GIỚI THIỆU CỌC BÊ TÔNG LY TÂM ỨNG LỰC TRƯỚCNHÓM 1O Trang1
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA XÂY DỰNG VÀ CƠ HỌC ỨNG DỰNG Giới thiệu cọc bê tông
ly tâm ứng lực trước
Môn học: NỀN & MÓNG

GVHD: TS. Nguyễn Văn Tiếng
NHÓM: 10 GIỚI THIỆU CỌC BÊ TÔNG LY TÂM ỨNG LỰC TRƯỚCNHÓM 1O Trang2 NỘI DUNG

Chương 1: Tổng quan về cọc bê tông cốt thép và các

(1.1)
Trong đó:

Rb – cường độ chịu nén của bê tông.
Ac – diện tích mặt cắt ngang cọc.
Rs – cường độ chịu nén của thép.
 – hệ số uốn dọc. Tra bảng 1.1
As – diện tích của cốt thép bố trí trong cọc.
Bảng 1.1 Hệ số uốn dọc
Trong đó
:
b: Là cạnh cọc vuông.
d: Đường kính cọc tròn.
Ltt : chiều dài tính toán của cọc, không kể phần cọc nằm trong lớp đất yếu bên trên.

GIỚI THIỆU CỌC BÊ TÔNG LY TÂM ỨNG LỰC TRƯỚCNHÓM 1O Trang4
1.1.2 Cọc khoan nhồi.
Đường kính cọc thường là 0,6m, 0,8m, 1,0m, 1,2m, 1,4m. Chiều dài cọc không
hạn chế tùy theo điều kiện địa chất công trình, từng địa điểm xây dựng và quy
mô công trình. Thí dụ ở Hà Nội cọc thường cắm vào tầng cát lẫn cuội sỏi ở độ sâu
40 ÷ 50m, ở thành phố Hồ Chí Minh cọc nhồi thường cắm vào tầng đất sét pha nửa
cứng ở độ sâu 30 ÷ 50m. Chiều dài cọc khoan nhồi lớn nhất Việt Nam hi
ện nay là
cọc của cầu Mỹ Thuận.
Khả năng chịu tải theo vật liệu cọc được tính theo công thức:
(1.2)
Trong đó:

Búa rung là loại búa khá đa năng. Búa rung có nguyên lý làm việc và các thành
phần thiết bị khác hẳn với búa hơi. Giữa búa và cọc không có mũ cọc, thay vào vị
trí đó là kẹp. Búa rung thường có tần số rung lớn nhất trong khoảng 15 ÷30 Hz
(900 ÷1800 vòng/phút) moment lệch tâm trong khoảng 0,25 ÷1,13 kNm, năng
lượng trong khoảng 50 ÷120 kW. Thiết bị này thường chỉ phù hợp với cọc thép
(dạng bản).
1.2.1.2 Búa hơi đơn động
.
Búa này được đẩy lên bằng năng lượng hơi chiều cao rơi búa H là cố định.
1.2.1.3 Búa diezen đơn động và song động
.
Búa này được đẩy lên bằng năng lượng do diezen cháy chiều cao rơi búa H là
thay đổi phụ thuộc vào sức kháng của đất nhược điểm của búa này là: Tiếng nổ lớn
(do diezen phát cháy), khí do diezen cháy gây ô nhiễm môi trường.
1.2.2. Chọn sơ bộ búa đóng cọc
.
Với búa đóng cọc ta cần chọn búa phù hợp để sao cho dễ đóng mà lại không gây
hư hại cho cọc. Búa nhẹ nhất có trọng lượng khoảng 0,9 kN và năng lượng biểu
kiến là 1,4kN. Búa nặng nhất có trọng lượng tới 1500kN và năng lượng biểu kiến
tới 3000kN.
Cách chọn búa sơ bộ:
Tại độ sâu thiết kế mũi cọc, độ chối hợp lý là e = 3,8 ÷8 mm. Suy ra số nhát đập
để c
ọc đi được 250 mm là N250 = 250/e = 31 ÷66 nhát. Số nhát đập để cọc đi được
1m là N1000 = 125 ÷260 nhát. Năng lượng hữu hiệu của búa nên chọn là:
(1.3)
Trong đó:
GIỚI THIỆU CỌC BÊ TÔNG LY TÂM ỨNG LỰC TRƯỚC

Cọc bê tông cốt thép thường có mác bê tông là mác 250 đến mác 350. Với loại
cọc này tiết diện cọc chủ yếu nằm trong loại cọc nhỏ, là loại nhỏ hơn 45x45cm sức
chịu tải của cọc theo vật liệu vì vậy cũng không lớn.
Cọc nhỏ thường là giải pháp tối ưu cho công trình có tải trọng không lớn, khi tải
GIỚI THIỆU CỌC BÊ TÔNG LY TÂM ỨNG LỰC TRƯỚCNHÓM 1O Trang7
trọng chân cột lớn, đòi hỏi nhiều cọc trong một nhóm cọc do đó đài cọc rất lớn và
việc bố trí đài cọc trong công trình ngầm cũng gặp khó khăn.
1.3.2 Cọc khoan nhồi
.
Cọc nhồi có tiết diện và độ sâu mũi cọc lớn hơn nhiều so với cọc đúc sẵn, nên
mặc dù sức kháng đơn vị nhỏ đi, nhưng sức chịu tải vẫn lớn, do đó số lượng cọc
trong 7 một đài cọc ít, việc bố trí đài cọc trong các công trình ngầm cũng dễ dàng
hơn vì vậy khi tải trong công trình rất lớn khoảng 15 tầng thì ta nên dùng cọc
khoan nhồi.
Ưu điểm
: của cọc khoan nhồi là cọc có thể đặt vào những lớp đất rất cứng thậm
chí tới đá mà cọc đóng không thể tới được. Một ưu điểm khác của cọc nhồi là sức
chịu tải ngang rất lớn việc thi công cọc
nhồi có chấn rung nhỏ hơn nhiều so với thi công cọc đóng, thi công cọc nhồi không
gây trồi đất xung quanh không đẩy các cọc sẵn có xung quanh sang ngang.
1.3.3 Cọc ống ly tâm ứng lực trước.
Cọc ống ly tâm ứng lực trước có thể cắm sâu hơn nhiều so với cọc bê tông cốt
thép thường nên tận dụng được khả năng chịu tải của đất nền do đó số lượng cọc
trong một đài ít việc bố trí và thi công cũng dễ dàng, tiết kiệm chi phí xây dựng đài
móng.
Do sử dụng bê tông và thép cường độ cao nên giảm tiết diện cốt thép dẫn đến

Qm – khả năng chịu tải mũi cọc, tra bảng.
fsi – khả năng ma sát xung quanh cọc.
Fc – tiết diện cọc.
Li, u – chiều dài phân đoạn và chu vi cọc.
Đối với cọc trong đất yếu với độ sệ
t B < 0,6 và cát có Df < 0,33 (trạng thái rời)
thì quy phạm khuyến cáo nên xác định bằng phương pháp nén tĩnh.
B: Độ sệt.
Df: độ chặt tương đối.
GIỚI THIỆU CỌC BÊ TÔNG LY TÂM ỨNG LỰC TRƯỚCNHÓM 1O Trang9
Riêng đối với cọc khoan nhồi, trị số qm được xác định thep phương pháp sau.
Trường hợp trong cát.
(1.7)
Trong đó:
A,B - tra bảng
γ ‘,γ - dung trọng của đất nền dưới và trên mũi cọc.
L, D – chiều dài cọc và đường kính cọc.
Trường hợp trong sét.
Trị số qm được tra bảng theo độ sệt B.
1.4.2 Phương pháp tính theo cường độ
.
(1.8)
Với FSs là hệ số an toàn cho thành phần ma sát FSs = 2.
FSp là hệ số an toàn cho sức chống dưới mũi cọc FSp = 3.
1.4.2.1 Thành phần ma sát xung quanh cọc Qs.
Ntb – số búa trung bình suốt chiều dài cọc.
Hệ số an toàn áp dụng cho công thức trên là 2,5 ÷3,0.
1.4.4. Phương pháp tính từ kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh.

Xuyên tĩnh được thực hiện bằng mũi côn tiết diện 10cm2
trong đất để đo sức chống xuyên Rp cho từng 20cm độ sâu dưới đất.
Từ giá trị Rp này, quy phạm cho phép tính qm và fs như sau:
Khả năng chịu tải mũi cọc.
qm = Kr.Rp
trong đó:

Rp – khả năng chống xuyên tại mũi cọc.
Kr – hệ số tra theo loại đất và loại cọc, được lấy trung bình Kr = 0,5 cho cọc
thường và Kr = 0,3 cho cọc khoan nhồi.
Hệ số an toàn cho mũi cọc được lấy FS = 3.
Khả năng ma sát xung quanh.

Được tính cho từng lớp i mà cọc xuyên qua tương ứng với Rpi, hệ số α trong
trường hợp này thay đổi khá lớn.
Cọc bê tông α = (30 ÷40) cho sét từ yếu đến cứng.
α = 150 cho cát.
Cọc khoan nhồi α = (15 ÷35) cho sét từ yếu đến cứng. α = (80 ÷120) cho cát.
Hệ số an toàn cho ma sát được lấy FS = 2.

GIỚI THIỆU CỌC BÊ TÔNG LY TÂM ỨNG LỰC TRƯỚCNHÓM 1O Trang12
1.4.5. Phương pháp xác định từ thí nghiệm nén tĩnh cọc.
Đây là phương pháp chính xác nhất để xác định khả năng chịu tải của cọc đơn,

Trong đó:
Wb – Trọng lượng búa.
Wc – Trọng lượng cọc và mũ chụp đầu cọc.

K – hệ số tra bảng 1.1. GIỚI THIỆU CỌC BÊ TÔNG LY TÂM ỨNG LỰC TRƯỚCNHÓM 1O Trang14
Bảng 1.1

Độ chối giả
Đối với đất sét do đặc tính nhạy
nên các màng nước bao xung quanh hạt
sẽ bị phá hoại khi đóng búa, làm cho đất
bị phá hoại cấu trúc và trở nên yếu đi, do
đó càng đóng búa nhanh trong đất sét
cọc càng dễ xuống, độ chối tăng lên,
người ta gọi là độ chối giả. Ngưng lại
một thời gian, đóng tiếp cọc khó xuống
hơn do đất sét có kh
ả năng phục hồi.
Ngược lại trong đất cát, càng đóng
nhanh cọc càng khó xuống do ứng suất
bị dồn nén ngay tại mũi cọc trở nên rất
cứng và cản trở cọc khó xuống được, ta
cũng có độ chối giả. Ngưng lại thời gian
để cát ở dưới mũi cọc giãn ra cọc đóngsẽ

hóa học với đất sét xung quanh (người ta tận dụng phản ứng này trong việc gia cố đất sét
bằng xi măng hoặc vôi). Hơn nữa, thành phần của cọc nhồi thường sần sùi hơn so với cọc
đúc sẵn, do đó sức kháng được cải thiện một phần
Với đất dính bão hòa nước, ta nên sử dụng sức kháng cắt không thoát nước Su .
(tức là cu) để dự báo sứ
c chịu tải của cọc vì đây là trường hợp nguy hiểm hơn.
Khi có tải trọng tác dụng, toàn bộ tải trọng sẽ do nước lỗ rỗng dư tiếp nhận. Với
đất dính thoát nước kém nước lỗ rỗng dư tiêu tán cực kỳ chậm (coi như không tiêu
16 tán). Do đó thời gian đầu, ứng suất hữu hiệu σ’ không đổi, cho nên sức kháng cắt
không đổi. Vì vậy ta sử dụng Su để
tính toán.
Sau một khoản thời gian dài, nước lỗ rỗng sẽ tiêu tán dần, và do đó tải trọng bên
ngoài sẽ truyền dần lên hạt đất. ứng suất hữu hiệu σ’ tăng lên, làm cho sức kháng cắt
cũng tăng lên. Như vậy, độ an toàn của công trình cũng tăng lên.
Tóm lại thời điểm nguy hiểm nhất với đất dính là khi công trình vừa thi công
xong, nước chưa kịp thoát đi.
Ngược lại v
ới một số đất dính “quá cố kết mạnh” (OCR ≥ 1), có hiện tượng
“chùng” hay “mềm” đi, tức là sức kháng cắt giảm theo thời gian, nguyên nhân của
hiện tượng này là khi chịu tải trọng đất “quá cố kết mạnh” có thể bị nở ngang, do đó hút
nước ở các vùng lân cận. Độ ẩm tăng lên làm sức kháng cắt giảm đi. Trường hợp này,
nên đánh giá sức chịu tải theo thông số thoát nướ
c.
1.5.2 Cọc trong đất cát.
GIỚI THIỆU CỌC BÊ TÔNG LY TÂM ỨNG LỰC TRƯỚCNHÓM 1O Trang17
Cọc ép hoặc đóng thường làm chặt đất cát xung quanh cọc, dẫn đến sự lún của
đất xung quanh cọc, hệ số áp lực ngang Ko sẽ tăng lên, đồng thời sức kháng cắt của đất

Thân cọc bị gián đoạn bởi các đoạn bê tông xốp, bởi các lớp đất
Tại một vài vị trí, tiết diện thân cọc có hiện tượng co thắt lại hoặc bì phình ra
Trong bê tông cọc có lẫn các thấu kính đất
1.6.3 Cọc bê tông cốt thép thường:

Chiều dài cọc nhỏ, nên khi độ sâu ép cọc lớn thì mối nối cọc nhiều khó kiểm soát
độ thẳng đứng của cọc.
Do đúc tại công trường trình độ tay nghề công nhân không đều, bị phụ thuộc vào
thời tiết nên chất lượng cọc không được ổn định. GIỚI THIỆU CỌC BÊ TÔNG LY TÂM ỨNG LỰC TRƯỚCNHÓM 1O Trang19
Chương 2
LÝ THUYẾT VỀ BÊ TÔNG ỨNG LỰC TRƯỚC VÀ CHẾ TẠO CỌC
BÊTÔNG LY TÂM ỨNG LỰC TRƯỚC.
NHÓM 1O Trang20
vậy ứng lực trước chính là việc tạo ra cho kết cấu một cách có chủ ý các ứng
suất tạm thời nhằm tăng cường sự làm
việc của vật liệu trong các điều kiện sử dụng khác nhau. Chính vì vậy bê tông
ULT đã trở thành một sự kết hợp lý tưởng giữa hai loại vật liệu hiện đại có
cường độ cao.So với BTCT thường thì bê tông ULT có các ưu điểm c
ơ bản
sau
Cần thiết và có thể dùng được thép cường độ cao
Ứng suất trong thép thông thường giảm từ 100Mpa đến 240Mpa, như vậy
để phần ứng suất bị mất đi chỉ là một phần nhỏ của ứng suất ban đầu thì ứng
suất của thép ban đầu phải rất cao vào khoảng 1200Mpa đến 2000Mpa. Để
đạt được điều này thì việc sử dụng thép cường độ cao là thích h
ợp nhất
Cần phải sử dụng bê tông cường độ cao trong bê tông ULT vì loại vật liệu
này có khả năng chịu kéo, chịu cắt, chịu uốn cao và sức chịu tải cao. Bê tông
cường độ cao ít xảy ra vết nứt do co ngót, có mođun đàn hồi cao hơn, biến
dạng do từ biến ít hơn do đó ứng suất trước trong thép sẽ bị mất ít hơn. Việc
sử dụng bê tông cường độ
cao sẽ làm giảm kích thước ngang của cấu kiện,
giảm trọng lượng của cấu kiện, vượt nhịp lớn sẽ làm tăng hiệu quả kinh tế, kỹ
thuật. Có khả năng chống nứt cao hơn (do khả năng chông thấm tốt hơn)
dùng bê tông ULT người ta có thể tạo ra các cấu kiện không xuất hiện các
khe nứt trong vùng bê tông chịu kéo hoặc hạn chế sự phát triển của bề r
ộng
vết nứt khi chịu tải trọng sử
dụng.
Có độ cứng lớn hơn do đó có độ võng và biến dạng bé hơn.

Tùy theo loại và mặt ngoài của cốt thép mà lực N được truyền lên bê tông qua
các đầu mặt khi dùng cá bộ phận neo hoặc là nhờ lực dính giữa cốt thép với bê
tông trên suốt chiều dài của cấu kiện (trường hợp bám dính). Trong trường hợp
sau, để làm cốt thép căng trước, người ta dùng cốt thép có gờ (có bề mặt xù xì)
hoặc tao thép xoắn lại để đảm bảo cốt thép tự neo suốt chiều dài của cấu ki
ện
và đảm bảo sự cùng làm việc nguyên khối với bê tông. Phương pháp này có thể
dùng khi chế tạo các cấu kiện của những kết cấu chỉ đòi hỏi lực N tương đối
nhỏ để ép bê tông và trong thời gian bê tông đông cứng, lực N đó có thể truyền
lên bệ tỳ hoặc lên đầu mặt của copfa trong quá trình thi công.
Một dạng khác của phương pháp căng trước là phương pháp nhiệt điệ
n để kéo
căng cốt thép. Người ta cho dòng diện chạy qua cốt thép đã đặt sẵn trong
khuôn và nung nóng các thanh tới 3000C làm cho các thanh bị giãn dài ra. Các
đầu thanh được gắn chặt vào trong các khuôn hoặc các bệ tỳ đặc biệt, các khuôn
hoặc các bệ tỳ đó sẽ tiếp nhận nội lực xuất hiện khi các thanh nguội đi. Tiến
hành đổ bê tông và khi bê tông đã đạt cường độ cần thiết thì người ta thả các
đầu thanh ra. Lúc này xảy ra hiện tượng bê tông b
ị ép. Phương pháp nhiệt điện
thường được dùng khi chế tạo các thành phẩm kích thước nhỏ có đặt các thanh
cốt thép.
2.2.2. Phương pháp căng sau.

Trước hết đặt các cốt thép thông thường vào các ống rãnh bằng tôn, kẽm hoặc
bằng vật liệu khác để tạo các rãnh dọc, rồi đổ bê tông sau khi bê tông đông cứng
thì tiến hành luồn và căng cốt thép ứng lực. Trong trường hợp này người ta
dùng những cấu kiện đã được chế tạo để làm bệ tỳ. Khi kéo căng cốt thép phản
lực được truyền lên các đầu mặt của cấ
u kiện (thông qua đầu neo) và gây ra ứng
suất nén trong bê tông ở các tiết diện của nó như trường hợp căng trước. Để tạo

ới hạn puf là 1720Mpa và 1860Mpa, kết dính hoặc không
kết dính.
2.4. Đánh giá tổn hao ứng suất trong các giải pháp ứng lực.
Trong quá trình chế tạo và sử dụng cấu kiện bê tông cốt thép có xảy ra hiện
tượng ứng suất kéo trước bị tổn thất làm ảnh hưởng rất nhiều đến sự làm việc
của kết cấu. Những tổn thất thường xảy ra bao gồm:
Sự dão ứng suất trong c
ốt thép (khi kéo căng vào bệ tỳ).
Các biến dạng của khuôn của các neo và các bộ phận kẹp (ép các mối nối giữa
các khối lắp ghép, ép các vòng đệm của neo).
Tổn thất do các chùm hoặc các thanh cốt thép riêng rẽ không được kéo căng đều
nhau.
Tổn thất do co ngót và do từ biến của bê tông.
Do tác động của tải trọng có chu kỳ.
Do dão ứng suất trong cốt thép (khi kéo căng cốt thép vào bê tông).
Chẳng hạn khi cấu kiện bị ép đúng tâm thì d
ưới ảnh hưởng của việc căng trước,
cốt thép giãn dài một đoạn ctlΔ ứng với ứng suất oσ sau khi buông các thiết
bị kéo căng thì cốt thép co ngắn lại và bê tông bị co lại với độ co đàn hồi là
btlΔ và như thế chính cốt thép bị rút ngắn lại một đoạn bằng trị số đó, làm cho
ứng suất kéo trước bị tổn thất m
ột giá trị dưới ảnh hưởng của độ co và tính từ
biến của bê tông mà cấu kiện bê tông cốt thép dần dần bị rút ngắn thêm một trị
số ctblΔ do đó cốt thép cũng bị rút ngắn một đoạn bằng trị số đó (nhờ lực
dính) nên ứng suất trước bị tổn thất do co ngót và từ biến
GIỚI THIỆU CỌC BÊ TÔNG LY TÂM ỨNG LỰC TRƯỚCNHÓM 1O Trang25