Bài giảng Chuyên đề xử lý nền móng

ý trong thiết kế. 3.4 NÉN TRƯỚC BẰNG TẢI TRỌNG TĨNH. 3.4.1 Đặc điểm và phạm vi ứng dụng. Nén trước bằng tải trọng tĩnh sử dụng trong trường hợp gặp nền đất yếu như than bùn, bùn, sét và sét pha dẻo nhão… Mục đích của gia tải trước là : - Tăng cường sức chịu tải của đất nền. - Tăng nhanh thời gian cố kết, tức là làm cho lún ổn định nhanh hơn. Muốn đạt được mục đích trên, người ta dùng các biện pháp sau đây : - Chất tải trọng bằng cát, sỏi, gạch, đá… bằng hoặc lớn hơn tải trọng công trình dự định xây dựng để cho nền chịu tải trước và lún trước khi xây dựng. - Dùng giếng cát (biện pháp ở phần trên) hoặc bản giấy thấm để thoát nước lỗ rỗng, tăng nhanh quá trình cố kết của đất nền. 39 3.4.2 Điều kiện về địa chất công trình. Để đạt được mục đích nén chặt đất và nước trong lỗ rỗng thoát ra, điều kiện cơ bản là phải có chỗ cho nước thoát ra được. Những sơ dồ về địa chất sau đây được xem là phù hợp cho phương pháp này : a. Sơ đồ theo hình 4.5a : khi bị ép, nước sẽ bị ép xuống lớp cát bên dưới. b. Sơ đồ theo hình 4.5b : khi bị ép, nước sẽ bị ép theo hai hướng lên trên và xuống lớp cát bên dưới. c. Sơ đồ theo hình 4.5c : khi bị ép, nước sẽ thoát theo hướng lên lớp cát phía trên. Để đạt được hiệu quả tốt, chiều dày lớp đất yếu nên được hạn chế hđy  3m. a) q (KPa) Đất đắp. đất trồng trọt Đất yếu Cát Cát Đất yếu b) q (KPa) Cát Đất sét Đất yếu c) q (KPa) Cát Hình 4.5 Các điều kiện địa chất công trình để dùng phương pháp gia tải nén trước không dùng giếng thoát nước. 3.4.3 Tính toán gia tải trước. Lựa chọn áp lực nén trước như sau : + Dùng áp lực nén trước bằng đúng tải trọng công trình sẽ xây dựng. + Dùng áp lực nén trước lớn hơn tải trọng công trình (khoảng 20%) để tăng nhanh quá trình cố kết, không nên chọn quá lớn sẽ làm cho nền đất bị phá hoại. Độ lún dự tính của nền đất yếu dưới tác dụng của tải trọng nén trước được xác định theo công thức kinh nghiệm sau : t t SS t   α (4.19) Trong đó : St : độ lún dự tính trong thời gian t nào đó; t : thời gian nén trước;  : hệ số kinh nghiệm xác định theo công thức : 40 11 t t.t S S α (4.20) Trong đó : S : độ lún ổn định trong quá trình nén trước, xác định theo quan trắc thực tế. 1 t 1 2 t 2 12 S t S t tt S    (4.21) ở đây, St1 và St2 là độ lún quan trắc ở thời điểm t1 và t2. 3.4.4 Biện pháp thi công. Có hai cách gia tải nén trước : - Chất tải trọng nén trước ngay trên mặt đất, tại vị trí sẽ xây móng, đợi một thời gian theo yêu cầu để độ lún ổn định, sau đó dỡ tải và đào hố thi công móng. - Có thể xây móng, sau đó chất tải lên móng cho lún đến ổn định, sau đó dỡ tải và xây các kết cấu bên trên. Lưu ý chất tải tăng dần theo từng cấp. Mỗi cấp khoảng 15 – 20% tổng tải trọng. Cần tiến hành theo dõi, quan trắc độ lún để xem độ lún có đạt yêu cầu không, nếu không đạt cần có biện pháp tích cực hơn để nước tiếp tục thoát ra. 3.5 GIẾNG CÁT. 3.5.1 Đặc điểm và phạm vi ứng dụng. Giếng cát là một trong những biện pháp gia tải trước được sử dụng đối với các loại đất bùn, than bùn cũng như các loại đất dính bão hòa nước, có tính biến dạng lớn… khi xây dựng các công trình có kích thước và tải trọng lớn thay đổi theo thời gian như nền đường, sân bay, bản đáy các công trình thủy lợi… Giếng cát có hai tác dụng chính : - Giếng cát sẽ làm cho nước tự do trong lỗ rỗng thoát đi dưới tác dụng của gia tải vì vậy làm tăng nhanh tốc độ cố kết của nền, làm cho công trình nhanh đạt đến giới hạn ổn định về lún, đồng thời làm cho đất nền có khả năng biến dạng đồng đều. - Nếu khoảng cách giữa các giếng được chọn thích hợp thì nó còn có tác dụng làm tăng độ chặt của nền và do đó sức chịu tải của đất nền tăng lên. Những điểm giống và khác nhau giữa giếng cát và cọc cát : 41 - Kích thước (đường kính và chiều dài) tương tự như nhau, nhưng khoảng cách giữa các giếng cát thì lớn hơn cọc cát. - Nhiệm vụ của chúng khác nhau : + Cọc cát làm chặt đất là chính, làm tăng SCT đất nền, thoát nước lỗ rỗng là phụ. + Giếng cát để thoát nước lỗ rỗng là chính, tăng nhanh quá trình cố kết, làm cho độ lún của nền nhanh chóng ổn định. Làm tăng sức chịu tải của nền là phụ. 3.5.2 Tính toán và thiết kế giếng cát. Cấu tạo của giếng cát gồm có ba bộ phận chính (hình vẽ) là hệ thống các giếng cát, đệm cát và lớp gia tải. a. Đệm cát : Có nhiệm vụ tạo điều kiện cho công trình lún đều, Chiều dày lớp đệm cát tính theo công thức kinh nghiệm : hđ = S + (0,3 – 0,5m) (4.12) Trong đó : hđ : chiều dày lớp đệm cát; S : độ lún tính toán của nền đất. Cát làm lớp đệm thường sử dụng cát hạt trung hoặc hạt to. Tầng không thấm nước Đất yếu Đệm cát q Gi á g cát L L d Cấu tạo giếng cát trên mặt bằng. Hình 4.4 Sơ đồ cấu tạo giếng cát. b. Lớp gia tải : Xác định chiều cao của lớp gia tải : h = γ σ (4.13) Trong đó :  : áp lực do tải trọng ngoài. Và :   Rtc hay qat 42 Rtc tính với đất yếu  = 0 và đất đắp ngay trên mặt nên h = 0; vì vậy Rtc = c. Nếu điều kiện trên không thỏa mãn thì phải đắp lớp gia tải nhiều lần hoặc dùng bệ phản áp. Qat = hγ π γπ    2 -ctg )2c.ctgh( (4.14) c. Giếng cát : Đường kính giếng cát tốt nhất dc = 35 - 45cm, chiều dài của giếng thường lấy bằng chiều sâu chịu nén cực hạn của đất nền dưới móng : + Móng đơn : lg  2 – 3b (b : chiều rộng móng). + Móng băng : lg  4b. + Móng bè : - Nếu nền đất yếu có gốc là đất loại sét, thì : lg  9m + 0,15b. - Nếu nền đất yếu có gốc là đất loại cát, thì : lg  6m + 0,10b. Khoảng cách giữa các giếng cát : Khoảng cách giữa các giếng cát phụ thuộc vào đường kính giếng cát cũng như tốc độ cố kết của nền đất. Theo kinh nghiệm, khoảng cách giữa các giếng trong khoảng 1,0 – 5,0m. d. Tính biến dạng của nền : - Độ lún của nền đất yếu khi chưa có giếng cát : hS 1đ 2đ1đ e1 ee    (4.15) Trong đó : e1đ; e2đ ; hệ số rỗng của đất ở xung quanh giếng cát trước và sau khi có tải trọng. h : chiều dày lớp đất yếu có giếng cát. Khi nền đất có nhiều lớp khác nhau thì dùng phương pháp tổng độ lún để xác định. - Độ lún của nền đất yếu khi có giếng cát có thể xác định theo công thức kinh nghiệm của Evgênev : hS 2 2 c o1 po gc L d e ee          (4.16) Trong đó : eo : hệ số rỗng của nền đất ở trạng thái tự nhiên; ep : hệ số rỗng của nền đất khi có tải trọng ngoài; dc : đường kính giếng cát; L : khoảng cách giữa các trục giếng cát; h : chiều dày lớp đất có giếng cát. - Độ lún theo thời gian : 43  t)r,(z,PqhmS n 1 v t e1   (4.17) - Mức độ cố kết : rz nt t .MM-1-1 q t)r,(z,P S U  (4.18) Trong các công thức trên : mv : hệ số nén của đất; e1 : hệ số rỗng ban đầu của đất; q : tải trọng phân bố đều của công trình; Pn(z,r,t) : áp lực nước lỗ rỗng; h : chiều dày lớp đất có giếng cát. 3.5.3 Thi công giếng cát. Quá trình thi công giếng cát nói chung giống như cọc cát. Có thể hạ ống thép xuống bằng máy đóng hoặc máy rung. Giếng cát nói chung chưa được sử dụng phổ biến ở nước ta. 3.6 GIA CỐ NỀN BẰNG BẤC THẤM. 3.6.1 Phạm vi áp dụng. §©y lµ biƯn ph¸p míi ®•ỵc sư dơng ë n•íc ta vµ víi nh÷ng c«ng tr×nh ®· ®•ỵc tho¸t n•íc theo ph•¬ng th¼ng ®øng cđa bÊc thÊm chøng tá tèc ®é cè kÕt cđa nỊn ®Êt yÕu lµ nhanh so víi c¸c ph•¬ng ph¸p kh¸c. BiƯn ph¸p nµy cã thĨ sư dơng ®•ỵc réng r·i v× theo kinh nghiƯm n•íc ngoµi, ®©y lµ biƯn ph¸p h÷u hiƯu trong bµi to¸n gi¶i quyÕt tèc ®é cè kÕt cđa nỊn ®Êt yÕu. C«ng nghƯ nµy thÝch dơng cho viƯc x©y dùng nhµ ë cã sè tÇng cã sè tÇng 3 ~ 4 tÇng x©y dùng trªn nỊn ®Êt míi lÊp mµ d•íi líp ®Êt lÊp lµ líp bïn s©u. 3.6.2 Mô tả về công nghệ. NỊn ®Êt s×nh lÇy, ®Êt bïn vµ ¸ sÐt b·o hoµ n•íc nÕu chØ lÊp ®Êt hoỈc c¸t lªn trªn, thêi gian ®Ĩ líp s×nh lÇy cè kÕt rÊt l©u kÐo dµi thêi gian chê ®ỵi x©y dùng. C¾m xuèng ®Êt c¸c èng cã bÊc tho¸t n•íc th¼ng ®øng xuèng ®Êt lµm thµnh l•íi « víi kho¶ng c¸ch m¾t l•íi « lµ 500 mm. VÞ trÝ èng cã bÊc n»m ë m¾t l•íi. èng tho¸t n•íc cã bÊc th•êng c¾m s©u kho¶ng 18 ~ 22 mÐt. Ống tho¸t n•íc cã bÊc cã ®•êng kÝnh 50~60 mm. Vá èng b»ng nhùa cã rÊt nhiỊu lç ch©m kim ®Ĩ n•íc tù do qua l¹i. Trong èng ®Ĩ bÊc b»ng sỵi p«lime däc theo èng ®Ĩ n•íc dÉn theo bÊc lªn, xuèng, trong èng. Ph•¬ng ph¸p nµy ®•ỵc gäi lµ ph•¬ng ph¸p tho¸t n•íc th¼ng ®øng (vertical drain). ViƯc c¾m èng xuèng ®Êt nhê lo¹i m¸y c¾m bÊc thÊm. Khi nỊn ®Êt ®•ỵc ®ỉ c¸c líp c¸t bªn trªn ®Ĩ n©ng ®é cao ®ång thêi dïng lµm líp gia t¶i giĩp cho sù ch¾t bít n•íc ë líp d•íi s©u ®Ĩ líp ®Êt nµy cè kÕt ®đ kh¶ n¨ng chÞu t¶i, n•íc trong ®Êt bÞ ¸p lùc cđa t¶i lµm n•íc t¸ch ra vµ lªn cao 44 theo bÊc, ®Êt cè kÕt nhanh. Khi gi¶m t¶i, n•íc chøa trong èng cã bÊc mµ kh«ng hoỈc Ýt trë l¹i lµm nh·o ®Êt. KÕt hỵp sư dơng v¶i ®Þa kü thuËt tiÕp tơc ch¾t n•íc trong ®Êt vµ ®ỉ c¸t bªn trªn sÏ c¶i thiƯn tÝnh chÊt ®Êt nỊn nhanh chãng. Võa qua t¹i Vịng Tµu Bµ RÞa nhiỊu nhµ m¸y ®•ỵc gia cè b»ng ph•¬ng ph¸p sư dơng bÊc thÊm vµ kÕt qu¶ cho thÊy rĩt ng¾n ®•ỵc thêi gian ỉn ®Þnh nỊn ®Êt lµ ®¸ng kĨ. §•êng quèc lé sè 5 nèi Hµ néi víi H¶i Phßng, nhiỊu ®o¹n nỊn ®Êt cịng ®•ỵc gia cè b»ng bÊc thÊm. BÊc thÊm ®•ỵc dïng nhiỊu trong viƯc x©y dùng ®•êng ®i qua vïng ®ång b»ng s«ng Hång , ®ång b»ng s«ng Cưu Long. BÊc thÊm lµm cho nỊn ®Êt ỉn ®Þnh nhanh h¬n chê ỉn ®Þnh tù nhiªn ®•ỵc nhiỊu thêi gian. BÊc thÊm ®•ỵc sư dơng ë n•íc ta trong vßng 5 n¨m trë l¹i ®©y. 3.6.3 Ứng dụng trong thực tế. a. Trong n•íc : ViƯc sư dơng bÊc thÊm ë n•íc ta míi xuÊt hiƯn kho¶ng 15 n¨m trë l¹i ®©y. Nh÷ng c«ng tr×nh sư dơng bÊc thÊm víi sè l•ỵng nhiỊu tËp trung cho c¸c c«ng tr×nh nỊn ®•êng nh• ®•êng quèc lé 5 - Hµ néi - H¶i Phßng, nhiỊu ®o¹n trªn ®•êng quèc lé 1A, nhÊt lµ nh÷ng ®•êng xa lé t¹i ®ång b»ng s«ng Cưu Long nh• c¸c ®•êng thuéc c¸c tØnh miỊn T©y Nam bé vµ nhiỊu con ®•êng thuéc tØnh Cµ Mau. C«ng tr×nh d©n dơng vµ c«ng nghiƯp sư dơng bÊc thÊm ®•ỵc dïng réng r·i ë c¸c khu c«ng nghiƯp ë Bµ RÞa-Vịng Tµu nh• t¹i c¸c nhµ m¸y ®iƯn Phĩ Mü, nhµ m¸y Ho¸ chÊt ... b. N•íc ngoµi : BiƯn ph¸p sư dơng bÊc thÊm ®•ỵc sư dơng cịng kh«ng qu¸ l©u so víi sù x©m nhËp ph•¬ng ph¸p c«ng nghƯ nµy vµo n•íc ta. T¹i Philippines, Indonªxia lµ nh÷ng ®¶o cã nhiỊu vïng trịng x×nh lÇy, viƯc sư dơng bÊc thÊm kh¸ phỉ biÕn. HìnhI V.5 Cắm bấc thấm vào nền sét yếu 45 3.7 GIA CỐ NỀN BẰNG VẢI ĐỊA KỸ THUẬT. 3.7.1 Gia cố nền đường. Đối với nền đất đắp, việc đặt vào 1 hoặc nhiều lớp vải địa kỹ thuật sẽ làm tăng cường độ chịu kéo và cải thiện độ ổn định của nền đường chống lại sự trượt trịn. Mặt khác, vải địa kỹ thuật cịn cĩ tác dụng làm cho độ lún của nền đất đắp được đồng đều hơn. Phạm vi áp dụng : xử lý cục bộ sự mất ổn định của nền đất đắp, sử dụng nhiều trong các cơng trình giao thơng hoặc nền gia cố bằng đệm cát, giếng cát, gia cường cho tường chắn, … Một số lưu ý khi gia cố nền đường : Nên sử dụng các vật liệu địa kỹ thuật tổng hợp (vải địa kỹ thuật, lưới kỹ thuật) cĩ cường độ cao, biến dạng nhỏ, lâu lão hĩa làm lớp thảm tăng cường cho nền đất đắp. Hướng dọc hoặc hướng cĩ cường độ cao của lớp thảm phải thẳng gĩc với tim đường. Việc sử dụng vật liệu địa kỹ thuật khơng bị hạn chế bới điều kiện địa chất, nhưng khi nền đấtcàng yếu thì tác dụng càng rõ. Số lớp thảm tăng cường phải dựa vào tính tốn để xác định, cĩ thể bố trí 1 hoặc nhiều lớp, cách nhau khoảng 15 – 30cm. Phải bố trí đủ chiều dài đoạn neo giữ, trong chiều dài đoạn neo, tỷ số của lực ma sát với mặt trên và mặt dưới của lớp thảm Pf và lực kéo thiết kế của lớp thảm Pj phải thỏa mãn điều kiện : 5,1 j j f P P  Gĩc ma sát giữa lớp thảm và vật liệu đắp f nên dựa vào kết quả thí nghiệm để xác định, nếu khơng làm được thí nghiệm, cĩ thể xác định theo cơng thức sau : qf tgφ3 2tgφ  Trong đĩ q là gĩc ma sát trong xác định bằng thí nghiệm cắt nhanh của vật liệu đắp tiếp xúc với lớp thảm. 46 3.7.2 Gia cố tường chắn đất. Hiện nay người ta chọn phương pháp gia cố phần đất đắp sau lưng tường bằng vải địa kỹ thuật hay các lưới kim loại để tạo ra các tường chắn đất mềm dẻo nhằm thay thế các loại tường chắn thơng thường bằng tường cứng. Các lớp vải địa kỹ thuật này sẽ chịu áp lực ngang từ khối đất sau lưng tường.  Cấu tạo tường chắn như sau : Ghi chú : Pa1 = KaγH; Pa2 = Kaq; Sv : khoảng cách giữa các lớp vải (chiều dày lớp đất); Le : chiều dài đoạn neo giữ cần thiết, Le ≥ 1m. Lr : chiều dài lớp vải nằm trước mặt trượt; Lo : chiều dài đoạn vải ghép chồng. Tồng chiều dài : ∑L = Le + Lr + Lo + Sv Chiều dài thiết kế : L = Le + Lr  Tính tốn khoảng cách và chiều dài lớp vải : Xét áp lực ngang tác dụng lên 1m dài tường : SF TSP va  47 - Tính tốn được khoảng cách giữa các lớp vải : SFP TS a v  Trong đĩ : FS - hệ số an tồn lấy bằng 1,3 – 1,5; T : cường độ chịu kéo của vải (T/m; KN/m), được cung cấp từ nhà sản xuất tùy theo mỗi loại vải. - Tính tốn chiều dài neo giữ cần thiết : )Ztg2(C FSPS L a av e  ≥ 1m. - Tính tốn chiều dài lớp vải nằm trước mặt trượt : Lr = (H-Z)tg(45 0 -υ/2) - Tính tốn chiều dài đoạn vải ghép chồng : )Ztg4(C FSPS L a av o  ≥ 1m. Ngồi ra cần kiểm tra về điều kiện chống trượt và chống lật đổ của tường chắn như các loại tường chắn thơng thường. Hình IV.6 Tường vải địa kỹ thuật 48 Chương 4 NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ MỘT SỐ LOẠI MÓNG CỌC 4.1 THIẾT KẾ MÓNG CỌC KHOAN NHỒI. 4.1.1 Đặc điểm phạm vi áp dụng. - Móng cọc khoan nhồi là loại móng đổ tại chỗ, thi công bằng phương pháp thủ công hoặc cơ giới tuỳ theo điều kiện về trang thiết bị. - Móng cọc khoan nhồi có thể áp dụng rộng rãi trong các ngành cầu đường, thuỷ lợi, xây dựng dân dụng và công nghiệp. Đặc biệt là các công trình có tải trọng lớn như cầu, nhà cao tầng, nhà xây chen ở các đô thị vv... - Ở nước ta cọc khoan nhồi được sử dụng từ những năm 80, từ hình thức tạo lỗ bằng thủ công cho đến nay đã có những thiết bị hiện đại để tạo lỗ và đổ bê tông bằng các quy trình khác nhau. (Ví dụ : + Tháp truyền hình Tokyo đặt trên 8 cọc khoan nhồi, có đường kính D = 3,5m. + Cầu Mỹ Thuận sử dụng khoan nhồi có đường kính D = 2,4m, dài 96m. Mỗi trụ có 16 cọc sức chịu tải mỗi cọc là 6.307 tấn. + Cầu Cần Thơ nhịp 500m, trụ có 6 cọc khoan nhồi D = 2,5 – 3,0m, sâu 100 – 120m). - Những ưu điểm chính của cọc khoan nhồi : + Có sức chịu tải lớn, với đường kính lớn và chiều sâu lớn có thể tới hàng nghìn tấn. + Thi công không gây ra chấn động đối với các công trình và môi trường ở xung quanh khắc phục được nhược điểm này của cọc đóng. + Có thể mở rộng đường kính và tăng chiều dài cọc đến độ sâu tuỳ ý (đường kính phổ biến hiện nay từ 60 - 250cm. Chiều sâu đến 100m). Khi điều kiện địa chất và thiết bị thi công cho phép, có thể mở rộng muĩ cọc hoặc mở rộng thân cọc để làm tăng sức chịu tải của cọc. + Lượng thép bố trí trong cọc thường ít hơn so với các loại cọc lắp ghép (với cọc đài thấp ). - Những khuyết điểm của cọc khoan nhồi : + Việc kiểm tra chất lượng cọc khoan nhồi rất phức tạp, gây ra tốn kém trong thi công. 49 + Ma sát thành cọc với đất giảm đi đáng kể so với cọc đóng và cọc ép do quá trình khoan tạo lỗ. + Việc sử lý các khuyết tật của cọc khoan nhồi rất phức tạp (trong một số trường hợp phải bỏ đi để làm cọc mới). + Công nghệ thi công đòi hỏi kỹ thuật cao để tránh các hiện tượng phân tầng khi thi công bê tông dưới nước có áp, cọc đi qua các lớp đất yếu có chiều dầy lớn. + Giá thành cao hơn so với các phương án cọc đóng và cọc ép khi xây dựng các công trình thấp tầng (theo thống kê : khi công trình dưới 12 tầng giá thành phương án cọc khoan nhồi có thể cao hơn 2 - 2,5 lần so với phương án khác – nhưng khi xây dựng nhà cao tầng hay các cầu lớn, thì phương án cọc khoan nhồi lại hợp lý hơn). 4.1.2 Thiết kế móng cọc khoan nhồi. Trình tự thiết kế móng cọc khoan nhồi gồm các bước sau : - Xác định tải trọng xuống móng. - Chọn độ sâu chôn móng (cọc đài thấp). - Lựa chọn cọc : Đường kính, chiều dài cọc. - Tính toán sức chịu tải của cọc. - Xác định số lượng cọc, bố trí cọc. - Kiểm tra áp lực trên đất nền về điều kiện biến dạng (tính lún). - Tính toán đài cọc. - Kiểm tra khả năng chịu tải ngang. 4.1.2.1 Xác định tải trọng tác dụng xuống móng. Căn cứ vào kết quả tính toán phần kết cấu bên trên, xác định tải trọng tác dụng xuống móng. Cần phải lưu ý điểm đặt của các thành phần tải trọng này để xác định tổng moment khi kiểm tra điều kiện áp lực tại đáy móng (đây chính là vị trí khi xác định chiều dài tính toán của tầng dưới cùng khi giải khung). 4.1.2.2 Lựa chọn chiều sâu chôn móng. Để lựa chọn độ sâu đặt đáy đài làm kết hợp các yếu tố : Quy mô công trình, độ lớn của tải trọng; đặc điểm về địa chất công trình, địa chất thuỷ văn; đặc điểm của các công trình hạ tầng và nền móng các công trình lân cận. Để thoả mãn điều kiện tính toán theo móng cọc đài thấp, cần kiểm tra điều kiện : 50 h  hmin x 0,7. Trong đó : m 0 min γB 2H) 2 tg(45h    : Góc ma sát trong của lớp đất đặt đáy đài. H : Tổng lực ngang tác dụng nên móng.  : Dung trọng trung bình của đất từ đáy đài trở lên. Bm : Chiều rộng của đài cọc (giả thiết sau đó kiểm tra lại). 4.1.2.3 Chọn đường kính cọc, chiều dài cọc. Cần xem xét kỹ mặt cắt địa chất, địa tầng, vị trí xây dựng công trình tương ứng với mặt cắt địa chất để chọn vị trí đặt mũi cọc; từ độ sâu đặt đáy đài đã chọn, ta có được chiều dài cọc. Lựa chọn đường kính cọc cần tương ứng với chiều dài cọc. 4.1.2.4 Xác định sức chịu tải của cọc khoan nhồi. a. Sức chịu tải theo vật liệu làm cọc : Pv = (m1.m2.Rb.F + Ra.Fa) Trong đó :  : Hệ số uốn dọc của cọc. Khi cọc đài thấp xuyên qua các lớp than bùn, đất sét yếu, bùn, cọc đài cao ->  được tra bảng, phụ thuộc ltt/b và ltt/ d Khi cọc đài thấp, xuyên qua các lớp khác với các lớp trên thì  = 1. Bảng tra hệ số uốn dọc  ltt /b 14 16 18 20 22 24 26 28 30 Ltt/ d 12,1 13,9 15,6 17,3 19,1 20,8 22 24,3 26  0,93 0,89 0,85 0,81 0,77 0,73 0,66 0,64 0,59 Rb : Cường độ tính toán của bêtông khi nén mẫu hình trụ. Fb : Diện tích tiết diện ngang của bêtông. Ra : Cường độ chịu nén tính toán của cốt thép. Fa : Diện tích thiết diện ngang của cốt dọc m1 : Hệ số điều kiện làm việc, khi cọc nhồi qua ống chuyển dịch thẳng đứng m1 = 0,85. m2 : Hệ số điều kiện làm việc kể đến ảnh hưởng của phương pháp thi công cọc :  Thi công trong đất sét, không cần chống vách, mực nước ngầm thấp hơn mũi khoan : m2 = 1,0. 51  Thi công trong các loại đất cần phải dùng ống chống vách – mực nước ngầm không xuất hiện trong hố khoan - m2 = 0,9.  Thi công trong đất cần chống vách và đổ bêtông dưới huyền phù sét - m2 = 0,7. * Lưu ý : Có thể sử dụng công thức sau : Pv = Ru.Fb +Ran.Fa Trong đó : Ru : Cường độ tính toán của bêtông được xác định như sau :  Đối với cọc đổ bê tông dưới nước hoặc huyền phù sét thì : Ru = R/4,5 nhưng không lớn hơn 60 kg/cm 2 .  Đối với cọc đổ bê tông trong hố khoan khô thì : Ru = R/4,0 nhưng không lớn hơn 70 kg/cm 2 . R : Mác thiết kế của bê tông cọc. Ran : Cường độ chịu nén tính toán của cốt thép :  Khi thép   28mm thì Ran = Rc/1,5 nhưng không lớn hơn 2.200 kg/cm 2 .  Khi thép  > 28mm thì Ran = Rc/1,5 nhưng không lớn hơn 2.000 kg/cm 2 . Rc : Giới hạn chảy của cốt thép. b. SCT theo chỉ tiêu cơ lý (TN trong phòng) : Theo Phụ lục A (TCXD 205 : 1998) sức chịu tải tính toán của cọc được xác định theo công thức : tc k Q Q tc a  Trong đó : ktc : Hệ số tin cậy phụ thuộc vào kết quả thí nghiệm cọc hiện trường, đài thấp hoặc cao, cọc chịu nén hoặc nhổ.... Nhưng thường k tc 1,25 (quy định cụ thể theo tiêu chuẩn). Qtc = m(mR.RF+u mfi.fsi.li) Trong đó : m : Hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất, lấy =1 mR ,mf : Hệ số điều kiện làm việc của đất ở mặt phẳng mũi cọc và thân cọc, mf tra bảng : mR = 1, khi cọc không mở rộng đáy. mR = 0,9, khi cọc mở rộng đáy bằng phương pháp đổ bê tông dưới nước. mR = 1,3 Khi cọc mở rộng đáy bằng nổ mìn. 52 R : Sức kháng tính toán của đất dưới mũi cọc – tra bảng. Bảng tra hệ số mf Loại cọc và phương pháp thi công cọc mf khi hạ trong đất Cát Cát pha sét pha sét - Cọc nhồi khi đóng ống rỗng có mũi - Cọc nhồi rung ép - Cọc nhồi trong đó kể cả mở rộng đáy đổ bê tông : a. Khi không có nước trong hố khoan b. Dưới nước hoặc dung dịch sét 0,8 0,9 0,7 0,6 0,8 0,9 0,7 0,6 0,8 0,9 0,7 0,6 0,7 0,9 0,6 0,6 u : Chi vi ngoài của diện tích ngang cọc. fsi : Cường độ tính toán của ma sát thành lớp đất thứ i với bề mặt xung quanh cọc (tra bảng). li : Chiều dày lớp đất thứ i cọc đi qua. * Sức chịu tải của cọc nhồi chịu nhổ theo đất nền : Pnh = m.n  mfi.fi.li Trong đó : m : hệ số điều kiện làm việc : - Khi cọc cắm vào đất < 4m – m = 0,6; - Khi cọc cắm vào đất  4m – m = 0,8. Các hệ số khác như trên. c. Sức chịu tải của cọc theo kết quả xuyên tĩnh : Theo TCXD 205 : 1998 (Phụ lục C) : 3 P 3-2 P P x xqmũi  Trong đó : Pmũi = qp.F Pxq = U  qsi.hi Ở đây : qp : sức cản phá hoại của đất ở thân cọc : qp = k.qc qc : sức kháng trung bình của mũi xuyên trong phạm vi 3d ở phía trên và 3d ở phía dưới mũi cọc. k : hệ số phụ thuộc vào loại đất và phương pháp thi công cọc. qsi : thành phần ma sát thành của thiết bị xuyên khi đi qua lớp đất thứ i : 53 i ci q si α q  i : Hệ số tra bảng phụ thuộc vào loại đất Bảng tra hệ số k và  với cọc khoan nhồi Loại đất qc (KPa) K Hệ số  Cọc khoan thanh bê tông Cọc khoan ống tròn Đất loại sét chảy, bùn 0 – 2000 0,40 30 30 Đất loại sét cứng, vừa 2.000 – 5.000 0,35 40 80 Đất loại sét cứng và rất cứng 75.000 0,45 60 120 Bụi hoặc cát chảy 0 – 2.500 0,40 120 150 Cát chặt trung bình 2.500 – 10.000 0,40 180 250 Cát chặt đến rất chặt 710.000 0,30 150 200 Đá phấn mềm 75.000 0,20 100 120 Đá phấn phong hóa mảnh vụn 75.000 0,20 60 80 d. Sức chịu tải theo kết quả xuyên tiêu chuẩn. - Sức chịu tải theo kết quả xuyên tiêu chuẩn được tính theo công thức : P = mNF + n N .Fs Trong đó : m = 120 với cọc khoan nhồi; m = 400 với cọc đóng. n = 1 với cọc khoan nhồi; n = 2 với cọc đóng. N : số SPT của đất ở chân cọc. N : số SPT trung bình của đất trong phạm vi chiều dài cọc. F : diện tích tiết diện ngang chân cọc. FS : diện tích mặt xung quanh cọc. - Sức chịu tải tính toán của cọc : tc k PP' ktc : hệ số an toàn; k = 2,5 – 3,0 Từ các giá trị : - PV : sức chịu tải theo vật liệu; - P : sức