CỌC BÊ TÔNG LY TÂM ỨNG LỰC TRƯỚC

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.
GIỚI THIỆU CỌC BÊ TÔNG LY TÂM ỨNG LỰC TRƯỚC


NHÓM 1O Trang11

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 TRƯỚC


NHÓM 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,

tuy nhiên phương pháp này thực hiện phức tạp và tốn kém nhiều kinh phí.
Quy định đòi hỏi số lượng cọc phải tiến hành công tác thử nén tĩnh (3 ÷5)% số
lượng cọc thiết kế.
Mỗi cấp gia tải thực hiện lấy bằng 1/10 Qu theo thiết kế.
Tương quan độ lún S theo lực nén P cho ta xác định giá trị
phá hoại sức chịu tải
cực hạn của cọc Qu.
Trị số giới hạn Qu được xác định như sau:
Trong điều kiện đất tốt, giá trị Qu được xác định ngay trên đoạn cong rõ rệt của
biểu đồ.

Trong điều kiện đất yếu, biểu đồ thể hiện đường cong đều thì giá trị Qu có thể
được chọn tại độ lún 0,1 [ ]ghx SΔ= .
GIỚI THIỆU CỌC BÊ TÔNG LY TÂM ỨNG LỰC TRƯỚC


NHÓM 1O Trang13
Trong trường hợp tải trọng của cọc quá lớn không thể thực hiện để đạt đến giá trị
xác định tải trọng giới hạn thì ta có thể dùng phương pháp của Davisson như sau:
Qu được xác định tại giao điểm của biểu đồ với đường thẳng S có phương trình
biểu diễn.

1.4.6. Phương pháp xác định từ thí nghiệm thử động.

Công tác thử động được thực hiện cho trường hợp thi công bằng búa đóng. Búa
được chọn để có thể tương quan với khả năng chịu tải giới hạn của cọc.
Năng lượng búa:

Và thỏa điều kiện:

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 TRƯỚC


NHÓM 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

xuống được Hình 1.5: Thí nghiệm thử động
GIỚI THIỆU CỌC BÊ TÔNG LY TÂM ỨNG LỰC TRƯỚC


NHÓM 1O Trang15
Để thử độ chối của cọc khi đóng cọc ta cần phải nghỉ một thời gian như sau: 3
ngày cho cát và 5 - 7 ngày cho đất sét.
Do độ chối của một búa được lấy trung bình của 10 búa liên tiếp, ta suy ra sức
chịu tải cực hạn của cọc xác định theo công thức sau:
Công thức tổng quát.


1.5. Ảnh 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 S bị xáo trộn, do đó sức kháng cắt không thoát nước của
đất sét tạm thời giảm xuống. Tuy nhiên, sau một thời 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. Với cọc nhồi nếu ta không giữ thành bằng dung dịch
(bentonite ho
ặc polyme), có thể có những tảng, cục sét bị lở, đặc biệt nếu chúng lở trong
GIỚI THIỆU CỌC BÊ TÔNG LY TÂM ỨNG LỰC TRƯỚC


NHÓM 1O Trang16
quá trình đổ bê tông thì chất lượng bê tông kém đi. Sức kháng cắt của đất sét xung quang
cọc sẽ bị giảm do hút ẩm tứ nước thừa trong quá trình đông kết bê tông.
Còn nếu khi khoan cọc nhồi có sử dụng dung dịch, mà đáy lỗ khoan lại không được vệ
sinh sạch sẽ mùn khoan trước khi đổ bê tông, thì sức kháng mũi giảm đi rất nhiều. Tuy
nhiên bê tông tươi trong cọc nhồi lại có một ưu điểm khác là: Xi măng s
ẽ có phản ứng

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 TRƯỚC


NHÓM 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

sẽ tốt hơn. Tính chất của đất có tốt lên làm cho sức chịu tải của cọc (tính theo đất nền)
cao hơn.
Đối với cọc nhồi, việc khoan lỗ sẽ làm đất cát (cả ở thành h
ố và đáy hố) rời rạc
hơn, 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 dạng, bị nứt trong quá trình vận chuyển, lắp dựng và sử dụng.
+ Do bê tông được ứng suất trước, kết hợp v
ới quay ly tâm đã làm cho bê tông
của cọc đặc chắc chịu được tải trọng cao, không nứt, tăng khả năng chống thấm, chống ăn
mòn cốt thép, ăn mòn sulphate trong giai đoạn khai thác công trình.
+ Do sử dụng bê tông và thép cường độ cao nên giảm tiết diện cốt thép dẫn đến
trọng lượng cọc giảm thuận lợi cho việc vận chuyển, thi công dẫn đến kinh tế hơn.
1.6.2 Một số dạng h
ư hỏng thường gặp ở cọc khoan nhồi:
a. Những hư hỏng ở mũi cọc:
Sự lắng đọng bùn khoan kết hợp đất nhão ngay dưới mũi cọc.
Bê tông mũi cọc bị xốp do lẫn tạp chất v.v
b. Những hư hỏng ở thân cọc:
GIỚI THIỆU CỌC BÊ TÔNG LY TÂM ỨNG LỰC TRƯỚC


NHÓM 1O Trang18
Thân cọc bị oằn, biến hình trong đất yếu.

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 TRƯỚC


NHÓM 1O Trang19
Chương 2
LÝ 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 chịu kéo rất nhỏ so với cường độ chịu nén. Đó
là nhân tố dẫn đến việ
c xuất hiện một loại vật liệu hỗn hợp “bê tông cốt
thép”. Việc xuất hiện sớm các vết nứt trong bê tông cốt thép do biến dạng
không tương thích giữa thép và bê tông là điểm khởi 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 s
ẽ làm tăng
đáng kể 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 ở
chỗ: Trong khi BTCT chỉ là sự kết hợp đơn thuần giữa bê tông và cốt thép để
chúng cùng làm việc một cách bị động thì bê tông ULT là sự kết hợp một
cách tích cực có chủ ý giữa bê tông cường độ cao và thép cường độ cao.
Trong c
ấu kiện bê tông ULT người ta đặt vào một lực nén trước tạo bởi việc
kéo cốt thép, nhờ tính đàn hồi cốt thép có xu hướng co lại và sẽ tạo nên lực
nén trước, lực nén này sẽ gây nên ứng suất trong bê tông và sẽ triệt tiêu hay
giảm ứng suất kéo do tải trọng sử dụng gây ra. Do vậy làm
tăng khả năng chịu kéo của bê tông và làm hạn chế sự phát triển của vết nứt.
Sự k
ết hợp rất hiệu quả đó đã tận dụng được các tính chất đặc thù của hai vật
liệu, đó là trong khi thép có tính đàn hồi và cường độ chịu kéo cao thì bê tông
lại dòn và có cường độ chịu kéo nhỏ so với cường độ chịu nén của nó. Như
GIỚI THIỆU CỌC BÊ TÔNG 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.

GIỚI THIỆU CỌC BÊ TÔNG LY TÂM ỨNG LỰC TRƯỚC


NHÓM 1O Trang21
2.2. Các phương pháp gây ứng lực.
2.2.1. Phương pháp căng trước.

Cốt thép ứng lực trước được neo một đầu cố định vào bệ còn đầu kia được
kéo ra với lực kéo N dưới tác dụng của lực N, cốt thép được kéo trong giới
hạn đàn hồi và sẽ giãn ra một đoạn lΔ tương ứng với các ứng suất xuất
hiện trong thanh, điểm B của thanh chuyển sang điểm B1. Trong trạng thái
kéo căng cốt thép như thế, lự
c N được
truyền tới các bệ tỳ hoặc các đầu mặt của cofa người ta tiến hành đổ bê tông
cấu kiện.
Sau khi bê tông đông cứng và đạt được cường độ cần thiết thì thả tự do các
cốt thép ứng suất trước ra. Như một lò so bị kéo căng, cốt thép có xu hướng
co ngắn lại nhưng nhờ lực dính của nó với bê tông cho nên cấu kiện sẽ bị ép
bằng lực N
đã dùng khi kéo cốt thép.

GIỚI THIỆU CỌC BÊ TÔNG LY TÂM ỨNG LỰC TRƯỚC


NHÓM 1O Trang22

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

ra liên kết (lực dính) giữa bê tông và giúp cốt thép khỏi bị ăn mòn thì phải phun
GIỚI THIỆU CỌC BÊ TÔNG LY TÂM ỨNG LỰC TRƯỚC


NHÓM 1O Trang23
vữa xi măng có áp lực vào các khe hở giữa cốt thép và ống rãnh. Phương pháp
căng sau dùng khi chế tạo các cấu kiện yêu
cầu có lực ép bê tông tương đối lớn.
Ưu điểm của phương pháp căng sau là không tốn coffa, kiểm soát được ứng
suất nén tạo ra trong cấu kiện.
Không cần bệ tỳ đơn giản dễ thi công.


2.3. Vật liệu sử dụng cho bê tông ứng lực trước.
2.3.1. Bê tông cường độ cao.
Bê tông ứng suất trước yêu cầu sử dụng bê tông đạt cường độ chịu nén cao
trong thời gian ngắn với cường độ chịu kéo tương đối cao hơn so với bê tông
thông thường, độ co ngót thấp, tính từ biến thấp nhất và giá trị môđun đàn hồi
lớn.
2.3.2. Thép cường độ cao.
GIỚI THIỆU CỌC BÊ TÔNG LY TÂM ỨNG LỰC TRƯỚC


NHÓM 1O Trang24
Thép ứng suất trước có thể là sợi, cáp hoặc thanh thép hợp kim.
Thép sợi sử dụng cho bê tông ULT nói chung tuân theo TCVN 6284 thép cốt bê
tông ứng lực trước. Sợi thép được quấn thành cuộn và được cắt là lắp ở nhà máy
hay hiện trường. Trước khi thi công, sợi thép cần được vệ sinh bề mặt để tăng
lực dính kết với bê tông Cáp ứng suất trước phổ biến nhất là loại cáp 7 sợi, có
cường độ chịu kéo t

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 TRƯỚC


NHÓM 1O Trang25

Bởi vì các tổn thất của ứng suất trước do co ngót và từ biến ít phụ thuộc vào loại
cốt thép, cho nên các tổn thất tương đối của ứng suất càng nhỏ khi cường độ của thép
càng cao.
Khi so sánh về tổn thất ứng suất giữa 2 giải pháp căng trước và căng sau. Ta
nhận thấy tổn thất ứng suất trong trường hợp căng sau ít hơn tổn thất ứng suấ
t trong
trường hợp căng trước.
2.5. Lý thuyt cu kin chu nén đúng tâm ng sut trc.
Khi chịu nén sơ đồ tính ổn định của cấu kiện như hình