thông, cầu, cảng). 2. PL theo tác dụng trong đất của cọc: • Móng cọc chống • Móng cọc treo

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

§5.3 Sự làm việc của cọc và đất bao quanh cọc

I. 1.

Ý nghĩa thực tiễn Nguyên nhân và mục đích nghiên cứu

• •

•

NN: Khi hạ cọc vào trong đất trạng thái ƯS BD của đất sẽ thay đổi NN: Khi hạ cọc vào trong đất trạng thái ƯS, BD của đất sẽ thay đổi (tùy theo độ sâu hạ cọc) khác với của đất tự nhiên, do đó cần n/c sự làm việc tương hỗ giữa cọc và đất bao quanh. MĐ: Dựa trên cơ sở đó, có thể chọn được kích thước cọc, khoảng cách cọc, tính toán SCT cọc đơn và thiết kế móng cọc

2. Phương pháp nghiên cứu

•

Dùng biện pháp thí nghiệm đóng cọc vào trong đất; trong quá trình cọc hạ sâu vào đất, ghi lại những thay đổi về trạng thái ƯS, BD của đất bao quanh

ấ

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

§5.3 Sự làm việc của cọc và đất bao quanh cọc (tiếp)

II. Cọc chống

•

ể

ấ

Đất yếu

•

Đất tốt

Đất dưới mũi cọc chống chặt và bền hơn đáng kể so với đất xung quanh mặt bên cọc, phần tải trọng truyền cho đất x/q cọc nhỏ hơn đáng kể so với phần truyền cho đất đầu mũi cọc. Đất nền cọc chỉ chịu lực trong phạm vi đầu mũi cọc, đất x/q cọc chủ yếu có tác dụng chống uốn dọc trục cọc.

Fc

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

III. Cọc treo 1. Quá trình lèn chặt đất khi hạ cọc

- Khi hạ cọc vào trong đất, phần đất cọc đi qua vị biến dạng, thể tích đất do cọc đẩy ra làm đất bao quanh cọc bị trượt đối xứng.

d

ộ ự

ạ ọ - Khi độ sâu hạ cọc còn nhỏ thì sự lèn chặt đất chỉ xảy ra dưới đầu mũi cọc, còn đất xung quanh bị đẩy trồi (ép trồi) lên trên mặt nền.

Vùng Đất nén chặt

Đất yếu

- Khi độ sâu hạ cọc tăng đến mức độ nào đó thì khả năng đất trồi lên trên mặt sẽ không còn, sự trượt đối xứng sẽ kết thúc ở bên trong khối đất.

g ộ ụ

Đất bị ép ra từ dưới mũi cọc sẽ dồn tới khu vực bao quanh cọc và lèn chặt đất ở đó, hình thành một thể tích hình trụ có đường kính giới hạn ngoài gần gấp 6 lần đường kính cọc (d).

D=6d

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

-Thể tích hình trụ nén chặt này tạo ra sức chống trượt của đất ở đầu mũi cọc và làm tăng trị số ma sát giới hạn ở bề mặt xung quanh cọc.

§5.3 Sự làm việc của cọc và đất bao quanh cọc (tiếp)

III. Cọc treo (tiếp)

ϕ /4 ϕ tb/4

Đất yếu

- Hiện tượng đẩy trồi tại đầu mũi cọc cũng như sự lèn chặt trong phạm vi hình trụ trong đất cát và đất dính có nhiều điểm khác nhau: Hiện tượng ép trồi trong đất dính tiến triển chậm chạp, thường kéo dài vài ngày sau khi kết thúc việc hạ cọc → cần chú ý khi xác định thời gian cần chú ý khi xác định thời gian việc hạ cọc đổ bê tông đài cọc. - Biểu đồ phân bố ứng suất ở cao trình đầu mũi cọc không đều, có hiện tượng tập trung ứng suất. Trong tính toán giả thiết ứng suất phân bố đều. - Diện tích phân bố ứng suất ở cao trình đầu mũi cọc được xác định như diện tích của đáy nón có đường sinh làm với trục cọc một góc ϕ

tb/4.

Đất tốt

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

- Khi hạ cọc xuống, kéo theo một vỏ đất (dày đến 1 cm) bao quanh bề mặt cọc, do đó ma sát trên thực tế không xuất hiện giữa vật liệu cọc và đất mà giữa đất xung quanh cọc và “ vỏ đất ”

2. Ảnh hưởng của chế độ đóng cọc tới sức kháng của đất

-Sức kháng của đất (sức chịu tải của cọc) khi đóng liên tục và khi nghỉ đóng cọc khác nhau:

fi f

Rgh

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

(cid:131)

g g ợ p ụ

(cid:131)

(cid:131) tới ứ khá hỉ ả h h ở đất à

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

Đối với đất dính: - Khi đóng cọc liên tục, nước trong đất thoát ra chậm, chỉ đủ bôi trơn xung quanh cọc, cọc dễ đóng và sức chịu tải giảm. - Khi nghỉ đóng, kết cấu đất được khôi phục và sức chịu tải ị tăng. Đối với đất rời: xảy ra ngược lại với đất dính. - Khi đóng liên tục, do rung động, đất cát ở đầu mũi cọc được lèn chặt cục bộ gây khó đóng, sức chịu tải tăng. - Khi nghỉ đóng, đất cát đầu mũi dãn ra, do đó dễ đóng hơn. Hiện tượng trên được gọi là hiện tượng giả khi đóng cọc, liên quan đến khả năng thoát nước trong đất và hiện tượng nới dãn của đất. Đối ới hữ Đối với những đất mà sự nghỉ ảnh hưởng tới sức kháng, thì thì cần phải lấy kết quả thí nghiệm sau khi nghỉ, mới biểu thị đúng đặc tính trạng thái của đất khi chịu tải trọng tĩnh của công trình.

§5.4 Xác định sức chịu tải của cọc đơn KN về sức chịu tải của cọc đơn

I.

1. Định nghĩa (cid:131)

Sức chịu tải của cọc đơn là tải trọng lớn nhất tác dụng lên cọc và đảm bảo hai điều kiện:

ấ ề

- Cọc không nứt vỡ (điều kiện vật liệu cọc) - Đất ở mũi cọc và quanh cọc không bị phá hoại về cường độ hoặc về biến dạng (điều kiện đất nền). Như vậy, SCT của cọc là khả năng chịu tải lớn nhất, phụ thuộc vào Pc = f (vật liệu cọc, cường độ đất bao quanh cọc) (cid:131) Tuỳ theo phương của tải trọng tác dụng lên đầu cọc, phân biệt

- Sức chịu tải dọc trục của cọc - Sức chịu tải ngang trục của cọc.

2. g y

ị

Nguyên tắc xác định Gọi

Pvl : SCT tính theo cường độ vật liệu làm cọc Pđ : SCT tính theo cường độ đất bao quanh cọc.

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

(5-1) (5-2) : Pc = min (Pvl , Pđ ) Pvl ≅ Pđ Về kỹ thuật : Về kinh tế Trong mọi trường hợp cần chọn kích thước cọc sao cho, (5-3) Pvl ≥ Pđ

§5.4 Xác định sức chịu tải của cọc đơn (tiếp)

I. KN về sức chịu tải của cọc đơn (tiếp)

3. Mục đích

+ Chọn loại cọc dùng; + Xác định số lượng cọc.

II. Xác định sức chịu tải dọc trục của cọc đơn

A- Sức chịu tải dọc trục theo điều kiện cường độ vật liệu cọc (Pvl ) A Sức chịu tải dọc trục theo điều kiện cường độ vật liệu cọc (P )

(5-4) Pvl = mc( mcb Rb Fb + Ra Fa )

mc - hệ số điều kiện làm việc, lấy bằng 0,6 đối với cọc chế tạo trong đất, và bằng 1 đối với các cọc khác.

B- Sức chịu tải dọc trục theo điều kiện đất bao quanh cọc (Pđ ) Hai phương pháp xác định:

- Phương pháp phân tích lực, - Phương pháp thí nghiệm hiện trường Phương pháp thí nghiệm hiện trường.

1) Phương pháp phân tích lực a) Nội dung phương pháp:

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

Tách sức chịu tải dọc trục của cọc thành hai thành phần: + Do cường độ đất đầu mũi cọc tạo nên (Pcm), + Do sức kháng của đất bao quanh cọc tạo nên (Pcb).

(5.6)

Pđ = mc(Pcm + Pcb)

b) Đối với cọc chống:

(5-7) (5 7)

Pđ = mc Pcm Pđ = mc mRR F P = m m R F

F mc: hệ số điều kiện làm việc của cọc trong nền đất, lấy bằng 1. c) Đối với cọc treo (cọc ma sát): Khả năng chịu tải của cọc treo được xác định bởi hai thành phần: (5-8)

Pđ = mc ( Pcm + Pcb )

Pcm = mR R F ; Pcb = u ∑ mf fi li

Với: (5-9) (5-10) ệ fi f ọ là hai đại lượng chưa biết cần được xác

Pđ = mc (mR R F + u ∑ mf fi li ) mc: hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất, m = 1 g ệ ệ Trong công thức (5-10), R và fi

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

định.

d) Xác định sức kháng tính toán của đất (R, fi ): Thường dùng ba phương pháp: - Phương pháp lý thuyết - Phương pháp thí nghiệm bằng cọc xuyên tĩnh. - Phương pháp thống kê các tài liệu thực tế. (cid:131) Phương pháp lý thuyết - Xác định R

Rgh

. Cơ sở của phương pháp: Dựa vào lý thuyết cân bằng giới . Cơ sở của phương pháp: Dựa vào lý thuyết cân bằng giới hạn và sự xuất hiện các mặt trượt liên tục trong đất đầu mũi cọc (đất nền cọc).

. Nhờ cách giải gần đúng các bài toán lý thuyết cân bằng giới hạn của khối đất biến dạng đối xứng trục, Berezanxev đã lập được công thức tính tải trọng giới hạn của đất nền đầu mũi cọc :

Rgh = A. γ.d + B . q + C . c q: tải trọng bên tác dụng lên mặt ngang đầu mũi g (5-11) g g g

hc

cọc: , với α < 1 q = α . γ. hc

dc

α: hệ số xét đến ảnh hưởng của lực dính (c) và

q= α.γ.hc

Rgh

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

§5.4 Xác định sức chịu tải của cọc đơn (tiếp)

lực ma sát trong chiều sâu hc d: đường kính cọc .

II. Xác định SCT dọc trục của cọc đơn (tiếp)

d) Xác định sức kháng tính toán của đất (R, fi ) (tiếp) (cid:131)

Cần xuyên Cần xuyên

ống bao

Phương pháp thí nghiệm xuyên tĩnh - Thiết bị thí nghiệm: Giới thiệu một loại thiết bị xuyên. - Các đặc trưng kỹ thuật : Các đặc t ư g ỹ t uật

10.000 KG 5.000 KG

mũi xuyên

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

• Chiều sâu tối đa: 15 m • Tổng lực nén: • Sức chịu nén của mũi xuyên: • Đường kính mũi xuyên: 36 mm • Góc nghiêng của mũi xuyên: 600 • Đường kính ngoài của cần xuyên: 36 mm 18 mm • Đường kính cần xuyên: 0,25 - 0,50 m/ph • Vận tốc xuyên: 0 25 - 0 50 m/ph • Vận tốc xuyên:

§5.4 Xác định sức chịu tải của cọc đơn (tiếp)

II. Xác định SCT dọc trục của cọc đơn (tiếp)

cọc

- Mô tả thí nghiệm và sử dụng kết quả thí nghiệm: Ta tiến hành thí nghiệm và thu được hai đại lượng qx và fx, trong đó: . qx: trị số sức kháng bình quân của đất dưới mũi xuyên (kPa, T/m2). dc

tk

fx

4dc Trị số qx được xác định trong phạm vi từ phía trên cao trình mũi cọc thiết kế một đoạn bằng dc đến phía dưới cao trình mũi cọc thiết kế một đoạn = 4dc; (dc- đường kính, tính bằng m). . fx: trị số sức kháng bình quân của đất trên thành bên của xuyên (KPa, T/m2).

qx

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

§5.4 Xác định sức chịu tải của cọc đơn (tiếp)

II. Xác định SCT dọc trục của cọc đơn (tiếp)

- Sức kháng giới hạn của đất dưới mũi cọc lấy theo kết quả xuyên tại điểm thí nghiệm tính theo công thức:

(KPa, T/m2)

R = β

1 qx

- sức kháng giới hạn của đất trên thành bên cọc lấy theo kết quả xuyên tại điểm thí nghiệm được tính theo công thức:

(KPa, T/m2)

f = β

2 fx ,

1, β β

2 tra bảng V-4, GTr. NM

- Thay R, f tính được vào công thức (5-10) để xác định Pc. (cid:131) Phương pháp thống kê các tài liệu thực tế (phương pháp kinh nghiệm)

ố

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

- Dùng công thức kinh nghiệm và các trị số kinh nghiệm đã cho trong TCXD để tính R, f (xem bảng V-1 và V-2; hệ số mR và mf được xác định theo bảng V-3).

2) Phương pháp thí nghiệm ở hiện trường Hai phương pháp thí nghiệm: - Phương pháp nén cọc (dùng tải trọng tĩnh) - Phương pháp động (dùng tải trọng động) a) Phương pháp thí nghiệm nén cọc:

+ Nội dung của phương pháp: Đóng cọc đến độ sâu nào đó (thường là chiều sâu dự tính của người thiết kế), sau đó chất tải trọng tĩnh lên cọc theo nguyên tắc tăng dần từng cấp cho đến sau đó chất tải trọng tĩnh lên cọc theo nguyên tắc tăng dần từng cấp cho đến khi nền đất không đủ sức giữ cọc nữa. Trong quá trình chất tải có theo dõi độ lún của cọc bằng thiết bị đặc biệt. + Thí nghiệm và kết quả :

- Việc chất tải trọng tĩnh lên cọc được thực hiện bằng nhiều cách (Hình). - Kết quả thí nghiệm thể hiện bằng biểu đồ quan hệ (S~P)

Pgh P(kN) P(Δ) 0 Δ Δ

Đường lún ổn định quy ước

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

S(mm)

+ Sử dụng kết quả thí nghiệm để xác định sức chịu tải (tính toán) của cọc: Công thức xác định sức chịu tải tính toán của cọc Pgh P(Δ) P(kN) 0 bằng thí nghiệm nén cọc: Δ Sgh

Đường lún ổn định quy ước

tcP ck Ptc: tải trọng giới hạn tiêu chuẩn của cọc được xác định theo kết quả thí nghiệm (quan hệ S~P) tùy thuộc loại TTGH :

(5-12) (5-12) Pc = mc P = m

S(mm)

Ptc = Pgh Ptc = P(Δ) ) (5-13) ( (cid:121) Tính toán theo TTGH 1: (cid:121) Tính toán theo TTGH 2: ξ Δ = ξ Sgh gh

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

Sgh: trị số độ lún trung bình g.h của móng nhà hoặc công trình, lấy theo yêu cầu TK ξ: hệ số chuyển đổi từ trị số độ lún trung bình giới hạn (Sghtb) của móng nhà hoặc công trình dưới tác dụng của tải trọng dài hạn sang độ lún của cọc nhận được khi thí nghiệm theo tải trọng tĩnh ứng với sự ngừng lún quy ước.

b) Phương pháp thí nghiệm đóng cọc : - Nội dung của phương pháp : Khi hạ cọc tới một chiều sâu nào đó, rồi dùng búa (trọng lượng Q) đóng một nhát vào cọc, cọc sẽ bị lún xuống (S). Trị số độ lún của cọc do một nhát búa gây ra gọi là độ chối và ký hiêụ là (e). Rõ ràng là, sức chịu tải của cọc càng lớn (đất cứng) thì độ chối e càng bé và ngược lại, sức chịu tải càng bé (đất yếu) thì e càng lớn. ậy, g ọ ộ ị

Như vậy, giữa sức chịu tải của cọc và độ chối e có một ộ liên hệ nghịch biến nào đó (Pgh~e). Nếu biết liên hệ đó, thì sau khi đóng cọc đến chiều sâu tuỳ ý, dùng búa đóng thử để đo e, ta sẽ tìm được Pgh của cọc.

- Lập công thức liên hệ (Pgh ~ e): giới thiệu cách thiết lập công thức của N.M. Gerxêvanov, tác giả Nga. Công thức được thành lập dựa trên hai nguyên lý: + Nguyên lý bảo toàn năng lượng (cân bằng công khi đóng cọc) cọc) + Nguyên lý va chạm tự do giữa hai vật thể đàn hồi. Theo nguyên lý bảo toàn năng lượng thì:

Pgh

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

Công của một nhát búa sẽ sinh ra công làm cọc lún xuống, công do búa dội lại (khắc phục biến dạng đàn hồi của cọc và búa) và công tiêu hao (do sinh nhiệt, khắc phục biến dạng đàn hồi của đất ...):

α - hệ số xét đến sự tiêu hao động năng do sinh nhiệt, biến dạng đàn hồi … Được biểu diễn như sau: (5-14) QH = Pgh. e + Qh + α QH . Để đơn giản, Gerxevanov giả thiết h = 0, khi đó công thức (5-10) có dạng: (1 - α ) QH = Pgh . e

(5-15) . Đặt (1 - α) = β , ta có: β QH = Pgh . e

. Trị số β phụ thuộc vào vật liệu làm cọc, phương pháp đóng cọc, và Pgh,... . Tuy vậy, trong quá trình đóng cọc nhất định nào đó thì ngoài trị số Pgh , còn tất cả các yếu tố khác đều không đổi, do đó β chỉ phụ thuộc vào Pgh. . Gerxevanov đưa ra hàm β = f(Pgh) là hàm giảm dần có dạng

hypecbol như sau:

+ BA

P gh F F

=β β

(5.16)

n

P gh F

Pgh

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

hệ số, phụ thuộc vật liệu cọc và điều kiện đóng cọc. diện tích tiết diện ngang cọc. n: F: A,B: hai hằng số cần tìm.

+ Tìm A:

2/2g) = QH

2/2g), mà Q.(v1

o.Q.(v1

Giả thiết: lúc mới đầu đóng cọc, cọc và búa coi như hai vật thể va chạm tự do, nghĩa là Pgh/F = 0, vì vậy theo lý thuyết va chạm tự do của 2 vật thể thì xung lượng sau khi va chạm được tính như sau: W = β

qKQ + 2 qQ + Q

2= 0,2, khi hạ bằng chấn

) do đó, từ (5.16) : ) (5.17) ( β A = β.n = β β o.n = o

2= 0).

( v1 : tốc độ của búa trước khi va chạm g : gia tốc trọng trường (=9,81m/s2) β o: hệ số hiệu quả khi va chạm tự do . K1: hệ số phục hồi tốc độ khi va chạm (khi đóng cọc thì K1 động thì K1 q: trọng lượng cọc bao gồm cả mũ cọc, đệm cọc và cọc dẫn nếu có

+ 2 2 qKQ 1 + qQ P gh+ F

+ Tìm B: h à bú khô

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

(5.18) Giả thiết: Trường hợp đóng búa mà cọc không Giả thiết T ờ đó thể lún xuống được nữa (e = 0). Lúc đó công có ích hoàn toàn dùng để phá vỡ vật liệu cọc do đó trị số Pgh/F= ∞, từ (5-16) ta có: β= B, nhưng vì e = 0 nên β= 0 và như vậy B = 0. Thay vào (5.16) ta tìm được:

Thay (5-18) vào (5-15), β QH = Pgh . e và giải ra ta được:

Q

q

−

(5.19)

Pgh

nF 2

4 nF

QH e

2,0 + qQ

⎤ 1 ⎥ ⎦

⎡ ⎢ ⎣

Sức chịu tải tính toán của cọc theo kết quả thí nghiệm động (và tĩnh) là:

(5.20a)

mP = c

c

Q

c

−

(5.20b)

P

gh

P gh ck k QH e

m k

nF 2

4 nF

2,0 q + qQ

c

⎡ ⎢ ⎣

⎤ 1 ⎥ ⎦

n: hệ số, phụ thuộc vật liệu cọc và phương pháp đóng cọc; cọc vuông hoặc có lỗ tròn, cọc tiết diện tròn rỗng có lắp đầu mũi, có mũ đệm khi đóng n=1.500KN/m2; cọc gỗ, khi đóng không đặt mũ đệm n = 1.000KN/m2.

g g

- Khi

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

Ứng dụng : Dùng kết quả t/n động để kiểm tra SCT của cọc - Nếu dùng búa có trọng lượng nhất định (Q), tiết diện cọc đã biết và bắt buộc cọc ) ( g đó phải chịu một tải trọng tính toán là Ptt, thì từ (5-20b) sẽ tính được độ chối tính toán ett = f (Q,F,Ptt) , xem công thức (5.21) g.tr. NM. thí nghiệm đóng cọc thử, chỉ việc đóng cọc đến chiều sâu thiết kế : - Nếu ethực = ett.thì cọc đủ dài và SCT của cọc Pc= Ptt . - Nếu ethực > ett thì chiều dài cọc chưa đủ, cần có biện pháp tăng thêm chiều dài của cọc (hoặc tăng thêm số lượng cọc) .

III. Sức chịu tải ngang trục của cọc đơn

l/d < 12, coi là thanh cứng chỉ bị quay do lực ngang. l/d ≥ 12, thanh mềm uốn được trong đất dưới tác dụng của lực Phương pháp lý thuyết Nghiên cứu sự làm việc của cọc với chiều dài l và đường kính d có thể chia cọc thành hai loại : + Cọc ngắn: + Cọc dài: ngang. ngang Do điều kiện làm việc khác nhau, tính toán cũng khác nhau.

h h

Ect

Ebp

Ebt

Ecp

+ Cọc ngắn (cọc cứng): Khi cọc quay (quanh điểm 0) cho rằng cọc vẫn thẳng, và đến một mức nào đấy các mặt trước, sau của cọc chịu tác dụng của phản lực đất thuộc loại áp lực đất chủ động và bị động. Bỏ qua tác dụng ma sát hai bên cọc. - SCT của cọc ngắn chỉ phụ thuộc vào điều kiện đất nền.

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

(Kb-Kc)γh (Kb-Kc)γh

+ Cọc dài (cọc mềm): Khi chịu lực ngang cọc dài bị uốn và chuyển vị ngang đáng kể (nhất là đầu cọc) thường bị hư hỏng do vật liệu làm cọc không đủ cường độ chịu ứng suất do mô men uốn cọc gây ra. - SCT của cọc dài phụ thuộc vào khả năng chịu uốn của VL cọc và đặc điểm biến dạng của đất nền. Để tính toán mô men uốn và chuyển vị của đầu cọc ta coi cọc như dầm tựa trên nền đàn hồi (nền biến dạng tuyến tính), với hệ số nền của nó tăng tỷ lệ theo chiều sâu: pz = Cz.u ; với hệ số nền Cz = m.z chiều sâu: p = C u ; với hệ số nền C = m z p u

M

T=9,8kN

4,6mm

19,1kN/m2

38,5kNm

u T

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

§5.4 Xác định sức chịu tải của cọc đơn (tiếp)

III. Sức chịu tải ngang trục của cọc đơn (tiếp)

ng - bảng 16(12) HDTKMC tr. 117, cho ứng với Δ

ng = 1 cm.

3) ể ầ

Phương pháp kinh nghiệm Trong TCXD người ta cho trị số kinh nghiệm, xác định sức chịu ngang của cọc đóng (cường độ tiêu chuẩn của cọc) theo trị số chuyển vị ngang của đầu cọc Δ Phương pháp thí nghiệm tĩnh bằng tải trọng ngang - Từ thí nghiệm, vẽ đường quan hệ giữa chuyển vị ngang u của đầu cọc với cấp tải trọng ngang tương ứng (P ~ u) - Công thức tính sức chịu tải ngang trục của cọc:

u ∆ng Png u(mm) 0

Png(∆ng)

Pnggh

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

§5.4 Xác định sức chịu tải của cọc đơn (tiếp)

Png

III. Sức chịu tải ngang trục của cọc đơn (tiếp)

Công thức tính sức chịu tải ngang trục của cọc: ∆ng u(mm) 0

P

(5.22)

P =

m

cng

c

tc ng k

c c

tcP ngP

) g n ∆ ∆ ( g n P

Xác định Xác định : : + Tính theo trạng thái giới hạn thứ hai:

= ξ (5.23)

tc ngP

ng)

ng. Png(Δ

Pnggh

Png trong đó: Δ

ng : chuyển vị ngang cho phép của móng hoặc công

trình

ξ ng : hệ số kể đến sự tiến triển chuyển dịch ngang theo thời gian trong quá trình sử dụng, xác theo thời gian trong quá trình sử dụng, xác định bằng thí nghiệm. Khi không có tài liệu thí nghiệm thì cho phép lấy ξ = 0,8. + Tính theo trạng thái giới hạn thứ nhất:

(5-24)

tc ngP

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

= Pgh

§5.4 Xác định sức chịu tải của cọc đơn (tiếp)

IV. Ảnh hưởng của nhóm cọc đến sự làm việc của

cọc đơn

1- Nguyên nhân cần n/c:

hó ) Khi thiết kế ầ đế khả ă ủ hiệ ứ hó Do có sự tương tác giữa các cọc trong nhóm nên độ lún của nhóm cũng như SCT của cọc trong nhóm khác với của cọc đơn (ta gọi là Hiệu ứng ét ả h h ở nhóm). Khi thiết kế cần xét ảnh hưởng của hiệu ứng nhóm đến khả năng chịu tải và biến dạng của cọc.

Đất yếu Đất yếu

Đất tốt

2- Nhóm cọc chống: Sức chịu tải dọc trục cọc:

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

- Diện tích truyền tải trọng của đầu mũi cọc lên lớp đất chịu lực bằng diện tích ngang (diện tích tựa) của cọc, sức chịu tải dọc trục của mỗi cọc trong nhóm cọc vẫn bằng sức chịu tải của cọc đơn. của cọc đơn. - Sự thay đổi khoảng cách cọc chỉ ảnh hưởng đến độ lún nhưng ở mức độ nhỏ đáng kể so với cọc treo, vì thế trong tính toán thường lấy độ lún của nhóm cọc chống bằng độ lún của cọc đơn (xác định bằng thí nghiệm tải trọng tĩnh).

- Sức chịu tải ngang trục: do ảnh hưởng của nhóm cọc, đất bao quanh cọc được lèn chặt lại trong quá trình hạ cọc, sức chịu tải ngang trục của cọc đơn và cọc trong nhóm khác nhau; nhưng để kể đến thì còn nhiều tồn tại

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

3- Nhóm cọc treo: Hiệu ứng nhóm cọc, trước hết là yếu tố khoảng Hiệu ứng nhóm cọc trước hết là yếu tố khoảng lớn đến sức cách cọc có ảnh hưởng rất chống cũng như độ lún của cọc, (xem Hình).

- Nhóm cọc xa nhau: có khoảng cách giữa các cọc lớn hơn 6d (d đường kính cọc), các cọc trong nhóm cọc làm việc như cọc đơn. Trong thực tế ít khi bố trí các cọc xa nhau lớn hơn 6d . - Nhóm cọc gần nhau: có khoảng cách giữa các cọc nhỏ hơn 6d. (cid:143) Nếu bố trí khoảng cách các cọc trong vòng 3d - 6d thì:

ủ ủ . Sức chịu tải của cọc trong nhóm lớn hơn của cọc đơn. . Độ lún của nhóm cọc lớn hơn độ lún của cọc đơn.

(cid:143) Nếu khoảng cách các cọc nhỏ hơn 3d thì nhóm cọc được gọi là chùm cọc. Sức chịu tải của cọc trong chùm cọc giảm khi khoảng cách các cọc càng nhỏ. - Từ phân tích trên rút ra:

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

§5.5 Tính nền và móng cọc đài thấp theo TTGH

+ Khoảng cách tốt nhất giữa các cọc : 3d ≤ KCC ≤ 6d + Không nên bố trí: KCC < 3d, hoặc > 6d

I. Khái niệm

(cid:131)

Dưới tác dụng của tải trọng và các tác động thì móng cọc có thể đạt TTGH. Cần tính toán theo 3 TTGH: - Trạng thái giới hạn 1: Kiểm tra về cường độ (đ/với cọc, đài cọc) và về ổn Trạng thái giới hạn 1: Kiểm tra về cường độ (đ/với cọc, đài cọc) và về ổn định (đ/với nền cọc) - Trạng thái giới hạn 2: Kiểm tra về biến dạng (đối với nền cọc). - Trạng thái giới hạn 3: Kiểm tra về điều kiện hình thành và mở rộng các vết nứt (đối với cọc và móng cọc).

Khi tính toán móng cọc và nền theo sức chịu tải cần tính với tổ hợp tải trọng cơ bản và đặc biệt; khi tính toán theo biến dạng thì tính theo tổ hợp cơ bản.

(cid:131) Dùng các chỉ tiêu tính toán (Att) của vật liệu (cọc, đài cọc) và của đất nền. Mục đích tính toán: Đảm bảo cho công trình xây dựng trên móng làm việc bình thường trong quá trình khai thác, sửa chữa v. v...

II. Tính theo TTGH thứ nhất 1. Tính toán móng cọc chống:

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

1. Tính toán móng cọc chống : - Do đặc điểm làm viêc của cọc chống trong nhóm, chỉ cần tính đối với mỗi cọc

≤

cũng là tính cho toàn móng cọc chống. - Tính toán móng cọc chống phải đảm bảo hai điều kiện:

N

(5.25)

i

F ci

P ci k

c

P

≤

(5.26)

H

F

i

cngi

cngi k

c

Ni, Hi: tải trọng tính toán tác dụng lên đầu cọc thứ i theo phương dọc trục và ngang trục (ứng vơí tổ hợp tải trọng bất lơị nhất)

Pci, Pcngi: sức chịu tải tính toán dọc trục và ngang trục của cọc thứ i kc: hệ số tin cậy, phụ thuộc phương pháp x/đ SCT cọc, kc > 1 Fci, Fcngi: tải trọng tính toán cho phép trên đầu cọc thứ i. 2. Tính toán móng cọc treo: a- Đối với cọc:

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

* Kiểm tra theo công thức (5-25) và (5-26), xét về toàn móng thì có thể nói đây là điều kiện để cọc và đất xung quanh cọc làm việc như một khối mómg hoàn chỉnh. b- Đối với nền của móng cọc:

b- Đối với nền của móng cọc:

* Trường hợp móng cọc chỉ chịu tải trọng thẳng đứng: biểu thức tính toán là:

(5-27) (5-28) (5-29) ≤ Pgh Ntt Ntt = N1 + N2 ; Pgh = Rgh .Fm + Um ∑τ

i hi

i được lấy gần đúng = fi )

Um = 2(a+b); Fm = (a x b ) = diện tích đáy bệ cọc . Ntt tải trọng tính toán tác dụng lên mặt nền của móng cọc . Rgh : cường độ giới hạn của móng cọc (xác định như hình vẽ trên) τ i: cường độ chống cắt (tiêu chuẩn) của đất ở mặt bên của khối móng cọc ở lớp đất thứ i có chiều dầy hi. (Trị số τ

hm hm

Rgh τ i

45o

45o-ϕ/2

N2 hc τ i

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

§5.5 Tính nền và móng cọc đài thấp theo TTGH (tiếp)

II. Tính theo TTGH thứ nhất (tiếp)

* Trường hợp móng cọc chịu tác dụng của tải trọng ngang lớn:

Cần phải xét ổn định cường độ của cả khối, dùng phương pháp mặt trượt trụ tròn (đi qua đầu mũi cọc hoặc cắt qua các cọc, nếu mặt trượt cắt qua các cọc thì phải tính đến sức chống cắt của các cọc). Bỏ qua sức chống trượt ở hai mặt bên của khối trượt (hình). Ta có biểu thức: ủ khối t ứ hố

ó biể thứ

t (hì h) T

t ở h i

ặt bê

M

gh

≥

(5.30)

K

]

at

M

tt

∑ ∑

r

∑Gi

τ o

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

§5.5 Tính nền và móng cọc đài thấp theo TTGH (tiếp)

III. Tính theo TTGH thứ hai

1. Tính toán móng cọc chống: * Đối với Cọc chống: Dùng biểu thức tính (5.25), (5.26), Khống chế độ lún và biến dạng ngang cọc. và biến dạng ngang cọc

≤

N

(5.25)

i

F ci

P ci k

c

P

≤

(5.26)

F

H

i

cngi

cngi k

c

Nhưng Pci và Pcngi lấy theo kết quả thí nghiệm tải trọng tĩnh, ứng với trị số Sgh và Δ

ng (xem lại kết quả thí nghiệm trang sau) * Đối với Móng cọc chống: không tiến hành tính toán độ lún (trị số độ lún Đối với Móng cọc chống: không tiến hành tính toán độ lún, (trị số độ lún có thể xảy ra của móng cọc đó được lấy bằng độ lún của cọc khi thí nghiệm theo tải trọng tĩnh)

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

Pci = P(Δ), Δ = ξ Sghtb

Nhắc lại kết quả t/nghiệm ép cọc và đẩy cọc

Pgh P(kN) P(Δ) 0 Δ Sgh

S(mm)

Pcngi = ξ

ng. Png(Δ

ng)

Png ∆ng u(mm) 0

Png(∆ng) Ptc

Pnggh

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

Png

2. D

A

Tính toán móng cọc treo: Lấy điều kiện biến dạng để khống chế theo biểu thức:

S ≤ Sgh Δ ≤ Δ (5-31) (5-32)

gh

hc

- Để tính S ta đưa về móng quy ước: Khối móng quy ước là ABCD, góc α = ϕ

B

C

tb/4 bqu = bc + 2hc tg α lqu = lc + 2hc tg α

bc bqư

∑hi = hc ptl = po - γ (hc + hm)

D

A

Tính lún và kiểm tra theo tinh thần TCXD với ≤ Rtc. po

(5-33) - Kiểm tra theo điều kiện (5-32) cho cọc. Điều kiện (5- 32) được biểu diễn thông qua điều kiện : Hi ≤ Pngi ( Δ

tk )

IV. Tính theo trạng thái giới hạn thứ ba.

- Theo sự xuất hiện vết nứt - Theo độ mở rộng cho phép vết nứt.

B

C

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

§5.6 Thiết kế móng cọc đài thấp

I. Các só liệu cần thiết kế để thiết kế

1. 2. Tài liệu về công trình Tài liệu về đất nền

II. II.

Nội dung và trình tự thiết kế Nội dung và trình tự thiết kế

Xác định số lượng cọc và bố trí cọc

1. Chọn loại móng cọc 2. Xác định độ sâu đặt đài cọc và sơ bộ chọn kích thước đài cọc 3. Chọn loại cọc, xác định kích thước cọc và sức chịu tải của cọc 4. 5. Kiểm tra sức chịu tải của cọc 6.

7. 7. Tính toán kiểm tra móng cọc và nền móng cọc theo trạng thái giới hạn 1 hay trạng thái giới hạn 2 tuỳ theo loại công trình Tính toán bệ cọc và cọc theo trạng thái giới hạn 3 (tức tính toán kiểm Tính toán bệ cọc và cọc theo trạng thái giới hạn 3 (tức tính toán kiểm tra kẽ nứt) theo quy phạm thiết kế các cấu kiện bê tông cốt thép

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG