chơng 3: móng cọc đờng kính lớn Chơng móng cọc đờng kính lớn Bài 1: Giới thiệu cọc đờng kính lớn I Vấn đề chung cọc đờng kính lớn Khái quát chung Cọc đờng kính lớn thờng có đờng kính 800 ~ 2500 mm (và lớn hơn) Hiện nay, cầu lớn nhà cao tầng sử dụng móng cọc cọc đờng kính lớn Ưu điểm cọc đờng kính lớn - Đối với móng sử dụng cọc vuông (đờng kính nhỏ) tải trọng tăng tăng số cọc mà khả tăng kích thớc chiều dài cọc hạn chế thiết bị đóng cọc Khi phải mở rộng bệ cọc gây lãng phí lớn kính tế Nếu thay cọc đờng kính lớn nên hạ đến độ sâu lớn nhiều so với cọc đờng kính nhỏ, đặt mũi cọc tầng đất tốt tầng đá gốc nằm dới sâu - Sức chịu tải cọc đờng kính lớn thờng lớn nhiều so với cọc đờng kính nhỏ, số lợng cọc móng giảm đáng kể, có nghĩa kích thớc bệ cọc giảm công tác thi công rút ngắn lại làm giảm thời gian thi công công trình, giảm đợc chi phí quản lý chung, nhân công chi phí kho bãi - Cọc đờng kính lớn có độ cứng tơng đối lớn, nên độ cứng hệ bệ~cọc có độ cứng tốt so với hệ bệ~cọc móng cọc đờng kính nhỏ, móng cọc đờng kính lớn có khả chịu lực ngang mômen tốt - Hiện có nhiều công nghệ đại thi công cọc đờng kính lớn, mở nhiều triển vọng phát triển móng cọc đờng kính lớn Nhợc điểm móng cọc đờng kính lớn 151 Móng cọc đờng kính lớn kinh tế số lợng cọc móng nhiều, số lợng cọc móng cọc đờng kính lớn thờng tính kinh tế chơng 3: móng cọc đờng kính lớn Phải đầu t máy móc thiết bị đại, giá trị đầu t máy móc thiết bị ban đầu thờng cao, nên làm cho nhà thầu gặp khó khăn tài Do số lợng cọc sức chịu tải cọc lớn, thi công để xảy vấn đề hỏng hay cọc có vấn đề chất lợng khó khăn để xử lý móng Do thi công đòi hỏi mày móc phải chuyên dụng tình trạng phục vụ tốt, trình độ nhân viên kỹ thuật phải nắm vững có chuyên môn giỏi, làm cho nhà thầu gặp khó khăn vấn đề nhân lực II Ưu nhợc điểm cọc ống B.t.c.t đờng kính lớn Cọc ống B.T.C.T đờng kính lớn sử dụng cho công trình xây dựng cầu Việt Nam có loại đờng kính từ 800mm đến 1600mm Nhng hay sử dụng loại có đờng kính 1000mm Cọc ống bê tông cốt thép đờng kính lớn đợc chế đúc nằm với đờng kính từ 3m cho cầu Việt Trì - Vĩnh Phú nhng không đợc sử dụng Đờng kính cọc ống phụ thuộc vào khả rung hạ thiết bị có ( 1.6m) Năm 1964, cọc bê tông cốt thép 1550 đợc áp dụng cầu Hàm Rồng Loại đờng kính thờng đợc áp dụng thời gian qua 1000 mm, ví dụ nh cầu Đò Quan, Phú Lơng, Quang Trung Cần Thơ, Trung Hà Việc đúc cọc ống 1600mm sử dụng phơng pháp đúc ly tâm phơng pháp đúc nằm bãi đúc gần công trờng Việc hạ cọc ống bê tông cốt thép đợc thực búa chấn động kết hợp xói hút lấy đất lòng cọc Khi hạ cọc đến cao độ thiết kế thờng lấp lòng cọc bê tông đổ theo phơng pháp ống dịch chuyển thẳng đứng Bên cạnh phơng án cọc ống B.T.C.T, giải pháp cọc ống B.T.C.T ứng suất trớc đợc tổ chức T vấn thiết kế quan tâm Giải pháp cọc ống B.T.C.T ứng suất trớc 1000 mm đợc sử dụng cho cầu An Dơng II Hải Phòng Quốc Lộ Ưu điểm mômen uốn gây nứt cho phép lớn so với thích hợp với trờng hợp cọc chịu tải trọng ngang lớn dễ dàng việc vận chuyển, cẩu lắp, khắc phục phần xâm thực nớc biển kéo dài tuổi thọ cọc Nhng giải pháp cha đợc thực cha tự sản xuất đợc cọc ống B.T.C.T ứng suất trớc đờng kính lớn mà phải nhập ngoại giá thành tới chân công trình cao Ưu điểm - 152 So với cọc khoan nhồi, cọc ống có u điểm việc thi công cọc không phụ thuộc nhiều vào điều kiện thời tiết nh điều kiện địa chất thuỷ văn chơng 3: móng cọc đờng kính lớn - Cọc ống bê tông cốt thép đờng kính lớn rung hạ qua nhiều tầng đất mềm yếu, hạ cọc qua tầng cát chảy hạ cọc nơi có mực nớc ngầm cao Đối với trờng hợp thi công móng cọc khoan nhồi phải sử dụng phơng pháp khoan vách xoay phơng pháp khác có ống chống để lại không rút lên sau thi công, gây tốn lớn - Việc chế tạo cọc ống thờng đợc công xởng hóa dễ dàng kiểm tra chất lợng trớc rung hạ Khi rung hạ đến cao độ thiết kế yên tâm chất lợng - Cọc ống sau hạ xuống đến chiều sâu thiết kế đổ bê tông lấp lòng không (tuỳ thuộc điều kiện cụ thể công trình), cọc ống B.T.C.T đờng kính lớn so với loại cọc khác cọc ống loại tiết kiệm vật liệu Nhợc điểm Việc hạ cọc ống thờng phức tạp tốn nhiều thời gian thi công so với cọc khoan nhồi Đặc biệt hạ cọc qua tầng địa chất phức tạp có lẫn đá tảng vật liệu phế thải công tác lấy chớng ngại vật gặp nhiều khó khăn Hạ cọc búa chấn động nên tạo rung chấn ảnh hởng vùng xung quanh nên thi công công trình mà gần công trình khác bị biến dạng gây nguy hiểm III Ưu nhợc điểm móng cọc khoan nhồi Ưu điểm - Thời gian thi công nhanh, điều kiện địa chất đặc biệt ngày thi công từ ~ cọc, giảm đáng kể thời gian thi công móng - Có thể xây dựng công trình gần công trình kiến trúc mà trình sử dụng lây dài có biến dạng lớn Phơng án đóng cọc, rung hạ cọc tờng vây cọc ván thép gây rung động làm phát triển biến dạng công trình lân cận - Thi công khu dân c, thành phốnhững nơi theo tiêu chuẩn môi trờng không cho phép gây tiếng ồn lớn - Móng công trình đặt bãi thải, có loại vật liệu khác không sử dụng đợc giải pháp móng khác mặt kỹ thuật 153 chơng 3: móng cọc đờng kính lớn - Vì điều kiện đất tải trọng mà kích thớc cọc vợt kích thớc cọc đóng - Thi công đợc trờng hợp chiều cao thi công hạn chế nh nhà xởng họăc gầm cầu - Móng công trình đặt đất đá phong hoá có thành phần độ chặt khác - Thi công cải tạo nâng cấp công trình sử dụng Nhợc điểm Đòi hỏi dây chuyền máy móc thi công đồng bộ, giá trị đầu t cao Khi thi công qua vùng có hang động Karst, nơi đá bị nứt nẻ lớn đất yếu phải sử dụng ống chống để lại không rút lên, sau đổ bê tông nên giá thành cao Khó kiểm tra chất lợng lỗ cọc thân cọc sau đổ bê tông nh việc tiếp xúc mũi cọc hố móng không đa chơng trình quản lý chất lợng tốt thiết bị kiểm tra không đạt độ xác yêu cầu Lợng đất bùn thải lớn gây ảnh hởng đến mặt khu vực thi công, gây ô nhiễm môi trờng, đặc biệt thi công thành phố Phải đặc biệt quan tâm đến điều kiện địa chất khu vực thi công, biện pháp chống vách hợp lý gây lún sập làm biến dạng vùng đất xung quanh, nguy hiểm cho công trình liền kề Đòi hỏi đội ngũ cán thi công phải có trình độ cao chuyên ngành địa kỹ thuật Bài 2: cấu tạo móng cọc ống Đờng kính lớn I Cọc ống bê tông cốt thép Thông số cọc - 154 Đờng kính cọc D = 800 ~ 2000 mm chơng 3: móng cọc đờng kính lớn - Chiều dài cọc thờng từ 20 ~ 50 m (có thể lớn 50 ~ 70m nữa) Chiều dài đốt cọc từ ~ 10m - Bê tông chế tạo cọc tối thiểu phải có mác #300 Chiều dày bê tông thành cọc thờng từ ~ 20cm Cốt thép cho cọc (1) Cốt thép dọc - Thờng có đờng kính từ 12 ~ 25mm (CT5), số tính toán định Cốt thép dọc đợc bố trí suốt chiều dài cọc nhng thay đổi số lợng thép - Cốt thép dọc, có số lợng mặt cắt ngang đợc bố trí lớp đặt khoảng phần chiều dày bê tông thành cọc Còn số lợng nhiều đợc bố trí thành lớp hai mép bê tông thành cọc (2) Cốt thép đai - Dùng cốt đai xoắn có đờng kính từ ~ 10mm - Bớc cốt đai từ 50 ~ 200mm, đầu đốt cọc bớc cốt đai dày từ 50, 75mm đốt cọc bớc cốt đai từ 100 ~ 200mm Mối nối đốt cọc Thờng có cách nối sau: (1) Nối bulông + mặt bích - Ưu: thi công nhanh thuận tiện Không đòi hỏi máy móc hỗ trợ - Nhợc: tính đồng đốt cọc Cần chế tạo xác không khó lắp ráp trờng Đồng thời phải có biện pháp chống gỉ cho bulông nối (2) Nối hàn - Ưu: thi công nhanh đảm bảo tính an toàn cao - Nhợc: tính đồng đốt cọc Chất lợng đờng hàn cần phải kiểm soát Và hàn nhiệt độ cao làm ảnh hởng đến tính chất bê tông thép vùng xung quanh chỗ hàn Đồng thời phải ý đến việc chống gỉ cho mối nối Liên kết cọc vào bệ cọc chân cọc vào tầng đá gốc 155 chơng 3: móng cọc đờng kính lớn (1) Liên kết cọc vào bệ cọc Cọc sau thi công, phần bê tông đầu cọc bị đập vỡ để chừa cốt thép dọc đợc đổ bê tông bệ cọc, phần cọc không bị đập vỡ ngập vào bệ cọc với chiều dài tối thiểu 15 cm Phần cốt thép dọc cọc sau đập vỡ phần bê tôngóit dài 20D~40D (D: đờng kính cốt thép), đợc bố trí cấu tạo lại đầy đủ với cốt đai cọc nh thiết kế kỹ thuật, đợc đổ bê tông bệ cọc (2) Liên kết chân cọc vào tầng đá gốc Khi hạ cọc đến tầng đá gốc, lấy đất lòng cọc, dùng mũi khoan đá để khoan tạo lỗ vào tầng đá gốc chiều sâu D (đờng kính cọc) 1m Sau lắp dựng lồng thép có đầy đủ cốt dọc cốt đai (với chiều dài tối thiểu 2D) Cuối đổ bê tông đoạn chân cọc với chiều dài 2D (nếu lòng cọc không đổ bê tông lấp lòng) Ví dụ thông số cọc ống D=1000mm Đối với cọc bê tông cốt thép 1000 mm thờng đúc nằm chỗ đốt dài m, thông số chủ yếu nh sau: Mác bê tông đúc cọc: R400 kg/cm 2, cốt thép chủ: 32 22mm CT5, cốt đai xoắn 6mm bớc 50mm đoạn đầu đốt, bớc 100 mm đoạn đốt Mối nối đốt 32 bu lông 22mm vị trí mặt bích Chiều dày thành cọc 120 mm Việc chế tạo cọc ống bê tông cốt thép 1000 mm cần ý đến việc chế tạo mặt bích bảo dỡng bê tông sau đúc Độ xác mặt bích định độ xác khả nối ghép đoạn cọc ống Sau đúc cọc 4h bảo dỡng cọc nớc nóng lòng cọc việc đúc bãi trờng Các sai số cho phép chế tạo mặt bích nh sau: Đờng kính mặt bích: + mm Đờng kính mặt bích: mm Cự ly tim lỗ bắt bu lông: Độ nghiên mặt bích so với đờng tim cọc: 0.2 % mm Các sai số cho phép chế tạo cọc ống: Chiều dài đốt cọc: Đờng kính ngoài: + mm Chiều dày thành ống: + 10 mm mm Chiều dày lớp phòng hộ: + mm mm Độ nghiêng đờng tim cọc: < 0.2% 156 20 mm 157 SE C T IO N B- B SC A L E 1:10 SE C T IO N A - A SC A L E 1:10 SC A LE 1:2 SE C T IO N A - A A A B B chơng 3: móng cọc đờng kính lớn Hình 88 - Cốt thép cọc ống BTCT cầu Tân Đệ (Thái bình) chơng 3: móng cọc đờng kính lớn Bài Thi công cọc ống đờng kính lớn II Công nghệ hạ cọc bê tông cốt thép đờng kính lớn Thiết bị lựa chọn thiết bị Hạ cọc ống bê tông cốt thép đờng kính lớn thờng sử dụng búa chấn động kết hợp với việc lấy đất lòng cọc Để lấy đất lòng cọc sử dụng gầu ngoạm xói hút Búa chấn động có phận lệch tâm Khi thi công, búa đợc gắn chặt vào đầu cọc, cho búa hoạt động lệch tâm quay tạo chuyển động dao động dọc trục, chuyển động truyền dọc theo chân cọc làm phá vỡ kết cấu đất xung quanh thân cọc dới mũi cọc làm giảm ma sát, dới trọng lợng búa cọc, cọc đợc hạ đến chiều sâu thiết kế Việc chọn búa để hạ cọc ống phải phù hợp với sức chịu tải cọc Búa phù hợp có thông số kỹ thuật thoả mãn đẳng thức sau: 150.N d 0.5Q + Ptt nK K > 0.7Q (158) Trong đó: Ptt Sức chịu tải tính toán cọc (T) Q Trọng lợng toàn hệ thống chấn động gồm: cọc, búa chấn động, đầu cọc (T) Nd Công suất danh nghĩa động điện búa chấn động (kW) K Mômen lệch tâm búa chấn động (T.cm) n Số vòng quay lệch tâm phút Hệ số phụ thuộc vào tính chất đất Đối với việc hạ cọc ống đờng kính lớn cho công trình cầu thời gian qua thờng sử dụng loại búa chấn động B170 BY16 Trình tự thi công Cọc ống bê tông cốt thép đờng kính 1000 mm thi công búa chấn động kết hợp với xói hút đất lòng cọc đợc thực qua bớc sau: 158 chơng 3: móng cọc đờng kính lớn 1) Lắp dựng hệ thống sàn đạo, khung dẫn hớng phục vụ thi công 2) Dùng cần cẩu cọc ống (một đốt rời hai đốt liên kết với tuỳ thuộc vào khoảng cách từ cao độ đáy sông đến đỉnh sàn thi công) đặt vào ô dự kiện hạ cọc khung dẫn hớng Cọc phải đặt xác vào vị trí đảm bảo độ xác theo phơng thẳng đứng Bằng trọng lợng thân cọc cắm sâu vào tầng bùn phủ đến m Kẹp cọc vào khung dẫn hớng trớc tháo móc cẩu tránh cọc tiếp tục tụt xuống Cẩu nối đốt tiếp theo, tháo hệ thống kẹp cọc với khung dẫn hớng, hạ móc cẩu, cọc tụt xuống trọng lợng thân 3) Búa chấn động B170 tơng đơng đợc lắp tổ hợp với chụp đầu cọc sàn thi công, dùng cẩu cẩu tổ hợp búa chấn động lên đầu cọc, liên kết búa chấn động chụp đầu cọc nh chụp đầu cọc mặt bích đầu cọc phải dùng rông đen vênh để chống lỏng Nối nguồn điện 380V/50 Hz qua tủ điều khiển vào búa chấn động Đóng điện chờ búa chấn động hoạt động khoảng 12 phút, dừng lại để xiết lại bulông liên kết Việc hạ cọc đợc thực theo chu kỳ từ đến 10 phút, sau dừng lại để kiểm tra tình trạng liên kết Khi mép đà giáo cách sàn thi công khoảng 0,5 m dừng lại, tháo búa chấn động đặt xuống sàn thi công để nối đoạn cọc 4) Tiếp tục hạ cọc tốc độ hạ cọc giảm xuống ~ cm/phút ngừng hạ coc, tháo búa chấn động ra, lắp máy hút bùn có gắn vòi xói (Máy xói hút kết hợp) để lấy đất lòng cọc Trong trình xói hút đảm bảo lu lợng bơm vào lòng cọc lớn lu lợng nớc hút Phải khống chế cao độ xói hút cao cao độ chân cọc từ 0.5 ữ m tuỳ thuộc vào lớp đất cọc xuyên qua trừ trờng hợp lớp đất hạ cọc lớp sét dẻo cứng xói hút đến chân cọc Sau tiếp tục lắp búa chấn động hạ cọc 5) Để hạ đầu cọc xuống cao độ thiết kế sử dụng đoạn cọc dẫn thép 6) Làm vệ sinh lòng cọc, đặt lồng cốt thép (nếu có) đổ bê tông độn ruột cọc phơng pháp rút ống thẳng đứng, cần ý đến độ linh động bê tông chiều sâu nằm bê tông ống đổ bê tông Đối với trờng hợp cần hạ cọc ống đến tầng đá gốc vững thờng sử dụng hai loại khoan xoay khoan choòng Khoan xoay có u điểm trọng lợng nhỏ nhng tốc độ khoan chậm nhiều so với khoan choòng Trong trình hạ cọc, tốc độ hạ giảm đột ngột cần dừng lại Việc xử lý chớng ngại vật nh tảng đá mồ côi, vỉa đá nghiêng đợc thực nh sau: Làm lòng cọc để lộ chớng ngại vật vỉa đá 159 chơng 3: móng cọc đờng kính lớn Đổ bê tông bịt đáy che phủ Dùng khoan khoan phá chớng ngại vật Tiếp tục hạ cọc Bài 4: Cấu tạo cọc khoan nhồi I cấu tạo cọc khoan nhồi đờng kính lớn Một số tiêu chuẩn Bộ GTVT Bộ Xây Dựng dùng cho thiết kế, thi công nghiệm thu cọc khoan nhồi: (1) Tiêu chuẩn kỹ thuật công trình giao thông 22TCN 272-05 (2) Tiêu chuẩn XDVN 326-2004: Cọc khoan nhồi, thi công nghiệm thu (3) Tiêu chuẩn TCXD 206-1998: Cọc khoan nhồi Thi công nghiệm thu (4) Tiêu chuẩn 22TCN 257-2000: Tiêu chuẩn thi công nghiệm thu cọc khoan nhồi (5) Tiêu chuẩn 22TCN 272-05: Tiêu chuẩn thiết kế cầu Thông số cọc Các cọc bê tông đúc chỗ có mặt cắt đặn có dạng thon đoạn đúc vỏ ống thép có mở rộng chân đúc lỗ giếng khoan Diện tích chân cọc nhỏ phải 64 500 mm Diện tích mặt cắt ngang mũi cọc phải 32300 mm Với đoạn kéo dài phía chân cọc, kích thớc nhỏ phải lấy theo quy định cọc đúc sẵn Điều 5.13.4.3 Đờng kính cọc khoan thờng D=800 ~ 2500mm (có thể lên tới 3000 ~ 4000 mm) tối thiểu không đợc nhỏ 750mm Nếu trụ dạng thân cột đờng kính cột trụ phải đờng kính cọc khoan Bê tông chế tạo cọc tối thiểu phải có mác 300 Chiều sâu chôn cọc khoan phải đủ để cung cấp khả chịu tải thẳng đứng ngang phù hợp chuyển vị chấp nhận đợc Chiều dài cọc thờng từ 30 ~ 50 m (có thể đến 100m) Mũi cọc thờng đợc đặt vào tầng đá gốc lớp đất tốt có số SPT thờng khoảng 50 Thực tế thiết kế, đặt mũi cọc tầng đá cứng hay sét chặt có trị số SPT khoảng N 50 160 chơng 3: móng cọc đờng kính lớn qs = Su (164) Theo AASHTO 2007 hệ số đợc lấy nh sau: = 0.55 Su 1.5 a (165) S S = 0.55 0.1 u 1.5 1.5 u 2.5 a a (166) Trong đó: Su = cờng độ kháng cắt không thoát nớc trung bình (MPa) = hệ số dính bám (DIM) a = áp suất không khí (=0.101 MPa) Các phần sau cọc khoan đợc minh hoạ Hình 95 không đợc tính để đóng góp vào phát triển sức kháng thông qua ma sát bề mặt: 1500 mm cọc khoan nào, Với cọc thẳng, chiều dài đáy cọc khoan lấy đờng kính cọc, Chu vi đầu loe, dùng, Khoảng cách đầu loe lấy đờng kính cọc Các giá trị phần đóng góp cọc khoan đào khô hố mở ống vách đợc cho chi tiết Bảng 54 Bảng 54 - Giá trị dùng cho xác định sức kháng thành bên đất dính (Reese O'Neill 1988) Không tính 1500 mm đỉ nh Không tính khoảng đ ờng kính cọc đầu loe Không tính bề mặ t phần loe Không tính đoạ n đ ờng kính cọc d i cù ng Cọc thẳng 197 Cọc loe chơng 3: móng cọc đờng kính lớn Hình 95 - Giải thích phần không xem xét tính toán cọc khoan (Reese ONeill, 1988) 1.2 Sức kháng mũi cọc Đối với cọc chịu tải trọng dọc trục đất dính, sức kháng đơn vị mũi cọc danh định cọc khoan (MPa) tính nh sau: qp = NcSu (167) đây: z N c = 61 + 0.2 D (168) đó: D = đờng kính cọc khoan (mm) Z = độ xuyên cọc khoan (mm) Su = cờng độ kháng cắt không thoát nớc (MPa) Giá trị Su phải đợc xác định từ kết thí nghiệm trờng và/ phòng thí nghiệm mẫu nguyên dạng lấy khoảng sâu 2.0 lần đờng kính dới mũi cọc Nếu đất giới hạn 2.0 đờng kính cọc có Su < 0.024 MPa, giá trị Nc bị chiết giảm 1/3 (hay nhân với hệ số 0.67) Đối với cọc khoan đất sét với Su > 0.096 MPa với D > 1900 mm, độ lún cọc không đợc đánh giá, giá trị qp phải chiết giảm thành qpr nh sau: qpr = qpFr 198 (169) chơng 3: móng cọc đờng kính lớn Fr = 760 1,0 12,0aDp + 760b a = 0,0071 + 0,0021 b = 1,45 : Dp = Z 0,015 Dp 2,0 Su with 0,5 b 1,5 (170) (171) (172) đờng kính mũi cọc (mm) Ước tính sức kháng cọc khoan đất rời 2.1 Tổng quát Sức kháng đỡ danh định cọc khoan đất rời phải đợc ớc tính cách dùng phơng pháp thích hợp đợc dới phơng pháp địa phơng khác đợc chấp nhận phù hợp với Điều 10.1 Sức kháng tính toán phải đợc xác định cách sử dụng kinh nghiệm sẵn có điều kiện tơng tự 2.2 Sức kháng thân cọc Sức kháng danh định thân cọc khoan, q s tính theo MPa, cát đợc xác định cách sử dụng năm phơng pháp quy định Bảng 55 Chỉ dùng giá trị lớn đợc hiệu chỉnh thí nghiệm tải trọng Sức kháng bên cọc khoan cát ớc tính cách sử dụng: góc ma sát, f , số nhát búa SPT, N Các ký hiệu sau áp dụng cho Bảng 55 N = số búa SPT cha hiệu chỉnh (Búa/300mm), v = ứng suất hữu hiệu thẳng đứng (MPa), f = góc ma sát cát (Độ), K = hệ số truyền tải trọng, 199 chơng 3: móng cọc đờng kính lớn Db = chiều sâu chôn cọc khoan tầng đất cát chịu lực (mm), = hệ số truyền tải trọng, z = chiều sâu dới đất (mm) Góc ma sát cát tơng quan với số búa SPT sức kháng xuyên hình nón đợc quy định Bảng 56 Bảng 55 - Tổng kết phơng pháp đánh giá sức kháng mặt bên, qs, MPa, đất cát Tham khảo Mô tả qs = Kv tan f < 0,24MPa Touma Reese (1974) đây: K = 0,7 Db 7500mm K = 0,6 7500mm < Db 12000mm K = 0,5 Db > 12000mm Meyerhof (1976) qs = 0,00096N Quiros Reese (1977) qs = 0,0025N < 0,19 MPa Reese Wright (1977) Với N 53 qs = 0,0028 N Với 53 < N 100 qs = 0,00021 (N - 53) + 0,15 qs = v 0,19 MPa với 0,25 1,2 Reese O'Neill (1988) đây: = 1,5 7,7x10-3 z Bảng 56 - Các góc ma sát cát 200 Độ chặt f SPT- (N) qc (MPa) Rất rời < 30o 0-4 45o > 50 > 19 Theo AASHTO 2007, sức kháng thành bên cọc khoan đất rời theo phơng pháp đợc lấy nh sau: q s = 'v 0.19 0.25 1.2 (173) ) (174) Đối với đất cát: Khi N60 15 : ( = 1.5 7.7 *10 z Khi N60 15 : = ( N 60 1.5 7.7 *10 z 15 ) (175) Trong : v = ứng suất hiệu thẳng đứng đất điểm lớp đất (MPa) = hệ số truyền tải trọng (DIM) z = chiều sâu đất, điểm lớp đất (mm) N60 = số nhát búa SPT trung bình (đợc hiệu chỉnh theo hiệu suất búa) vùng thiết kế (nhát/300mm) Có thể sử dụng đợc điều chỉnh thí nghiệm tải trọng Đối với cát hạt thô sỏi cuội, phơng trình 176 đợc sử dụng để tính N60 15 Nếu N60 60 qp (MPa) = 0.057 N N 75 qp (MPa) = 4.3 N > 75 Theo AASHTO 2007, sức kháng mũi cọc khoan đất rời, qp tính theo MPa, theo O Neill Reese (1999) lấy nh sau: Khi N60 50 (179) qp = 1.2N60 đó: N60 = số nhát búa SPT trung bình (đợc hiệu chỉnh theo hiệu suất búa) vùng thiết kế (nhát/300mm) Giá trị qp phơng trình 179 có giá trị giới hạn đến 3.0MPa, giá trị lớn cần phải đợc hiệu chỉnh qua số liệu thí nghiệm tải trọng 0.8 Khi N60 > 50 (180) q p = 0.59 N 60 a 'v 'v đó: v a = ứng suất hiệu thẳng đứng đất cao độ mũi cọc (MPa) = áp suất không khí (=0.101 MPa) Nếu N60 > 100 lấy 100 Nếu mũi cọc khoan đặt lớp đất chịu lực phía lớp đất yếu chịu nén phạm vi 1.5B tính từ mặt lớp đất yếu đến mũi cọc phải chiết giảm sức kháng mũi cọc Sử dụng giá trị trung bình trọng tuyến tính sức kháng hoàn toàn lớp đất tốt khoảng cách 1.5B phía mặt lớp đất yếu sức kháng mũi mặt lớp đất yếu Sức kháng dọc trục đá Để xác định sức kháng dọc trục cọc khoan ngàm hốc đá, bỏ qua sức kháng mặt bên từ trầm tích đất phủ nằm Nếu đá bị xuống cấp, dùng phơng pháp thi công đặc biệt, đờng kính hốc đá lớn phải xét đến chiết giảm sức kháng hốc đá 203 chơng 3: móng cọc đờng kính lớn Các hệ số sức kháng cho cọc khoan ngàm đá phải đợc lấy nh quy định Bảng 17 hay 53 Theo AASHTO 2007 sức kháng dọc trục cọc khoan chịu tải trọng là: Ma sát thành bên hốc đá, Sức chống mũi hay tổ hợp Sự khác biến dạng cần thiết để huy động ma sát bên sức chống mũi cọc phải dợc xem xét cọc khoan đợc chôn ngập đá Khi sức chống mũi cọc phần sức chịu tải dọc trục cọc thiết kế, cần phải triết giảm phân bố ma sát thành bên đá xét đến xảy mát ma sát biến dạng cắt dọc theo thành cọc a) Sức kháng thành bên cọc khoan đá Đối với cọc khoan chôn đá, sức kháng thành bên, tính theo MPa, lấy nh sau (Horvath Kenney, 1979): q q s = 0.65 E a u a 0.5 f' < 7.8 a c a 0.5 (181) đó: qu = cờng độ nén dọc trục đá (MPa) a = áp suất không khí (=0.101MPa) E = hệ số chiết giảm tính đến kẽ nứt đá nh bảng 58 fc = cờng độ chịu nén bê tông (MPa) Bảng 58 Hệ số E (O Neill Reese, 1999) 204 En Ei E 1.0 1.0 0.5 0.8 0.3 0.7 0.1 0.55 0.05 0.45 chơng 3: móng cọc đờng kính lớn b) Sức kháng mũi cọc: Sức kháng mũi cọc khoan đá lấy nh sau: Nếu đá từ mũi cọc khoan xuống phía dới đến chiều sâu 2B, nguyên vẹn hay nứt nẻ ít, chiều sâu hốc đá lớn 1.5B ( O Neill Reese, 1999): q p = 2.5qu (182) Nếu đá từ mũi cọc khoan xuống phía dới đến chiều sâu 2B, nứt nẻ hớng nứt ngẫu nhiên, sức kháng mũi đợc lấy nh sau: qp = s + (m ) s + s qu (183) đó: s, m = tham số khối đá bị nứt theo qui định bảng 59 qu = cờng độ chịu nén không nở ngang đá (MPa) c) Tổ hợp sức khãng mũi thành bên Phải sử dụng phơng pháp thiết kế có xét đến kháng chuyển vị cần thiết để huy động ma sát thành bên đá với chuyển vị để huy động sức chống mũi cọc, ví dụ nh phơng pháp O Neill Reese (1999) để đánh giá sức kháng chịu nén dọc trục cọc ngập đá Bảng 59 Liên hệ chất lợng khối đá số vật liệu để sử dụng xác định cờng độ không tuyến tính (Hoek Brown, 198) 205 chơng 3: móng cọc đờng kính lớn Thử tải Các thí nghiệm thử tải phải đợc tiến hành cách dùng cọc thi công theo phơng pháp, kích thớc vật liệu giống nh chúng đợc dùng để sản suất cọc khoan Sức kháng tính toán khả chịu nén dọc trục, khả chịu lực nhổ dọc trục khả chịu lực ngang phải đợc lấy Bảng 17 hay 53 III Khả chịu tải nhóm cọc Tổng quát Sự chiết giảm sức kháng ảnh hởng nhóm phải đợc xem xét 206 chơng 3: móng cọc đờng kính lớn Đất dính Các quy định cọc chế tạo sẵn (chơng 2) khả chịu tải nhóm cọc đợc áp dụng cọc khoan nhồi Hệ số sức kháng khả chịu tải nhóm cọc trụ tơng đơng, phá hoại khối phải đợc lấy nh đợc quy định Bảng 17 hay 53 phải đợc ứng dụng bệ cọc có không tiếp xúc với đất Các hệ số sức kháng cho khả chịu tải nhóm cọc đợc tính toán tổng khả cọc khoan riêng lẻ, chúng giống nh giá trị cho khả cọc khoan đơn Đất rời Không xét đến tiếp xúc bệ cọc với đất, khả riêng rẽ cọc khoan phải đợc chiết giảm hệ số cho cọc đứng riêng biệt, đợc lấy nh sau: 0.65 khoảng cách tim đến tim 2.5 lần đờng kính, 1.0 khoảng cách tim đến tim 6.0 lần đờng kính, (và 4D theo AASHTO 2007) Đối với khoảng cách trung gian, giá trị đợc xác định nội suy tuyến tính IV Sức kháng nhổ cọc đơn nhóm cọc Tổng quát Sức kháng nhổ đợc xem xét tải trọng hớng lên tác động lên cọc khoan Các cọc khoan chịu lực nhổ phải đợc điều tra nghiên cứu sức kháng nhổ lên cờng độ kết cấu chúng, cờng độ liên kết chúng với cấu kiện đỡ Sức kháng nhổ cọc khoan đơn Sức kháng nhổ cọc khoan đơn vách thẳng ớc tính theo cách tơng tự nh để xác định sức kháng bên cọc khoan chịu nén (Điều 10.8.3.3 10.8.3.4) Khi xác định sức kháng nhổ cọc khoan loe bỏ qua sức kháng bên phía phần loe giả thiết phần loe làm việc nh neo Hệ số sức kháng khả chịu nhổ cọc khoan phải lấy nh quy định Bảng 17, 53 207 chơng 3: móng cọc đờng kính lớn Khả chống nhổ tính toán cọc khoan loe đất dính, Q r, theo AASHTO-2007 đợc xác định nh sau: Rr = Rn = Rsbell đây: (185) (184) Rsbell = qsbell Au qs bel l = NuSu ; (MPa) Au = (Dp2 D2) ; (mm2) Nu = hệ số dính bám nhổ lên, Dp = đờng kính phần loe (mm) Db = chiều sâu chôn lớp móng (mm) D = đờng kính cọc khoan (mm) Su = cờng độ kháng cắt không thoát nớc lấy trung bình khoảng cách lần đờng kính loe (2Dp) phía đáy (MPa) = hệ số sức kháng quy định Bảng 17 hay 53 Nếu đất phía địa tầng móng đất trơng nở, Su phải lấy giá trị trung bình nhỏ 2.0Dp phía đáy móng chiều sâu xuyên cọc khoan địa tầng móng (Hình 96) Giá trị Nu giả thiết thay đổi tuyến tính từ 0.0 D b/Dp = 0.75 đến giá trị 0.8 Db/Dp = 2.5, Db chiều sâu dới địa tầng móng Đỉnh địa tầng móng phải đợc lấy từ đáy vùng thay đổi độ ẩm theo mùa Sức kháng nhổ nhóm cọc Các quy định cọc đờng kính nhỏ đợc áp dụng cho cọc khoan nhồi Các hệ số sức kháng sức kháng nhổ nhóm cọc khoan phải đợc lấy nh quy định Bảng 17 hay 53 Bài 8: 208 Hình 96 - Cọc khoan mở rộng chân thiết kế móng cọc đờng kính lớn chơng 3: móng cọc đờng kính lớn I kiểm toán móng cọc Đờng kính lớn theo TTGH cờng độ Các công thức kiểm toán lực nén dọc trục, lực nhổ dọc trục cọc khoan đơn nhóm cọc nh kiểm tra tải trọng ngang cọc đơn nhóm cọc giống nh cọc đờng kính nhỏ (Chú ý khác phần xác định sức kháng) II thiết kế móng cọc theo TTGH sử dụng Chuyển vị ngang móng cọc khoan Thiết kế móng cọc khoan chuyển vị ngang giống nh móng cọc đờng kính nhỏ Giới hạn chuyển vị ngang móng cọc không đợc vợt chuyển vị ngang cho phép 38mm Lún móng cọc khoan Lún móng cọc khoan đơn hay nhóm cọc khoan không đợc vợt chuyển vị cho phép 2.1 Lún cọc khoan đơn Lún cọc khoan đơn phải đợc đánh giá về: Lún ngắn hạn ; Lún cố kết, dợc thi công đất dính ; nén dọc trục cọc Đờng cong độ lún-tải trọng danh định nh Hình 97 đến 100 đợc dùng để giới hạn sức kháng dọc trục tính theo qui định cho trạng thái giới hạn sử dụng Điều 10.8.3 chuyển vị cháp nhận đợc Giá trị phù hợp độ lún danh định phải đợc dùng để giới hạn sức kháng mũi sức kháng bên sử dụng hình Lún dài hạn phải đợc tính nh móng cọc đờng kính nhỏ (Điều 10.7.2) sử dụng phơng pháp móng tơng đơng cộng thêm lún ngắn hạn đợc tính cách sử dụng Hình 97 đến 100 209 Hình 97 Độ lún Sức kháng bên đất dính cọc khoan (O Neill Resse, 1999) chơng 3: móng cọc đờng kính lớn Có thể sử dụng phơng pháp khác để dự tính lún cọc khoan theo O Neill Resses (1999) Hình 98 Độ lún Sức kháng mũi đất dính cọc khoan (O Neill Resse, 1999) Hình 99 Độ lún Sức kháng bên đất rời cọc khoan (O Neill Resse, 1999) 210 chơng 3: móng cọc đờng kính lớn Hình 100 Độ lún Sức kháng mũi đất rời cọc khoan (O Neill Resse, 1999) 2.2 Lún nhóm cọc koan Thiết kế lún nhóm cọc khoan (từ cọc trở lên) dợc tín giống nh móng cọc đờng kính nhỏ III thiết kế móng cọc theo TTGH đặc biệt Kiểm toán móng cọc khoan theo TTGH đặc biệt giống nh móng cọc đờng kính nhỏ 211 ... 3: móng cọc đờng kính lớn Hình 88 - Cốt thép cọc ống BTCT cầu Tân Đệ (Thái bình) chơng 3: móng cọc đờng kính lớn Bài Thi công cọc ống đờng kính lớn II Công nghệ hạ cọc bê tông cốt thép đờng kính. .. cấu tạo móng cọc ống Đờng kính lớn I Cọc ống bê tông cốt thép Thông số cọc - 154 Đờng kính cọc D = 800 ~ 2000 mm chơng 3: móng cọc đờng kính lớn - Chiều dài cọc thờng từ 20 ~ 50 m (có thể lớn 50... trình 164 chơng 3: móng cọc đờng kính lớn Hình 91 - Cấu tạo cọc khoan nhồi móng cầu Kiền (Hải Phòng) 165 chơng 3: móng cọc đờng kính lớn Sơ đồ bố trí cọc kích thớc bệ cọc Cách bố trí cọc định đến