Tải bản đầy đủ

Bài giảng nền móng cho lớp XDCTN đô thị c 4 8

CHƯƠNG 4
TÍNH TOÁN MÓNG CỌC ĐÀI THẤP
4.1. Các loại cọc được sử dụng trong xây dựng
4.1.1. Cọc gỗ
Cọc gỗ thường có chiều dài từ 4,5 m đến 12 m, đường kính khoảng 18 đến
36 cm. Khi cần chiều dài cọc lớn ta có thể nối các đoạn gỗ lại, vì thế chiều dài
cọc gỗ có thể lên tới 20 - 25m, khi cần tăng tiết diện cọc có thể ghép 3-4 cây gỗ
lại với nhau.
Xét về khía cạnh thi công thì loại cọc này có ưu điểm là nhẹ, búa và các
thiết bị hạ cọc khá đơn giản. Mũi cọc thường được vát nhọn và bịt thép để không
tòe khi đóng.
Cọc gỗ thường gặp ở các công trình phụ tạm do khả năng chịu tải của cọc
gỗ không lớn và chỉ đảm bảo chất lượng gỗ bền lâu khi dưới mực nước ngầm
(để tránh bị mối mục).
4.1.2. Cọc bê tông cốt thép đúc sẵn
Cọc bê tông cốt thép đúc sẵn được chế tạo trên mặt đất rồi hạ vào nền bằng
các phương pháp khác nhau : đóng, ép, xói nước...
Ưu điểm : Cọc được chế tạo trên mặt đất do đó chất lượng cọc dễ kiểm soát,
hiệu quả sử dụng vật liệu cao; cọc làm việc không phụ thuộc mực nước ngầm.
Nhược điểm : Khả năng chịu uốn kém dễ bị nứt khi vận chuyển, cẩu lắp do đó
khó sử dụng cọc chiều dài lớn; là cọc chiếm chỗ có thể gây ra nâng mặt nền lân

cận; sức chịu tải nhỏ so với cọc đổ tại chỗ do khó hạ cọc chiều dài, tiết diện lớn.
Trong quá trình hạ, cọc có thể chịu tải trọng gấp 2 thậm chí 3 lần tải trọng
thiết kế do đó cấp độ bền của bê tông cọc cần chọn đảm bảo bê tông chịu được
các ứng suất trong quá trình thi công. Cọc thi công bằng ép đỉnh B≥15, ép tĩnh
B≥20. Cọc đóng trong điều kiện bình thường và dễ đóng (độ chối e >2mm)
B≥20, đóng đến độ chối rất nhỏ (độ chối e≤ 2mm) B≥30. Cọc hạ bằng xói nước
B≥15. Cọc bê tông cốt thép ứng suất trước bê tông B≥30 đối với móng cọc đài
cao và B ≥25 với móng cọc đài thấp.
Cốt thép cọc phải thoả mãn các điều kiện quy định về chất lượng cốt thép
để có thể chịu được các nội lực phát sinh trong quá trình bốc dỡ, vận chuyển và
các lực kéo hoặc mômen uốn của công trình bên tác dụng vào cọc; cũng cần xét
đến trị ứng xuất kéo có thể phát sinh do hiện tượng nâng nền khi đóng các cọc
tiếp theo.
Cốt thép chủ yếu cần được kéo dài liên tục theo suốt chiều dài cọc. Trong
trường hợp bắt buộc phải nối cốt thép chủ, mối nối cần được tuân theo quy định
về nối thép và bố trí mối nối của các thanh.
Trong trường hợp cần tăng khả năng chịu mômen, thép được tăng cường ở
phần đầu cọc, nhưng cần bố trí sao cho sự gián đoạn đột ngột của cốt thép không
gây ra hiện tượng nứt khi cọc chịu tác động xung trong quá trình đóng cọc.
179


Cốt thép dọc được xác định theo tính toán. Theo TCXD 205:1998, hàm
lượng thép không nhỏ hơn 0,8%, đường kính không nên nhỏ hơn 14mm. Đối với
những trường hợp sau, nhất là các cọc cho nhà cao tầng, hàm lượng của cốt thép
dọc có thể nâng lên 1 - 1,2% :
- Mũi cọc xuyên qua lớp đất cứng;
- Độ mảnh của cọc λ = L/d >60 (L - chiều dài cọc, d - bề rộng hoặc đường kính
cọc)
- Sức chịu tải thiết kế của cọc đơn khá lớn mà số cọc của 1 đài ít hơn 3 cây.
Cốt đai có vai trò đặc biệt quan trọng để chịu ứng xuất nảy sinh trong quá
trình đóng cọc. Cốt đai có dạng móc, đai kín hoặc xoắn. Trừ trường hợp có sử
dụng mối nối đặc biệt hoặc mặt bích bao quanh đầu cọc mà có thể phân bố được
ứng xuất gây ra trong quá trình đóng cọc, trong khoảng cách bằng 3 lần cạnh
nhỏ của cọc tại hai đầu cọc, hàm lượng cốt đai không ít hơn 0,6% của thể tích
vùng nêu trên.
Trong phần thân cọc, cốt đai có tổng tiết diện không nhỏ hơn 0,2% và được
bố trí với khoảng cách không lớn hơn 1/2 bề rộng tiết diện cọc. Sự thay đổi các
vùng có khoảng cách các đai cốt khác nhau không nên quá đột ngột
Chiều dài cọc bê tông cốt thép có thể đạt chiều dài 40 ÷ 45 m, chiều dài

đoạn cọc phụ thuộc chủ yếu vào điều kiện thi công (thiết bị chế tạo, vận chuyển,
cẩu lắp, hạ cọc...) và liên quan tới khả năng chịu lực của cọc. Một cây cọc không
nên có quá 2 mối nối (trừ trường hợp cọc thi công bằng phương pháp ép); khi
cọc có trên hai mối nối phải tăng hệ số an toàn đối với sức chịu tải. Mối nối cọc
nên thực hiện bằng phương pháp hàn. Cần có biện pháp bảo vệ mối nối trong
các lớp đất có tác nhân ăn mòn.
Tiết diện cọc bê tông cốt thép khá đa dạng : tròn, vuông, chữ nhật, chữ T,
chữ I, vuông có lỗ tròn, tam giác, đa giác...trong đó cọc có tiết diện vuông được
sử dụng phổ biến nhất.
a) Cọc bê tông cốt thép hình lăng trụ
Hiện nay, cọc hình lăng trụ được sử dụng khá rộng rãi với các tiết diện
vuông chủ yếu là 20 x 20 cm, 25 x 25 cm, 30 x 30 cm, 35 x 35 cm, 40 x 40 cm,
chiều dài của đoạn cọc tiết diện 20x 20 cm và 30x30 cm thường nhỏ hơn 10 m,
còn đối với loại có tiết diện 30 x 30 cm và 40 x 40 cm thường có chiều dài đoạn
cọc lớn hơn 10 m.
Cấu tạo cốt thép của cọc thể hiện trên hình :

Hình 4.1 Cấu tạo chi tiết cốt thép cọc BTCT (kích thước ghi cm)
1. Cốt chịu lực; 2. Cốt thép đai; 3. Đai gia cường mũi cọc ; 4. Cốt thép gia cường đầu cọc ;
5. Móc cẩu ; 6. Thanh dẫn hướng
180


Khi cọc tiết diện nhỏ, chịu nén
Khi cọc chịu lực lớn hoặc tiết diện lớn
Hình 4.2 Mặt cắt ngang thân cọc
1, 1a/ Cốt chịu lực; 2/ Cốt thép đai

Cốt thép số 1 là cốt dọc chịu lực chính của cọc khi vận chuyển, cẩu lắp
cũng như chịu lực ngang đối với móng cọc đài cao. Cốt thép chịu lực có đường
kính lớn hơn 10mm thép CII (AII).
Cốt thép số 2 là cốt thép đai dùng để định vị cốt thép dọc, chịu lực cắt, đảm
bảo cốt dọc không ép vỡ bê tông. Cốt đai cấu tạo đai ngang hoặc đai xoắn,
đường kính φ6, φ8.
Trong phạm vi 1m tính từ đầu cọc và 0,5m tính từ mũi cọc, bước cốt đai a =
50mm để tăng cường độ cứng tại đầu cọc.
Phần giữa cọc bố trí bước cốt đai a = 150mm cho cọc có tiết diện ≤ 250mm, a =
200mm cho cọc có tiết diện > 250mm.
Cốt thép số 6 đường kính φ ≥ 20mm, L = 100mm + 30φ, dùng để tăng độ
cứng mũi cọc, dẫn hướng trong quá trình hạ cọc.
Đầu cọc bố trí luới thép φ6, a = 50mm để chống ứng suất cục bộ tại đầu cọc
khi đóng cọc, tránh vỡ đầu cọc khi đóng hoặc ép. Thường bố trí 4-5 lưới cách
nhau 50mm cho cọc đóng, 3-4 lưới cho cọc ép tĩnh.

Hình 4.3 Cấu tạo và cốt thép mũi cọc

Khi cọc dài có thể nối cọc từ các đốt chế tạo sẵn, chi tiết nối có thể như Hình
4.6.

181


Hình 4.4 Chi tiết lưới thép đầu cọc và móc cẩu cọc

Hình 4.5 Cấu tạo thép chờ và đai thép đầu cọc khi cọc có mối nối

®­êng hµn

®­êng hµn

b¶n t¸p

thÐp gãc L

Hình 4.6 Chi tiết nối cọc

Có thể sử dụng thép bản táp để liên kết hàn đầu cọc hoặc dùng thép góc L
để táp vào và hàn lại. Với cọc chịu uốn, chịu kéo phải kiểm tra cường độ mối
nối. Sau khi nối cọc cần quét một lớp bitum phủ bề mặt chống gỉ.
b) Cọc bê tông cốt thép tiết diện vuông với lỗ rỗng tròn

182


Trong nhiều trường hợp cọc bê tông cốt thép tiết diện vuông với lỗ tròn
rỗng được sử dụng xuất phát từ yêu cầu tiết kiệm chi phí bê tông, cốt thép, giảm
trọng lượng bản thân cọc. Để đơn giản cọc được làm rỗng trên toàn bộ chiều dài.
4.1.3. Cọc nhồi
Cọc nhồi là cọc được thi công tạo lỗ trước trong đất, sau đó lỗ được
lấp đầy bằng bê tông có hoặc không có cốt thép. Việc tạo lỗ được thực hiện
bằng phương pháp khoan, đóng ống hay các phương pháp đào khác. Cọc nhồi
có đường kính bằng và nhỏ hơn 600mm được gọi là cọc nhồi có đường kính
nhỏ, cọc nhồi có đường kính lớn hơn 600mm được gọi là cọc nhồi đường kính
lớn.
Ưu điểm của cọc nhồi:
- Sử dụng được cho mọi loại địa tầng khác nhau.
- Sức chịu tải lớn do tạo được cọc có tiết diện, chiều dài lớn.
- Độ lún nhỏ do mũi cọc được hạ vào lớp đất có tính nén rất nhỏ.
- Không gây tiếng ồn và tác động đến công trình lân cận, phù hợp xây dựng các
công trình lớn trong đô thị.
- Rút bớt được công đoạn đúc cọc, do đó không cần các khâu xây dựng bãi đúc,
lắp dựng ván khuôn...
- Cho phép kiểm tra trực tiếp các lớp đất lấy mẫu từ các lớp đất đào lên, có thể
đánh giá chính xác điều kiện đất nền.
Nhược điểm của cọc nhồi:
- Sản phẩm trong quá trình thi công đều nằm sâu trong lòng đất khó kiểm soát
chất lượng bê tông cọc.
- Cọc đổ tại chỗ, nên dễ xảy ra các khuyết tật ảnh hưởng tới chất lượng cọc
như:
+ Hiện tượng co thắt, hẹp cục bộ thân cọc hoặc thay đổi kích thước tiết diện
khi cọc xuyên qua các lớp đất khác nhau
+ Bê tông xung quanh thân cọc bị rửa trôi gây ra rỗ mặt thân cọc
+ Lỗ khoan nghiêng lệch, sụt vách lỗ khoan
+ Bê tông đổ thân cọc không đồng nhất và phân tầng
- Quá trình thi công cọc khoan nhồi là tại công trường ngoài trời nên phụ thuộc
nhiều vào thời tiết như mưa bão..., mặt bằng thi công lầy lội ảnh hưởng đến
môi trường.
- Chi phí kiểm tra thí nghiệm với cọc khoan nhồi tốn kém
Vật liệu làm cọc:
Bê tông dùng cho cọc khoan nhồi là các loại bê tông thông thường B≥15.
Ngoài điều kiện về cường độ, bê tông phải có độ sụt lớn để đảm bảo tính liên tục
của cọc trong quá trình thi công.
Bảng 4.1 - Độ sụt của bê tông cọc nhồi
Điều kiện sử dụng
Đổ tự do trong nước, cốt thép có khoảng cách lớn cho phép bê tông
dịch chuyển dễ dàng

Độ sụt
(cm)
7,5 ÷
12,5
183


Khoảng cách cốt thép không đủ lớn, để cho phép bê tông dịch
chuyển dễ dàng, khi cốt đầu cọc nằm trong vùng vách tạm.
Khi đường kính dọc nhỏ hơn 600mm
Khi bê tông được đổ dưới nước hoặc trong dung dịch sét ben-tô-nit
qua ống đổ (tremie)

10 ÷
17,5
>15

Thông thường bê tông của cọc nhồi có hàm lượng xi măng không nhỏ hơn
350kg/m3. Để tránh sự phân tầng do bê tông có độ sụt lớn hoặc bê tông bị mất
nước trong điều kiện mùa hè, nên sử dụng các loại phụ gia thích hợp.
Cốt thép dọc của cọc nhồi xác định theo tính toán, đồng thời phải thoả mãn
một số yêu cầu cấu tạo sau :
- Trong trường hợp cọc nhồi chịu kéo, cốt thép dọc cần được bố trí theo suốt
chiều dài cọc. Khi cốt thép dọc được nối cần phải hàn theo yêu cầu chịu lực. Khi
lực nhổ là nhỏ, cốt thép dọc được bố trí đến độ sâu cần thiết để lực kéo được
triệt tiêu hoàn toàn thông qua ma sát cọc.
- Đối với cọc chịu nén dọc trục, hàm lượng cốt thép không nên nhỏ hơn
0,2÷0,4%. Đường kính cốt thép không nhỏ hơn 10mm và bố trí đều theo chu vi
cọc. Đối với cọc chịu tải trọng ngang, hàm lượng cốt thép không nhỏ hơn
0,4÷0,65%.
- Cốt đai cọc nhồi thường là φ6 ÷ φ10, khoảng cách 200÷300mm. Có thể dùng
đai hàn vòng đơn hoặc đai ốc xoắn chưa liên tục. Nếu chiều dài lồng thép lớn
hơn 4m, để tăng cường độ cứng tính toàn khối thì bổ sung thép đai φ12 cách
nhau 2m, đồng thời các cốt đai này được sử dụng để gắn các miếng kê tạo lớp
bảo vệ cốt thép.
- Chiều dày lớp bảo vệ cốt thép dọc của cọc nhồi không nhỏ hơn 50mm.
Thông thường cọc nhồi được tạo lỗ từ cao độ mặt đất, đất trong lòng cọc
được lấy ra. Hiện tượng dãn đất trong quá trình thi công sẽ gây ra ứng suất kéo
cho cọc và nó tồn tại đến khi cọc được tải đủ. Do đó cốt thép cọc cần được bố trí
đủ để chịu lực kéo để trên cho đến khi giá trị lực kéo này bị triệt tiêu do tải trọng
của công trình truyền xuống.
Kiểm tra chất lượng cọc khoan nhồi
- Phương pháp siêu âm kiểm tra mức độ đồng nhất, phát hiện khuyết tật của bê
tông cọc
- Thí nghiệm thử động biến dạng nhỏ PIT (Pile Integrity Test) kiểm tra độ toàn
vẹn của cọc
- Thí nghiệm thử động biến dạng lớn PDA (Pile Dynamic Analysis) xác định
sức chịu tải của cọc
- Thí nghiệm nén tĩnh xác định sức chịu tải của cọc chẳng hạn thí nghiệm
Osterberg (áp dụng nhiều ở công trình cầu : Cầu Mỹ Thuận, Cầu Cần Thơ,...)
tuy nhiên chi phí thí nghiệm này khá tốn kém.

184


Hình 4.7 Cấu tạo cọc khoan nhồi

185


4.1.4. Cọc Barret

1

1

2

2

3

3

Hình 4.8 Cấu tạo cọc barret
186


Cọc barret thuộc loại cọc bê tông cốt thép đổ tại chỗ như cọc nhồi, có yêu
cầu về bê tông, cốt thép tương tự. Tiết diện ngang thân cọc hình chữ nhật có thể
lên tới 1,5m x 1,5m đến 2,5m x 4m.
Quy trình thi công cọc Barret cơ bản giống với cọc nhồi, khác ở thiết bị thi
công đào hố và hình dạng lồng thép. Thi công cọc khoan nhồi thì dùng lưỡi
khoan hình tròn, cọc barret thì dùng gàu ngoạm hình chữ nhật.
4.1.5. Cọc thép
Cọc thép thường có tiết diện hở như cọc chữ H, chữ X hoặc có tiết diện kín
như hình tròn, hình hộp... Tỉ lệ giữa đường kính ngoài và chiều dày thành ống
không lớn hơn 100. Chiều dày nhỏ nhất của thành ống là 8mm.

Hình 4.9 Một số tiết diện phổ biến của cọc thép

Ưu điểm của cọc thép là thể tích nhỏ không gây ra hiện tượng nâng nền khi
hạ cọc trong khi diện tích tiếp xúc giữa thân cọc và đất vẫn lớn huy động được
sức kháng ma sát đáng kể. Cọc thép còn có trọng lượng nhẹ dễ trong vận chuyển
cẩu lắp, dễ nối cọc.
Nhược điểm của cọc thép là giá thành cao, dễ bị ăn mòn. Trong trường hợp
có khả năng xuất hiện hiện tượng ăn mòn vật liệu thép, cần phải có biện pháp
chống ăn mòn, theo như tiêu chuẩn quy định trong tiêu chuẩn chống ăn mòn kim
loại. Chiều dày của thép được xác định dựa vào tốc độ ăn mòn, tuổi thọ dự kiến
của công trình và tăng thêm dự trữ ăn mòn là 2mm.
Đối với các cọc có tiết diện hở không đòi hỏi phải có mũi. Trong trường
hợp các cọc được đóng vào lớp đất cứng, thời gian đóng cọc dài, mũi cọc cần
được gia cường bằng thép bản để tăng độ cứng. Khi cọc được đóng vào đá phải
có mũi đặc biệt.
Cọc thép sử dụng hiệu quả trong các trường hợp gia cố, sửa chữa móng,
nhất là trường hợp thay đổi phương án móng nông của công trình đã có sang
phương án móng cọc.
4.1.6. Cọc ống thép nhồi bê tông
Dạng cọc này thường sử dụng cho các công trình cầu dẫn, cầu trung, hoặc các
công trình trên biển, đường kính ống có thể tới 0,9 -1,0m, chiều sâu hạ cọc có
thể tới 35 - 40m.
Các bước thi công cọc có thể tóm tắt như sau :
- Chế tạo cọc ống thép
- Đóng cọc ống thép bịt kín mũi xuống độ sâu thiết kế,
- Đặt cốt thép vào lòng cọc
- Đổ bê tông lấp lòng cọc
- Kiểm tra chất lượng cọc và thử tải cọc

187


Cọc được thi công bằng phương pháp đóng bằng búa rơi. Cọc ống thép
được sản xuất tại nhà máy theo công nghệ hàn xoắn ốc, thép thành cọc có chiều
dày từ 12-14mm, mũi cọc được bịt kín, cọc được chia thành từng đoạn 15÷20m
và được nối lại bằng các mặt bích khi hạ xuống. Sau khi hạ cọc xuống độ cao
thiết kế, tiến hành làm sạch, lắp cốt thép và đổ bê tông cấp độ bền B25 hoặc B30
lấp lòng cọc. Loại cọc này có chất lượng tốt, có khả năng chịu lực cao phát huy
được khả năng làm việc của vật liệu thép chịu kéo còn bê tông chịu nén, tuy vậy
giá thành cọc còn cao (loại cọc này đã được thi công ở cầu Bính với 231 cọc, dài
40m).
4.1.7. Cọc mở rộng chân
Đây là một trong những biện pháp làm tăng sức kháng mũi cọc qua đó tăng
sức chịu tải của cọc. Việc mở rộng chân cọc có thể sử dụng nhiều biện pháp như
nổ phá, khoan, hoặc nhiều biện pháp cơ học khác. Trong đó, nổ phá được sử
dụng rộng rãi nhất.
4.2. Tính toán móng cọc đài thấp theo trạng thái giới hạn
4.2.1. Nội dung tính toán
- Kiểm tra lực truyền lên cọc (TTGH1): tổng tải trọng tác dụng lên cọc phải
nhỏ hơn sức chịu tải của cọc.
- Kiểm tra ổn định của móng cọc (TTGH1): móng cọc không bị mất ổn định do
trượt, lật; nền móng cọc không bị phá hoại về độ bền.
- Kiểm tra điều kiện khống chế độ lún của móng (TTGH2): độ lún của các
móng trong công trình nằm trong phạm vi cho phép, đảm bảo công trình sử
dụng bình thường.
- Kiểm tra chiều cao đài theo điều kiện chọc thủng (TTGH1): cấu tạo đài đủ
chiều cao, đảm bảo đài không bị phá hoại do chọc thủng
Tính toán và cấu tạo cốt thép đài (TTGH1): đảm bảo đài không bị nứt do
uốn
4.2.2. Trình tự tính toán
Bước 1: Thu thập và xử lý tài liệu gồm:
- Tài liệu về công trình: (No, Mo, Qo)
- Tài liệu về địa chất: địa tầng đất nền và các số liệu của mỗi lớp
- Các tài liệu khác
- Các tiêu chuẩn xây dựng
Bước 2: Phân tích lựa chọn giải pháp nền móng → Giải pháp móng cọc đài thấp
dạng móng đơn, băng, bè…
Bước 3: Chọn độ sâu chôn đáy đài
Bước 4: Chọn vật liệu, chiều dài, tiết diện và phương pháp thi công cọc
Bước 5: Xác định sức chịu tải của cọc
Bước 6: Xác định sơ bộ số lượng cọc và bố trí cọc trong đài
Bước 7: Chọn sơ bộ chiều cao đài
Bước 8: Kiểm tra lực truyền lên cọc
Bước 9: Kiểm tra điều kiện móng cọc đài thấp
188


Bước 10: Kiểm tra ổn định của móng cọc (nếu cần)
Bước 11: Kiểm tra điều kiện khống chế độ lún của móng cọc
Bước 12: Kiểm tra chiều cao đài
Bước 13: Tính toán và cấu tạo cốt thép đài
4.3. Chọn loại cọc
Việc lựa chọn loại cọc cần chú ý đến các yếu tố:
- Đặc điểm của công trình;
- Điều kiện cụ thể của đất nền và nước ngầm;
- Những ràng buộc khác của hiện trường xây dựng (mức độ ồn và độ rung động
cho phép, hiện trạng công trình lân cận, hệ thống ngầm nước dưới đất và vệ sinh
môi trường khác …);
- Khả năng thi công của nhà thầu;
- Tiến độ thi công và thời gian cần thiết để hoàn thành;
- Khả năng kinh tế của chủ đầu tư.
Cần nắm vững phạm vi sử dụng của từng loại cọc cũng như khả năng và mức độ
hoàn thiện của thiết bị thi công, trình độ nghề nghiệp của đơn vị thi công, nhất là
phương án cọc khoan đổ bê tông tại chỗ. Nên lập không ít 2 phương án để so
sánh hiệu quả kinh tế kỹ thuật và tính khả thi để lựa chọn.
4.4. Độ sâu chôn đáy đài
Đài được đỡ bởi các cọc do đó đáy đài không cần hạ vào lớp đất
tốt. Không nên chôn đài quá sâu vì sẽ làm tăng khối lượng thi công đất, xử lý
nước ngầm làm tăng giá thành và tăng thời gian thi công phần ngầm. Đối với
móng cọc đài thấp chỉ cần chôn đài đủ sâu nhằm đảm bảo tải trọng ngang bị triệt
tiêu bởi áp lực đất bị động ở mặt bên đài.
Do tổng áp lực đất bị động tỷ lệ với bề rộng đài là trị số còn chưa
biết ở bước thiết kế ban đầu, thường chọn sơ bộ chiều sâu chôn đài h≈H/15 với
H là chiều cao công trình.
Đối với đài cọc đứng độc lập không liên kết với các đài khác qua hệ giằng
móng, sau khi đã xác định được diện tích đáy đài, chiều sâu chôn đài được kiểm
tra theo điều kiện:
E p ≥ 0,7Q

Ep - tổng áp lực đất bị động ở mặt bên đài có trị số tỷ lệ với h
Q - tổng tải trọng ngang tính toán tác dụng tại đỉnh đài
Khi các đài liên kết nhau bằng hệ thống giằng móng, tải trọng
ngang giữa các đài sẽ có sự phân phối lại. Ngoài ra áp lực đất bị động và sức
kháng ma sát mặt bên giằng cũng tham gia triệt tiêu tải trọng ngang. Chiều sâu
chôn đài trong trường hợp này có thể lấy nhỏ hơn trường hợp đài đứng độc lập.
4.5. Chọn chiều dài, tiết diện cọc
- Chiều dài và tiết diện cọc hợp lý khi đảm bảo khả thi khi thi công, mũi cọc hạ
vào lớp đất đủ tốt để giảm độ lún, số lượng cọc trong đài hợp lý (đài 1,2,3 cọc
có độ tin cậy thấp cần hạn chế; đài quá nhiều cọc ảnh hưởng đến thời gian thi
công, diện tích bố trí cọc).
189


- Mũi cọc không được tựa lên lớp đất chịu lực mà nên ngàm vào tối thiểu 0,5m
cho nền đá; 3d cho nền đất (với d là bề rộng hoặc đường kính cọc).
- Cọc chiếm chỗ nên hạn chế số mối nối ≤ 2.
- Những công trình chịu tải trọng ngang lớn (cầu, tường chắn cao), công trình
cảng thường dùng cọc có tiết diện lớn nhằm tăng độ cứng của hệ móng.
- Chiều dài và tiết diện cọc có ảnh hưởng rất lớn đến sức chịu tải của cọc theo
vật liệu và theo đất nền. Khi đất càng xuống sâu càng tốt và tải trọng cọc chịu
trong quá trình thi công không lớn hơn tải trọng đưa vào thiết kế thì tối ưu là
chọn chiều dài và tiết diện cọc sao cho hai trị số này xấp xỉ nhau. Trường hợp
cọc hạ bằng phương pháp đóng, ép thường chọn sao cho sức chịu tải cọc theo
vật liệu lớn hơn 2 ÷ 2,5 lần sức chịu tải theo đất nền để đảm bảo cọc chịu
được tải trọng lớn trong quá trình hạ.
4.6. Xác định sức chịu tải của cọc
4.6.1. Xác định sức chịu tải của cọc theo độ bền của vật liệu
4.6.1.1. Cọc bê tông cốt thép chịu nén
Với loại cọc này chúng ta có thể chia làm ba loại chủ yếu là cọc hình lăng trụ
tiết diện đặc chế tạo sẵn, cọc ống và cọc khoan nhồi.
a) Cọc hình lăng trụ tiết diện đặc chế tạo sẵn
Sức chịu tải cho phép của cọc theo vật liệu khi chịu nén:
(4.1)
Pv = ϕ(RbAb + Rsc.As)
Ab - diện tích tiết diện ngang của bê tông
Rb - cường độ chịu nén tính toán của bê tông
As - diện tích tiết diện ngang của cốt thép
Rsc - cường độ chịu nén tính toán của cốt thép
ϕ - hệ số uốn dọc
- Cọc xuyên qua than bùn, bùn cũng như cọc trong móng cọc đài cao thì sự
uốn dọc được kể đến trong phạm vi chiều dài tự do của cọc (được tính từ đế
đài đến bề mặt lớp đất có khả năng ngăn cản biến dạng uốn của cọc).
- Móng cọc đài thấp, cọc không xuyên qua than bùn, bùn thì ϕ = 1.
Bảng 4.2 Hệ số uốn dọc ϕ của cọc bê tông cốt thép
ltt/b
14
16
18
20
ltt/d
12,1
13,9
15,5
17,3
0,93
0,89
0,85
0,81
ϕ
ltt - chiều dài tính toán cọc
b - bề rộng của tiết diện ngang của cọc
d - đường kính cọc

22
19,1
0,77

24
20,8
0,73

26
22
0,66

28
24,3
0,64

30
26
0,59

Ví dụ 4.1
Xác định sức chịu tải cho phép theo vật liệu của cọc bê tông cốt thép C15-35 trong móng cọc
đài thấp, cọc có tiết diện 0,35x0,35 dài 15m bê tông B20, thép dọc chịu lực gồm 8 φ16 AII
trong hai trường hợp sau đây:
190


- Cọc không xuyên qua bùn, than bùn
- Đáy lớp bùn cách đáy đài 5,6m
Bê tông B20 có Rb = 11500 kPa
Thép chịu lực AII do đó Rsc = 280000 kPa,
Diện tích tiết diện cọc Ab = 0,35 x 0,35 = 0,1225 m2
Diện tích tiết diện cốt thép: As = 8 x 3,14 x 0,0162/ 4 = 16,08 x 10-4 m2
- Khi cọc không xuyên qua bùn hệ số uốn dọc ϕ = 1.
Pv = 1. (11500 . 0,1225 + 280000 . 16,08 x 10-4) = 1858,9 kN
- Khi cọc xuyên qua bùn lúc đó ta phải kể đến ảnh hưởng của uốn dọc ltt = 5,6m
l tt
5, 6
=
= 16
b 0, 35
Tra bảng 4.2 có hệ số uốn dọc ϕ = 0,89.
Pv = 0,89. (11500 . 0,1225 + 280000 . 16,08 x 10-4) = 1654,42 kN

b) Cọc ống
Khi ltt/d ≤ 12, Pv xác định theo công thức:
(4.2)
Pv = ϕ(RbAb + Rsc.As + 2,5 Rsx.Asx)
Ab - diện tích tiết diện ngang của lõi bê tông (phần bê tông nằm trong cốt đai)
Rsx - cường độ tính toán của cốt xoắn
Asx - diện tích quy đổi của cốt xoắn, Asx = πDnfx /tx
Dn - đường kính vòng xoắn
fx - diện tích tiết diện của cốt xoắn
tx - khoảng cách giữa các vòng xoắn
Khi ltt/d > 12 không cần kể tới ảnh hưởng của cốt xoắn:
(4.3)
Pv = ϕ(RbAb + Rs. As)
Ví dụ 4.2
Xác định sức chịu tải thẳng đứng theo vật liệu của cọc ống bê tông cốt thép có đường kính
ngoài 0,6m, đường kính trong 0,4m. Thép dọc gồm 16φ20 AII, cốt xoắn φ6 AI, vòng xoắn
đường kính D1 = 0,5m đặt cách nhau ở vùng giữa cọc là 0,1m. Bê tông B25.
Rb = 14500 kPa
fx = 3,14 . 0,0062 / 4 = 0,0000282 m2 ; tx = 0,1m, Dn = 0,52m
Asx = 3,14. 0,5. 0,0000282/ 0,1 = 0,000443 m2
As = 16. 3,14. 0,0202 / 4 = 5,024. 10-3 m2 ; Fb = 3,14. (0,62 - 0,42)/ 4 = 0,15708 m2
Sức chịu tải cho phép của cọc theo độ bền của vật liệu:
Pv = 1. (14500. 0,15708 + 280000. 5,024. 10-3 + 2,5. 180000. 0,000443)
Pv = 3883,7 kN
191


c) Cọc khoan nhồi
Đối với cọc khoan nhồi, sức chịu tải cho phép chịu nén của cọc theo độ bền của
vật liệu rõ ràng chịu ảnh hưởng sâu sắc của phương pháp thi công:
(4.4)
Pv = ϕ(m1m2 RbAb + Rsc. As)
m1 - hệ số điều kiện làm việc, cọc nhồi bê tông qua ống dịch chuyển thẳng đứng
m1 = 0,85
m2 - hệ số điều kiện làm việc kể tới ảnh hưởng của phương pháp thi công cọc :
m2 = 1 khi thi công không cần ống chống vách, mực nước ngầm thấp hơn mũi
cọc;
m2 = 0,9 với loại đất khi thi công cần dùng ống chống vách và nước ngầm không
xuất hiện;
m2 = 0,7 cần dùng ống chống vách và đổ bê tông trong dung dịch sét;
Theo TCXD 195 : 1997:
- Cường độ tính toán của bê tông cọc nhồi R u = m1m2Rb không lấy lớn hơn
6000kPa đối với cọc đổ bê tông dưới nước hoặc dung dịch sét, không lớn hơn
7000kPa đối với cọc đổ bê tông trong lỗ khô.
- Cường độ tính toán của cốt thép R S không lấy lớn hơn 220000kPa đối với
thép nhỏ hơn φ28mm, không lớn hơn 200000kPa đối với thép lớn hơn
φ28mm.
Ví dụ 4.3
Xác định sức chịu tải cho phép chịu nén theo vật liệu của cọc nhồi bằng bê tông đường kính
0,8 m bê tông B20, sử dụng ống dịch chuyển thẳng đứng đổ bê tông theo phương pháp vữa
dâng trong dung dịch sét. Cốt thép dọc nhóm CII 14φ16.
Đổ bê tông bằng ống dịch chuyển thẳng đứng trong dung dịch sét m1 = 0,85; m2 = 0,7
Thép nhóm CII có Rsc = 280000 kPa > 220000 kPa
Bê tông B20 có Rb = 11500 kPa
m1m2Rb = 0,85. 0,7 . 11500 = 6842,5 kPa > 6000 kPa



Pv = 1.(6000.

3,14.0,82
14.3,14.16 2.10-6
+220000.
)= 3633,4 kN
4
4

4.6.1.2. Cọc bê tông cốt thép chịu kéo (nhổ)
Sức chịu tải trọng kéo (nhổ) đúng tâm của cọc bê tông cốt thép, xác định theo
công thức:
Pk = Rs As
(4.5)
Khi cọc chịu kéo không kể tới sự làm việc của bê tông vì cường độ chịu kéo của
bê tông rất nhỏ, bê tông dễ bị nứt khi chịu kéo.
Ví dụ 4.4
Xác định sức chịu kéo đúng tâm theo vật liệu của cọc C6-25 dài 6m, tiết diện 25x25 cm, thép
dọc 4φ14 AI bê tông B20.
192


Rs = 225000 kPa, As = 4. 3,14 .0,0142/ 4 = 6,15. 10-4 m2


Pk = 225000. 6,15. 10-4 = 138,38 kN

4.6.2. Xác định sức chịu tải của cọc theo độ bền của đất nền
4.6.2.1. Theo kết quả thí nghiệm trong phòng
a) Cọc chống
Đây là loại cọc có mũi hạ vào đá hoặc đất có môđun biến dạng E ≥ 50MPa. Cọc
hầu như không lún, tải trọng từ cọc truyền toàn bộ xuống nền đất dưới mũi cọc,
không kể tới ma sát xung quanh cọc.
Sức chịu tải cho phép của cọc chống chịu nén xác định theo công thức:
Pđ = mRAp
(4.6)
m - hệ số điều kiện làm việc của cọc, lấy m = 1
Ap - diện tích tiết diện ngang của chân cọc
R - Cường độ tính toán của đá ở chân cọc chống.
- Cọc tỳ lên đá cứng, cuội sỏi, dăm, sạn lẫn cát, sét cứng R = 20000 kPa
- Đối với cọc nhồi, cọc ống có đổ bê tông lòng ống, ngàm vào đá cứng không
nhỏ hơn 0,5m có thể xác định theo công thức:
R=


Rn  hn
 + 1,5 
kđ  dn


(4.7)

Rn- trị số tiêu chuẩn của cường độ chịu nén tạm thời theo một trục của mẫu đá
khi nén trong
điều kiện bão hòa nước.
kđ - hệ số an toàn đối với đất lấy kđ = 1,4
hn- độ sâu tính toán ngàm cọc vào đá
dn- đường kính ngoài của phần cọc ngàm vào đá
- Đối với cọc ống tỳ lên mặt đá cứng mà mặt đá được phủ một lớp đất không xói
lở có chiều dày không nhỏ hơn 3 đường kính cọc ống thì xác định theo công
thức:
R
(4.8)
R= n


Ví dụ 4.5
Xác định sức chịu tải cho phép theo đất nền của cọc nhồi bằng bê tông có đường kính 0,4m.
Cọc ngàm vào đá hn = 0,6m. Đá có cường độ chịu nén tức thời theo một trục Rn = 20000 kPa.
Cường độ tính toán của đá ở chân cọc:
R=

 20000  0,6
Rn  hn

 + 1,5  =
+ 1,5  = 42857,1 kPa

kđ  dn
1,4  0,4



Sức chịu tải cho phép của cọc theo đất nền:

193


P = R.3,14.

0, 4 2
= 5382,8 kN
4

b) Cọc ma sát
Tải trọng từ cọc ma sát không chỉ truyền xuống nền đất dưới mũi cọc mà còn
truyền vào nền đất xung quanh cọc thông qua ma sát.
Sức chịu tải trọng nén cực hạn của cọc:
Pu ,n = m( m R RA + U ∑ m fi fsi l i )
(4.9)
m - hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất. m = 0,8 cho cọc nhồi, cọc ống
đường kính d > 0,8m mũi cọc hạ vào đất sét có độ bão hòa G < 0,85. m = 1 cho
các trường hợp khác.
mR, mfi - hệ số điều kiện làm việc của đất kể tới phương pháp thi công cọc:
Cọc đóng mR, mf tra Bảng 4.5
Cọc nhồi mf tra theo bảng 4.6, còn mR = 1 trong mọi trường hợp, riêng khi mở
rộng chân đế bằng nổ mìn, mR lấy giá trị là 1,3; khi thi công cọc có mở rộng đáy
bằng phương pháp đổ bê tông dưới nước thì lấy mR = 0,9.
li - chiều dày lớp đất thứ i tiếp xúc với cọc
fsi - cường độ tính toán của ma sát thành lớp đất thứ i với bề mặt xung quanh
cọc, tra Bảng 4.4
R- sức chống của đất ở mũi cọc
Cọc đóng và cọc ống không nhồi bê tông R tra Bảng 4.3.
Cọc khoan nhồi, cọc trụ và cọc ống hạ có lấy đất ra khỏi ruột ống sau đó đổ bê
tông xác định R như sau:
- Mũi cọc hạ vào đất hòn lớn có chất độn là cát và đất cát trong trường hợp cọc
nhồi có và không mở rộng đáy, cọc ống hạ có lấy hết nhân đất và cọc trụ - tính
theo công thức (4.10), còn trong trường hợp cọc ống hạ có giữ nhân đất nguyên
dạng ở chiều cao ≥ 0,5m - tính theo công thức (4.11):
(4.10)
R = 0,75 β (γ’IdpA0k + α.γI. L. Bok)
0
o
(4.11)
R = β (γ’ddpA k + α.γI. L. B k)
0
o
β, A k , α , B k - các hệ số không thứ nguyên theo bảng 4.7
γI - trị tính toán trung bình của trọng lượng thể tích đất nằm trên mũi cọc kN/m 3
L - chiều dài cọc, m
dp - đường kính cọc hoặc đáy cọc, m
- Mũi cọc hạ vào đất sét, trong trường hợp cọc nhồi có và không mở rộng đáy,
cọc ống có lấy lõi đất ra (lấy một phần hoặc lấy hết) rồi nhồi bê tông vào ruột
ống và cọc trụ R tra Bảng 4.8
Sức chịu tải trọng nhổ cực hạn của cọc:
Pu ,nh = mU ∑ m fsi fsi l i
(4.12)
m - hệ số điều kiện làm việc, khi cọc hạ vào đất nền < 4m lấy m = 0,6 , trường
hợp còn lại lấy m = 0,8
Sức chịu tải trọng nén, nhổ cho phép của cọc:
Pđ,n =

Pu ,n
1,4

;

Pđ,nh =

Pu ,nh
1,4

;

194


Bảng 4.3 Sức chống của đất R ở mũi cọc đóng và cọc ống không đổ bê tông lòng ống
(Bảng A1 TCXD 205 : 1998)

Độ sâu hạ
mũi cọc (m)

3
4
5
7
10
15
20
25
30
35

Sức chống của đất ở mũi cọc đóng và cọc ống không nhồi bê tông (kPa)
Cát có độ chặt trung bình
Cát sỏi
Cát thô
Cát vừa Cát nhỏ Cát bụi
Đất loại sét có độ sệt IL
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
6600
3100
2000
7500
3000
1100
600
4000
2000
1200
6800
3200
2100
8300
3800
1250
700
5100
2500
1600
7000
3400
2200
8800
4000
1300
800
6200
2800
2000
7300
3700
2400
9700
4300
1400
850
6900
3300
2200
7700
4000
2600
10500
5000
1500
900
6900
3500
2400
8200
4400
11700
5600
2900
1650
1000
7500
4000
12600
8500
6200
4800
3200
1800
1100
13400
9000
6800
5200
3500
1950
1200
14200
9500
7400
5600
3800
2100
1300
15000
10000
8000
6000
4100
2250
1400
Bảng 4.4 Ma sát bên fs (Bảng A2 TCXD 205 : 1998)
Ma sát bên cọc, fs (kPa)
Của đất cát, chặt vừa

Độ sâu
của lớp
đất (m)
1
2
3
4
5
6
8
10
15
20
25
30
35

Cát thô,
cát vừa
0,2
35
42
48
53
56
58
62
65
72
79
86
93
100

Cát
nhỏ

Cát
bụi

0,3
23
30
35
38
40
42
44
46
51
56
61
66
70

Của đất loại sét khi IL
0,4
0,5
0,6
15
12
5
21
17
12
25
20
14
27
22
16
29
24
17
31
25
18
33
26
19
34
27
19
38
28
20
41
30
20
44
32
20
47
34
21
50
36
22

-

-

bằng
0,7
4
7
8
9
10
10
10
10
11
12
12
12
13

-

-

-

0,8
4
5
7
8
8
8
8
8
8
8
8
9
9

0,9
3
4
6
7
7
7
7
7
7
7
7
8
8

1
2
4
5
5
6
6
6
6
6
6
6
7
7

Chó thÝch cña b¶ng 4.3 vµ 4.4:
195


1) Trong những trờng hợp khi mà ở bảng 4.3 các giá trị số của R trình bày ở dạng phân số,
thì tử số là của cát còn ở mẫu số là của sét.
2) Trong bảng 4.3 và 4.4, độ sâu của mũi cọc là độ sâu trung bình của lớp đất khi san nền
bằng phơng pháp gọt bỏ hoặc đắp dày đến 3m, nên lấy từ mức địa hình tự nhiên, còn khi gọt
bỏ và đắp thêm dày từ 3ữ10m thì lấy từ cốt quy ớc nằm cao hơn phần bị gọt 3m hoặc thấp hơn
mứcđắp 3m.
Độ sâu hạ cọc trong các lớp đất ở vùng có dòng chảy của nớc nên lấy có lu ý đến khả năng
chúng bị xói trôi ở mức lũ tính toán.
Khi thiết kế cọc cho các đờng vợt qua hào rãnh thì chiều sâu của mũi cọc nêu ở bảng 4.3 nên
lấy từ cốt địa hình tự nhiên ở vị trí móng công trình.
3) Đối với các giá trị trung gian của độ sâu và chỉ số sệt I L thì xác định R và fs từ bảng 4.3
và 4.4 bằng phơng pháp nội suy.
4) Cho phép sử dụng các giá trị sức chống tính toán, R theo bảng 4.3 với điều kiện độ chôn
sâu của cọc trong đất không bị xói trôi hoặc gọt bỏ không nhỏ hơn:
- Đối với công trình thuỷ lợi: 4m;
- Đối với nhà và các công trình khác: 3m.
5) Khi xác định ma sát bên fs theo bảng 4.4, đất nền đợc chia thành các lớp nhỏ đồng nhất
có chiều dày không quá 2m
6) Ma sát bên tính toán fs của đất cát chặt nên tăng thêm 30% so với giá trị trình bày trong
bảng 4.4.
Bng 4.5 Cỏc h s mR v mf (Bng A3- TCXD 205 : 1998)

Phng phỏp h cc

1. H cc c v cc rng cú bt mi cc bng bỳa hi
(treo), bỳa mỏy v bỳa diezel
2. H cc bng cỏch úng vo l khoan mi vi sõu
mi cc khụng nh hn 1m di ỏy h khoan, khi
ng kinh khoan mi:
a. Bng cnh cc vuụng
b. Nh hn cnh cc vuụng 5cm
c. Nh hn cnh cc vuụng hoc ng kớnh cc trũn
(i vi tr ng dõy ti in) 15cm.
3. H cc cú xúi nc trong t cỏt vi iu kin úng
tip cc một cui cựng khụng xúi nc
4. Rung v ộp cc vo:
a. Cỏt cht va
- Cỏt thụ v cỏt trung
- Cỏt nh
- Cỏt bi
b. t sột cú st IL = 0.5
- Cỏt pha
- Sột pha
- Sột

H s iu kin lm vic ca t
c k n mt cỏch c lp vi
nhau khi tớnh toỏn sc chu ti ca
cc
Di mi cc
mt bờn cc
mR
mF
1,0

1,0

1,0
1,0

0,5
0,6

1,0

1,0

1,0

0,9

1,2
1,1
1,0

1,0
1,0
1,0

0,9
0,8
0,7

0,9
0,9
0,9
196


c. Đất sét với độ sệt IL ≤ 0
1,0
1,0
5. Cọc rỗng hở mũi hạ bằng loại búa bất kì
a. Khi đường kính lỗ rỗng của cọc ≤ 40 cm
1,0
1,0
b. Khi đường kính lỗ rỗng của cọc > 40 cm
0,7
1,0
6. Cọc tròn rỗng, bịt mũi hạ bằng phương pháp bất kì, tới
độ sâu ≥10m, sau đó có mở rộng mũi cọc bằng cách nổ
mìn trong đất cát chặt vừa và trong đất loại sét có độ sệt
IL ≤ 0,5 khi đường kính mở rộng bằng:
a. 1,0m không phụ thuộc vào loại đất nói trên
0,9
1,0
b. 1,5m trong đất cát và cát pha
0,8
1,0
c. 1,5m trong đất sét pha và sét
0,7
1,0
Chú thích:
Hệ số mR và mf ở điểm 4 Bảng 4.5 đối với đất sét có độ sệt 0,5 > I L > 0 được xác định bằng
cách nội suy
Bảng 4.6 Hệ số điều kiện làm việc của đất mf ( Bảng A5 - TCXD 205 : 1998)
Loại cọc và phương pháp thi công cọc

Hệ số điều kiện làm việc mf
Cát

Cát pha

Sét pha

Sét

1. Cọc chế tạo bằng cách đóng ống thép có bịt kín mũi
rồi rút dần ống thép khi đổ bê tông

0,8

0,8

0,8

0,7

2. Cọc nhồi rung ép

0,9

0,9

0,9

0,9

a. Khi không có nước trong lỗ khoan (phương pháp khô
hoặc dùng ống chống)

0,7

0,7

0,7

0,6

b. Dưới nước hoặc dung dịch sét

0,6

0,6

0,6

0,6

c. Hỗn hợp bê tông cứng đổ vào cọc có đầm

0,8

0,8

0,8

0,7

4. Cọc ống hạ bằng rung có lấy đất ra

1,0

0,9

0,7

0,6

5. Cọc trụ

0,7

0,7

0,7

0,6

0,8

0,8

0,8

0,7

0,9

0,8

0,8

0,8

3. Cọc khoan nhồi có kể cả mở rộng đáy, đổ bê tông

6. Cọc khoan nhồi, cọc có lỗ tròn ở giữa, không có
nước trong lỗ khoan bằng cách dùng lõi rung
7. Cọc khoan phun chế tạo ống chống hoặc bơm hỗn
hợp bê tông với áp lực 2 - 4 atm

Bảng 4.7 Các hệ số Aok, Bok, α và β (Bảng A6 - TCXD 205 : 1998)
Kí hiệu các hệ số
Aok
Bok
4
5
7,5
10

Các hệ số Aok, Bok, α và β khi các trị tính toán góc ma sát trong của đất
ϕ1 , độ
23
25
27
29
31
33
35
37
39
9,5
12,8
17,3
24,4
34,6
48,6
71,3
108
163
18,6
24,8
32,8
45,5
64
87,6
127
185
260
0,78
0,79
0,8
0,82
0,84
0,85
0,85
0,86
0,87
0,75
0,76
0,77
0,79
0,81
0,82
0,83
0,84
0,85
0,68
0,7
0,7
0,74
0,76
0,78
0,8
0,82
0,84
0,62
0,67
0,67
0,7
0,73
0,75
0,77
0,79
0,81
197


β khi dp

12,5
15
17,5
20
22,5
25
≤0,8m
<4m

0,58
0,55
0,51
0,49
0,46
0,44
0,31
0,25

0,63
0,61
0,58
0,57
0,55
0,54
0,31
0,21

0,63
0,61
0,58
0,57
0,55
0,54
0,29
0,23

0,67
0,65
0,62
0,61
0,6
0,59
0,27
0,22

0,7
0,68
0,66
0,65
0,64
0,63
0,26
0,21

0,73
0,71
0,69
0,68
0,67
0,67
0,25
0,20

0,75
0,73
0,72
0,72
0,71
0,7
0,24
0,19

0,7
0,76
0,75
0,75
0,74
0,74
0,28
0,18

0,80
0,79
0,78
0,78
0,77
0,77
0,28
0,17

Bảng 4.8 Sức chống của đất ở mũi cọc R (Bảng A7 - TCXD 205 : 1998)
Chiều sâu
đặt mũi cọc
h, m

Sức chống của đất R(kPa) ở mũi cọc nhồi có và không mở rộng đáy, cọc trụ
và cọc ống hạ có lấy đất và nhồi bê tông vào ruột ống, đất sét có khi đất dính
có chỉ số độ sệt IL bằng
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
850
750
650
500
100
300
250
1000
850
150
650
500
400
250
1150
1000
850
750
600
500
450
1350
1200
1050
950
800
700
600
1550
1400
1250
1100
950
800
700
1800
1650
1500
1300
1000
1000
800
2100
1900
1700
1500
1300
1150
950
2300
2400
1900
1650
1450
1250
1050
2300
3000
2600
2300
2000
4500
4000
3500
3000
2500
-

3
5
7
10
12
15
18
20
30
40
Chú thích:
Đối với móng của mố cầu, các giá trị R , trình bày ở bảng A.7 nên:
- Tăng lên (Khi mố cầu nằm trong vùng nước) một đại lượng bằng 1,5 (γhhn) trong đó:
γn - trọng lượng riêng của nước, 10 kN/m3;
hn - chiều cao của cột nước, m, kể từ mức nước mùa khô đến mức bào xói ở cơn lũ tính
toán
- Giảm đi khi hệ số rỗng của đất e > 0,6; lúc này giá trị của R trong bảng A.7 phải nhân
với hệ số giảm thấp m xác định bằng nội suy giữa các giá trị m = 1 khi e = 0,6 và m = 0,6
khi e = 1,1

Ví dụ 4.6
Xác định sức chịu tải chịu nén cho phép theo đất nền của cọc C8-30 như trong hình dưới, cọc
được hạ bằng búa diesel. Lớp cát hạt trung chặt vừa chưa gặp đáy trong phạm vi lỗ khoan
18m kể từ mặt đất tự nhiên.
Để tính toán ma sát mặt bên cọc chia đất xung quang cọc thành các lớp dày nhỏ hơn 2m.
Loại đất

IL hoặc
độ chặt

chiều dày
hi (m)

độ sâu
zi (m)

fsi
(kPa)

fsi.li
(kN/m)

sét
cát pha
sét pha

IL = 0,9
IL = 0,8
IL = 0,7

1,5
2
1,5

2,25
4
5,75

4,5
8
10

6,75
16
15
198


cát trung

chặt vừa

2
7,5
1
9
Tổng cộng : ∑ fsi l i (kN/m)

61
63,5

122
63,5
223,25

Sức chống của đất ở mũi cọc với độ sâu H = 9,5m (kể từ cốt thiên nhiên đến chân cọc) tra
Bảng 4.3 đối với cát hạt trung chặt vừa, ta có R = 3950kPa.
Các hệ số m = 1 ; mR =1 ; mfs = 1
Theo công thức (4.9), sức chịu tải cực hạn của cọc theo đất nền:
Pu = 1.(1. 3950.0,3.0,3+ 4.0,3.223,25) = 623,4 kN
Sức chịu tải trọng nén cho phép của cọc theo đất nền: Pđ = 623,4/1,4 = 445,28 kN

2,0

4

sÐt pha
I L = 0,7

1,5

5

c¸t trung
chÆt võa

4,0

9,5

9,0

7,5

5,75

1,5

-2,1

1,0

-10,1

2,25

c¸t pha
I L = 0,8

1,0

3

3,0

-7,1

2

sÐt
I L = 0,9

2,0

-5,6

trång trät

2,0

-3,6

1

2,0

-1,6

1,5

-0,6

Hình 4.10 Xác định sức chịu tải theo kết quả thí nghiệm trong phòng
Ví dụ 4.7
Xác định chịu tải trọng nén cho phép theo đất nền của cọc nhồi đường kính 0,8m. Cọc nhồi
được đổ bê tông trong hố khô. Tôn nền 0,45m so với cốt tự nhiên. Lớp sét phía dưới chưa kết
thúc trong phạm vi lỗ khoan.
Để tính toán ma sát mặt bên cọc chia đất xung quang cọc thành các lớp dày nhỏ hơn 2m.
Loại đất

IL hoặc chiều dày độ sâu
độ chặt
hi (m)
zi (m)

sét pha

IL = 0,6

2
2
2
2
2

fsi
(kPa)

2,6
13,2
4,6
16,6
IL = 0,2
6,6
59,2
8,6
62,9
10,6
65,8
Tổng cộng : ∑ m fi .f si .h i (kN/m)

mfsi

mfsi.fsi.li
(kN/m)

0,7

18,48
23,24
sét
0,6
71,04
75,48
78,96
267,2
Mũi cọc hạ vào sét có IL = 0,2 tra Bảng 4.3 với H = 11,6m có R = 5192 kPa.
199


Hệ số mR = 1, tiết diện cọc A =

πd 2 3,1416.0,82
=
= 0,5026 → m2
4
4

Chu vi tiết diện ngang cọc U =πd = 3,14x0,8 = 2,512m
Theo công thức (4.9), chịu tải trọng nén cực hạn của cọc theo đất nền:
Pu = 1. (1.5192. 0,5026 + 2,512.267,2)
Pu = 3280,71 kN.
Chịu tải trọng nén cho phép của cọc theo đất nền:

trång trät

-12,05

11,6

2,0
2,0

6,0

2,0

10,6

sÐt
I L = 0,2

8,6

3

-6,05

6,6

sÐt pha
I L = 0,6

2,0

2

2,0

5,1

-2,05

4,6

1

2,6

-0,95

0,5

Pđ = 3280,71 /1,4 = 2343,35 kN
-0,45

Hình 4.11 Xác định sức chịu tải theo đất nền của cọc khoan nhồi

c) Cọc Vít
Theo tiêu chuẩn 20TCN21-86 thì sức chịu tải cực hạn theo đất nền P u,đ của cọc
có đường kính cánh D ≤ 1,2m và có chiều dài L ≤ 10m, chịu lực nén hoặc nhổ
dọc trục được xác định theo công thức (4.13). Tuy nhiên khi đường kính cánh D
> 1,2m và có chiều dài L > 10m thì phải lấy kết quả theo thí nghiệm thử cọc vít
bằng tải trọng tĩnh.
200


(4.13)

Pu,đ = m.[(A.cI + B.γI.h)Ac + u.fs.(L-D)]
m - hệ số điều kiện làm việc tra Bảng 4.10

A,B - không thứ nguyên, tra Bảng 4.11 phụ thuộc vào trị tính toán của góc ma
sát trong tính toán của đất trong vùng làm việc ϕI (vùng làm việc là lớp đất có
chiều dày bằng D tiếp xúc với cánh cọc);
cI - lực dính đơn vị tính toán của đất sét hoặc thông số đường thẳng của đất cát
trong vùng làm việc ;
h - chiều sâu cánh cọc kể từ địa hình tự nhiên, còn khi lúc san nền đất bị gọt đi thì kể từ cốt san nền ;
γI.h - ứng suất đứng trong nền tại độ sâu mũi cọc
Ac - hình chiếu diện tích cánh cọc, tính theo đường kính ngoài, khi cọc vít chịu
tải trọng nén, còn khi cọt vít chịu tải trọng nhổ - Là hình chiếu diện tích làm việc
của cánh, tức đã trừ đi diện tích thân cọc ;
fs - trị tính toán của cường độ ma sát trung bình của đất theo mặt xung quanh
cọc, tra Bảng 4.4
u - chu vi thân cọc, L chiều dài thân cọc hạ vào đất, D đường kính cánh xoắn
của cọc
Bảng 4.9 Hệ số điều kiện làm việc của cọc vít
Loại đất

Hệ số điều kiện làm việc của cọc vít khi tải trọng
Nén
Nhổ
Thay đổi dấu

1. Sét và sét pha
a- Cứng, nửa cứng và dẻo cứng
b- Dẻo mềm
c- Dẻo chảy
2. Cát và cát pha
a. Cát ít ẩm và cát pha cứng
b. Cát ẩm và cát pha dẻo
c. Cát bão hòa và cát chảy

0,8
0,8
0,7

0,7
0,7
0,6

0,7
0,6
0,4

0,8
0,7
0,6

0,7
0,6
0,5

0,5
0,4
0,3

Bảng 4.10 Bảng hệ số A và B
Trị tính toán thứ nhất của góc ma sát trong ϕ
(độ) của đất trong vùng làm việc
13
15
16
18
20
22

Hệ số
A
7,8
8,4
9,4
10,1
12,0
15,0

B
2,8
3,3
3,8
4,5
5,5
7,0
201


24
26
28
30
32
34

18,0
23,1
29,5
38,0
48,4
64,9

9,2
12,3
16,5
22,5
31,0
44,4

Chú thích:
1. Khi xác định sức mang tải của cọc vít chịu lực ép, các đặc trưng của đất ở bảng 4.10 là
thuộc về đất nằm phía dưới cánh, còn khi cọc chịu tải trọng nhổ - tính theo đất ở phía trên
cánh cọc.
2. Chiều sâu của cánh so với cốt san nền không được bé hơn 5D ở đất sét và không bé hơn
6D ở đất cát (ở đây D - đường kính cánh cọc).
Ví dụ 4.8
Xác định sức chịu tải trọng nén thẳng đứng theo đất nền của cọc vít như hình vẽ dưới, cọc có
đường kính thân 0,24m, đường kính cánh 0,9m.
Lớp cát pha có IL = 1,0, γ = 16,79 kN/m3
Lớp sét pha có IL = 0,5 ; ϕ = 18o, cI = 22 kPa, γ = 17,5 kN/m3
Để tính toán sức kháng ma sát mặt bên cọc chia đất xung quang cọc thành các lớp có bề dày
nhỏ hơn 2m.
Loại đất

IL hoặc chiều dày độ sâu
độ chặt
hi (m)
zi (m)

fsi
(kPa)

fsi.hi
(kN/m)

cát pha

IL = 1,0

sét pha

IL = 0,5

2
5
5,5
24,6

4
10
5,5
29,52

fs(L-D) =

2
2
1
1,2

∑ fsi .h i

1
3
4,5
5,6

49,02

202


1,0

γ=16,79 kN/m3

D=0,9m 1,2

sÐt pha

I L = 0,5

γ=17,5 kN/m3

2

7,1

I L = 1,0

5,6

4,5

3,0

1,0

2,0
c¸t pha

2,0

1

c I = 22 kPa
φ=18o

D=0,9m

Hình 4.12 Xác định sức chịu tải của cọc vít
Với sét pha dẻo mềm, tra Bảng 4.9 ta có m = 0,8
Với ϕ = 18o tra Bảng 4.10 ta có A = 10,1; B = 4,5
Diện tích của phần cánh :

Ac =

πd 2 0,31416.0,9 2
=
= 0, 63585 m2
4
4

Chu vi tiết diện ngang của thân cọc
u= πd = 3,14 . 0,24 = 0,7536m
Ứng suất đứng trong nền tại độ sâu mũi cọc
γ.h = 16,79.5 + 17,5.(1,2 + 0,9) = 120,7 kPa
Theo công thức (4.13), sức chịu tải trọng nén cực hạn của cọc theo đất nền:
Pu,đ = 0,8.[(10,1.22 + 4,5.120,7).0,63585 + 0,7536.49,02] = 418,87 kN
Sức chịu tải trọng nén cho phép của cọc theo đất nền:
Pđ = 418,87/1,4 = 299,2 kN
Ví dụ 4.9
Xác định sức chịu tải trọng nhổ của cọc vít với các điều kiện như trong ví dụ 9.
Tra bảng ta có hệ số m = 0,7 (cọc cắm qua đất sét pha ở trạng thái dẻo mềm chịu lực nhổ).
Diện tích riêng phần cánh cọc (không kể diện tích tiết diện ngang thân cọc)

Ac =

3,14
πD 2 πd 2 π 2 2
(0,9 2 − 0, 24 2 ) = 0,590634cm2
= (D - d ) hay A c =
4
4
4
4
203


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×