Ltt/
b
Ltt/
d


trước TỔNG QUAN VỀ cọc BÊ TÔNG CỐT THÉP VÀ CÁC PHƯƠNG
và
1. Lý do chọn đề tài.
điều kiện thi công thực
tế để sử dụng cọc bê tông ly tâm úng lực trước đạt hiệu
PHÁP
quả Trong các côngĐÁNH
trình xây
dựng
sử CHỊU
dụng cọc
bêCỦA
tông cọc
cốt thép thường có các
GIÁ
SỨC
TẢI
cao.
mặt

1.1. Phân loại cọc.
hạn chế.
1.1.1
bê tông
cốtcún.
thép thường.
3. PhươngCọc
pháp
nghiên

QVL=ợ>.(Rh.Ảc
+ Rs.As)
tông ly tâm ứng suất trước vì có các ưu điểm:
As - diện tích của cốt thép bố trí trong
Bê tông được nén trước ở điều kiện khai thác phần bê tông không suất hiện
cọc.
ứng
Bảng
1.1(hoặc
Hệ sonếu
uốncódọc
suất kéo
suất hiện thì giá trị nhỏ không gây nứt).
Do bê tông được úng suất trước, kết họp vói quay ly tâm đã làm cho cọc
đặc
chắc
Trongchịu
đó: được tải trọng cao không nứt, tăng khả năng chống thấm, chống ăn
mòn
cốt
thép,
mòn
b: Là ăn
cạnh
cọcsulphate.
vuông,
d: Đưòng
kính bê
cọctông và thép cưòưg độ cao nên tiết diện cốt thép giảm dẫn
Do sử dụng


(1.2)

Trong đó:
Rb - cường độ chịu nén của bê tông.
Ac - diện tích mặt cắt ngang cọc.
Rs - cường độ chịu nén của thép.
As - diện tích của cốt thép bố trí trong
cọc.
k.m - hệ số điều kiện làm việc, k.m =
0,7.
1.1.3

Cọc bê tông ly tâm ủng lực trước.

Cọc có đường kính từ 3004 1000 (mm). Được sản xuất bằng phương pháp
4


Cọc hạ bằng máy chấn động .
1.2.1

Cọc hạ hằng bủa (búa rung, bủa hon, bủa diezen ).

1.2.1.1

Bủa rung.

Búa rung là loại búa khá đa năng. Búa rung có nguyên lý làm việc và các
thành


Vói búa đóng cọc ta cần chọn búa phù họp để sao cho dễ đóng mà lại
không

gây

hư hại cho cọc. Búa nhẹ nhất có trọng lưọng khoảng 0,9 kN và năng lưọng biểu
kiến

là

l,4kN. Búa nặng nhất có trọng lưọng tới 1500kN và năng lưọng biểu kiến tới
5


Trong đó:
r - phần trăm năng lưọng hữu ích mà đầu cọc nhận được tạm lấy r = 75%.
1.2.3

Cọc hạ bằng máy ép.

Nguyên lý của công tác ép cọc tưong tự như thí nghiệm xuyên tĩnh hay thí
nghiệm nén tĩnh trong đó người ta dùng kích để ép cọc đi xuống với một tóc độ
nào

đó

đối trọng trong công tác ép cọc thường là nhũng khối bê tông. Đe ép được cọc
xuống
độ sâu thiết kế, lực ép (là lực bán tĩnh) phải thắng được sức kháng cực hạn của

chưa

tỏ
6

ra


một đài cọc ít, việc bố trí đài cọc trong các công trình ngầm cũng dễ dàng hon vì
vậy
khi tải trong công trình rất lón khoảng 15 tầng thì ta nên dùng cọc khoan nhồi.
ưu điểm của cọc khoan nhồi là cọc có thể đặt vào những lóp đất rất cứng
thậm
chí tói đá mà cọc đóng không thể tới được.
Một ưu điếm khác của cọc nhồi là sức chịu tải ngang rất lón việc thi công
cọc
nhồi có chấn rung nhỏ hon nhiều so với thi công cọc đóng, thi công cọc nhồi
không
gây trồi đất xung quanh không đấy các cọc sẵn có xung quanh sang ngang.
1.3.3

Cọc ong ly tâm ủng lực trước.

Cọc ống ly tâm ứng lực trước có thể cắm sâu hon nhiều so với cọc bê tông
cốt
thép thưòng nên tận dụng được khả năng chịu tải của đất nền do đó số lưọng cọc
trong
một đài ít việc bố trí và thi công cũng dễ dàng, tiết kiệm chi phí xây dụng đài

Hình 1.3 công trình sử dụng cọc bê tông ly tâm ULT

khả

năng

chịu

tải

fsi - khả năng ma sát xung quanh cọc.
Fc - tiết diện cọc.
Lị, u - chiều dài phân đoạn và chu vi cọc.
8

mũi

cọc,

tra

bảng.


Df: độ chặt toong đối.
Riêng đối với cọc khoan nhồi, trị số qm được xác định thep phưong pháp
sau.
Trường họp trong cát.
qm=ữ,lỉ./3.(ỵ'.D.Al

+a.ỵvL.B‘k)


9


qp=l,3*C*Nc + ỡ-'v*Nq +0,4*y *b*iV^ (đối với cọc vuông).

(1.11)

Nc, Nq, Nỵ . Tra bảng 3.5 trang 174 sách Nền Móng của TS. Châu Ngọc
b. Theo
phương
pháp
Meyerho/.
(1.12)
qp = C*Nc + q*Nq
Tra biểu đồ 3.28 trang 178. sách Nền Móng của TS. Châu

c. Theo

TCVN
Qp205= C*Nc +ơ V *Nq + ỵ *R* Ny
1998.

1.4.3.

(1.13)

Phương pháp tính từ kết quả thí nghiệm xuyên động (SPT).

Xuyên động (SPT) đuợc thực hiện bằng ống tách đưòng kính 5,lcm, dài
45cm,

(1.16)
«/

Được tính cho từng lóp i mà cọc xuyên qua tưong úng với Rpi, hệ số a
trong
trường họp này thay đổi khá lón.
Cọc bê tông a = (30 -r 40) cho sét tò yếu đến cứng, a = 150 cho cát.
Cọc khoan nhồi a = (15-ỉ-35) cho sét từ yếu đến cứng, a = (80-ỉ-120) cho
cát.
Hệ số an toàn cho ma sát được lấy FS = 2.
1.4.5.

Phương pháp xác định từ thí nghiệm nén tĩnh cọc.

Đây là phưong pháp chính xác nhất để xác định khả năng chịu tải của cọc
đon,
tuy nhiên phưong pháp này thực hiện phức tạp và tốn kém nhiều kinh phí.
Quy định đòi hỏi số lưọng cọc phải tiến hành công tác thử nén tĩnh (3 -ỉ5)%

số

11


Loại Búa
Loại búa song động hay Diezen
Loại búa đon động
Búa trọng lực

Cọc

Đối vói đất sét do đặc tính nhạy
Trong điều kiện đất yếu, biểu đồ thể hiện đưòng cong đều thì giá trị Qu có
nên các màng nước bao xung quanh
thể
hạt
đuợc chọn tại độ lún À = 0, ìx[S h ].
sẽ bị phá hoại khi đóng búa, làm cho
đất Trong truòng họp tải trọng của cọc quá lón không thể thực hiện để đạt đến
bị phá hoại cấu trúc và trở nên yếu đi,
giá
trị
do định tải trọng giói hạn thì ta có thể dùng phuong pháp của Davisson nhu sau:
xác
đó càng đóng búa nhanh trong đất sét
cọc càng
xuống, +độ—chối
tăng lên,
5 = 5dễ
+ 0,0038
= -^Ì.P
+ 0,0038 + — m
120giả. Ngưng lại
người ta gọi là độ chối

(1.17)

một thòi gian, đóng tiếp cọc khó
ô - độ biến dạng đàn hồi của cọc duới tác dụng của cấp tải p.
xuống
Phương

Do độ chối của một búa được lấy trung bình của 10 búa liên tiếp, ta suy ra
Trong đó:
sức
wb - Trọng lưọng búa.
12
13


Công thức tông quát.
(1.20)

Trong đó:
K=2
Qu - khả năng chịu tải tói hạn của cọc (tấn).
E, Ac, L - modun đàn hồi, tiết diện và chiều dài
cọc.
e - độ chối cọc.
eđ - độ chối đàn hồi của cọc.
wb - trọng luọng búa rơi.
wc - trọng lượng cọc và mũi đệm.
H - chiều rơi của búa.
(1.21)

Công thức theo quy phạm: K = 2.
(1.22)

Trong đó:
p2 = 0,25 cho cọc thép.
p2 = 0,1 cho cọc khác.
14


1.5. Ánh hưởng của quá trình thi công cọc đến sức chịu tải của cọc
1.5.1

Cọc trong đất sét.

Khi thi công cọc, đất sét bị xáo trộn, do đó sức kháng cắt không thoát nước
của
s
đất sét tạm thòi giảm xuống còn Sur(Sw. = —,trong đó St là độ nhạy của đất sét).
Tuy
nhiên, sau một thòi gian dài cọc nghỉ, áp lực nước lỗ rỗng dư sẽ tiêu tán dần, ở
đa

số

đất sét sẽ có hiện tượng sức kháng cắt sẽ phục hồi một hoặc toàn phần theo thời
gian.
Vói cọc nhồi nếu ta không giữ thành bằng dung dịch (bentonite hoặc
polyme),

có

thể có nhũng tảng, cục sét bị lở, đặc biệt nếu chúng lở trong quá trình đố bê tông
thì
chất lưọng bê tông kém đi. Sức kháng cắt của đất sét xung quang cọc sẽ bị giảm
do

hút



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 K0 sẽ tăng lên, đồng thòi sức kháng cắt
của

đất

sẽ tốt hoư. Tính chất của đất có tốt lên làm cho sức chịu tải của cọc (tính theo đất
nền)
cao hoư.
Đối với cọc nhồi, việc khoan lỗ sẽ làm đất cát (cả ở thành hố và đáy hố) rời
rạc
16


+ Do sử dụng bê tông và thép cường độ cao nên giảm tiết diện cốt thép dẫn
đến
trọng lượng cọc giảm thuận lọi cho việc vận chuyển, thi công dẫn đến kinh tế
hoTL.
1.6.2

Một số dạng hư hỏng thường gặp ở cọc khoan nhồi:

a. Nhũng hư hỏng ở mủi cọc:

Sự lắng đọng bùn khoan kết họp đất nhão ngay dưới mũi cọc.
Bê tông mũi cọc bị xốp do lẫn tạp chất v.v...
b. Nhũng hư hỏng ở thân cọc:


2.1. Khái niệm về bê tông ửng lực trước.

Bê tông ứng lực trước là bê tông trong đó thông qua lực nén trước để tạo ra
và
phân bố một phần ứng suất bên trong phù họp nhằm cân bằng với một lưọng ứng
suất
do tải trọng ngoài gây ra. Với cấu kiện bê tông ULT, ứng suất được tạo ra bằng
cách
kéo thép cường độ cao.
Bê tông thường có cưòng độ chịu kéo rất nhỏ so với cưòng độ chịu nén. Đó
là
nhân tố dẫn đến việc xuất hiện một loại vật liệu hỗn họp “bê tông cốt thép”. Việc
xuất
hiện sóm các vết nứt trong bê tông cốt thép do biến dạng không tương thích giữa
thép
và bê tông là điểm khỏi đầu cho một loại vật liệu mới đó là “bê tông ứng suất
trước”
việc tạo ra ứng suất nén cố định cho một loại vật liệu chịu nén tốt nhưng chịu
kéo

kém

như bê tông sẽ làm tăng đáng kế khả năng chịu kéo vì ứng suất kéo xảy ra khi
ứng

suất

nén đã bị vô hiệu. Sự khác nhau cơ bản giữa bê tông cốt thép và bê tông ứng lực
là


xảy ra vết nứt do co ngót, có mođun đàn hồi cao hon, biến dạng do tò biến ít hon
do

đó

ứng suất trước trong thép sẽ bị mất ít hon. Việc sử dụng bê tông cưòng độ cao sẽ
làm
giảm kích thước ngang của cấu kiện, giảm trọng lưọng của cấu kiện, vượt nhịp
lón

sẽ

làm tăng hiệu quả kinh tế, kỳ thuật.
Có khả năng chống nứt cao hon (do khả năng chông thấm tốt hon) dùng bê
tông
ULT ngưòi 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 rộng vết nứt khi chịu tải trọng sử
dụng.
Có độ cúng lón hon do đó có độ võng và biến dạng bé hon.

20


Hình 2.1: Sơ đồ phương pháp căng trước
a)

Trước khi buông cốt thép ULT - b) sau khi buông cốt thép ULT.

1 - Cốt thép ứng lực trước.

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 cúng
thì
tiến hành luồn và căng cốt thép úng lực. Trong trường họp này người ta dùng
nhũng
cấu kiện đã được chế tạo để làm bệ tỳ. Khi kéo căng cốt thép phản lực được
truyền

lên

các đầu mặt của cấu kiện (thông qua đầu neo) và gây ra úng suất nén trong bê
tông

ở

các tiết diện của nó như trường họp căng trước. Đe tạo ra liên kết (lực dính) giừa

Hình 2.2: Sơ đồ phương pháp căng sau.
a) Trong quả trình căng - b) Sau khi căng.
1 - Cốt thép ứng lực trước.
2 — Cẩu kiện BTCT; 3 - Ông rãnh; 4 — Thiết bị kích.

22


2.3. Vật liệu sử dụng cho bê tông ứng lực trước.
2.3.1.

Bê tông cường độ cao.

tượng ứng suất kéo trước bị tốn thất làm ảnh hưỏng rất nhiều đến sự làm việc
của

kết

cấu. Nhũng tốn thất thưòng xảy ra bao gồm:
Sự dão úng suất trong cốt 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).
23


chính cốt thép bị rút ngắn lại một đoạn bằng trị số đó, làm cho ứng suất kéo trước
bị

ct
A/.

mà cấu kiện bê tông cốt thép dần dần bị rút ngắn thêm một trị số Aỉcth do đó cốt
thép
do co ngót và từ biến làAI.
—~.ơ0
ct

(c)
Hình 2.3: Biến dạng của cốt thép và của cấu kiện, các tốn thất của ứng
suất.
a)



định
(2.1)

Trong đó:
k - hệ số kể đến các tính chất của cốt thép lấy bằng
1 - đối với cốt thép sợi cưòng độ cao và các thành phần làm từ cốt
thép

sợi

cường độ cao (bó dây cáp)
0,8 - đối vói các loại cốt thép khác
R - cấp độ bền thiết kế của bê tông
Ro - cưòng độ của bê tông trong thòi gian bị ép
ơht - ứng suất nén trong bê tông do lực ép trước tại trọng tâm cốt thép dọc
As và
A’s, lực ép này xác định trước khi có các tổn thất xảy ra sau quá trình ép bê tông,
nếu
khi đó trọng lưọng bản thân của cấu kiện ảnh hưỏng đến sự phân bố ứng suất
trên

tiết

diện trong quá trình ép cấu kiện thì nên kể đến các tải trọng khác tác dụng khi ép
bê
(2.2)
Ở đây các ứng suất trước ƠQ trong cốt thép căng trước As không kể đến các tổn
thất.
25

cán nóng
A-III,
A-I,
vóiphần
cốt rãnh
thép
gờ
lên
trục
kéokim loại
Rãnh có mặt ngoài bằng
0,00
0,35
0,4
3 thép) loại A-IIIB và A-IIB thì không kể đến tổn thất do
dọc
của
cấu kiện.
nguội
(trước
khi căng cốt
0
0,55
0,65
Rãnh có mặt ngoài bằng bê tông được
dão
p
hệ
số
ma

1 - chiều dài của chùm cốt thép bị kéo căng (mm).

2.4.5.

Tốn thất do ma sát của cốt thép ơ5.

(2.4)
Trong đó:
ơkt - ứng suất trước dùng đế kiểm tra cốt thép, khi không có tổn thất thì
cho phép
ơkt=ơ0.
e - cơ số lôgarit tự nhiên.
k - hệ số kể đến sự sai lệch của đoạn thẳng của rãnh so với vị trí thiết kế

26


K bt

2.4.8.
2.4.9.

Tốn thất do biến
tác dụng
dạngcủa
củatải
khuôn
trọngơ9.
cỏ chu kỳ
cr8 = 600,-^Ía9=j.Ec,

(2.7)
(2.8)

Trong đó:
A/ - chuyển vị của các bệ tỳ (chốt) tại mức và phương của thanh hoặc sợi
đang
xét do biến dạng của khuôn dưới tác dụng của lực kéo trước cốt thép xuất hiện
sau

khi

cố định được các ứng suất kiểm tra.
1 - chiều dài của thanh hoặc sọi.
Có thể lấyTốn
gầnthất
đúng
g^+//ỡ
= 1+không
ỈOC +
/ẨỠ
2.4.10.
do:kéo
cốt thép
đều
CTỊO .

(2.5)




sau

Người ta xác định các trị số Aơbt đối với từng nhóm cốt thép bị kéo căng

nhóm cốt thép có xác định tốn thất ứng suất cốt thép của nhóm được kéo căng
sóm
hơn sẽ cho ứng suất có trị số lớn hon trị số thay đổi ứng suất tìm được bằng
phưong
pháp đó.
Khi xác định thay đối ứng suất trước nên phân chia cốt thép thành 2-3
nhóm
Trong tất cả các trường họp, trị số tống cộng của các ứng suất nên lấy
X
X

(a)
Hình 2.4: Sơ đồ tỉnh toán cẩu kiện chịu nén dúng tâm ứng suất
trước
Bê tông và cốt thép ứng lực ngăn cản chuyển vị ngang và xoay của cấu
kiện,

cấu

kiện có thể mất ốn định theo dạng thứ nhất (hình 2.4b) hoặc dạng thứ hai (hình
2.4c)
ơk=ak.Qk; 6k=pk.Mk

(2.10)