Đang tải... (xem toàn văn)
Đây là chuyên đề nghiên cứu Nền & Móng của nhóm SV ĐH SPKT TP.HCM. Thể hiện chi tiết từ thiết kế đến thi công Cọc BT UST.
GIỚI THIỆU CỌC BÊ TÔNG LY TÂM ỨNG LỰC TRƯỚC NHÓM 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 TRƯỚC NHÓM 1O Trang2 NỘI DUNG Chương 1: Tổng quan về cọc bê tông cốt thép và các phương pháp đánh giá sức chịu tải của cọc Chương 2: Lý thuyết về bê tông ứng lực trước và chế tạo cọc bê tông ly tâm ứng trước Chương 3: Ví dụ tinh toán về sức chịu tải của các loại cọc và so sanh các kết quả Chương 4: Thi công cọc bê tông ly tâm ứng lực trước GIỚI THIỆU CỌC BÊ TÔNG LY TÂM ỨNG LỰC TRƯỚC NHÓM 1O Trang3 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC 1.1. Phân loại cọc. 1.1.1 Cọc bê tông cốt thép thường. Cọc bê tông cốt thép thường có dạng hình vuông. Cạnh cọc thường gặp ở Việt Nam hiện nay là 0,2 ÷0,4m, chiều dài cọc thường nhỏ hơn 12m vì chiều dài tối đa của 1 cây thép là 11,7m. Bê tông dùng cho cọc có mác từ 250 ÷350 (tương đương cấp độ bền (B20 ÷B25). Khả năng chịu tải theo vật liệu cọc BTCT thường được tính theo công thức: (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 TRƯỚC NHÓM 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: 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 ứng lực trước . Cọc có đường kính từ 300 ÷1000 (mm). Được sản xuất bằng phương pháp quay ly tâm có cấp độ bền chịu nén của bê tông từ B40 đến B60. Chiều dài và bề dầy thành cọc tùy thuộc vào đường kính ngoài của cọc. Với cọc có đường kính ngoài 300mm thì chiều dài cọc tối đa là 13m và chiều dầy thành cọc là 60mm, với cọc có đường kính ngoài 1000mm thì chiều dài cọc tối đa là 24m, chiều dầy thành cọc là 140mm, … 1.2. Các giải pháp thi công cọc. Cọc hạ bằng búa (búa diezen, búa treo, búa hơi) Cọc hạ bằng máy ép. Cọc hạ bằng phương pháp xoắn (còn gọi là cọc xoắn) thường là cọc thép hoặc cọc có đầu xoắn bằng thép. GIỚI THIỆU CỌC BÊ TÔNG LY TÂM ỨNG LỰC TRƯỚC NHÓM 1O Trang5 Cọc hạ bằng phương pháp xói nước. Cọc hạ bằng máy chấn động . 1.2.1 Cọc hạ bằng búa (búa rung , búa hơi, búa diezen ) . 1.2.1.1 Búa rung . 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 NHÓM 1O Trang6 Pu – sức kháng cực hạn của đất lên cọc ở độ sâu thiết kế Năng lượng (biểu kiến) của búa là: Ebúa = (REbúa)/r (1.4) Trong đó: r – phần trăm năng lượng 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 tương 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 những khối bê tông. Để ép được cọc xuống độ sâu thiết kế, lực ép (là lực bán tĩnh) phải thắng được sức kháng cực hạn của đất lên cọc có nghĩa là: Pépcọc ≥ Pu (Pu là sức ch ịu tải cực hạn của cọc theo đất nền). Với cọc trong đất dính, Pépcọc có thể nhỏ hơn vì quá trình ép làm xáo trộn và giảm sức chịu tải của đất sét. Tuy nhiên, sau một khoảng thời gian nào đó cọc sẽ lấy lại được sức chịu tải. Ngược lại với cọc trong đất cát, Pépcọc có thể lớn hơn nhiều so với 1.3. Phạm vi ứng dụng. Khi tải trọng công trình không nhỏ, và các lớp đất gần bề mặt không tốt thì giải pháp móng nông sẽ có độ lún lệch lớn, hơn nữa để đảm bảo điều kiện an toàn về sức chịu tải thì kích thước móng phải rất lớn. Khi giải móng nông trên nền thiên nhiên tỏ ra không hiệu quả thì ta có thể gia cố nền tuy nhiên giải pháp gia có nền vẫn chưa tỏ ra hiệu quả hoặc quá tốn kém thì giả i pháp móng cọc là một sự lựa dễ dàng. 1.3.1 Cọc bê tông cốt thép thường 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 TRƯỚC NHÓM 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 giả m trọng lượng thuận tiện cho việc vận chuyển, thi công → Kinh tế hơn. Một ưu điểm khác của cọc bê tông ly tâm ứng lực trước là sức chịu tải ngang lớn do bê tông trong cọc được ứng lực trước nên tăng khả năng chịu kéo của bê tông vì thế tăng khả năng chống thấm, chống ăn mòn. 1.4. Các phương pháp kiểm tra khả năng chịu tải của c ọc đơn. 1.4.1. Phương pháp tra bảng thống kê Phương pháp này dựa trên quy phạm CHNΠ2.02.03.85 của Liên Xô Sức chịu tải của cọc đơn được dùng là. GIỚI THIỆU CỌC BÊ TÔNG LY TÂM ỨNG LỰC TRƯỚC NHÓM 1O Trang8 (1.5) Trong đó : Kat – hệ số an toàn được lấy (khi xét đến hiệu ứng của nhóm) là. Kat = 1,4 cho móng trên 21 cọc. Kat = 1,55 cho móng từ 11 đến 20 cọc. Kat = 1,65 cho móng từ 6 đến 10 cọc. Kat = 1,75 cho móng dưới cọc. Qtc – xác định gồm 2 thành phần là khả năng chịu mũi và khả năng bám trượt bên hông. (1.6) Trong đó: mR – hệ số điều kiện làm việc tại mũi cọc, lấy mR = 0,7 cho sét, mR = 1 cho cát. mf – hệ số điều kiện làm việc của đất bên hông, lấy mf = (0,9 ÷1) cho cọc, mf = 0,6 cho cọc khoan nhồi. 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 TRƯỚC NHÓM 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. GIỚI THIỆU CỌC BÊ TÔNG LY TÂM ỨNG LỰC TRƯỚC NHÓM 1O Trang10 1.4.2.2 Sức chịu tải của mũi cọc (qp). a. Theo phương pháp Terzaghi. (1.9) (1.10) b. Theo phương pháp Meyerhof c. Theo TCVN 205-1998. 1.4.3. Phương pháp tính từ kết quả thí nghiệm xuyên động (SPT). Xuyên động (SPT) được thực hiện bằng ống tách đường kính 5,1cm, dài 45cm, đóng bằng búa rơi tự do nặng khoảng 63,5kg, với chiều cao rơi là 76cm. Đếm số búa để đóng cho từng 15cm ống lún trong đất (3 lần đếm), 15cm đầu không tính, chỉ dùng giá trị số búa cho 30cm sau là N (búa), được xem như là số búa tiêu chuẩn N. Quy phạm (TCXD205-1998) cho phép dùng công thức của Meyerhof (1956). Trong đó: K1 = 400 cho cọc đóng và K1 = 120 cho cọc khoan nhồi. K2 = 2 cho cọc đóng và K2 = 1 cho cọc khoan nhồi. N – số búa dưới mũi cọc. [...]... cứng dọc của thép ứng lực và cường độ của bê tông NHÓM 1O Trang26 GIỚI THIỆU CỌC BÊ TÔNG LY TÂM ỨNG LỰC TRƯỚC 2.6 Cọc bê tông ly tâm ứng lực trước 2.6.1 Phân loại cọc Cọc bê tông ly tâm ứng lực trước thường (PC) là cọc bê tông ly tâm ứng lực trước được sản xuất bằng phương pháp quay ly tâm có cấp độ bền chịu nén của bê tông không nhỏ hơn B40 Cọc bê tông ly tâm ứng lực trước cường độ cao (PHC) là cọc. .. kính ngoài (mm) – chiều dài cọc (m) – TCVN 7888: 2008 NHÓM 1O Trang27 GIỚI THIỆU CỌC BÊ TÔNG LY TÂM ỨNG LỰC TRƯỚC Bảng 2.2 Bảng kích thước cọc Bảng 2.3 Bảng quy định sai lệch kích thước của cọc PC, PHC 2.7.4 Bê tông sử dụng cho cọc ly tâm ứng lực trước Cọc bê tông ly tâm ứng lực trước thường (PC) có cấp độ bền chịu nén của bê tông không nhỏ hơn B40 Cọc bê tông ly tâm ứng lực trước cường độ cao (PHC) có... THUYẾT VỀ BÊ TÔNG ỨNG LỰC TRƯỚC VÀ CHẾ TẠO CỌC BÊTÔNG LY TÂM ỨNG LỰC TRƯỚC 2.1 Khái niệm về bê tông ứng 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 hợp nhằm cân bằng với một lượng 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 cường độ... Trang28 GIỚI THIỆU CỌC BÊ TÔNG LY TÂM ỨNG LỰC TRƯỚC của bê tông không nhỏ hơn B60 2.6.5 Tính toán khả năng chịu tải của cọc bê tông ly tâm ứng lực trước Ứng suất nén cho phép của bê tông bpσ = 0,4 x bR (daN/cm2 Trong đó: bpσ - Ứng suất nén cho phép của bê tông bR - Cường độ nén thiết kế của bê tông Tổng diện tích thép ứng lực Trong đó: D – đừng kính ngoài của cọc d – Chiều dầy thành cọc Trong đó: r –... hấp cọc bằng hơi nước trong khoảng 8 giờ, bảo dưỡng đợt 2 trong khoảng 6 giờ, khi bê tông đạt được 70% cường độ R28 ngày tuổi ta có thể cắt thép ứng lực Lúc đó thép co lại và nén bê tông tạo ứng lực trước trong cọc Sau đó tháo khuôn ta kiểm tra ngoại quan cọc và kiểm tra bề dày thành cọc NHÓM 1O Trang33 GIỚI THIỆU CỌC BÊ TÔNG LY TÂM ỨNG LỰC TRƯỚC NHÓM 1O Trang34 GIỚI THIỆU CỌC BÊ TÔNG LY TÂM ỨNG LỰC TRƯỚC... CỦA CÁC LOẠI CỌC VÀ SO SÁNH CÁC KẾT QUẢ 3.1 Số liệu địa chất Mực nước ngầm cách mặt đất (- 1m) NHÓM 1O Trang35 GIỚI THIỆU CỌC BÊ TÔNG LY TÂM ỨNG LỰC TRƯỚC Tính toán sức chịu tải của các loai cọc với cùng một địa chất và cùng độ sâu mũi cọc Với cọc bê tông cốt thép thường và cọc bê tông ly tâm ứng lực trước thi: Chọn chiều sâu mũi cọc 30m 3.3 PHƯƠNG ÁN CỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP THƯỜNG Chọn cọc 400x400 cốt... THIỆU CỌC BÊ TÔNG LY TÂM ỨNG LỰC TRƯỚC 2.6.6 Quy trình sản xuất cọc bê tông ly tâm dự ứng lực NHÓM 1O Trang31 GIỚI THIỆU CỌC BÊ TÔNG LY TÂM ỨNG LỰC TRƯỚC 2.6.5.1 Chuẩn bị vật liệu Cát, đá được kiểm tra sau đó được rửa sàng kỹ trước khi vào trạm trộn cốt liệu sử dụng đảm bảo yêu cầu của tiêu chuẩn TCVN 7570 – 2006, kích thước của cốt liệu không lơn hơn 25 mm và không vượt quá 2/5 độ dày của thành cọc. .. 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 ứng 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 NHÓM 1O Trang18 GIỚI THIỆU CỌC BÊ TÔNG LY TÂM ỨNG LỰC TRƯỚC Chương 2 LÝ THUYẾT VỀ BÊ TÔNG ỨNG LỰC... ngoài của cọc NHÓM 1O Trang29 GIỚI THIỆU CỌC BÊ TÔNG LY TÂM ỨNG LỰC TRƯỚC r0 – Bán kính trong của cọc Trong đó: spσ - Ứng suất kéo ban đầu của thép puσ - Cường độ của thép Với k = 0,06 (22TCN272 - 2005) (với Es là modun đàn hồi của thép ứng lực, Ec’ là modun đàn hồi của bê tông tại thời điểm truyền ứng lực) Các tổn thất ứng suất trong cọc được lấy bằng 25% ứng suất trước trong cốt thép ứng lực NHÓM... do đó sức chịu tải của cọc giảm đi Ngoài ra nếu không vệ sinh sạch đáy hố khoan, sức kháng mũi sẽ giảm đáng kể 1.6 Ưu nhược điểm của các loại cọc 1.6.1 Cọc bê tông ly tâm ứng lực trước: + Cọc được sản suất trong nhà máy bằng quy trình khép kín, chất lượng cọc ổn định, dễ kiểm soát khi thi công và đảm bảo chất lượng + Do bê tông được ứng suất trước nên cọc bê tông ly tâm ứng suất trước sẽ không bị biến . THIỆU CỌC BÊ TÔNG LY TÂM ỨNG LỰC TRƯỚC NHÓM 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. trước và chế tạo cọc bê tông ly tâm ứng trước Chương 3: Ví dụ tinh toán về sức chịu tải của các loại cọc và so sanh các kết quả Chương 4: Thi công cọc bê tông ly tâm ứng lực trước . điều kiện làm việc, k.m = 0,7. 1.1.3 Cọc bê tông ly tâm ứng lực trước . Cọc có đường kính từ 300 ÷1000 (mm). Được sản xuất bằng phương pháp quay ly tâm có cấp độ bền chịu nén của bê tông từ B40