Bài giảng Nền móng - Chương V: Móng cọc - Nguyễn Hữu Thái

Nội dung text: Bài giảng Nền móng - Chương V: Móng cọc - Nguyễn Hữu Thái

1. Nền Móng 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: -Gồm3bộ phận: cọc, đài cọc, đất bao quanh cọc 9 Cọclàbộ phận chính có tác dụng truyềntảitrọng từ công trình lên đất ởđầumũi và xung quanh cọc. MNN 9 Đài cọcliênkếtcáccọc thành mộtkhối và phân phối tải trọng công tìtrình lêncáccọc. 9 Đất xung quanh cọc đượccọclènchặttiếpthumột phầntảitrọng và phân bốđềuhơnlênđất đầumũi cọc. II. Phạm vi và trường hợp áp dụng: 1. Phạmviápdụng -MCcóthể coi là biện pháp xử lý sâu, có tác dụng truyền tảitrọng từ c.trình tớilớp đấtcócường độ lớn ởđầumũi cọcvàxung quanh móng. - Dùng khi tảitrọng công trình tương đốilớn, lớp đấttốt nằm sâu, mựcnướcngầmtương đối cao. - Dùng ở những bộ phậnchịutảitrọng lớnhoặcnhững chỗ Hình: Cấu tạo móng cọc a) Đài thấp; b) Đài cao; đấtyếu. 1- cọc; 2- đài cọc; 3- công trình NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 2 1
2. 2. Các trường hợpápdụng a) Khi một hay nhiềulớp đất bên trên có tính nén lún lớn và quá yếu để chịutải trọng do công trình truyềnxuống, cọc được dùng để truyềntảitrọng xuống tầng đất đá cứng nằm dưới (hìn h 11.1a). Khi tầng đất đácứng ở sâu không chạmtới được, cọc được dùng để truyềntảitrọng công trình lên đấtchủ yếunhờ sứcchống ma sát ở mặttiếp xúc giữa đấtvàcọc. (hình 11.1b) b) Khi chịulực ngang (xem Hình 11.1c), móng cọcchống lạibằng cách uốn cong trong khi vẫnchịutảitrọng thẳng đứng do Hình 11.1 Những tr ường h ợppc cần công trình truyềnxuống. Tình huống này dùng móng cọc thường gặp trong thiếtkế và xây dựng các công trình chắn đất và móng của các công trình cao tầng chịutácdụng củagió mạnh hay lực động đất. NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 3 c) Trong trường hợp, đấttrương nở và đấtlúnsụtxuấthiệntạivị trí dựđịnh xây dựng công trình. Đấttrương nở và co ngót khi độ ẩmcủanótăng và giảm, áp lực trương nở của đấtlàđáng kể.Nếu dùng móng nông trong trường hợpnhư vậy, công trình sẽ phảichịusự hư hạilớn. Tuy nhiên, có thể lựachọn móng cọcvớicọckéo dài qua vùng có hiệntượng trương nở và co ngót. (Xem Hình 11.1d) d) Móng mộtsố công trình như tháp truyền hình, giàn khoan ngoài khơi, và móng bè nằmdướimựcnướcthường chịulực đẩynổi. Đôi khi cọc được dùng cho các móng này để chống lạilực đẩy nổi. (Xem Hình 11.1e.) e) Mố và trụ cầu luôn đượcxâydựng trên móng cọc để tránh làm giảmkhả năng chịutải mà móng nông có thể chịu do xói mòn đấttrênbề mặt. (Xem Hình 11.1f.) III. Ưu điểm nổi bật của MC: -Tiếpthutảitrọng lớn(cả tảitrọng đứng và ngang), tiếpkiệm VL móng, giảmkhối lượng đào đắp, tậndụng lớp đấtnềncũ. NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 4 2
3. §5.2 Phân loại cọc và móng cọc I. Phân loại cọc: theo 4 cơ sở 1. PL theo tác dụng làm việc giữa đất và cọc: - Cọcchống:truyềntảitrọng lên lớp đất đácó cường độ lớn, vì thế lực ma sát ở mặt xung quanh cọcthựctế không xuấthiệnvàkhả năng chịutảicủa cọcchỉ phụ thuộckhả năng chịutảicủa đất đầumũi cọc. - Cọctreo(cọcmasát):Đất bao quanh cọclàđất chịu nén (đấtyếu) và tảitrọng đượctruyềnlênnền nhờ lựcmasátở xung quanh cọcvàcường độ của đất đầumũicọc 2. PL theo vật liệu làm cọc: - Cọcgỗ, c. tre, c.bê tông, c.bê tông cốt thép, c.thép, c. hỗnhợp -Chọnvậtliệucọcphảicăncứ cụ thể vào . khả năng cung cấpvậtliệu, . công nghệ chế tạocọc, . điềukiện ĐCCT và ĐCTV. NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 5 a) Cọcthép ƒ Cọc thép thường là cọc ống hay cọc thép cán tiếtdiệnchữ H, chữ I. .Cáccọc ống được đóng xuống đấtvới đáy hở hay bịtkín. .Cáccọcchữ Hthường được dùng nhiềuhơnvìchiều dày thân và cánh của chúng bằng nhau. Vớidầm có cánh rộng và mặtcắtchữ I, chiều dày thân nhỏ hơnchiều dày cánh. Trong nhiềutrường hợp, những cọc ống sau khi đóng xuống đượclấp đầy bê tông. ƒ Mộtsốđặc điểm khái quát về cọc thép: -Chiều dài thông thường: 15 m ÷60m -Tảitrọng thông thường: 300 kN÷1200 kN ƒ Có thể tham khảokíchthướccọc thép theo các Bảng: -Bảng 11.1a Tiếtdiệncọcchữ H Hình 11.2 Cọc thép: (a) mốighép thường được dùng ở Mỹ (Đơnvị SI) bằng hàn củacọcchữ H; (b) mối ghép -Bảng 11.2a Mộtsố tiếtdiệncọc bằng hàn củacọc ống; (c) mối ghép ống (Đơnvị SI) bằng đinh tán và bu-lông củacọcchữ H; (d) gia cố mũicọc ống phẳng; (e) gia cố mũicọc ống hình nón NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 6 3
4. b) Cọc bê tông, bê tông cốtthép Được dùng tương đốiphổ biến trong xây dựng. (a) cọc bê tông: thường đượcchế tạotạihiệntrường xây dựng. Dùng trong trường hợptảitrọng không lớn và không có lực ngang tác dụng. Thí dụ,cọc bê tông khoan nhồi. (b) cọc bê tông cốt thép: thường đượcchế tạotại các nhà máy; có khả năng chịuuốnlớn. Dùng trong trường hợptải trọng đứng và ngang lớn. Có thể hạ cọc này vào trong đấtbằng các biện pháp cơ học(như hạ bằng búa xung lựchoặc búa rung). c) Cọc gỗ Các cọcgỗ là những thân cây có các cành và vỏđược đẽogọt cẩnthận. Chiều dài tối đacủahầuhếtcáccọcgỗ là 10÷20 m. Để có đủ điều kiện làm việc như một cọc, cây gỗ nên thẳng, vững chắc, và không có bấtkỳ khuyếttật nào. NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 7 -Cọcgỗ không thể chịu được ứng suất đóng cọclớn; do vậy, khả năng chịutảicủa cọc nói chung bị hạnchế.Tacóthể dùng mũibịtbằng thép để không làm hư hạimũi cọc(đáy). Đỉnh cọcgỗ cũng có thể bị hư hại trong quá trình đóng cọc. -Việc phá hỏng các thớ gỗ gâyradosự tác động của búa xung kích đượcgọilàchẻ thớ. Ngườitabảovệđỉnh cọcbằng đai kim loại hay mũ. - Không nên ghép nốicáccọcgỗ, đặcbiệtkhi chúng phảichịutảitrọng kéo hay tảitrọng ngang. Tuy nhiên, nếucầnthiết, có thể ghép nốibằng cách dùng ống bao (xem Hình 11.5a) hay đai kẹp kim loạibằng bu lông (xem Hình 11.5b). -Cọcgỗ có thể tồn tại lâu dài nếu đất xung quanh bão hòa nước. Không nên để cọcgỗ nhô lên khỏimựcnước Hình 11.5 Mối ghép nối của cọc gỗ: (a) ống bao; (b) dùng đai kẹp kim loại ngầm để tránh mối và bu lông mọt. NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 8 4
5. d) Cọc hỗn hợp Những đoạncọcphầntrênvàphầndướicủacọchỗnhợp đượclàmtừ các vậtliệu khác nhau. Ví dụ,cọchỗnhợpcóthểđượclàmtừ thép và bê tông hay gỗ và bê tông. -Cáccọc thép-bê tông gồmcóđoạncọcphầndướibằng thép và đoạncọcphầntrên bằng bê tông đổ tạichỗ.Loạicọcnàyđược dùng khi yêu cầuchiều dài cọcchokhả năng chịutảicầnthiếtlớnhơnkhả năng chịutảicủacọc đơnthuầnbằng bê tông đổ tạichỗ. -Cáccọcgỗ-bê tông thường bao gồm đoạn cọcphầndướibằng gỗ nằmdướimựcnước không đổivàđoạncọcphầntrênbằng bê tông. Trong mọitrường hợp, việctạomối ghép hoàn chỉnh giữa hai vậtliệu khác nhau là khó khăn, do đó, cọchỗnhợp không đượcsử dụng rộng rãi. NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 9 3. PL theo phương pháp chế tạo cọc a) Cọc đúc sẵn: Liên quan tớibavấn đề:Chế tạocọc-Vận chuyểncọc-Đưacọc vào trong đất. ‰ Cọc đượcgiacố bằng cách dùng cốt thép thông thường, và có mặtcắt ngang hình vuông hay hình tám cạnh. (Xem Hình 11.3.) Việcgiacố bằng cốt thép cho phép cọc chống lại mômen uốnxuấthiện trong khi nâng và vận chuyểncọc, tảitrọng thẳng đứng và mômen uốn gây ra bởitảitrọng ngang. ƒ Cọc được đúc đạt chiều dài mong muốnvà đượcxử lý trước khi vận chuyển đến công trường. ƒ Mộtsốđặc điểm khái quát về cọc bê tông như sau: -Chiều dài thông thường: 10 m÷15 m -Tảitrọng thông thường: 300 kN÷3000 kN Hình 11.3 Cọc đúc sẵn với cốt thép thông thường NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 10 5
6. ‰ Cọc đúc sẵncũng có thểđượctạo ứng suấttrướcbằng cách dùng dây cáp bằng thép cường độ cao chịu ứng suấttrước. Cường độ giớihạncủanhững cáp này vào khoảng 1800 MN/m2. Trong quá trình đúc cọc, dây cáp đượctạo ứng suấtcăng trước khoảng 900÷1300 MN/m2,vàbêtôngđược đổ xung quanh dây cáp. Sau khi bảo dưỡng bê tông, cắt đứtdâycáptạoralực nén lên mặtcắtcọc. (Bảng 11.3a (đơnvị SI) đưa ra thêm thông tin về cọc bê tông chịu ứng suấttrướccómặtcắt ngang hình vuông và hình támcạnh). ƒ 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 ‰ Phân loạicọc đúc sẵn theo phương pháp thi công hạ cọc: Phầnlớncáccọc đượchạ bằng búa xung lựchoặc búa rung. Trong các trường hợp đặc biệt,cọccũng có thể được hạ bằng phương phápxói nước hoặc khoan. Các loại búa đóng cọcbaogồm (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. NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 11 - Búa rơi (xem Hình 11.7a): đượckéolênbằng tờivà rơixuống từđộcao H đãbiết. Đây là loại búa đóng cọc cổ nhất. Nhược điểm chính củaloại búa rơilàtốc độ các nhát đậpchậm. - Búa hơihaykhínéntácđộng đơn (Hình 11.7b): Bộ phậnvađập, hay quả tạ, được nâng lên bởiáplựckhí hay hơivàsauđórơixuống do trọng lượng của nó. - Búa hơihaykhínéntácđộng kép và so lệch (Hình 11.7c): Không khí và hơi nướccùng đượcsử dụng để nâng quả búa lên và đẩynóxuống, bằng cách ấylàm tăng vậntốcvađậpcủaquả búa. - Búa diesel (xem Hình 11.7d): về cơ bảngồmcóquả búa, khối đe, và hệ thống phun nhiên liệu. Đầutiênquả búa được nâng lên và nhiên liệu được phun vào gần đe. Sau đóthả quả búa ra. Khi quả búa rơixuống, nó làm nén hỗnhợp nhiên liệukhívàđốtcháyhỗnhợp. Tác động này đẩycọc đixuống và nâng quả búa lên. Loại búa diesel làm việc tốt trong các điều kiện đóng cọckhókhăn. Trong các loại đấtmềmyếu, chuyểndịch đixuống củacọclàkhálớn, và chuyểndịch đilêncủa quả búa lạinhỏ.Sự chênh lệch này có thể không đủ để đốtcháyhệ thống nhiên liệu khí, nên quả búa có thể phải được nâng bằng tay. Hình 11.7 Thiết bị đóng cọc (a, b, c, d) NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 12 6
7. - Máy hạ cọcchấn động (Hình 11.7e): Thiếtbị này về cơ bảngồm có hai khốinặng quay ngượcchiều nhau. Các thành phầnlựclytâmnằm ngang phát sinh do sự quay các khốinặng triệttiêulẫn nhau. Kếtquả là lựcthẳng đứng động hình sin đượcsản sinh và dẫncọc đixuống. Hình 11.7 Thiếtbịđóng cọc: (e) máy đóng cọckiểu rung động; (f) ảnh máy hạ cọcchấn động (Được phép của Michael W. O'Neill, Đạihọc Houston) NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 13 Hình 11.8 Công tác đóng cọc ở hiệntrường. -Xóinước là kỹ thuật đôi khi được dùng trong đóng cọckhicọccầnxuyên qua lớp đấtcứng mỏng (như cát và sỏi sạn) phủ bên trên lớp đất yếu hơn. Theo kỹ thuật này, nước đượcxả ra ở mũicọc qua một ống đường kính 50-75 mm (2-3 in.) để rửavàlàmtơicát,sỏi sạn. - Cọc xoắn: NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 14 7
8. b) Cọc đúc tạichỗ: được đúc bằng cách tạomộtlỗ (bằng đóng ống thép hoặcnổ mìn) trong đất, sau đó đặtcốtthépnếucần, rồi đổ đầy bê tông vào và đầmchặt bê tông trong hố. Có nhiềuloạicọc bê tông đổ tại chỗ khác nhau hiện đượcsử dụng trong xây dựng, và hầuhết đã được các nhà sảnxuấtcấpbằng 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 loạicóthể có chân đế ở đáy. NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 15 ƒ Cọc đổ theo khuôn : đượctạorabằng cách đóng ống chống bằng thép vào đất vớisự trợ giúp củamộttrụclõiđặt bên trong ống. Khi đạttới độ sâu yêu cầuthìrút trụclõilênvàđổ đầy bê tông vào ống chống. Hình 11.4a, b, c, và d chỉ ra mộtsố ví dụ củacọc đổ theo khuôn không mở rộng đáy. Hình 11.4e trình bày cọc đổ theo khuôn mở rộng đáy. Phầnmở rộng đáy có dạng hình bầubêtôngđượctạorabằng cách đóng búa lên bê tông tươi. Hình 11.4 Cọc bê tông đổ tại chỗ NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 16 8
9. ƒ Cọc đổ không theo khuôn : (Hình 11.4f và 11.4g) là hai loạicọc đổ không theo khuôn, trong đómộtloại có chân đế mở rộng và loại kia không có. Để tạoracọc 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 đượctừ từ rút lên. c) Cọc đẩychènvàcọc không đẩy chèn: Tùy theo đặc tính hạ cọccóthể phân làm hai loại ƒ Cọc đẩy chèn: Cọc đóng là các cọc đẩy chèn vì chúng làm dịch chuyểnmộtítđất theo phương ngang; do đólàmtăng mật độ của đất xung quanh các cọc. Cọc bê tông và cọc ống mũibịtkínlàcáccọc đẩy chèn cao. Tuy nhiên, cọc thép chữ Hdịch chuyểnítđấthơn theo phương ngang khi đóng cọc, nên chúng là các cọc đẩy chèn thấp. ƒ Cọc không đẩychèn:Cọc khoan là các cọc không đẩy chèn vì việchạ cọclàm thay đổirấtíttrạng thái ứng suất trong đất. NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 17 4. PL theo phương trục cọc: -Cọc đứng: -CọcXiên:các cọc đóng nghiêng so vớiphương thẳng đứng một góc, gọilàcáccọc xiên. Các cọcxiênđược dùng trong nhóm cọckhicầnlàmtăng khả năng chịutải theo phương ngang. Cọccũng có thểđượchạ bằng cách khoan mộtphầnnhờ máy khoan trướccáclỗ.Sauđócáccọc được đưa vào trong các lỗ và đóng đến độ sâu yêu cầu. Có thể phân thành: •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 NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 18 9
10. II. Phân loại móng cọc: theo 2 cơ sở 1. PL theo vị trí đài cọc: • Móng cọc đài thấp: thường có đài đặtthấp dướimặt đấtvàcótácdụng truyềnmộtphần áp lực thẳng đứng lên đất nền. (thường 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 hơnmặt đất, nó liên kếtvớicáccọctạo thành mộthệ kếtcấu không gian siêu tĩnh nhiềubậc, sự tiếpthu lựcvàlàmviệccủacáccọcsẽ phứctạpvà khác nhiềusovới móng cọc đài thấp. (thường dùng trong các công trình giao 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 19 §5.3 Sự làm việc của cọc và đất bao quanh cọc I. Ý nghĩa thực tiễn 1. Nguyên nhân và mục đích nghiên cứu • NN: Khi hạ cọc vào trong đất trạng thái ƯS, BD của đất sẽ thay đổi (tùy theo độ sâu hạ cọc) khác vớicủa đấttự nhiên, do đócầnn/c sự làm việctương hỗ giữacọcvàđất bao quanh. •MĐ:Dựatrêncơ sởđó, có thể chọn đượckíchthướccọc, khoảng cách cọc, tính toán SCT cọc đơnvàthiếtkế móng cọc 2. Phương pháp nghiên cứu • Dùng biện pháp thí nghiệm đóng cọc vào trong đất; trong quá trình cọchạ sâu vào đất, ghi lạinhững thay đổivề trạng thái ƯS, BD của đất bao quanh NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 20 10
11. §5.3 Sự làm việc của cọc và đất bao quanh cọc (tiếp) II. Cọcchống • Đấtdướimũicọcchống chặtvàbềnhơn đáng kể so với đất xung quanh mặt bên cọc, phầntảitrọng truyềnchođấtx/qcọc Đất yếu nhỏ hơn đáng kể so vớiphầntruyềncho đất đầumũicọc. • Đấtnềncọcchỉ chịulựctrongphạmviđầu mũicọc, đấtx/qcọcchủ yếucótácdụng Đất tốt chống uốndọctrụccọc. Fc NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 21 III. Cọc treo 1. Quá trình lèn chặt đất khi hạ cọc -Khihạ cọcvàotrongđất, phần đấtcọc đi qua vị biếndạng, thể tích đấtdocọc đẩyralàm đất bao quanh cọcbị trượt đốixứng. -Khiđộ sâu hạ cọc còn nhỏ thì sự lèn d chặt đấtchỉ xảyradưới đầumũicọc, còn đất xung quanh bịđẩytrồi(éptrồi) lên trên mặtnền. -Khiđộ sâu hạ cọctăng đếnmức độ nào đó thì khả năng đấttrồi lên trên mặtsẽ không còn, sự trượt đốixứng sẽ kếtthúcở bên trong h khối đất. Vùng Đất nén chặt Đấtbị ép ra từ dướimũicọcsẽ dồntớikhu vực bao quanh cọcvàlènchặt đất ởđó, hình thành mộtthể tích hình trụ có đường kính Đất yếu giớihạn ngoài gầngấp6lần đường kính cọc (d). -Thể tích hình trụ nén chặtnàytạorasức chống trượtcủa đất ởđầumũicọcvàlàmtăng trị số ma sát giớihạn ở bề mặt xung quanh cọc. D=6d NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 22 11
12. §5.3 Sự làm việc của cọc và đất bao quanh cọc (tiếp) III. Cọc treo (tiếp) - Hiệntượng đẩytrồitại đầumũicọccũng như sự lèn chặttrongphạmvihìnhtrụ trong đấtcát và đất dính có nhiều điểm khác nhau: Hiện tượng ép trồi trong đấtdínhtiếntriểnchậm chạp, thường kéo dài vài ngày sau khi kết thúc ϕ việc hạ cọc → cần chú ý khi xác định thời gian tb/4 đổ bê tông đài cọc. - Biểu đồ phân bốứng suất ở cao trình đầumũi cọc không đều, có hiệntượng tập trung ứng Đất yếu suất. Trong tính toán giả thiết ứng suất phân bố đều. σ - Diện tích phân bốứng suất ở cao trình đầu tb mũicọc đượcxácđịnh như diện tích của đáy nón có đường sinh làm vớitrụccọcmột góc ϕ tb/4. - Khi hạ cọcxuống, kéo theo mộtvỏđất(dày Đất tốt đến 1 cm) bao quanh bề mặtcọc, do đómasát trên thựctế không xuấthiệngiữavậtliệucọcvà đấtmàgiữa đất xung quanh cọcvà“vỏđất” NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 23 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: Q Q H H fi fi S S Rgh Rgh NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 24 12
13. ƒ Đốivới đấtdính: -Khiđóng cọcliêntục, nướctrongđấtthoátrachậm, chỉđủ bôi trơn xung quanh cọc, cọcdễđóng và sứcchịutảigiảm. H -Khinghỉđóng,kếtcấu đất được khôi phụcvàsứcchịutải tăng. ƒ Đốivới đấtrời:xảyrangượclạivới đất dính. -Khiđóng liên tục, do rung động, đấtcátởđầumũicọc được lèn chặtcụcbộ gây khó đóng, sứcchịutảităng. - Khi nghỉđóng, đấtcátđầumũi dãn ra, do đódễđóng hơn. ƒ Hiệntượng trên đượcgọilàhiệntượng giả khi đóng cọc, liên quan đếnkhả năng thoát nước trong đấtvàhiệntượng nới dãn của đất. ƒ Đối với những đất mà sự nghỉ ảnh hưởng tới sức kháng, thì cầnphảilấykếtquả thí nghiệm sau khi nghỉ,mớibiểuthịđúng đặc tính trạng thái của đấtkhichịutảitrọng tĩnh của công trình. NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 25 §5.4 Xác định sức chịu tải của cọc đơn I. KN về sức chịu tải của cọc đơn 1. Định nghĩa ƒ Sứcchịutảicủacọc đơnlàtảitrọng lớnnhấttácdụng lên cọcvàđảm bảo hai điềukiện: - Cọc không nứtvỡ (điềukiệnvậtliệucọc) - Đấất ở mũicọc và quanh cọc không bị phá hoạivề cường độ hoặc về biếndạng (điềukiện đấtnền). Như vậy, SCT củacọclàkhả năng chịutảilớnnhất, phụ thuộcvào Pc = f (vậtliệucọc, cường độ đất bao quanh cọc) ƒ Tuỳ theo phương củatảitrọng tác dụng lên đầucọc, phân biệt -Sứcchịutảidọctrụccủacọc -Sứcchịutải ngang trụccủacọc. 2. Nggyuyên tắc xác định GọiPvl : SCT tính theo cường độ vậtliệulàmcọc Pđ : SCT tính theo cường độ đất bao quanh cọc. Về kỹ thuật: Pc =min(Pvl ,Pđ ) (5-1) ≅ Về kinh tế : Pvl Pđ (5-2) Trong mọitrường hợpcầnchọnkíchthướccọc sao cho, ≥ Pvl Pđ (5-3) NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 26 13
14. §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 sứcchịutảidọctrụccủacọc đơn A- Sức chịu tải dọc trục theo điều kiện cường độ vật liệu cọc (Pvl ) Pvl =mc(mcb Rb Fb +Ra Fa ) (5-4) mc -hệ sốđiềukiệnlàmviệc, lấybằng 0,6 đốivớicọcchế tạo trong đất, và bằng 1 đốivớicáccọc khác. B-Sứcchịutảidọctrục theo điềukiện đất bao quanh cọc(Pđ ) Hai phương pháp xác định: -Phương pháp phân tích lực, - Phương pháp thí nghiệm hiện trường. 1) Phương pháp phân tích lực a) Nội dung phương pháp: Tách sứcchịutảidọctrụccủacọc thành hai thành phần: +Docường độ đất đầumũicọctạonên(Pcm), +Dosức kháng của đất bao quanh cọctạonên(Pcb). NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 27 Pđ = mc(Pcm + Pcb) (5.6) b) Đối với cọc chống: Pđ = mc Pcm P =m= m m RFR F (5-7) đ c R R m : hệ số điều kiện làm việc của cọc trong nền đất, lấy bằng 1. c F c) Đối với cọc treo (cọc ma sát): Khả năng chịu tải của cọc treo được xác định bởi hai thành phần: Pđ = mc ( Pcm + Pcb ) (5-8) Với: Pcm = mR R F ; Pcb = u ∑ mf fi li (5-9) Pđ = mc (mR R F + u ∑ mf fi li ) (5-10) mc: hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất, m = 1 fi Trong công thức (5-10), R và fi là hai đại lượng chưa biết cần được xác định. R NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 28 14
15. Pc d) Xác định sức kháng tính toán của đất (R, fi ): Thường dùng ba phương pháp: -Phương pháp lý thuyết -Phương pháp thí nghiệmbằng cọc xuyên tĩnh. h -Phương pháp thống kê các tài liệuthựctế. c ƒ Phương pháp lý thuyết-Xácđịnh R R q . Cơ sở của pphhươngng pphápháp:D: Dựa vvàoào llýý tthuyhuyết câcânn bằnngg ggiiới gh hạnvàsự xuấthiệncácmặttrượt liên tục trong đất đầu mũicọc(đấtnềncọc). Pc .Nhờ cách giảigần đúng các bài toán lý thuyếtcân bằng giớihạncủakhối đấtbiếndạng đốixứng trục, Berezanxev đãlập được công thứctínhtải trọng giớihạncủa đấtnền đầumũicọc: γ Rgh =A. .d+B.q+C.c (5-11) q: tảitrọng bên tác dụng lên mặtngggang đầumũi cọc: hc α γ α q= . .hc ,với <1 d α α γ c :hệ số xét đến ảnh hưởng củalực dính (c) và q= . .hc Rgh lực ma sát trong chiềusâuhc d: đường kính cọc. NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 29 §5.4 Xác định sức chịu tải của cọc đơn (tiếp) II. Xác định SCT dọc trục của cọc đơn (tiếp) d) Xác định sức kháng tính toán của đất (R, fi ) (tiếp) ƒ Phương pháp thí nghiệm xuyên tĩnh - Thiết bị thí nghiệm: Giới thiệu một loại thiết bị xuyên. - Các đặcct trưng kỹ ttuhuật : Cần xuyên •Chiều sâu tối đa: 15 m •Tổng lực nén: 10.000 KG ống bao •Sức chịu nén của mũi xuyên: 5.000 KG •Đường kính mũi xuyên: 36 mm •Góc nghiêng của mũi xuyên: 600 •Đường kính ngoài của cần xuyên: 36 mm •Đường kính cần xuyên: 18 mm •Vậntn tốc xuyên: 0250,25 - 050m/ph0,50 m/ph mũi xuyên NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 30 15
16. §5.4 Xác định sức chịu tải của cọc đơn (tiếp) II. Xác định SCT dọc trục của cọc đơn (tiếp) - Mô tả thí nghiệmvàsử dụng kếtquả thí nghiệm: Ta tiến hành thí nghiệmvà thu được hai đạilượng qx và fx, trong đó: .qx:trị số sức kháng bình cọc quân của đấtdướimũi xuyên (kPa, T/m2). Trị số qx đượcxácđịnh dc trong phạmvitừ phía trên cao trình mũicọcthiếtkế dc một đoạnbằng dc đến phía tk dướicaotrìnhmũicọcthiết kế một đoạn=4dc;(dc- đường kính, tính bằng m). f .f:trị số sức kháng bình x x 4d quân của đất trên thành bên c của xuyên (KPa, T/m2). qx NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 31 §5.4 Xác định sức chịu tải của cọc đơn (tiếp) II. Xác định SCT dọc trục của cọc đơn (tiếp) - Sức kháng giớihạncủa đấtdướimũicọclấytheokếtquả xuyên tại điểm thí nghiệm tính theo công thức: β 2 R= 1 qx (KPa, T/m ) - sức kháng giớihạncủa đất trên thành bên cọclấy theo kếtquả xuyên tại điểm thí nghiệm được tính theo công thức: β 2 f= 2 fx , (KPa, T/m ) β β 1, 2 tra bảng V-4, GTr. NM - Thay R, f tính được vào công thức (5-10) để xác định Pc. ƒ Phương pháp thống kê các tài liệuthựctế (phương pháp kinh nghiệm) - Dùng công thức kinh nghiệmvàcáctrị số kinh nghiệm đãchotrongTCXD để tính R, f (xem bảngV-1vàV-2;hệ số mR và mf đượcxácđịnh theo bảng V-3). NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 32 16
17. 2) Phương pháp thí nghiệm ở hiện trường Hai phương pháp thí nghiệm: - Phương pháp nén cọc (dùng tảitrọng tĩnh) -Phương pháp động (dùng tảitrọng động) a) Phương pháp thí nghiệm nén cọc: + Nội dung củaphương pháp: Đóng cọc đến độ sâu nào đó(thường là chiềusâudự tính củangườithiếtkế), sau đó chất tải trọng tĩnh lên cọc theo nguyên tắc tăng dần từng cấp cho đến khi nền đất không đủ sứcgiữ cọcnữa. Trong quá trình chấttải có theo dõi độ lún củacọcbằng thiếtbịđặcbiệt. + Thí nghiệmvàkếtquả : -Việcchấttảitrọng tĩnh lên cọc đượcthựchiệnbằng nhiều cách (Hình). -Kếtquả thí nghiệmthể hiệnbằng biểu đồ quan hệ (S~P) 0 P(Δ) Pgh P(kN) Δ P Đường lún ổn định quy ước S(mm) NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 33 + Sử dụng kếtquả thí nghiệm để xác định sứcchịu tải (tính toán) củacọc: Công thứcxácđịnh sứcchịutải tính toán củacọc P(Δ) Pgh P(kN) bằng thí nghiệm nén cọc: 0 Δ Đường lún ổn Sgh Ptc định quy ước Pc = mc (5-12) kc Ptc:tảitrọng giớihạntiêuchuẩncủacọc đượcxác định theo kếtquả thí nghiệm (quan hệ S~P) tùy thuộcloại TTGH : S(mm) y Tính toán theo TTGH 1: Ptc = Pgh Δ y Tính toán theo TTGH 2: Ptc = P( ) Δ ξ = Sgh (5-13) Sgh:trị sốđộlún trung bình g.h của móng nhà hoặc công trình, lấy theo yêu cầuTK ξ :hệ số chuyển đổitừ trị sốđộlún trung bình giớihạn(Sghtb)của móng nhà hoặc công trình dướitácdụng củatảitrọng dài hạn sang độ lún củacọcnhận đượckhithí nghiệm theo tảitrọng tĩnh ứng vớisự ngừng lún quy ước. NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 34 17
18. b) Phương pháp thí nghiệm đóng cọc : - Nội dung củaphương pháp :Khihạ cọctớimộtchiều sâu nào đó, rồi dùng búa (trọng lượng Q) đóng một nhát vào cọc, cọcsẽ bị lún xuống (S). Trị sốđộlún củacọcdomột nhát búa gây ra gọilà độ chốivàkýhiêụ là (e). Rõ ràng là, sứcchịutảicủacọc càng lớn(đấtcứng) thì độ chối e càng bé và ngượclại, sứcchịutải Q càng bé (đấtyếu) thì e càng lớn. Như vậy, giữasứcchịutảicủacọcvàđộ chốiecómột H liên hệ nghịch biến nào đó(Pgh~e). Nếubiết liên hệđó, thì sau khi đóng cọc đếnchiềusâutuỳ ý, dùng búa đóng thửđểđoe, ta sẽ tìm đượcPgh củacọc. - Lập công thứcliênhệ (Pgh ~ e):giớithiệu cách thiếtlập công thức của N.M. Gerxêvanov, tác giả Nga. Công thức được thành lậpdựa trên hai nguyên lý: +Nguyênlýbảo toàn năng lượng (cân bằng công khi đóng cọc) + Nguyên lý va chạmtự do giữa hai vậtthểđàn hồi. Theo nguyên lý bảotoànnăng lượng thì: e Công củamột nhát búa sẽ sinh ra công làm cọclúnxuống, P công do búa dộilại(khắcphụcbiếndạng đàn hồicủacọcvà gh búa) và công tiêu hao (do sinh nhiệt, khắcphụcbiếndạng đàn hồicủa đất ): NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 35 α -hệ số xét đến sự tiêu hao động năng do sinh nhiệt, biến dạng đàn hồi Đượcbiểudiễnnhư sau: α QH = Pgh.e+Qh+ QH (5-14) . Để đơngiản, Gerxevanov giả thiếth=0,khiđó công thức (5-10) có dạng: Q α (1 - )QH= Pgh .e . Đặt(1-α)=β ,tacó: H β QH = Pgh . e (5-15) β . Trị số phụ thuộcvàovậtliệulàmcọc, phương pháp đóng cọc, và Pgh, . Tuy vậy, trong quá trình đóng cọcnhất định nào đó thì ngoài trị số Pgh , còn tấtcả các yếutố khác đều không đổi, do đó β chỉ phụ thuộcvào Pgh. β . Gerxevanov đưarahàm = f(Pgh) là hàm giảmdầncódạng hypecbol như sau: P A + B gh β = F P (5.16) n + gh F e n:hệ số,phụ thuộcvậtliệucọcvàđiềukiện đóng cọc. Pgh F:diện tích tiếtdiện ngang cọc. A,B: hai hằng số cần tìm. NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 36 18
19. + Tìm A: Giả thiết:lúcmới đầu đóng cọc, cọc và búa coi như hai vậtthể va chạmtự do, nghĩalàPgh/F = 0,vìvậy theo lý thuyếtvachạmtự do của2vậtthể thì xung lượng sau khi va chạm được tính như sau: β 2 2 W= o.Q.(v1 /2g), mà Q.(v1 /2g)=QH Q + K 2q do đó, từ (5.16) :A=β.n = β .n = 1 n (5.17) o Q + q v1 :tốc độ của búa trước khi va chạm g :giatốctrọng trường (=9,81m/s2) β o:hệ số hiệuquả khi va chạmtự do . 2 K1:hệ số phụchồitốc độ khi va chạm(khiđóng cọcthìK1 =0,2,khihạ bằng chấn 2 động thì K1 =0). q:trọng lượng cọc bao gồmcả mũ cọc, đệmcọcvàcọcdẫnnếucó + Tìm B: Giả thiết: Trường hợp đóng búamà cọc không Q + K 2q 1 n thể lún xuống đượcnữa (e = 0). Lúc đó + công có ích hoàn toàn dùng để phá vỡ vật β = Q q ∞ Pgh liệucọcdođótrị số Pgh/F= ,từ (5-16) ta n + có: β =B,nhưng vì e=0nên β =0và như F vậy B=0. Thay vào (5.16) ta tìm được: (5.18) NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 37 β Thay (5-18) vào (5-15), QH = Pgh .evà giảiratađược: nF ⎡ 4 QH Q + 0,2q ⎤ P = 1+ −1 gh ⎢ + ⎥ (5.19) 2 ⎣ nF e Q q ⎦ Sứcchịutải tính toán củacọc theo kếtquả thí nghiệm động (và tĩnh) là: P = gh Pc mc (5.20a) kc m nF ⎡ 4 QH Q + 0,2q ⎤ P = c 1+ −1 (5.20b) gh ⎢ + ⎥ kc 2 ⎣ nF e Q q ⎦ n: hệ số,phụ thuộcvậtliệucọcvàphương pháp đóng cọc; cọc vuông hoặccólỗ tròn, cọctiếtdiệntrònrỗng có lắp đầumũi, có mũđệmkhiđóng n=1.500KN/m2;cọcgỗ,khiđóng không đặtmũđệm n = 1.000KN/m2. Ứng dụng : Dùng kếtquả t/n động để kiểmtraSCTcủacọc -Nếu dùng búa có trọng lượng nhất định (()Q),tiếtdiệncọc đãbiếtvàbắtbuộccọc đóphảichịumộttảitrọng tính toán là Ptt,thìtừ (5-20b) sẽ tính được độ chối tính toán ett = f (Q,F,Ptt) , xem công thức (5.21) g.tr. NM. - Khi thí nghiệm đóng cọcthử,chỉ việc đóng cọc đếnchiềusâuthiếtkế : -Nếuethực =ett.thì cọc đủ dài và SCT củacọcPc=Ptt . -Nếuethực >ett thì chiều dài cọcchưa đủ,cầncóbiện pháp tăng thêm chiều dài củacọc(hoặctăng thêm số lượng cọc) . NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 38 19
20. III. Sứcchịutải ngang trụccủacọc đơn 1) Phương pháp lý thuyết Nghiên cứusự làm việccủacọcvớichiềudàil và đường kính d có thể chia cọc thành hai loại: +Cọcngắn: l/d <12, coi là thanh cứng chỉ bị quay do lực ngang. +Cọc dài: l/d ≥ 12, thanh mềmuốn được trong đấtdướitácdụng củalực ngang. Do điềukiệnlàmviệc khác nhau, tính toán cũng khác nhau. +Cọcngắn (cọccứng): Khi cọc quay (quanh điểm0)chorằng cọcvẫnthẳng, và đến mộtmức nào đấycácmặttrước, sau củacọcchịutácdụng củaphảnlực đất thuộcloạiáplực đấtchủđộng và bịđộng. Bỏ qua tác dụng ma sát hai bên cọc. -SCTcủacọcngắnchỉ phụ thuộcvàođiềukiện đấtnền. T T h E ct Ebp E2 O E1 Ebt Ecp γ γ (Kb-Kc) h (Kb-Kc) h NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 39 +Cọcdài(cọcmềm): Khi chịulực ngang cọcdàibị uốnvàchuyểnvị ngang đáng kể (nhấtlàđầucọc) thường bị hư hỏng do vậtliệulàmcọc không đủ cường độ chịu ứng suấtdomômenuốncọc gây ra. -SCTcủacọcdàiphụ thuộcvàokhả năng chịuuốncủaVLcọcvàđặc điểmbiếndạng của đấtnền. Để tính toán mô men uốnvàchuyểnvị của đầucọctacoicọcnhư dầmtựatrên nền đàn hồi(nềnbiếndạng tuyếntính),vớihệ số nềncủanótăng tỷ lệ theo chiều sâu: pz = Cz.u ; với hệ số nền Cz = m.z u u M p T T=9,8kN 4,6mm 19,1kN/m2 38,5kNm T NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 40 20
21. §5.4 Xác định sức chịu tải của cọc đơn (tiếp) III. Sức chịu tải ngang trục của cọc đơn (tiếp) 2) Phương pháp kinh nghiệm Trong TCXD ngườitachotrị số kinh nghiệm, xác định sứcchịu ngang của cọc đóng (cường độ tiêu chuẩncủacọc) theo trị số chuyểnvị ngang của Δ Δ đầucọc ng -bảng 16(12) HDTKMC tr. 117, cho ứng với ng =1cm. 3) Phương pháp thí nghiệmtĩnh bằng tảitrọng ngang -Từ thí nghiệm, vẽđường quan hệ giữachuyểnvị ngang u của đầucọcvới cấptảitrọng ngang tương ứng (P~u) - Công thức tính sứcchịutải ngang trụccủacọc: u ∆ P ng ng 0 u(mm) Png(∆ng) Pnggh Png NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 41 §5.4 Xác định sức chịu tải của cọc đơn (tiếp) III. Sức chịu tải ngang trục của cọc đơn (tiếp) Công thức tính sứcchịutải ngang trụccủacọc: ∆ng tc u(mm) Png 0 P = m (5.22) cng c ) tc kc ng tc Xác định Png : ∆ P ( ng + Tính theo trạng thái giớihạnthứ hai: ng P tc P = ξ . P (Δ ) (5.23) ng ng ng ng Pnggh trong đó: Δ Png ng :chuyểnvị ngang cho phép của móng hoặc công trình ξ ng :hệ số kểđếnsự tiếntriển chuyểndịch ngang theo thời gian trong quá trình sử dụng, xác định bằng thí nghiệm. Khi không có tài liệuthí nghiệm thì cho phép lấy ξ =0,8. + Tính theo trạng thái giớihạnthứ nhất: tc Png = Pgh (5-24) NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 42 21
22. §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 cầnn/c: Do có sự tương tác giữacáccọc trong nhóm nên độ lún củanhómcũng như SCT củacọc trong nhóm khác vớicủacọc đơn(tagọilàHiệu ứng nhóm ). Khi thiết kế cầnxét ảnh hưởng của hiệu ứng nhóm đến khả năng chịutảivàbiếndạng củacọc. 2- Nhóm cọcchống: Sứcchịutảidọctrụccọc: -Diện tích truyềntảitrọng của đầumũicọc lên lớp đấtchịulựcbằng diện tích ngang (diện tích tựa) củacọc, sứcchịutảidọctrụccủa mỗicọc trong nhóm cọcvẫnbằng sứcchịutải của cọc đơn. Đấtyt yếu -Sự thay đổikhoảng cách cọcchỉảnh hưởng đến độ lún nhưng ở mức độ nhỏđáng kể so vớicọc treo, vì thế trong tính toán thường lấy độ lún của nhóm cọcchống bằng độ lún của Đất tốt cọc đơn(xácđịnh bằng thí nghiệmtảitrọng tĩnh). NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 43 - Sứcchịutải ngang trục:doảnh hưởng của nhóm cọc, đất bao quanh cọc đượclènchặt lại trong quá trình hạ cọc, sứcchịutải ngang trụccủacọc đơnvàcọc trong nhóm khác nhau; nhưng để kểđến thì còn nhiềutồntại 3- Nhóm cọctreo: Hiệu ứng nhóm cọc, trước hết là yếu tố khoảng cách cọccóảnh hưởng rấtlớn đếnsức chống cũng nhưđộlún củacọc, (xem Hình). NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 44 22
23. - Nhóm cọc xa nhau:cókhoảng cách giữacáccọclớnhơn6d (d đường kính cọc), các cọc trong nhóm cọclàmviệcnhư cọc đơn. Trong thựctế ít khi bố trí các cọc xa nhau lớnhơn6d. - Nhóm cọcgần nhau:cókhoảng cách giữacáccọcnhỏ hơn 6d.  Nếubố trí khoảng cách các cọc trong vòng 3d - 6d thì: .Sứcchịutảicủacọc trong nhóm lớnhơncủacọc đơn. . Độ lún của nhóm cọclớnhơn độ lún củacọc đơn.  Nếukhoảng cách các cọcnhỏ hơn 3d thì nhóm cọc đượcgọi là chùm cọc. Sứcchịutảicủacọc trong chùm cọcgiảmkhikhoảng cách các cọc càng nhỏ. - Từ phân tích trên rút ra: +Khoảng cách tốtnhấtgiữacáccọc: 3d≤ KCC ≤ 6d + Không nên bố trí: KCC 6d d d d 6d 6d 6d 6d 6d NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 45 §5.5 Tính nền và móng cọc đài thấp theo TTGH I. Khái niệm ƒ Dướitácdụng củatảitrọng và các tác động thì móng cọccóthểđạt 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 định (đ/vớinềncọc) - Trạng thái giớihạn2:Kiểmtravề biếndạng (đốivớinềncọc). - Trạng thái giớihạn3:Kiểmtravềđiềukiện hình thành và mở rộng các vết nứt(đốivớicọc và móng cọc). Khi tính toán móng cọcvànền theo sứcchịutảicần tính với tổ hợptải trọng cơ bản và đặcbiệt; khi tính toán theo biếndạng thì tính theo tổ hợp cơ bản. Dùng các chỉ tiêu tính toán (Att)củavậtliệu(cọc, đài cọc) và của đấtnền. ƒ Mục đích tính toán: Đảmbảo cho công trình xây dựng trên móng làm việcbìnhthường trong quá trình khai thác, sửachữa v. v II. Tính theo TTGH thứ nhất 1. Tính toán móng cọcchống: NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 46 23
24. 1. Tính toán móng cọcchống : -Dođặc điểm làm viêc củacọcchống trong nhóm, chỉ cầntínhđốivớimỗicọc cũng là tính cho toàn móng cọcchống. - Tính toán móng cọcchống phải đảmbảo hai điềukiện: P ≤ ci = N i Fci (5.25) kc P ≤ cngi = (5.26) H i Fcngi kc Ni,Hi:tảitrọng tính toán tác dụng lên đầucọcthứ i theo phương dọctrục và ngang trục(ứng vơítổ hợptảitrọng bấtlơị nhất) Pci,Pcngi:sứcchịutải tính toán dọctrục và ngang trụccủacọcthứ i kc:hệ số tin cậy, phụ thuộcphương pháp x/đ SCT cọc, kc >1 Fci,Fcngi:tảitrọng tính toán cho phép trên đầucọcthứ i. 2. Tính toán móng cọctreo: a- Đốivớicọc: * Kiểm tra theo công thức (5-25) và (5-26), xét về toàn móng thì có thể nói đây là điềukiện để cọcvàđất xung quanh cọclàmviệcnhư mộtkhốimómg hoàn chỉnh. b- Đốivớinềncủa móng cọc: NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 47 b- Đốivớinềncủa móng cọc: *Trường hợpmóngcọcchỉ chịutảitrọng thẳng đứng: biểuthức tính toán là: ≤ Ntt Pgh (5-27) Ntt =N1 +N2 ; (5-28) τ Pgh =Rgh .Fm +Um ∑ i hi (5-29) Um = 2(a+b); Fm =(axb)=diện tích đáy bệ cọc. Ntt :tảitrọng tính toán tác dụng lên mặtnềncủa móng cọc. Rgh :cường độ giớihạncủa móng cọc(xácđịnh như hình vẽ trên) τ i:cường độ chống cắt(tiêuchuẩn) của đất ở mặt bên củakhối móng cọc ở lớp τ đấtthứ icóchiềudầyhi.(Trị số i đượclấygần đúng = fi ) N1 hm hm R N2 gh τ h τ i c q i hc o 45 45o-ϕ/2 b NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 48 24
25. §5.5 Tính nền và móng cọc đài thấp theo TTGH (tiếp) II. Tính theo TTGH thứ nhất (tiếp) *Trường hợp móng cọcchịutácdụng củatảitrọng ngang lớn: Cầnphảixétổn định cường độ củacả khối, dùng phương pháp mặt trượttrụ tròn (điquađầumũicọchoặccắt qua các cọc, nếumặttrượt cắt qua các cọc thì phải tính đếnsứcchống cắtcủacáccọc). Bỏ qua sứcchống trượt ở hihai mặt bêncủa khối trượt (hìn h). Tacó biểu thức: O M K = ∑ gh ≥ [K] (5.30) at M P ∑ tt T r ∑Gi τ o NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 49 §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 biếndn dạng ngang cọc. P ≤ ci = N i Fci (5.25) kc P ≤ cngi = (5.26) H i Fcngi kc 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) * Đốivi với Móng c ọcchc 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 50 25
26. Nhắc lại kết quả t/nghiệm ép Δ Δ ξ cọc và đẩy cọc Pci = P( ), = Sghtb 0 P(Δ) Pgh P(kN) Δ Sgh S(mm) ξ Δ u Pcngi = ng. Png( ng) Png ∆ng 0 u(mm) Ptc Png(∆ng) ng Pnggh Png NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 51 2. Tính toán móng cọc treo: D Lấy điềukiệnbiếndạng để khống chế theo A biểuthức: ≤ S Sgh (5-31) Δ≤Δ gh (5-32) - Để tính S ta đưavề móng quy ước: Khốimóngquy hc α ϕ ước là ABCD, góc = tb/4 α bqu =bc +2hc tg B C α bc lqu =lc +2hc tg bqư ∑hi =hc γ ptl =po - (hc +hm) Tínhlúnvàkiểm tra theo tinh thầnTCXDvới ≤ A D po Rtc. - Kiểm tra theo điềukiện (5-32) cho cọc. Điềukiện(5- 32) đượcbiểudiễn thông qua điềukiện: ≤ Δ Hi Pngi ( tk ) (5-33) IV. Tính theo trạng thái giớihạnthứ ba. - Theo sự xuấthiệnvếtnứt - Theo độ mở rộng cho phép vếtnứt. B C NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 52 26
27. §5.6 Thiết kế móng cọc đài thấp I. Các só liệucầnthiếtkếđểthiếtkế 1. Tài liệuvề công trình 2. Tài liệuvềđấtnền II. Nội dung và trình tự thiết kế 1. Chọnloại móng cọc 2. Xác định độ sâu đặt đài cọcvàsơ bộ chọnkíchthước đài cọc 3. Chọnloạicọc, xác định kích thướccọcvàsứcchịutảicủacọc 4. Xác định số lượng cọcvàbố trí cọc 5. Kiểmtrasứcchịutảicủacọc 6. Tính toán kiểm tra móng cọcvànềnmóngcọctheotrạng thái giới hạn1haytrạng thái giớihạn2tuỳ theo loại công trình 7. Tính toán bệ cọc và cọc theo trạng thái giới hạn 3 (tức tính toán kiểm tra kẽ nứt) theo quy phạmthiếtkế các cấukiện bê tông cốtthép NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 53 Kết thúc chương 5 NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 54 27