CỌC KHOAN NHỒI TRONG XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG

Có thể bạn quan tâm

Tải bản đầy đủ (.pdf) (218 trang)

Trang chủ

Kỹ Thuật - Công Nghệ

Kiến trúc - Xây dựng

CỌC KHOAN NHỒI TRONG XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (5.61 MB, 218 trang )

GS.TS. NguyÔn viÕt trung Hμ néi- 2008 CỌC KHOAN NHỒI TR0NG XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG 1CHƯƠNG I: ÁP DỤNG MÓNG CỌC KHOAN NHỒI TRONG TRONG XÂY DỰNG CẦU 1.1 MỞ ĐẦU Xây dựng các cầu lớn vượt khẩu độ từ 50 m đến hàng trăm mét trrên hệ móng cọc đường kính lớn, chiều dài cọc lớn trong điều kiện địa chất phức tạp như có nhiều lớp đất yếu, hoặc có cas-tơ , hoặc ở nơi nước sâu là một trong những thách thức lớn đối với Ngành xây dựng công trình giao thông. Cho đến nay cùng với các công nghệ đúc hẫng cân bằng và đúc đẩy phân đoạn thì công nghệ thi công cọc bằng phương pháp khoan nhồi có đường kính 1.0 ÷2,5 m đã được phát triển hiệu quả ở nước ta. Lần đầu tiên ngành xây dựng cầu đã ứng dụng công nghệ cọc khoan nhồi đường kính φ1.4m hạ sâu 30m khi thi công cầu Việt-Trì. Đến nay việc thi công cọc khoan nhồi có đường kính từ 1m ÷2m hạ sâu trong đất từ 40÷60m , thậm chí sâu đến 80- 100 m đang là giải pháp chủ yếu để giải quyết kỹ thuật móng sâu, trong các điều liện địa chất đất yếu hoặc phức tạp cho các công trình vượt nhịp lớn. Loại cọc khoan nhồi đường kính lớn này đã được xây dựng ở hầu hết các cầu lớn trong khoang 5 năm gần đây như cầu Việt-Trì, Sông Gianh, Hàm Rồng, Đuống, Bắc Giang, Đáp cầu, Hòa Bình, Quán Hàu (Hòa Bình), Lạc Quần (Nam Định đường kính f1.5m sâu 84m), Tân đệ, Quý cao, Non nước, Kiền v.v . ở miền Bắc , miền Trung và những cầu ở miền Nam như Mỹ Thuận (đường kính f 2.5m sâu 100m), cầu Bình Phước (TP. Hồ Chí Minh đường kính f 2.0m sâu hơn 80m),v.v . Các công nghệ thi công cọc khoan nhồi đường kính lớn đã giải quyết các vấn đề kỹ thuật móng sâu trong nền địa chất phức tạp, ở những nơi mà các loại cọc đóng bằng búa xung kích hay búa rung mà có mặt cắt vuông hoặc tròn với đường kính nhỏ f<60cm, hoặc cọc ống thép không thực hiện được hoặc chúng đòi hỏi kinh phí xây dựng rất cao, tiến độ thi công kéo dài và hơn thế nữa có thể không đảm bảo độ bền công trình. Công nghệ thi công cọc khoan nhồi đường kính lớn đã tạo thế chủ động cho ngành xây dựng công trình giao thông của nước ta trong thi công không những cho các công trình cầu lớn mà cho cả công trình cảng biển, cảng sông, nhà cao tầng. Để tìm hiểu phân tích, đánh giá một số chỉ tiêu về kinh tế, kỹ thuật của dạng móng cọc này cần có thời gian nghiên cứu việc ứng dụng nó vào các công trình xây dựng đã qua và tổng kết công nghệ, đưa ra nhận xét rút kinh nghiệm cho các công trình tương lai khác. 1.2 KHÁI QUÁT VỀ ĐẶC ĐIỂM SỬ DỤNG MÓNG CỌC KHOAN NHỒI TRONG XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG. Hiện nay, ngành xây dựng ở nước ta đã đạt được những thành tựu đáng kể, nhất là trong công nghệ xây dựng nền móng nói chung và trong xây dựng móng cọc nói riêng . Chúng ta đã có các phương tiện, thiết bị thi công và kiểm tra chất lượng được khá hiện đại, cho nên việc lựa chọn móng cọc không bị ràng buộc do thiếu thiết bị nữa. Trong xây dựng công trình việc lựa chọn dạng móng cọc hợp lý là một trong những yếu tố then chốt quyết định đến độ an toàn, tin cậy và giá thành hợp lý mang lại hiệu quả kinh tế. 2 Cọc khoan nhồi ( hay còn gọi cọc đổ bê tông tại chỗ) được tạo ra bằng một quá trình nhiều công đoạn gồm: dùng thiết bị máy khoan hoặc đào đất để tạo lỗ trong đất tới cao độ thiết kế, hạ lồng cốt thép vào trong lỗ khoan, đổ bê tông tại chỗ để tạo thành cọc bê tông cốt thép. Cọc khoan nhồi có kích thước mặt cắt, chiều dài cọc lớn (đường kính cọc tới 300cm, chiều dài cọc có thể dài đến 120m), chịu được tải trọng ngang lớn. So với các loại cọc khác (trừ cọc ép) thì cọc khoan nhồi thi công thuận lợi trong các vùng gần công trình đã xây trước, trong khu đông dân cư. Quá trình thi công ít gây ảnh hưởng đến các công trình bên cạnh và không gây tiếng ồn lớn. Với đặc điểm thi công là công đoạn khoan tạo lỗ đi trước nên có thể kiểm tra lại điều kiện địa chất công trình của từng cọc và có thể dễ dàng thay đổi kích thước, nhất là chiều sâu để phù hợp với điều kiện địa chất công trình thực tế; Phạm vi áp dụng của cọc khoan nhồi: + Thích hợp với các loại nền đất đá, kể cả vùng có hang castơ; + Thích hợp cho các công trình cầu lớn, tải trọng nặng, địa chất nền móng là đất yếu hoặc có địa tầng thay đổi phức tạp. + Thích hợp cho nền móng các công trình cầu vượt xây dựng trong thành phố hay đi qua khu dân đông đúc vì nó đảm đảo được các vấn đề về môi trường cũng như tiến độ thi công cầu. + Thích hợp cho móng có tải trọng lớn như: Nhà cao tầng có tầng ngầm, các công trình cầu (cầu dầm giản đơn, cầu khung T, cầu dầm liên hợp liên tục, cầu treo dây xiên, nhất là khi kết cấu nhịp siêu tĩnh vượt khẩu độ lớn, tải trọng truyền xuống móng lớn mà lại yêu cầu lún rất ít hay hầu như không lún) Tuy nhiên khi chọn phương án cọc khoan nhồi cần phải xét đến các nhược điểm sau: • Giá thành trên 1m dài cọc hiện vẫn còn cao so với các loại hình cọc đóng, cọc ép, cọc rung hạ; • Việc kiểm tra chất lượng cọc khoan thường chỉ thực hiện được sau khi đã thi công xong cọc. Chi phí cho thiết bị kiểm tra chất lượng tương đối cao. Thí nghiệm thử tải cọc phức tạp và giá thành cao; • Suất huy động cường độ vật liệu cấu tạo cọc thấp; • Chất lượng cọc tùy thuộc trình độ và công nghệ đổ bê tông cọc; • Mức độ chiết giảm ma sát mặt bên cọc và sức kháng mũi cọc nhiều hơn so với các loại cọc khác; • Dễ sụt thành vách lỗ khoan trong giai đoạn tạo lỗ, điều này ảnh hưởng đến tính chất làm việc của đất xung quanh cọc, tại chân cọc, làm thay đổi kích thước tiết diện cọc, tăng khối lượng bê tông và trọng lượng bản thân cọc một cách vô ích; • Chi phí khảo sát địa chất công trình cho việc thiết kế móng cọc khoan nhồi cao hơn nhiều so với móng cọc khác. Bởi vì, việc thiết kế cọc khoan nhồi cần biết chi tiết về các tính chất cơ-lý- hoá của đất, nước , cần dự báo đúng về các hiện tượng cát chảy, đất sập.v.v . 31.3 MỘT SỐ TRƯỜNG HỢP ÁP DỤNG MÓNG CỌC KHOAN NHỒI TRONG CÁC CÔNG TRÌNH CẦU Trong những năm gần đây cùng với sự phát triển các công trình xây dựng có quy mô lớn trong các ngành xây dựng công nghiệp, nhà cao tầng,. Móng cọc khoan nhồi cũng đã được nghiên cứu và áp dụng nhiều trong xây dựng cầu đường, bến cảng ở những vùng đất yếu, địa chất phức tạp điển hình như sau: 1.3.1 MỘT SỐ TRƯỜNG HỢP ĐIỂN HÌNH : - Móng trụ cầu Việt-Trì (Phú-Thọ) sử dụng 36 cọc khoan nhồi đường kính 130cm, dài 29m, khả năng chịu tải của cọc 800-:-840T. Cọc xuyên qua địa tầng cát-đá granite phong hóa, chân cọc tựa trên đá granite nguyên khối bằng máy khoan TRC 1500 của Nhật,ôtrong thi công đã giữ ổn định vách lỗ khoan bằng nước; - Móng trụ cầu Đông Kinh (Lạng Sơn) sử dụng 8 cọc khoan nhồi đường kính 100cm, dài 10-:-15m, khả năng chịu tải của cọc 500-:-600T. Cọc xuyên qua địa tầng có hang động castơ, chân cọc tựa trên nền đá vôi . Thi công bằng máy khoan GPS 1500 của Trung Quốc; - Móng mố trụ cầu sông Gianh (Quảng Bình) dùng 44 cọc khoan nhồi đường kính 130cm, dài 32-:-35m, khả năng chịu tải của cọc 850-:-1000T. Cọc xuyên qua địa tầng lớp sét-sét dẻo mềm đến dểo cứng, ngàm vào tầng cuội 2-3m . Thi công bằng máy khoan TRC 1500 của Nhật, giữ ổn định vách lỗ khoan bằng ống vách và dung dịch bentonite; - Móng mố trụ cầu Hoà Bình (Hòa Bình) dùng cọc khoan nhồi đường kính 150cm, dài 35-:-40m, khả năng chịu tải của cọc 760-:-800T. Cọc xuyên qua địa tầng lớp sét-cát-cuội-đá phiến thạch phong hoá, chân cọc tựa trên nền đá phiến thạch nguyên khối . Thi công bằng máy khoan BS-680-R của ĐƯC, giữ ổn định vách lỗ khoan bằng ống vách và dung dịch bentonite; - Móng mố trụ cầu Lạc Quần (Nam ĐịNH) dùng cọc khoan nhồi đường kính 150cm, dài 85m, khả năng chịu tải của cọc 920-:-950T. Cọc xuyên qua địa tầng sét chảy đến sét dẻo mềm, ngàm vào tầng cát chặt 2-3m , Thi công bằng máy khoan BS-680-R của ĐƯC, giữ ổn định vách lỗ khoan bằng ống vách và dung dịch bentonite; - Móng trụ neo & trụ tháp phần cầu chính cầu Mỹ Thuận, sư dơng 36 cọc khoan nhồi đường kính 250cm, dài 55-:-100m, khả năng chịu tải của cọc 3900T. Cọc xuyên qua địa tầng sét chảy đến sét dỵo mịm,ngàm vào tầng cát chỉt 2-3m bằng gàu ngoạm hình bán cầu KD F3-2400 E(S) của ĐỉC, giữ ỉn định vách lỗ khoan bằng ống vách và dung dịch bentonite, xem hình 3-1; - Móng mố trụ cầu Thị Nghè 2-TP. Hồ Chí Minh, dùng 40 cọc khoan nhồi đường kính 100cm, dài 33-:-37m, khả năng chịu tải của cọc 600-:-750T. Cọc xuyên qua địa tầng cát sét dỵo, cát hạt trung đến thô rời rạc đến chặt vừa, ngàm vào tầng sét cứng 3-6m . Thi công bằng máy khoan BS-680-R của ĐƯC, giữ ổn định vách lỗ khoan bằng ống vách và dung dịch bentonite; - Móng mố trụ cầu Bình ĐIềN- TP. Hồ Chí Minh, dùng 40 cọc khoan nhồi đường kính 100cm, dài 33-:-37m, khả năng chịu tải của cọc 600-:-750T. Cọc xuyên qua địa tầng cát sét dỵo, cát hạt trung đến thô rời rạc đến chặt vừa, ngàm vào tầng sét cứng 3-6m. Thi công 4bằng máy khoan BS-680-R của ĐƯC, giữ ổn định vách lỗ khoan bằng ống vách và dung dịch bentonite; - Móng mố trụ cầu Điên Biên Phủ-TP. Hồ Chí Minh, dùng cọc khoan nhồi đường kính 100cm, dài 39.6m, khả năng chịu tải của cọc 600-:-750T. Cọc xuyên qua địa tầng cát sét dẻo, cát hạt trung đến thô rời rạc đến chặt vừa, ngàm vào tầng sét cứng 3-6m . Thi công bằng máy khoan BS-680-R của ĐƯC, giữ ổn định vách lỗ khoan bằng ống vách và dung dịch bentonite; - Móng mố trụ cầu Vượt-Đường Lê Thánh Tôn nối dài - TP. Hồ Chí Minh, dùng cọc khoan nhồi đường kính 160cm và 60cm, dài 45-49m, khả năng chịu tải của cọc 200-:-900T. Cọc xuyên qua địa tầng cát sét dẻo, cát hạt trung đến thô rời rạc đến chặt vừa, ngàm vào tầng sét cứng 3-6m bằng máy khoan BS-680-R của ĐỉC, giữ ổn định vách lỗ khoan bằng ống vách và dung dịch bentonite; - Cầu Bình Phước bắc qua sông Sài Gòn nằm trên tuyến Quốc Lộ 1A dự án đường Xuyên Á có móng trụ cầu nhịp chính (sơ đồ nhịp chính liên tục 48.9m + 61m + 48.9m) gồm 16 cọc khoan nhồi đường kính f 200cm, dài 80m, khả năng chịu tải từ 870.3 ÷ 903.5T. Cọc xuyên qua các lớp địa tầng bùn sét, cát pha, cát hạt mịn và ngàm vào lớp sét chặt 2÷ 3m. Thi công bằng máy khoan BS-680-R của ĐƯC, giữ ổn định vách lỗ khoan bằng ống vách và dung dịch bentonite, xem hình 3-2; - Cầu Tô Châu (Kiên Giang) trên Quốc lộ 80 có phần nhịp chính là dầm hộp liên tục bê tông cốt thép dự ứng lực (55m+90m+55m) đăt trên trụ có móng gồm 12 cọc khoan nhồi đường kính f150cm chiều dài cọc 36m; 1.3.2 MỘT SỐ NHẬN XÉT: Qua kinh nghiệm áp dụng của các loại cọc đóng, cọc ép, cọc ống (rung hạ cọc), cọc thép, cọc hỗn hợp và cọc khoan nhồi cho cả nước nói chung như đã trình bày ở trên, có thể rút ra được một vài nhận xét như sau: - Cọc khoan nhồi thường được dùng cho một số móng công trình đặc biệt như: có tải trọng lớn và chiều dài lớn, trong điều kiện môi trường có yêu cầu khắt khe, v.v . Vì ưu điểm của nó đáp ứng được các yêu cầu đó. - Kích thước của cọc thay đổi trong khoảng khá rộng: đường kính từ 40mm÷2500mm, cá biệt đường kính cọc có thể lên đến 3000mm (sẽ được dùng cho xây dựng cầu Cần Thơ), chiều dài lớn hơn 100m, cá biệt 120m (cầu Cần Thơ); với khả năng chịu lực từ 75tấn đến hơn 4000 tấn; - Phương pháp thi công thường là khoan tạo lỗ bằng thiết bị khoan chuyên dụng đặc biệt là dùng thiết bị đào gàu ngạm, giữ ổn định thành vách bằng ống chống thép kết hợp với dung dịch bentonite. Tuỳ theo điều kiện địa chất và diều kiện thi công mà sử dụng các laọi thiết bị khác nhau, nhưng chủ yếu gồm các dạng chính như sau: + Máy khoan gầu xoay: được sử dụng đối với địa chất là cát, đất sỏi sạn, cát pha cuội sỏi ( các mố trụ trên cạn hoặc khi có thể đắp đảo nhân tạo để thi công + Máy khoan theo nguyên lý tuân hoàn ngược: được dùng cho các trụ dưới sông, có nước ngập, khoan vào tầng đá gốc hay đá phong hoá như trường hợp tru2, trụ 3 cầu Việt-Trì, các trụ cầu Hàm rồng, cầu Gianh 5 + Máy khoan vách xoay; được dùng cho các công trình có tầng địa chất phức tạp, víd ụ có tầng cát chẩy, hoặc các công trình gần những công trình đã hiện có trước như trong các dự án cầu đường sắt Hà nội - TP Hồ chí Minh,v.v . Tuy nhiên trong nhiều dự án cầu đã sử dụng kết hợp các loại thiết bị khác nhau để phát huy thế mạnh của mỗi loại, ví dụ dùng máy khoan gầu xoay ED 4000 để khoan tầng đất cho các trụ trên cạn của cầu Hàm-rồng ( vì tốc độ khoan đất của loại ,áy này rất nhanh), sau đó dùng máy khoan theo nguyên lý tuần hoàn ngược TRC để khoan tiếp vào tầng đá gốc. - Đối với nước ta, công nghệ móng cọc khoan nhồi đã được các Nhà thầu áp dụng thành thạo trong xây dựng dựng cầu. Tuy nhiên vì kinh nghiệm thiết kế, thi công và kiểm tra chất lưỵng cọc khoan nhồi có đường kính lớn từ F1500mm ÷ F3000mm chưa nhiều nên thường gặp một số sự cố trong thi công làm ảnh hưởng đến chất lượng và giá thành xây dựng; - Xét về khả năng chịu lực đẩy ngang do chuyển vị cố kết lớn của nền đất gây ma sát âm lên hệ móng cọc của các công trình cầu xây dựng ở khu vực địa chất đất yếu hoặc có địa tầng thay đổi phức tạp thì cọc khoan nhồi tỏ ra có ưu điểm hơn so với các loại cọc đóng, cọc ép. 6Hình 1-1: Mặt chiếu đứng trụ cầu – mặt bằng bố trí cọc khoan nhồi, Cầu Mỹ Thuận 7Hình 1-2: Mặt đứng trụ cầu – mặt bằng bố trí cọc khoan nhồi, Cầu Bình Phước 1.4 VỀ CÁC TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ, TIÊU CHUẨN THI CÔNG VÀ NGHIỆM THU MÓNG CỌC KHOAN NHỒI TRONG CÁC CÔNG TRÌNH CẦU Bộ GTVT và Bộ Xây dựng đã ban hành một số Tiêu chuẩn có liên quan đến công tác khảo sát, thiết kế ,thi công và nghiệm thu cọc khoan nhồi. có thể liệt kê như sau: - Quy trình khoan thăm dò địa chất công trình mang ký hiệu 22TCN- 82-85 - Khảo sát địa kỹ thuật phục vụ cho thiết kế và thi công móng cọc mang ký hiệu 20TCN- 160-87 - Các phương pháp thí nghiệm cọc hiện trường, 20 TCN 82-82 - Cọc khoan nhồi - Yêu cầu về chất lượng thi công TCXD 206-1998 - Tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu các công tác về nền móng TCXD 79-80 - Tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu cọc khoan nhồi 22TCN- 2000 8- Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN - 272-05 Rất nhiều công tác liên quan đến phương pháp đánh giá chất lượng cọc hoan nhồi bằng các phương pháp hiện đại như phương pháp siêu âm, phương pháp thử động biến dạng nhỏ, phương pháp thử động biến dạng lớn, phương pháp tia phóng xạ, phương pháp dùng hộp Ơstenberg, v.v chưa có các Tiêu chuẩn Việt nam quy định kỹ cụ thể. Trong các trường hợp đó, chúng ta thường áp dụng các Tiêu chuẩn nước ngoài như AASHTO của Hoa-kỳ, BS của Anh quốc, AS của Australia, v.v Về công tác khảo sát địa chất thủy văn công trình: Hiện nay chúng ta vẫn dùng cách khảo sát thu thập số liệu cho loại cọc đúc sẵn để áp dụng cho cọc khoan nhồi, nên không phù hợp cho việc thiết kế và thi công cũng như chưa dự đoán trước được các sự cố có thể xảy ra cho cọc khoan nhồi. Về tính toán thiết kế thì trước đây các Tiêu chuẩn thiết kế trong nước ta thường chủ yếu là dựa trên tiêu chuẩn thiết của một số nước, chẵng hạn như: 20TCN 21-86 dựa theo tiêu chuẩn thiết kế của Liên Xô, TCXD195:1997 dựa theo tiêu chuẩn thiết kế ISO. Hiện nay Bộ giao thông vận tải đã ban hành Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN - 272-05 dựa trên Tiêu chuẩn thiết kế ASSHTO – LRFD –1998 của Mỹ. Tuy Tiêu chuẩn này còn tương đối mới so với đa số đơn vị Tư vấn thiết kế ở các tỉnh, nhưng nó lại đã và đang được sử dụng rộng rãi để tính toán thiết kế một số công trình cầu lớn do các Tư vấn nước ngoài và Tư vấn lớn của Bộ như TEDI và có thể áp dụng thích hợp trong việc tính toán thiết kế cọc khoan nhồi cho điều kiện ở Việt Nam. 1.5 CÁC CÂU HỎI ÔN TẬP 1- Các tiêu chuẩn căn cứ để thiết kế, thi công và thử nghiệm cọc khoan nhồi ở Việt nam 2- Đặc điểm và phạm vi ứng dụng cọc khoan nhồi trong công trình cầu. 1CHƯƠNG II: CƠ CỞ TÍNH TOÁN CỌC KHOAN NHỒI Các Tiêu chuẩn thiết kế của Việt-nam cũng như của các nước khác đều đưa ra những phương pháp tính toán móng cọc nói chung và móng cọc khoan nhồi nói riêng. Các nghiên cứu khoa học khắp thế giới cũng thường xuyên cập nhật những kết quả mới nhất về thực nghiệm và lý thuyết liên quan đến móng cọc khoan nhồi. Nói chung đối với các kỹ sư thiết kế ,có hai bài toán cần giải quyết lần lượt khi thiết kế là: - bài toán tính nội lực của từng cọc trong hệ móng cọc và - bài toán tính sức chịu của 1 cọc đơn theo vật liệu làm cọc cũng như theo điều kiện đất nền. Về việc tính toán nội lực của từng cọc trong hệ móng cọc thường áp dụng các phương pháp tính toán được trình bầy trong các tài liệu nghiên cứu hoặc tham khảo chứ không có bắt buộc theo một Tiêu chuẩn thiết kế duy nhất nào. Trong Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05 của Bộ GTVT năm 2005 [ ] chỉ có những yêu cầu cần phải xét đến khi phân tích nội lực móng cọc chứ không quy định phương pháp phân tích cụ thể. Tùy theo kiến thức và kinh nghiệm của mình, kỹ sư thiết kế có thể áp dụng các phương pháp tính toán móng cọc quen thuộc của các tác giả người Nga như Zavriep, Ghexevanop, hoặc của các tác giả Việt nam, hoặc của các tác giả nước ngoài khác mà đã được trình bầy trong các sách tham khảo. Đã có sẵn nhiều chương trình máy tính và các bảng tính trên EXCEL , trên MathCAD cho các bài toán này : xét móng cọc phẳng hoặc móng cọc không gian. Sau khi đã có kết quả tính nội lực đầu cọc ,để tính toán một cọc đơn chịu tác dụng đồng thời của ngoại lực thẳng đứng, lực ngang và mômen uốn tại đỉnh cọc các kỹ sư Việt-nam thường áp dụng các công thức nêu trong Phụ lục của Tiêu chuẩn thiết kế móng cọc TCXD 205-1998 dựa trên nghiên cứu của các tác giả người Nga. Trong nhiều dự án cầu do Tư vấn Nhật bản thiết kế đã sử dụng các phương pháp tính toán khác theo các học giả Hoa-kỳ, Châu Âu, Nhật-bản.Tất nhiên về số liệu địa kỹ thuật ban đầu đưa vào tính toán đều là số liệu thực khảo sát tại vị trí cầu. Để tính toán sức chịu tải trong phương thẳng đứng của cọc khoan nhồi đơn theo điều kiện đất nền có nhiều phương pháp nhưng đều xuất phát từ 1 trong 2 cách sau: Cách thứ 1: Dựa vào kết quả thí nghiệm mẫu đất trong phòng thí nghiệm về các chỉ tiêu cơ lý của đất và điều kiện phân bố môi trường để tính toán sức chịu tải của cọc khoan nhồi đơn. Sức chịu tải này có thể gọi là sức chịu tải theo công thức lý thuyết; Cách thứ 2: Dựa vào kết quả khảo sát bằng thiết bị thí nghiệm hiện trường để xác định sức chịu tải của khoan nhồi đơn. Kết quả thu được sẽ có sai số nhỏ hơn so với khi tính theo công thức lý thuyết nhưng thường đòi hỏi chi phí rất cao. Thông thường có thể phân thành 2 nhóm phương pháp chi tiết hơn: Nhóm 1: Sử dụng kết quả của các phương pháp xuyên tĩnh, xuyên động, v.v ; 2Nhóm 2: Sử dụng kết quả các phân tích về mối quan hệ độ lún – tải trọng trong các thí nghiệm tĩnh, động, v.v Về việc tính toán sức chịu tải của một cọc khoan nhồi đơn theo điều kiện vật liệu thường áp dụng các công thức thiết kế cấu kiện BTCT chịu nén lệch tâm có mặt cắt tròn. Đối với thiết kế cầu ở Việt nam hiện nay song song tồn tại 2 Tiêu chuẩn thiết kế là : - Quy trình thiết kế cầu cống theo các trạng thái giới hạn 22TCN 18-79 ( dựa theo Quy trình năm 1962 và Quy trình năm 1967 của Liên-xô trước đây) - Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05 ( dựa theo Tiêu chuẩn AASHTO LRFD năm 1998 của Hoa-kỳ) Như vậy tuỳ theo từng dự án mà kỹ sư thiết kế có thể chọn các công thức của một trong 2 Tiêu chuẩn thiết kế nói trên hoặc tính lần lượt theo cả 2 Tiêu chuẩn để so sánh rồi quyết định về kết quả duyệt mặt cắt cọc khoan nhồi BTCT như đối với cấu kiện tròn BTCT chịu nén lệch tâm. Một số kỹ sư quen dùng chương trình CALCOM có sẵn của nước ngoài nhưng nhiều người khác đã tự lập các bảng tính ECXEL theo các công thức noí trên để tính toán. Để tính toán thiết kế móng cọc khoan nhồi cho mố trụ cầu cần phải xét nhiều vấn đề và tốt nhất là dựa theo Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-01 đã ban hành năm 2001. Trong phạm vi tài liệu này, sẽ chỉ hạn chế bàn đến sức chịu cọc đơn khoan nhồi. Dưới đây chỉ trình bầy tóm tắt về vài phương pháp tính sức chịu tải dọc trục của cọc khoan nhồi mà đang được dùng phổ biến khi thiết kế móng cọc cho công trình cầu. Bạn đọc quan tâm nhiều hơn đến lý thuyết tính toán có thể tham khảo kỹ hơn ở tài liệu tham khảo số [ ] 2.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI DỌC TRỤC CỦA CỌC KHOAN NHỒI ĐANG ĐƯỢC ÁP DỤNG Ở VIỆT NAM 2.1.1 XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI DỌC TRỤC CỦA CỌC KHOAN NHỒI THEO CÔNG THỨC LÝ THUYẾT (THEO KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM TRONG PHÒNG) TIÊU CHUẨN VIỆT NAM TCXD 195: 1997: Các công thức lý thuyết đều được thiết lập trên 2 loại đất tiêu biểu, đó là đất sét và đất cát. S ức chịu tải cực hạn Qu của cọc bao gồm 2 thành phần: lực ma sát mặt bên và sức chống ở chân cọc: Qu = Qs + Qp (2.1) Hay Qu = As fs + Ap qp (2.2) PPSSuaFSQFSQFSQQ +== (2.3) trong đó: Qs : Sức chịu tải cực hạn do ma sát mặt bên; Qp: Sức chịu tải cực hạn do sức chống ở chân; 3Qa : Sức chịu tải cho phép của cọc; fs : Ma sát bên đơn vị giữa cọc và đất; qp : Cường độ chịu tải của đất ở ở chân cọc; As : Diện tích mặt bên cọc; ối Ap : Diện tích ở chân cọc; FS, FSs, FSp: hệ số an toàn. Giá trị được chọn tuỳ theo phương pháp tính; FS = 2.5 ÷ 3.0; FSs = 2 ÷ 2.5; FSp = 2 ÷ 3.0; 2.1.1.1 Ma sát trên đơn vị diện tích mặt bên của cọc, fs , tính theo công thức: Đối với các loại đất: fs = ca + σ’v Ks tanϕa (2.4) Đối với đất dính : fs = α cu ≤ 1kg/m2 (2.5) Đối với đất rời : fs = σ’v Ks tanϕa (2.6) (Nếu độ sâu ở chân cọc Z > Zc ( độ sâu tới hạn) thì fs được tính ở độ sâu Z=Zc đối với đất rời, xem Hình 2-1). Trong đó: ứng ca: Lực dính giữa cọc và đất; cu: Sức chống cắt không thoát nước của đất nền, xác định theo kết quả thí nghiệm trong phòng hoặc thí nghiệm cắt cách hiện trường; σ’v : Ứng suất hữu hiệu theo phương thẳng đứng do tải trọng cột đất tại độ sâu tính toán ma sát bên; Ks : Hệ số áp lực ngang trong đất; ϕa : Góc ma sát giữa đất nền và mặt bên cọc; α : Hệ số không thứ nguyên, lấy α=0.3÷0.45 cho sét dẻo cứng và α=0.6÷0.8 cho sét dẻo mềm; Ks tanϕa: theo Hình 2-2 (hay hình 3 trang 303 – TCXD 195) Zc: độ sâu tới hạn xác định theo góc ma sát trong ϕ của đất nền, theo Hình 2-3 (hay hình 2 tr 303 – TCXD 195). dLσ'vzcMNN 4 Hình 2-1: Hình 2-2: Xác định hệ số Kstanϕa Hình 2-3: Xác định tỷ số Zc/d Ghi chú: Góc nội ma sát ϕ trong Hình 2-2, 2-3,2-4 được lấy ϕ=ϕ1-3o, với ϕ1 là góc ma sát trong của đất nền trước khi thi công. 2.1.1.2 Cường độ chịu tải của đất ở chân cọc, qp: Đối với các loại đất: qp = c= Nc+ σvp Nq +γ d Nγ (2.7) Đối với đất dính : qp = cu Nc (2.8) Đối với đất rời : qp = σ’vp Nq (2.9) (Nếu độ sâu ở chân cọc Z > Zc ( độ sâu tới hạn) thì qp được tính ở độ sâu Z=Zc đối với đất rời). Trong đó: cu: Sức chống cắt không thoát nước của đất nền, xác định theo kết quả thí nghiệm trong phòng hoặc thí nghiệm cắt cách hiện trường; σ’vp : ứng suất hữu hiệu theo phương thẳng đứng tại độ sâu ở chân cọc; γ : Trọng lượng thể tích của đất nền; d : đường kính tiết diện cọc; Nc , Nq, Nγ: Các hệ số sức chịu tải phụ thuộc chủ yếu vào góc ma sát trong ϕ’1 của đất và hình dạng cọc. Có thế lấy Nc=6.0, Nq xác định theo Hình 2-4 (hay hình 1- trang 303 – TCXD 195); 0510152025303515 20 25 30 35 40 45ϕoZc/d0.000.200.400.600.801.001.2015 20 25 30 35 40 45ϕoKatanϕa 5 Hình 2-4: Xác định hệ số Nq ♣ Một số vấn đề cần thảo luận thêm về Tiêu chuẩn này: + Với ϕ =25o÷45o có thể xác định được Nq, Zc/d, Ks tanϕa, nhưng ϕ nằm ngoài khoảng giá trị nói trên thì chưa có hướng dẫn tính toán; + Với hệ số Nc = 6, khi chiều dài cọc lớn, kết quả tính được trị số sức chống ở chân cọc khoan nhồi khá nhỏ so với thực tế, cũng như các công thức khác; + Giá trị Ks tanϕa (ứng với ϕ ≤ 25o÷31o ) rất nhỏ (gần bằng 0). Cho nên ma sát bên đơn vị giữa cọc và đất rời (có ϕ’1 =28o÷34o) sẽ rất nhỏ (xấp xĩ bằng 0); ♣ Ví dụ: Kết quả tính toán sức chịu tải cọc khoan nhồi theo đất nền theo TCXD195:1997 so với kết quả nén tĩnh cọc theo bảng sau: Bảng 2-1 Tên công trình Đường kính Chiều dài Kết quả nén tĩnh Kết quả tính toán - sức c.tải theo đ.nền: Độ lún T.trọngMũi cọc thân cọc cực hạn cho phép Đỉnh cọc Tương đối Qu (tấn) Qp (tấn) Qs (tấn) Qu (tấn) Qa (tấn) mm m S (mm) DS( %) Cầu Mỹ Thuận 2500 85.6 25 1 3900 2264 3696 5330 1653 110100100015 20 25 30 35 40 45ϕoNq 6 GHI CHÚ: giá trị của kết quả nén tĩnh, xem phụ lục 2-1 và kết quả tính toán sức chịu tải theo đất nền, xem phụ lục 2-2; Tham khảo qua bảng 2-1, có thể nhận thấy rằng: - sức chịu tải giới hạn của cọc theo tính toán lý thuyết nhỏ hơn sức chịu tải giới hạn thực tế (từ kết quả nén tĩnh) khoảng 17(174%. do vậy, khi lấy hệ số an toàn theo tiêu chuẩn này là 2(3 thì sức chịu tải cho phép theo tính toán lý thuyết nhỏ hơn rất nhiều so với sức chịu tải giới hạn thực tế (như trường hợp cọc khoan nhồi của cầu Điện biên phủ ở TP Hồ chí Minh, trị số qu=840tấn > qa=86tấn). - sức chịu tải cực hạn do ma sát mặt bên trong các lớp đất cát (rời) rất nhỏ; 2.1.2 XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI DỌC TRỤC THEO TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ AUSTROADS -1992 CỦA NƯỚC ÚC: Sức chịu tải cực hạn qu của cọc bao gồm 2 thành phần: ma sát mặt bên và sức chống ở chân cọc: Qu = Qp + Qs (2.10) hay Qu = Ap qp + P Σli fi (2.11) trong đó: Qs : sức chịu tải cực hạn do ma sát mặt bên; Qp : sức chịu tải cực hạn do sức chống ở chân; fi : ma sát bên đơn vị giữa cọc và lớp đất thứ i; qp : cường độ chịu tải của đất ở ở chân cọc; P : chu vi cọc; Ap : diện tích ở chân cọc; fi , qp được xác định như sau: Đối với đất dính: fi = α cu (2.12) qp = Nc.cb (2.13) trong đó: 70.20.40.60.814.0 6.0 8.0 10.0 12.0 14.0 16.0 18.0 20.0Sức chống cắt không thoát nước cu (t/m 2)Hệ số a cu , cb: sức chống cắt khơng thốt nước của đất nền xung quanh cọc và dưới ở chân cọc, xác định theo kết quả thí nghiệm trong phòng hoặc thí nghiệm cắt cánh hiện trường; Nc: hệ số sức chịu tải của đất dính dưới ở chân cọc, lấy nc=9; α: hệ số sức chịu tải của đất dính xung quanh thân cọc, lấy theo hình 2-5 (hay hình c3.7.2.4 – trang 32, Tiêu chuẩn Austroads 92): Hình 2-5: Xác định hệ số α 2.1.2.1 Đối với đất rời: fi = Fσ’v khi 0 ≤ z ≤ zL (2.14) fi = Fσ’vL khi z > zL (2.14’) qp = Nqσ’vb khi 0 ≤ z ≤ zL (2.15) qp = Nqσ’vL khi z > zL (2.15’) Trong đó: σ’v , σ’vb : ứng suất hữu hiệu theo phương thẳng đứng do tải trọng cột đất tại độ sâu tính tốn ma sát bên, và tại độ sâu ở chân cọc; σ’vL : ứng suất hữu hiệu theo phương thẳng đứng do tải trọng cột đất tại độ sâu tới hạn zL; z: độ sâu xác định fi hay qp ; dLσ'vLzLMNN 8 Hình 2-6: zL , F, Nq : Độ sâu ngàm tới hạn, hệ số sức chịu tải của đất rời xung quanh cọc và hệ số sức chịu tải của đất rời dưới ở chân cọc được xác định theo Bảng 2-3 (hay bảng C3.7.4.4(B) của Tiêu chuẩn này); d: đường kính cọc; Bảng 2-2: Xác định ZL , F, Nq Trạng thái đất cát ZL/d F Nq Đất rời rạc 6 0.3 25 Đất rời chặt vừa 8 0.5 60 Đất rời chặt 15 0.8 100 ♣ Ví dụ: Kết quả tính toán sức chịu tải cọc khoan nhồi theo đất nền theo Tiêu chuẩn AUSTROADS -1992 của Úc so với kết quả nén tĩnh cọc theo bảng sau: Bảng 2-3 Tên công trình Đường kính Chiều dài Kết quả nén tĩnh Kết quả tính toán - sức chịu tải theo đất nền: Độ lún T.trọng Mũi cọcthân cọc cực hạn cho phép Đỉnh cọc Tương đối Qu (tấn) Qp (tấn) Qs (tấn) Qu (tấn) Qa (tấn) mm m S (mm)DS( %) Cầu Mỹ Thuận 2500 85.55 25 1.00 3900 4006 4606 7982 2815 51.1 9 Ghi chú: Giá trị của kết quả nén tĩnh, xem Phụ lục 2-1 và kết quả tính toán sức chịu tải theo đất nền, xem Phụ lục 2-2; Tham khảo Bảng 2-3, có thể nhận thấy rằng: • Sức chịu tải giới hạn của cọc theo tính toán lý thuyết lớn hơn sức chịu tải giới hạn thực tế (từ kết quả nén tĩnh) khoảng 51%. Nhưng với hệ số an toàn theo Tiêu chuẩn này là 2.5 thì sức chịu tải cho phép theo tính toán lý thuyết vẫn nhỏ hơn sức chịu tải giới hạn thực tế (như trường hợp cọc khoan nhồi của cầu Mỹ Thuận, Qu=3900tấn > Qa=2815tấn). 2.1.3 XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI DỌC TRỤC CỦA CỌC KHOAN NHỒI THEO KẾT QUẢ KHẢO SÁT BẰNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM HIỆN TRƯỜNG 2.1.3.1 Theo Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05 của Việt nam và AASHTO - LRFD - 1998 của Mỹ: Theo điều 10.8.3.2. Sức chịu tải cực hạn của cọc khoan nhồi, QR , được xác định theo công thức sau: QR = ϕ Qn = (ϕ qp Qp + ϕ qs Qs ) - W (2.23) QS = qs As (2.24) QP = qp Ap (2.25) Trong đó: QS : Sức kháng thân cọc do ma sát mặt bên; (N) Qp : Sức kháng ở chân cọc do phản lực ở chân; (N) W : Trọng lượng cọc có kể đến lực đẩy nổi của nước; (N) qs : Sức kháng đơn vị thân cọc (MPa) qp : Sức kháng đơn vị ở chân cọc (MPa) As: Diện tích bề mặt thân cọc (mm2) Ap: Diện tích ở chân cọc (mm2) ϕ qp: Hệ số sức kháng đối với sức kháng ở chân cọc được quy định trong Bảng 10.5.5-3 của Tiêu chuẩn 22TCN 272-01 dùng cho các phương pháp tách rời sức kháng của cọc do sức kháng của ở chân cọc và sức kháng thân cọc. ϕ qs: Hệ số sức kháng đối với sức kháng thân cọc được quy định trong Bảng 10.5.5-3 của Tiêu chuẩn 22TCN 272-01 dùng cho các phương pháp tách rời sức kháng của cọc do sức kháng của ở chân cọc và sức kháng thân cọc. 2.1.3.1.1. Đối với đất dính: a. Sức kháng dọc thân cọc khoan trong đất dính tính theo phương pháp α 10Sức kháng danh định của ma sát hông đơn vị (Mpa) trên thân cọc khoan trong đất dính chịu tải trong điều kiện tải trọng không thoát nước có thể tính như sau: qs = a Su Trong đó Su - Cường độ lực cắt không thoát nước trung bình (MPa) a - Hệ số dính bám Các phần chiều dài sau đây của cọc khoan không được tính tham gia vào làm tăng giá trị sức kháng ở thành bên của cọc thông qua ma sát: • ít nhất 1500mm đoạn trên đầu của bất kỳ cọc khoan nào. • đối với cọc thẳng, một đoạn dưới cùng của thân cọc mà có chiều dài bằng trị số đường kính cọc. • nếu sử dụng loại cọc loe thì không được tính theo chu vi của cọc loe • nếu sử dụng loại cọc loe thì một đoạn cọc dưới cùng ngay bên trên đoạn loe của cọc loe, chiều dài đoạn này lấy bằng trị số đường kính cọc Các giá trị a đối với phần tham gia của cọc khoan đào khô trong hố móng hở hoặc khoan trong ống vách được quy định trong bảng sau: Bảng : Giá trị của α dùng để tính sức kháng thành bên của cọ trong đất dính Su (MPa) α <0,2 0,20 – 0,30 0,30 – 0,40 0,40 – 0,50 0,50 – 0,60 0,60 – 0,70 0,70 – 0,80 0,80 – 0,90 >0,90 0,55 0,49 0,42 0,38 0,35 0,33 0,32 0,31 Xử lý như đối với đá cuội Bảng : Các hệ số sức kháng theo trạng thái giới hạn cường độ địa kỹ thuật trong cọc khoan chịu tải trọng dọc trục Phương pháp/đất/điều kiện Hệ số sức kháng Sức kháng thành bên trong đất sét Phương pháp a (Reese & O’Neill 1988) 0,65 11Sức kháng tại mũi cọc trong đất sét Tổng ứng suất (Reese & O’Neill 1988) 0,55 Sức kháng thành bên trong đất cát Touma & Reese (1974) Meyerhof (1976) Quiros & Reese (1977) Reese & Wright (1977) (Reese & O’Neill 1988) Xem đề cập trong Điều 10.8.3.4 Khả năng chịu lực tới hạn của cọc khoan đơn Sức kháng tại mũi cọc trong đất cát Touma & Reese (1974) Meyerhof (1976) Quiros & Reese (1977) Reese & Wright (1977) (Reese & O’Neill 1988) Xem đề cập trong Điều 10.8.3.4 Sức kháng thành bên và sức kháng mũicọc Thí nghiệm tải trọng 0,80 Phá hoại khối Sét 0,65 Sét Phương pháp a (Reese & O’Neill) Cọc loe (Reese & O’Neill) 0,55 0,50 Khả năng chịu lực nhổ của cọc khoan đơn Cát Touma & Reese (1974) Meyerhof (1976) Quiros & Reese (1977) Reese & Wright (1977) (Reese & O’Neill 1988) Xem đề cập trong Điều 10.8.3.7 Khả năng chòu lực nhổ của nhóm cọc Khả năng chịu lực nhổ của nhóm cọc Cát Đất sét b. Sức kháng ở chân cọc trong đất dính: Đối với cọc chịu tải trọng dọc trục trong đất dính, sức kháng đơn vị ở chân cọc danh định của cọc khoan (MPa) có thể tính như sau: Qp = Nc Su ≤ 4.0 Trong đó Nc = 6[1+0.2 (Z/D)] ≤ 9.0 Với D = Đường kính cọc khoan (mm) Z = Độ xun của cọc khoan (mm) Su= Cường độ kháng cắt khơng thốt nước (MPa) Giá trị Su phải được xác định từ kết quả thí nghiệm hiện trường và/ hoặc trong phòng thí nghiệm của các mẫu ngun dạng lấy trong khoảng sâu 2.0 lần đường kính dưới ở chân cọc. Nếu đất trong giới hạn 2.0 đường kính cọc có Su < 0.024 MPa, giá trị của Nc sẽ bị chiết giảm 1/3. 12Đối với các cọc khoan trong đất sét với Su > 0.096 MPa với D > 1900mm, và độ lún cọc không được đánh giá thì giá trị của qp phải chiết giảm thành qpr như sau: qpr = qpFr Trong đó ()0.17600.12760≤+××=bDaFpr a = 0.0071 + 0.0021 Z/ Dp ≤ 0.015 b=1.452Su với 0.5≤ b ≤1.5 với Dp = đường kính ở chân cọc (mm) 2.1.3.1.2. Đối với đất rời a. Sức kháng ở thành bên của thân cọc: Sức kháng danh định của thân cọc khoan trong cát có thể được xác định bằng cách sử dụng một trong các phương pháp quy định trong Bảng 1. Chỉ có thể dùng các giá trị lớn hơn nếu nó được hiệu chỉnh bởi các thí nghiệm tải trọng Sức kháng bên của cọc khoan trong đất cát có thể ước tính bằng cách sử dụng: • Góc nội ma sát ϕf hoặc • Số nhát búa SPT, N Bảng 10.8.3.4.2-1 Tổng kết các phương pháp đánh giá sức kháng mặt bên qs, MPa, trong đất cát THAM KHẢO MÔ TẢ Touma và Reese (1974) qs = K σv tan ϕr < 0.24 MPa ở đây K = 0.7 đối với Db ≤ 7500mm K = 0.6 đối với 7500mm ≤ Db ≤ 12000mm K=0.5 đối với Db > 12000mm Meyerhof (1976) qs = 0.00096 N Quiros vaø Reese (1977) qs = 0.0025N < 0.19 MPa Reese vaø Wright (1977) Với N≤ 53 qs= 0.0028 N Với 53 < N ≤ 100 qs= 0.00021 (N-53) + 0.15 Reese vaø O’Neill (1988) qs = bsv’ ≤ 0.19 MPa với 0.25 ≤ b ≤ 1.2 Ở đây b = 1.5 – 7.7 10-3√z 13Giải thích các ký hiệu N = số nhát búa SPT chưa hiệu chỉnh (Búa/300mm) sv’ = ứng suất hữu hiệu thẳng đứng (MPa) jr = góc ma sát của cát (độ) K = hệ số truyền tải trọng Db = chiều sâu chôn cọc khoan trong tầng đất cát chịu lực (mm) b = hệ số truyền tải trọng z = chiều sâu dưới đất (mm) Góc ma sát của cát có thể tương quan với số búa SPT hoặc là sức kháng xuyên hình nón được quy định trong Bảng 10.8.3.4.2-2. b. Sức kháng ở chân cọc Sức kháng danh định của ở chân cọc có thể tính toán bằng cách dùng các phương pháp quy định trong Bảng 10.8.3.4.3-1. của Tiêu chuẩn 22TCN 272-01, Với các ký hiệu sau đây được sử dụng: Ncorr = số búa SPT-N đã hiệu chỉnh cho áp lực tầng phủ (búa /300mm) Ncorr = [0.77 lg (1.92/sv’)]N N = số buá SPT chưa hiệu chỉnh (búa/300mm) D = đường kính cọc khoan (mm) Dp = đường kính ở chân cọc khoan (mm) Db = chiều sâu chôn của cọc khoan trong lớp chịu lực là cát (mm) sv’ = ứng suất lực thẳng đứng hữu hiệu (MPa) Đối với các đường kính đáy lớn hơn 1270mm, qp phải chiết giảm như sau: qpr = 1270 (qp/ Dp) Bảng 10.8.3.4.2-2 (của Tiêu chuẩn 22TCN 272-05) Các góc ma sát của cát Độ chặt ϕr SPT - N Qc (MPa) Rất rời <30o 0 - 4 <1.9 Rời 300 - 350 4 – 10 1.9 – 3.8 Vừa 350 - 400 10 – 30 3.8 – 11 Chặt 400 - 450 30 – 50 11 – 19 Rất chặt > 450 >50 >19 14 Bảng 10.8.3.4.3-1 của Tiêu chuẩn 22TCN 272-05: Tổng kết các phương pháp dùng để ước tính sức kháng ở chân cọc, qp, MPa của cọc khoan trong đất THAM KHẢO MÔ TẢ Touma và Reese (1974) Rời - qp (MPa) = 0.0 Chặt vừa - qp (MPa) = 1.5/k Rất chặt - - qp (MPa) = 3.8/k k = 1.0 đối với Db ≤ 500mm k = 0.6 đối với Db ≥ 500mm Chỉ dùng khi Db > 10 D Meyerhof (1976) qp (MPa) = 0.013Ncorr(Db/Dp) qp < 0.13 Ncorr đối với cát qp < 0.096 Ncorr đối với bùn không dẻo Reese vaø Wright (1977) qp (MPa) = 0.064N đối với N ≤ 60 qp (MPa) = 3.8 đối với N > 60 Reese vaø O’Neill (1988) qp (MPa) = 0.057N đối với N ≤ 75 qp (MPa) = 4.3N đối với N > 60 ♣ Ví dụ: Kết quả tính toán sức chịu tải cọc khoan nhồi theo đất nền theo Tiêu chuẩn 20TCN 272-05 và Tiêu chuẩn AASHTO – LRFD - 1998 dựa vào kết quả thí nghiệm hiện trường so với kết quả nén tĩnh cọc theo bảng sau: Bảng 2-8: Tên công trình Đường kính Chiều dài Kết quả nén tĩnh Kết quả tính toán - sức c.tải theo đ.nền: Độ lún T.trọng Mũi cọc thân cọc cực hạn cho phép Đỉnh cọc Tương đối Qu (tấn) Qp (tấn) Qs (tấn) Qu (tấn) Qa (tấn) mm m S (mm) D S( %) Cầu Mỹ Thuận 2500 85.6 25 1.00 3900 1490 6984 5519 3172 29.3 Ghi chú: Giá trị của kết quả nén tĩnh, xem phụ lục 2-1 và kết quả tính toán sức chịu tải theo đất nền, xem phụ lục 2-2; Tham khảo Bảng 2-8, có thể nhận thấy rằng: Sức chịu tải giới hạn của cọc theo tính toán lý thuyết chênh lệch so sức chịu tải giới hạn thực tế (từ kết quả nén tĩnh) khoảng 29%. Nhưng với hệ số an toàn theo Tiêu chuẩn này là 151.74 thì sức chịu tải cho phép theo tính toán lý thuyết vẫn nhỏ hơn sức chịu tải giới hạn thực tế (như trường hợp cọc khoan nhồi của cầu Mỹ Thuận, Qu=3900 tấn > Qa=3172 tấn). 2.1.3.2 Sức kháng dọc trục của đoạn cọc nằm trong tầng đá Để xác định sức kháng dọc trục của cọc khoan ngàm trong các hốc đá, có thể bỏ qua sức kháng mặt bên từ trầm tích đất phủ nằm ở phía trên lớp đá. Nếu đá bị suy thoái phong hoá ,dùng các phương pháp thi công đặc biệt làm cho đường kính hốc đá ngàm cọc lớn hơn hoặc phải xét đến chiết giảm sức kháng của hốc đá ngàm chân cọc đó. Các hệ số sức kháng cho cọc khoan ngàm trong đá phải được lấy như quy định trong Bảng 10.5.5-3 của Tiêu chuẩn 22TCN 272-05. Bảng 10.5.5-3 của Tiêu chuẩn 22TCN 272-01. Phương pháp / nền đá / điều kiện Hệ số sức kháng Sức kháng thành bên trong đá Carter & Kulhawy (1988) Horvath & Kenney (1979) 0,55 0,65 Khả năng chịu lực tới hạn của cọc khoan đơn Sức kháng tại mũi cọc trong đá Hiệp hội địa kỹ thuật Canada (1985) 0,50 Khả năng chịu lực nhổ của cọc khoan đơn Đá Carter & Kulhawy (1988) Horvath & Kenney (1979) 0,45 0,55 Về vấn đề tính sức kháng đỡ của tầng đá, theo Tiêu chuẩn 22TCN 272-05 có nhiều khái niệm mới so với trước đây. Các phương pháp dùng để thiết kế móng cọc khoan trên nền đá cần được xem xét hiện trạng, hướng và điều kiện các vết nứt nẻ., các mặt cắt phong hoá ở từng vị trí cụ thể. Khi thăm đò tầng đá gốc phải khoan sâu vào tầng đá gốc ít nhất 3 m Trước hết cần xác định trị số RQD của đá (chữ viết tắt tiếng ANH : Rock Quality Designation, nghĩa là Chỉ tiêu xác định chất lượng đá). Phảikhoan lấy các mẫu đá lõi rồi tính theo công thức: RQD = tỷ số giữa chiều dài của các đoạn lõi 10cm và dài hơn với chiều dài hành trình của lõi, tính theo phần trăm. RQD là một chỉ số chất lượng chung của đá được đo trực tiếp ở nhiều vết nứt và tất cả những chỗ bị mềm hoặc có những biến đổi trong khối đá. Nó được xác định từ các lõi đá thu thập bằng thùng lấy mẫu 2 nòng cỡ nhỏ nhất NX ( đường kính 54 mm). Khi xác định RQD nếu lõi vị vỡ do vận chuyển hoặc quá trình khoan thì các miếng vỡ còn mới sẽ được 16gắn lại với nhau và coi là miếng liền. Bảng sau đây là phân loại RQD và trị số tương ứng của chất lượng dùng cho địa kỹ thuật Bảng : Chỉ định chất lượng đá RQD (Deere và các cộng sự , 1967) [ ] Phân loại RQD Giá trị RQD % Rất tốt Tốt Trung bình Kém Rất kém > 90 75 ÷ 90 50 ÷ 75 25 ÷ 50 < 25 Đối với móng đặt trên nền đá tốt, có thể áp dụng các phân tích đơn giản và trực tiếp dựa trên cường độ nén một trục của đá và trị số RQD. Đá tốt được định nghĩa như là một khối đá với các vết nứt khống rộng hơn 3,2 mm Đối với móng trên nền đá kém hơn,phải thực hiện các khảo sát điều tra và phân tích chi tiết hơn để xét đến ảnh hưởng của phong hoá và các vết nứt thực tế. Kinh nghiệm thi công các cọc khoan của các cầu trên Quốc lộ 10 như Quý-cao, Non- nước, Đá-bạc, Kiền trong các năm 1999-2002 cho thấy đều gặp tình huống cọc khoan vào tầng đá nhưng độ cứng đá ở mức độ khác nhau. Khi đó đã nảy sinh tình huống phức tạp là : nếu tính theo đúng Tiêu chuẩn 22TCN 272-01 này thì phải bỏ qua ma sát thành bên của các tầng đất phía trên và chỉ tính sức chịu của đoạn cọc ngập trong tầng đá, điều này khiến cho phải khoan sâu vào đá cứng có chỗ đến hơn 10 m, rất tốn kém và hư hỏng nhiều thiết bị khoan . Nếu tính theo các Tiêu chuẩn của Liên -xô cũ như trước đây thì vẫn an toàn mà không cần khoan quá sâu vào tầng đá. 2.1.3.3 Tính sức chịu kéo xuống (xét ma sát âm) của cọc khoan. Trong thiết kế móng cọc khoan cho mố cầu có chiều cao đất đắp sau mố cao và trên nền đất có lún thưòng gặp tình huống như sau: ( ví dụ ở dự án cầu Giẽ trên Quốc lộ 1 năm 1998) - nếu đắp đường trước ,đến đủ cao độ , sau đó cho xẩy ra lún cố kết xong mới bắt đầu thi công cọc khoan khồi của móng mố thì sự lún của nền đất yếu không ảnh hưởng đến sức kháng của cọc khoan nhồi. Nhưng thời gian thi công toàn cầu có thể kéo dài do phải chờ lún xong nền đương. - nếu muốn tranh thủ thời gian thi công bằng cách thi công cọc nhồi xong rồi mới đắp đất nền đường thì do lún cố kết sẽ xuất hiện ma sát âm tác dụng lên thành bên của cọc khoan nhồi, kéo nó xuống theo phương thẳng đứng. Đó là hiện tương kéo xuống mà sẽ làm giảm khả năng chịu tải hữu ích của cọc khoan nhồi. Cần phải xét diều này trong tính toán. Để tính toán tải trọng kéo xuống thì tính với hướng của lực ma sát bề mặt được đảo lại. Tải trọng kéo xuống tính toán phải được cộng thêm vào tải trọng tĩnh thẳng đứng tính toán khi xét trạng thái giới hạn cường độ cũng như khi xét trạng thái giới hạn sử dụng về lún của móng cọc.

Tài liệu liên quan

Nâng cao hiệu quả công tác đấu thầu trong xây dựng công trình giao thông trong Công ty TNHH Hoà Hiệp
- 87
- 793
- 2
Tài liệu Đề tài tài " Nâng cao hiệu quả công tác đấu thầu trong xây dựng công trình giao thông trong Công ty TNHH Hoà Hiệp " pptx
- 88
- 517
- 1
CỌC KHOAN NHỒI TRONG XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG
- 218
- 3
- 6
vai trò của kiến trúc cảnh quan trong xây dựng công trình giao thông docx
- 18
- 1
- 21
Một số vấn đề cơ học đất đá, nền móng, địa vật lý và ứng dụng trong xây dựng công trình giao thông
- 21
- 521
- 0
Luận Văn SỬ DỤNG MÓNG CỌC KHOAN NHỒI TRONG XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH Ở VIỆT NAM
- 47
- 1
- 16
LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ NOVACHIP (HOA KỲ) LÀM LỚP PHỦ MỎNG ĐỂ TẠO NHÁM MẶT ĐƯỜNG TRONG XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG Ở VIỆT NAM
- 97
- 2
- 10
Một phương pháp tính toán trạng thái ứng suất biến dạng của nền đất yếu gia cố bằng cọc đất xi măng trong xây dựng công trình giao thông
- 203
- 617
- 0
Một phương pháp tính toán trạng thái ứng suất biến dạng của nền đất yếu gia cố bằng cọc đất xi măng trong xây dựng công trình giao thông
- 25
- 381
- 0
Hoàn thiện chế độ đấu thầu trong xây dựng công trình giao thông đường bộ quốc gia ở việt nam
- 27
- 467
- 0