LUẬN ÁN THẠC SĨ CHUYÊN NGÀNH XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG MÓNG CỌC ỐNG THÉP DẠNG GIẾNG CHO KẾT CẤU MÓNG MỐ TRỤ CẦU

Bộ giáo dục và đào tạo
Tr1ờng đại học giao thông vận tải





nguyễn thị tuyết trinh







nghiên cứu áp dụng móng cọc ống thép dạng giếng
cho kết cấu móng mố trụ cầu






Luận án thạc sỹ khoa học kỹ thuật

Hà nội 2005




Bộ giáo dục và đào tạo
Tr1ờng đại học giao thông vận tải





nguyễn thị tuyết trinh



Luận án thạc sỹ khoa học kỹ thuật

nghiên cứu áp dụng móng cọc ống thép dạng giếng
cho kết cấu móng mố trụ cầu






Chuyên Ngành: Xây dựng công trình giao thông



thầy h&ớng dẫn khoa học: pgs. ts. nguyễn viết trung











Hà nội 2005
Lời cảm ơn!

Trong thời gian thực hiện luận án, tôi xin chân thành cảm ơn ý kiến đóng
góp của các thầy cô giáo, sự quan tâm và hỗ trợ nhiệt tình của các bạn đồng
nghiệp. Đồng thời tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ nhiệt tình về tài liệu,

thông tin, tranh ảnh có liên quan của Công ty t vấn PCI và Liên đoàn thép
Nhật Bản.
Bên cạnh đó tôi xin gửi lời cảm ơn trân trọng đến khoa Công trình và khoa
Sau Đại học Tr ờng Đại học Giao thông vận tải, tập thể lớp Cao học khoá
10 Ngành xây dựng công trình đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi trong suốt
quá trình học tập và hoàn thành luận án tốt nghiệp của mình.
Đặc biệt, tôi xin trân trọng cảm ơn Phó giáo s -Tiến sĩ Nguyễn Viết Trung,
ng ời thầy đã tận tâm h ớng dẫn tôi làm luận án này.

Hà nội ngày 20 tháng 10 năm 2005

Luận án thạc sỹ khoa học kỹ thuật


nguyễn thị tuyết trinh lớp cao học khóa 10 Trang 1
Mục lục
Ch ơng 1 Giới thiệu móng cọc ống thép dạng giếng 4
1. Giới thiệu chung 4
2. Cấu tạo và phân loại móng cọc ống thép dạng giếng .5
2.1 Cấu tạo móng cọc ống thép dạng giếng .5
2.2 Phân loại kết cấu móng cọc ống thép dạng giếng 6
2.3 Cấu tạo chi tiết cọc ống thép 8
3 Vật liệu chế tạo cọc ống thép 16
4. Các hệ số dùng trong tính toán và ứng suất cho phép của cọc ống thép 17
4.1 Các hệ số dùng trong tính toán cọc ống thép .17
4.2 ứng suất cho phép 18

Ch ơng 2 Ph ơng pháp thiết kế móng cọc ống thép
dạng Giếng 22
1. Khái quát thiết kế 22

1.1 Cơ sở thiết kế 22
1.2 Trình tự thiết kế 24
2. Hệ số phản lực của nền đất 25
2.1 Hệ số phản lực của nền đất theo ph ơng nằm ngang 25
2.2 Hệ số phản lực nền theo ph ơng thẳng đứng 28
2.3 Hệ số phản lực nền cắt theo ph ơng ngang tại đáy giếng .28
3. Sức chịu tải cho phép của cọc ống thép .28
3.1 Sức chịu tải đóng xuống cho phép 28
3.2 Lực kéo nhổ cho phép 29
4. Thiết kế móng cọc ống thép dạng giếng 30

Luận án thạc sỹ khoa học kỹ thuật


nguyễn thị tuyết trinh lớp cao học khóa 10 Trang 2
4.1 Chuyển vị .30
4.2 Phản lực thẳng đứng .33
4.3 ứng suất cọc của ống thép 34
4.4 ứng suất tổng hợp .35
4.5 ứng suất của cọc đơn đóng bên trong 36
5. Thiết kế bệ móng và phần liên kết với bệ móng 38
5.1 Thiết kế bệ móng .38
5.2 Thiết kế phần liên kết giữa cọc ống thép và bệ móng 44
6. Thiết kế vòng vây tạm 47
6.1 Đánh giá các ph ơng pháp thi công vòng vây tạm 47
6.2 Ph ơng pháp thiết kế 47
7. Ví dụ thiết kế móng cọc ống thép dạng giếng 49

Ch ơng 3 Ph ơng pháp thi công móng cọc ống thép
dạng giếng 64

1. Khái quát thi công 64
2. Thi công cọc ống thép .65
2.1 Sàn thi công .67
2.2 Lắp đặt hệ dẫn h ớng 69
2.3 Đóng cọc ống thép 72
2.4 Hàn ống thép tại công tr ờng 81
2.5 Xử lý tai nối 83
2.6 Ph ơng pháp bơm bê tông vào trong lòng cọc ống thép .87
2.7 Đào đất trong giếng .89
2.8 Thi công bê tông bịt đáy .90

Luận án thạc sỹ khoa học kỹ thuật


nguyễn thị tuyết trinh lớp cao học khóa 10 Trang 3
2.9 Lắp đặt hệ khung chống 92
2.10 Liên kết với bệ móng .94
2.11 Công tác cắt trong n ớc .98

Ch ơng 4 Tổng kết công nghệ thi công vòng vây cọc ống
thép cầu Thanh Trì 100
1. Khái quát 100
2. Vật liệu 100
3. Thiết bị 101
4. Trình tự thi công 103
4.1. Biểu đồ thi công vòng vây cọc ống thép 103
4.2. Đóng cọc ống thép 105
4.3. Bơm vữa lấp 107
4.4. Lắp đặt thanh giằng 108
4.5 Đào trong n ớc .110

4.6 Đổ bê tông bịt đáy .111
4.7 Tháo n ớc, làm khô 113
5. Quản lý an toàn 114

Kết luận và kiến nghị .117

Luận án thạc sỹ khoa học kỹ thuật


nguyễn thị tuyết trinh lớp cao học khóa 10 Trang 4
Ch ơng 1: Giới thiệu móng cọc ống thép dạng giếng
1. Giới thiệu chung
Từ đầu năm 1960 cọc ống thép đ ợc chính thức sử dụng nh một kết cấu móng lý
t ởng trong các loại kết cấu xây dựng. Cùng với sự tiến bộ của kỹ thuật chế tạo và kỹ
thuật thiết kế thi công, nó ngày càng đ ợc phát triển nhanh chóng.
Đặc biệt trong những năm gần đây, nhiều kết cấu cầu đ ờng lớn đã đ ợc xây dựng
lên, bên cạnh đó là các kết cấu trong vùng n ớc sâu rộng hay nền đất yếu ở các khu
vực cảng hay cửa sông. Hiệp hội cọc ống thép Nhật Bản đã tiến hành nghiên cứu ra
những móng có qui mô lớn thích hợp với các kết cấu trên theo nhu cầu của xã hội,
trong đó thành tựu của cọc ống thép cũng đem lại cải cách lớn về mặt kỹ thuật.
Khi tiến hành thi công theo ph ơng pháp vòng vây tạm ở các vùng n ớc sâu rộng,
nền đất yếu hay ph ơng pháp đắp đảo, việc lựa chọn ph ơng pháp móng giếng chìm bê
tông sẽ gặp các vấn đề khó khăn về thời hạn thi công, kinh phí xây dựng và tính an
toàn thi công. Do đó Hiệp hội cọc ống thép đã phát minh ra móng cọc ống thép dạng
giếng sử dụng hợp lý trong các điều kiện thiết kế thi công nói trên.
Khởi đầu cho sáng kiến kết cấu móng này là công ty Paine của Tây Đức năm 1930
sử dụng cọc dạng hộp (thép hình H) gọi là cọc PAINE để chế tạo nên móng cầu, sau đó
kết cấu này thâm nhập vào Nhật vào khoảng năm 1960. Năm 1966 đã sử dụng cọc
dạng hộp này nh móng cọc thép dạng giếng để xây dựng cầu Kinjo Ohashi. Từ năm
1964 ở Nhật đã bắt đầu phát minh ra việc sử dụng cọc ván ống thép, năm 1967 đã xây

dựng móng lò cao cỡ lớn và năm 1969 đã xây dựng móng cho cầu Ishikari Kawaguchi.
Vào năm 1969 năm công ty kết cấu thép đã nhận tiền hỗ trợ nghiên cứu của Bộ Xây
dựng và thực hiện dự án nghiên cứu đặc điểm cấu tạo và độ cứng của móng cọc dạng
giếng. Năm 1970, hội nghiên cứu móng dạng giếng của Bộ Xây dựng, các tr ờng đại
học, các công ty kết cấu thép đã tóm tắt lại các kết quả đó và viết thành quyển sách
Ph ơng pháp thiết kế và thi công móng cọc dạng vòng vây (Tháng 1 năm 1972).
Năm 1970, việc áp dụng thi công cầu Omigdụng đã phản ánh đ ợc kết quả ban đầu của
kết quả nghiên cứu này. Sau đó kết cấu móng này đ ợc áp dụng rộng rãi trong các
công trình đ ờng bộ và đ ờng sắt của Bộ Xây dựng và Bộ giao thông Nhật Bản.

Luận án thạc sỹ khoa học kỹ thuật


nguyễn thị tuyết trinh lớp cao học khóa 10 Trang 5
Hiện nay ở Việt Nam n ớc ta cọc ống thép đang bắt đầu đ ợc áp dụng trong các kết
cấu xây dựng cầu lớn nh móng cọc ống thép ở cầu Bính và vòng vây cọc ván ống thép
ở cầu Thanh Trì. T ơng lai loại móng cọc ống thép dạng giếng sử dụng loại cọc ván
ống thép trình bày trong đề tài này có thể đ ợc áp dụng và thay thế cho móng giếng
chìm, móng cọc khoan nhồi trong một số điều kiện nhất định.
2. Cấu tạo và phân loại móng cọc ống thép dạng giếng.
2.1 Cấu tạo móng cọc ống thép dạng giếng
Móng cọc ống thép dạng giếng là tổ hợp các cọc ống thép đ ờng kính từ 800mm
đến 1200mm, liên kết với nhau bằng hai tai nối ở hai bên cọc, tạo thành một kết cấu
khép kín tuỳ ý có dạng hình tròn, hình chữ nhật hay hình ô van. Phần tai nối sẽ đ ợc
nhồi vữa vào bên trong, phần đầu cọc đ ợc liên kết cứng lại bằng công tác xây dựng bệ
móng, do đó móng có đ ợc sức chịu tải cao theo ph ơng thẳng đứng và ph ơng ngang.
Móng cọc ống thép dạng giếng trình bày trong đề tài này khác với móng cọc ống
thép thông th ờng. Nó là một loại móng có dạng vòng vây khép kín, các cọc ống thép
không đứng độc lập mà liên kết lại với nhau qua các tai nối. Vì vậy tên chuẩn của loại
móng này có thể gọi là Móng cọc ống thép dạng giếng (Steel pipe well foundation),

cọc ống thép của loại móng này là Cọc ván ống thép (Steel pipe sheet pile)


Hình 1.1 Móng cọc ống thép dạng giếng kiểu kiêm làm vòng vây tạm
Thanh giằng Trụ cầu
Thanh nẹp
Liên kết chống cắt

Bê tông bịt đáy
Đệm cát
Cọc đơn bên trong
trong

* Móng cọc ống thép dạng giếng
Cọc ống thép làm t ờng ngăn
Móng cọc ống thép dạng giếng
Bệ móng

Vị trí cắt

Cắt d ới n ớc

Tai nối cọc

Luận án thạc sỹ khoa học kỹ thuật


nguyễn thị tuyết trinh lớp cao học khóa 10 Trang 6
Bố trí cọc ống thép
Cắt ngang

30
Hàn dọc
Hàn
Hàn nối
Hàn dọc
Tai nối
Tai nối
ống tai nối
t=11mm
Cọc ống thép
1 1
Cọc ống thép
Móc cẩu
Chi tiết tai nối
30
Cọc ống thép
Đai thép tăng c ờng
57 30'
Cọc ống thép
Hàn
Cọc ống thép
30

Hình 1.2 Cấu tạo cọc ván ống thép
2.2 Phân loại kết cấu móng cọc ống thép dạng giếng
Có thể phân loại móng cọc ống thép theo hình thức chịu lực, ph ơng pháp thi công
hay điều kiện mặt bằng. Ta có các loại móng cọc ống thép sau:
2.2.1 Phân loại theo hình thức chịu lực
a. Dạng giếng:
Loại này tất cả các cọc ống thép đều đ ợc đóng xuống tầng chịu lực tạo nên

móng cọc ống thép dạng giếng, đây là loại phổ biến nhất.
b. Dạng gắn với trụ:
Khoảng một nửa số cọc đóng đến tầng chịu lực, nửa còn lại đóng xuống tầng
t ơng đối tốt ở giữa. Là loại đ ợc áp dụng trong tr ờng hợp dự đoán rằng nếu
toàn bộ cọc ống thép xuyên qua lớp đất giữa đến tầng chịu lực thì sẽ làm hỏng
cọc ống thép và mối nối, móng sẽ mất chức năng của nó.

Luận án thạc sỹ khoa học kỹ thuật


nguyễn thị tuyết trinh lớp cao học khóa 10 Trang 7
(a) Kiểu giếng
(b) Kiểu gắn với trụ
Lớp giữa
Lớp chịu lực

Hình 1.3 Phân loại theo hình thức chịu lực
2.2.2 Phân loại theo ph ơng pháp thi công.
Có 3 ph ơng pháp thi công, nói chung th ờng chọn ph ơng pháp cọc ống thép kiêm
làm cọc vòng vây.
a. Kiểu cọc ống thép kiêm làm cọc vòng vây tạm thời.
Là ph ơng pháp lợi dụng cọc làm luôn t ờng vòng vây, dựng cọc ống thép đến cao
độ mặt n ớc, nhồi vật liệu ngăn n ớc vào tai nối trong phạm vi định ra. Sau khi xây
dựng bệ móng và thân trụ, phần vòng vây tạm sẽ đ ợc cắt đi bằng máy cắt trong
n ớc và rút lên. Kiểu này có thể lợi dụng hệ móng cọc làm vòng vây tạm, do đó nó
có u điểm là thời gian thi công ngắn hơn so với kiểu phải dùng vòng vây tạm và
diện tích thi công cũng nhỏ hơn. Kiểu này đ ợc áp dụng rất nhiều cho móng trụ cầu
trên sông n ớc.
b. Kiểu cọc thật
Là ph ơng pháp xây dựng bệ móng và thân trụ trên hệ móng cọc sau khi đã lắp

dựng cọc đến cao độ mực n ớc. Kiểu này đ ợc áp dụng cho khu vực trên sông n ớc
hay cảng biển không hạn chế mặt cắt l u l ợng và tĩnh không cho tàu qua lại.
c. Kiểu vòng vây

Luận án thạc sỹ khoa học kỹ thuật


nguyễn thị tuyết trinh lớp cao học khóa 10 Trang 8
Là ph ơng pháp xây dựng bệ trụ và thân trụ trong vòng vây thi công là cọc ống
thép.
Vòng vây tạm
Bệ móng
Bê tông bịt đáy
Bê rông đệm (đá dăm đệm)
Bệ móng
Bệ móng
Vòng vây cọc ống thép
(a) Kiểu kiêm làm
vòng vây tạm
(b) Kiểu cọc thật
(c) Kiểu làm vòng
vây
Hình 1.4 Phân loại theo ph ơng pháp thi công
2.2.3 Phân loại theo hình dạng mặt bằng
Đối với hình dạng mặt bằng của móng cọc ống thép dạng giếng, nói chung có 3
loại. Phía trong vòng vây của kết cấu móng cọc có thể thiết kế cọc ống thép làm thành
t ờng ngăn hay các cọc ống thép đơn.
a. Cọc ống thép dạng t ờng ngăn bên trong
Nếu mặt cắt giếng lớn, để đảm bảo hình dạng mặt bằng và độ cứng của toàn hệ
giếng, đóng thêm t ờng cọc ống thép vào. Ngoài ra nó còn có tác dụng giảm ứng

suất sinh ra ở các phần liên kết của cọc ống thép cấu tạo nên bệ trụ và giếng.
b. Cọc ống thép đơn bên trong
Đ ợc đóng xuống để giảm ứng suất sinh ra ở phần liên kết của cọc ống thép cấu tạo
nên bệ trụ và giếng. Ngoài ra nó còn có tác dụng làm tăng sức chịu tải thẳng đứng
của toàn hệ móng cọc.
Ngoài ra đối với mặt bằng của móng cọc cỡ lớn, có thể lựa chọn các dạng giếng cọc
ống thép kiểu nhiều cột bố trí nhiều giếng hình chữ nhật, có thể xét đến các dạng
kết cấu t ờng không có t ờng ngăn cọc ống thép ở bên trong.

Luận án thạc sỹ khoa học kỹ thuật


nguyễn thị tuyết trinh lớp cao học khóa 10 Trang 9
Cọc đơn độc bên trong
Cọc làm tuờng ngăn

Hình 1.5 Cọc ống thép làm thành t ờng ngăn và cọc ống thép đứng độc lập

Hình 1.6 Mặt bằng móng cọc ống thép dạng giếng cỡ lớn
2.3 Cấu tạo chi tiết cọc ống thép
2.3.1 Tai nối cọc ống thép và khoảng cách các tai nối.
Các loại tai nối của cọc ống thép có loại P-P, loại L-T, loại P-T qui định trong JIS A
5530 (cọc ván ống thép), đối với móng cọc ống thép dạng giếng th ờng qui định loại
P-P.

ảnh 1.1 Tai nối cọc ống thép
Để đảm bảo độ cứng của toàn hệ cọc ống thép, nên hàn ống tai nối của cọc ống thép
trên toàn bộ chiều dài của cọc ống thép, nh ng khi đó sức kháng khi đóng xuống nền

Luận án thạc sỹ khoa học kỹ thuật

nguyễn thị tuyết trinh lớp cao học khóa 10 Trang 10
đất chịu lực tại mũi cọc ống thép tăng lên, gây ra việc khó đóng cọc và làm hỏng tai
nối. Do đó để tránh hiện t ợng này phạm vi hàn tai nối chỉ đến cao độ gần nền chịu
lực.
Thân cọc ống thép
ống tai nối
Tấm đế

Hình 1.7 Hình dạng đầu tai nối.
Nền chịu lực
Tấm đế ở mũi tai nối

Hình 1.8 Phạm vi hàn tai nối vào cọc ống thép
Khoảng cách tiêu chuẩn của các tai nối khi bố trí cọc ống thép vòng ngoài và cọc
ống thép t ờng ngăn lấy bằng 1,5 lần đ ờng kính ngoài của ống tai nối.
Tr ờng hợp móng chỉ cấu tạo từ cọc ống thép vòng bên ngoài thì dùng giá trị tiêu
chuẩn này để bố trí cọc ống thép.
Tr ờng hợp bố trí t ờng ngăn cọc ống thép ở móng có dạng l ợn tròn ở vòng ngoài
nh hình tròn, hình ô van, hình chữ nhật góc l ợn tròn thì khoảng cách các tai nối của
cọc ống thép vòng vây ngoài về nguyên tắc sẽ lấy giá trị tiêu chuẩn nh ng có thể điều
chỉnh bố trí khoảng cách các tai nối của cọc ống thép làm t ờng ngăn trong phạm vi
khoảng 20mm. Tuy nhiên, đối với tr ờng hợp khó bố trí khi chỉ điều chỉnh khoảng
cách tai nối của cọc ống thép làm t ờng ngăn thì có thể điều chỉnh khoảng cách tai nối

Luận án thạc sỹ khoa học kỹ thuật


nguyễn thị tuyết trinh lớp cao học khóa 10 Trang 11

cọc ống thép làm vòng ngoài tại phần góc l ợn tròn. Khi đó khoảng cách các tai nối
của cọc ống thép làm vòng bên ngoài tại phần góc l ợn tròn lấy giá trị gần với giá trị
tiêu chuẩn nhất. Tr ờng hợp điều chỉnh theo cách này mà vẫn khó bố trí cọc ống thép
làm t ờng ngăn thì có thể dùng đ ờng kính ống tai nối khác với đ ờng kính ống tai nối
của cọc ống thép làm t ờng ngăn.
Bảng 1.1 Kích th ớc, khối l ợng của mối nối
Hình dạng mối nối Kích th ớc mối nối (mm)

Khối l ợng mối nối
(kg/m)
Loại P-P
165,2x11
83,6
Giá trị tiêu chuẩn
Phần l ợn tròn
Phần t ờng ngăn Đ ờng kính ngoài D1000

Hình 1.9 Điều chỉnh khoảng cách giữa các tai nối
2.3.2 Cấu tạo tai nối tại phần cắt đi của cọc ống thép
Cọc ống thép dùng làm vòng vây tạm sau khi thi công xong thân trụ sẽ đ ợc tháo
bỏ. Phần tháo bỏ sẽ đ ợc cắt đi tại vị trí trên bệ móng bằng máy cắt trong n ớc hay thợ
lặn và nhổ lên. Khi đó do tai nối có vữa ngăn n ớc nhồi bên trong và do năng lực của
máy cắt trong n ớc hữu hạn nên rất khó có thể cắt đ ợc cả cọc ống thép và tai nối cùng
một lúc. Vì vậy nói chung ng ời ta th ờng gia công cắt tai nối tr ớc tại vị trí dự định sẽ
cắt trong n ớc sau này. Thi công móng cọc ống thép dạng giếng kiểu kiêm làm vòng
vây cần phải có tính ngăn n ớc cao, do đó phải nhồi chất ngăn n ớc vào phần bị cắt đi
của tai nối. Chất ngăn n ớc này phải có tính dính bám tốt để khi có lực xung kích đóng
cọc cũng không bị bong ra, phát huy tốt tính ngăn n ớc.

Luận án thạc sỹ khoa học kỹ thuật

nguyễn thị tuyết trinh lớp cao học khóa 10 Trang 12
Khoảng 1m
Phạm vi không hàn
Vị trí cắt dự định trong n ớc
Khe hở

Hình 1.10 Cấu tạo tai nối tại phần cắt trong n ớc của móng cọc ống thép
2.3.3 Hàn nối cọc tại công tr ờng.
Các mối hàn tại công tr ờng của cọc ống thép là mối hàn của thân cọc ống thép và
của tai nối.
Vị trí hàn chu vi ngoài công tr ờng của các cọc ống thép không nên lấy giống nhau
mà nên lấy lệch nhau khoảng 1m. Ngoài ra đối với kiểu kiêm làm vòng vây phần hàn
chu vi ngoài công tr ờng bố trí sao cho không nằm tại vị trí liên kết với bệ móng.
Khoảng 1m

Hình 1.11 Vị trí phần hàn chu vi tại công tr ờng
D 165.2
300300
600
Phần hàn chu vi tại công truờng
ống nối liên kết
Phần hàn chu vi tại công truờng
45
o

Hình 1.12 Cấu tạo ống tai nối liên kết

Luận án thạc sỹ khoa học kỹ thuật

nguyễn thị tuyết trinh lớp cao học khóa 10 Trang 13
40
20
35
H
h
Đuờng kính trong ống
T
Hàn tại nhà máy
Bản dày 2,3

Đ ờng kính ngoài D
(mm)
Số thanh
< 600 4
600~1000 6
> 1000 8
Số thanh chặn
6 t
30
25
35
7411,54
0~2.4
1~4
45
D
t

H
h
Thanh chặn
Hàn trong nhà máy
T

Hình 1.13 Cấu tạo tiêu chuẩn của mối hàn chu vi tại công tr ờng thân cọc
Bảng 1.2 Chiều dày và chiều cao của vòng đai phía trong.
Đ ờng kính ngoài

T H h
<1000 4,5 50 15 t/h H=50
>1000 6,0 70
ghi chú 2
, 50
ghi chú 1

35 t/h H=70
Ghi chú 1: Lấy bằng 50 nếu áp dụng ph ơng pháp đào bên trong.
Ghi chú 2: Lấy lớn hơn 70 nếu đ ờng kính ngoài lớn hơn 1000 là vì u tiên thi công cọc ống
thép ở trên và ở giữa.
2.3.4 Bê tông nhồi bên trong cọc ống thép
Mô men, lực cắt hay lực nằm ngang sẽ tác dụng từ bệ móng xuống phần liên kết với
bệ móng cọc ống thép dạng giếng của kiểu kiêm làm vòng vây tạm . Hơn nữa trong thi
công bệ móng, khi hàn bản thép vào mặt bên của cọc ống thép dễ xảy ra biến dạng cục
bộ do ảnh h ởng của nhiệt độ hàn. Do đó ng ời ta nhồi bê tông vào bên trong để chống
biến dạng bên trong cọc ống thép vùng gần bệ móng. Ngoài ra tại phần liên kết với bệ
móng đối với kiểu dùng cốt thép cắm vào thì bê tông nhồi sẽ đ ợc gắn kết với các cốt
thép đó.
Phạm vi nhồi bê tông lấy từ đỉnh bệ móng xuống d ới là 2 lần chiều dày bệ móng.

Đối với tr ờng hợp móng cọc ống thép dạng giếng dạng hình tròn, khi kiểm toán
vòng vây tạm, tiến hành phân tích xét đến ảnh h ởng của phần l ợn tròn, phân biệt

Luận án thạc sỹ khoa học kỹ thuật


nguyễn thị tuyết trinh lớp cao học khóa 10 Trang 14
công thức kiểm toán của lực sinh ra do tác dụng của l ợn tròn đối với vùng có bê tông
nhồi và không có bê tông nhồi.
Bê tông bịt đáy
Bê tông bệ móng
Vị trí cắt trong n ớc
Bê tông nhồi
l: Chiều dày bệ (m)
L: Chiều cao đổ bê tông nhồi (m)
l
L=2xl

Hình 1.14 Chiều cao bê tông nhồi bên trong cọc ống thép
2.3.5 Các ph ơng pháp tăng c ờng cho cọc ống thép
Móng cọc ống thép dạng giếng đ ợc khép kín thành hình giếng, do đó phải chống
biến dạng khi chế tạo và khi đóng cọc ống thép. Sau khi xét các yếu tố nh tỷ lệ chiều
dày trên đ ờng kính (t/D), kích th ớc búa, điều kiện đất nền, nếu thấy cọc có khả năng
bị biến dạng thì phải có các biện pháp tăng c ờng cho mũi cọc hay đầu cọc bằng các
đai tăng c ờng.
Đai tăng c ờng có 2 loại đ ợc hàn tại các vị trí khác nhau tuỳ thuộc vào từng mục
đích.
1) Hàn bên ngoài mũi cọc để tăng c ờng cho mũi cọc.
Do cọc ống thép đ ợc hàn 2 tai nối nên tại mũi cọc có sức kháng lớn, hơn nữa nếu
nền chịu lực là nền rất cứng thì sức kháng khi đóng xuống càng tăng lên, làm cho số

lần đóng búa có xu h ớng tăng lên. Ngoài ra nếu mũi cọc đóng xuống nền đất chịu lực
càng sâu thì mũi cọc càng dễ bị hỏng. Do vậy cần phải hàn đai tăng c ờng xung quanh
mũi cọc thay cho việc tăng tỷ lệ t/D.

Luận án thạc sỹ khoa học kỹ thuật


nguyễn thị tuyết trinh lớp cao học khóa 10 Trang 15
300
18
L9x300
L9x300
6
Hàn đai tăng c ờng

Hình 1.15 Hàn đai tăng c ờng tại mũi cọc
Bảng 1.3 Giá trị chiều dày tiêu chuẩn của bản cắt ma sát
của ph ơng pháp đào bên trong
Đ ờng kính cọc D Chiều dày của bản cắt ma sát (mm)

< 800mm < 9
800~1000mm < 12
2) Hàn bên trong đầu cọc để chống uốn dọc
Cọc ống thép khi đóng xuống chịu lực đóng xung kích rất lớn ở đầu cọc, tại phần
bắt đầu hàn tai nối, mặt cắt bị thay đổi nên dễ xảy ra hiện t ợng uốn dọc. Do đó để
điều hoà sự tập trung ứng suất tại phần bắt đầu hàn tai nối ở đầu cọc, chống hiện t ợng
uốn dọc cần phải hàn đai tăng c ờng bên trong cọc ống thép tại đầu cọc.
Nhiều kết quả nghiên cứu cho thấy đai tăng c ờng không có tác dụng đối với uốn
dọc do lực dọc trục nh ng có tác dụng lớn đối với lực xung kích khi đóng cọc. Do vậy
nếu dùng ph ơng pháp đóng xung kích cho cọc có đ ờng kính nhỏ hơn 1000mm thì

nên đảm bảo tỷ lệ t/D lớn hơn 1,4%.

Luận án thạc sỹ khoa học kỹ thuật


nguyễn thị tuyết trinh lớp cao học khóa 10 Trang 16
18
300
6
L9x400
100
300
6
L9x400
Đai tăng c ờng
Đai tăng c ờng
P
P

Hình 1.16 Hàn đai tăng c ờng tại đầu cọc ống thép
3) Gia công mũi cọc ống thép đ ợc thi công bằng ph ơng pháp đào bên trong
Cọc ống thép đ ợc thi công bằng ph ơng pháp đào bên trong khi tiến hành xử lý
mũi cọc bằng ph ơng pháp phun vữa xi măng, để phát huy đ ợc khả năng truyền ứng
suất giữa cọc ống thép và nền gia cố phải tiến hành gia công mũi cọc.
Nói chung ng ời ta th ờng hàn một bản chịu áp lực vào mũi cọc ống thép làm cơ
cấu truyền tải trọng. Bản chịu áp lực là thép phẳng hay cốt thép đ ợc hàn vào mặt trong
của cọc ống thép nh một bản chặn. Tuỳ thuộc vào ph ơng pháp đào mà cách hàn bản
chịu áp lực sẽ khác nhau. Nói chung bản chịu áp lực th ờng đ ợc hàn ngoài công
tr ờng nh ng cũng có thể hàn trong nhà máy.
ts

18 H
D/4 D/4
b
t
9
Thanh chặn
D
9


D
a
H
18
Vòng tăng c ờng
b
ts
a
a
P1 P2 P2

Hình 1.17 Các ph ơng pháp gia công mũi cọc
3. Vật liệu chế tạo cọc ống thép
Vật liệu chế tạo cọc ống thép trong Luận án này tham khảo Tiêu chuẩn thiết kế cầu
đ ờng bộ Nhật Bản; Tập I- Phần 3.1.

Luận án thạc sỹ khoa học kỹ thuật


nguyễn thị tuyết trinh lớp cao học khóa 10 Trang 17

Vật liệu cọc ván ống thép và cọc ống thép sử dụng ở móng cọc ống thép dạng giếng
là SKY 400, SKY 490 qui định trong JIS A 5530-1994 (cọc ván ống thép). Thành phần
hoá học và tính chất cơ lý chỉ ra trong Bảng 1.1 và Bảng 1.2.
Bảng 1.4 Thành phần hoá học.
Ký hiệu
các loại
Thành phần hoá học (%)
C Si Mn P S
SKY 400

< 0,25 - - < 0,04 < 0,04
SKY 490 < 0,18 < 0,55 < 1,50 < 0,04 < 0,04
Ghi chú: Khi cần thiết có thể thêm nguyên tố hợp kim ngoài các nguyên tố trên.
Bảng 1.5 Tính chất cơ lý.
Thí nghiệm Thí nghiệm kéo
Thí nghiệm
kéo phần hàn
Thí nghiệm kéo
hình ô van
Phân loại theo
ph ơng pháp
chế tạo
Hàn hồ quang, Hàn điện Hàn hồ quang

Hàn điện
Các thí
nghiệm
C ờng độ kéo
(N/mm2)
Điểm chảy

hay Sức chịu
tải
(N/mm2)
Độ dãn dài %
thí nghiệm
theo một
ph ơng ngang

C ờng độ kéo
(N/mm2)
Khoảng cách
giữa các bản
nằm ngang (H)
(D là đ ờng
kính cọc)
SKY 400 > 400 > 235 > 18 > 400 2/3 D
SKY 490 > 490 > 315 > 18 > 490 7/8D
4. Các hệ số dùng trong tính toán và ứng suất cho phép của cọc ống thép
4.1 Các hệ số dùng trong tính toán cọc ống thép
Giá trị hệ số vật lý dùng cho tính toán trong luận án này tham khảo Tiêu chuẩn
thiết kế cầu đ ờng bộ Nhật Bản; Tập I- Phần 3.3.
4.1.1 Giá trị hệ số vật lý của thép dùng trong tính toán lấy theo Bảng 1.6.
4.1.2 Hệ số mô đun đàn hồi bê tông lấy theo Bảng 1.7. Lấy tỷ số mô đun đàn hồi
dùng cho tính toán ứng suất của kết cấu bê tông cốt thép là 15.


Luận án thạc sỹ khoa học kỹ thuật


nguyễn thị tuyết trinh lớp cao học khóa 10 Trang 18

Bảng 1.6 Hệ số vật lý của thép dùng cho tính toán thiết kế.
Các loại Giá trị vật lý
Hệ số mô đun đàn hồi của thép 2,0x10
5
N/mm2
Hệ số đàn hồi cắt của thép 7,7x10
4
N/mm2
Hệ số Poát sông của thép 0,30

Bảng 1.7 Hệ số mô đun đàn hồi của bê tông
(N/mm2)
C ờng độ
tiêu chuẩn
thiết kế
18 21 24 27 30
Hệ số mô
đun đàn hồi

2,2x10
4
2,35x10
4
2,5x10
4
2,65x10
4
2,8x10
4

Ngoài ra hệ số đàn hồi cắt của bê tông tính theo công thức (1.1)
Gc=
3.2
c
E
(1.1)
Với Gc: Hệ số đàn hồi cắt của bê tông (N/mm2)
Ec: Hệ số mô đun đàn hồi của bê tông (N/mm2)
4.2 ứng suất cho phép
ứng suất cho phép của vật liệu trong luận án này tham khảo Tiêu chuẩn thiết kế
cầu đ ờng bộ Nhật Bản; Tập IV, Phần kết cấu phần d ới, Ch ơng 4.
ứng suất cho phép trong Bảng 1.8 ~1.11 và Hệ số ứng suất cho phép trong Bảng 1.12.
4.2.1 Vật liệu thép dùng trong kết cấu









Luận án thạc sỹ khoa học kỹ thuật


nguyễn thị tuyết trinh lớp cao học khóa 10 Trang 19
Bảng 1.8 ứng suất cho phép của vật liệu thép dùng trong kết cấu chính.
(N/mm2)
Các phần
Các loại

ứng suất
SS 400
SM 400
SMA 400W
SKK 400
SKY 400
SM 490
SKK 490
SKY 490
Phần chính
Kéo
Nén
Cắt
140
140
80
185
185
105
Phần hàn
Hàn ở nhà
máy
Hàn nhóm
trên toàn mặt
cắt
Kéo
Nén
Cắt
140
140

80
185
185
105
Hàn nhóm ở
bộ phận và
hàn góc
Cắt 80 105
Hàn ở công tr ờng
Kéo
Nén
Cắt
Hàn ở nhà máy 80% đối với
phần nối với phần chính, 90%
đối với các phần còn lại
ứng suất giới hạn chảy
235 315
Ghi chú: SS400 không dùng làm kết cấu hàn.
4.2.2 Bê tông
Bảng 1.9 ứng suất nén cho phép và ứng suất cắt cho phép của bê tông
(N/mm2)
Loại ứng
suất
C ờng độ tiêu chuẩn
thiết kế của bê tông (
ck
)

18 21 24 27 30
ứng suất

nén
ứng suất nén uốn
6,0 7,0 8,0 9,0 10,0
ứng suất nén dọc trục
5,0 5,5 6,5 7,5 8,5
ứng suất
cắt
Tr ờng hợp chỉ có bê
tông chịu lực cắt(
a1
)
0,21 0,22 0,23 0,24 0,25
Tr ờng hợp chỉ có bê
tông chịu lực cắt(
a2
)
1,5 1,6 1,7 1,8 1,9
ứng suất cắt nhổ(
a3
)
0,80 0,85 0,90 0,95 1,00

Luận án thạc sỹ khoa học kỹ thuật


nguyễn thị tuyết trinh lớp cao học khóa 10 Trang 20
Bảng 1.10 ứng suất dính bám cho phép của bê tông
(N/mm2)
C ờng độ tiêu
chuẩn thiết kế

của bê tông
21 24 27 30
Thép tròn trơn

0,70 0,80 0,85 0,90
Thép có gờ 1,4 1,6 1,7 1,8
Thép hình 0,60 0,70 0,75 0,80
ứng suất nén cho phép của bê tông tính theo công thức (1.2)
ck
b
c
ba

A
A
)05,025,0( += (1.2)
Với
ckba
5,0



ba
: ứng suất nén cho phép của bê tông (N/mm2)
A
c
: Tổng diện tích của mặt bê tông khi chất tải cục bộ (mm2)
A
b
: Diện tích của mặt bê tông chịu áp lực khi chất tải cục bộ (mm2)

ck
: C ờng độ tiêu chuẩn thiết kế của bê tông (N/mm2)
4.2.3 Cốt thép
Bảng 1.11 ứng suất cho phép của cốt thép
(N/mm2)
ứng suất và loại kết cấu
SR 235
SD 295A
SD 295B

SD 345
ứng
suất
kéo
Giá trị cơ bản của
t/h không kể tải
trọng xung kích
hay ảnh h ởng của
động đất trong tổ
hợp tải trọng
1) Kết cấu nói
chung
140 180 180
2) Kết cấu trong
n ớc hay d ới
mực n ớc ngầm
140 160 160
3) Giá trị cơ bản của t/h kể cả tải
trọng xung kích hay ảnh h ởng của

động đất trong tổ hợp tải trọng
140 180 200
4) Giá trị cơ bản của t/h tính chiều dài
140 180 200

Luận án thạc sỹ khoa học kỹ thuật


nguyễn thị tuyết trinh lớp cao học khóa 10 Trang 21
chiều dài nối chồng hay chiều dài
dính bám của cốt thép
5) ứng suất nén
140 180 200
Bảng 1.9 ứng suất cắt cho phép của phần hàn góc bằng hàn hồ quang
(N/mm2)
Loại hàn Sệ DễNG 295B SD 345
Hàn ở nhà máy 105 105
Hàn ở công tr ờng 90% của giá trị trên
Tuy nhiên ứng suất cắt cho phép khi hàn với thép bị giảm yếu do cốt thép sẽ sử dụng
ứng suất cắt cho phép của thép.
4.2.4 Hệ số ứng suất cho phép
Bảng 1.12 Hệ số ứng suất cho phép
Các tr ờng hợp tổ hợp tải trọng
Hệ số
Kết cấu BTCT
Kết cấu BT
Kết cấu thép
1) Tải trọng chính (P) + Tải trọng đặc biệt t ơng đ ơng với tải
trọng chính (PP)
1,00 1,00

2) Tải trọng chính (P) + Tải trọng đặc biệt t ơng đ ơng với tải
trọng chính (PP) + ảnh h ởng của thay đổi nhiệt độ (T)
1,15 1,15
3) Tải trọng chính (P)+ Tải trọng đặc biệt t ơng đ ơng với tải
trọng chính (PP) + Tải trọng gió (W)
1,25 1,25
4) Tải trọng chính (P) + Tải trọng đặc biệt t ơn đ ơng với tải
trọng chính (PP) + ảnh h ởng của thay đổi nhiệt độ (T) + Tải
trọng gió (W)
1,35 1,35
5) Tải trọng chính (P) + Tải trọng đặc biệt t ơn đ ơng với tải
trọng chính (PP) + Tải trọng phanh xe (BK)
1,25 1,25
6) Tải trọng chính (P)+ Tải trọng đặc biệt t ơn đ ơng với tải
trọng chính (PP) + Tải trọng xung kích (CO)
1,50 1,70
7) Hoạt tải và tải trọng chính ngoài xung kích + ảnh h ởng của
động đất (EQ)
1,50 1,50
8) Tổ hợp các tải
trọng thi công
(ER)
T/h ứng suất sau khi hoàn thành giảm rõ rệt 1,50 1,50
T/h ứng suất sau khi hoàn thành t ơng đối
giống ứng suất cho phép
1,25 1,25
Luận án thạc sỹ khoa học kỹ thuật

nguyễn thị tuyết trinh lớp cao học khóa 10 Trang 22
Ch ơng 2: Ph ơng pháp thiết kế
móng cọc ống thép dạng giếng.
1. Khái quát thiết kế.
1.1 Cơ sở thiết kế.
Trong móng cọc ống thép dạng giếng, các cọc ống thép liên kết khít lại với nhau
bằng tai nối, tạo thành một hệ thống nhất, chống lại tác động của các ngoại lực tác
dụng lên móng nh lực thẳng đứng, lực nằm ngang, mô men. Do đó cơ sở thiết kế
móng là không để sinh ra các hiện t ợng nh lún, chuyển vị theo ph ơng ngang,
nghiêng quá lớn gây ra h hỏng tới kết cấu phần trên.
Nói chung, móng cọc ống thép dạng giếng thông th ờng (D30m và L/D>1 và
Le>1) đựơc thiết kế nh thiết kế dầm dài hữu hạn trên nền đàn hồi không xét đến biến
dạng cắt giữa các cọc ống thép. ở đây, D là chiều rộng móng, L là chiều dài giếng
móng, Le là chiều dài có hiệu của giếng, biểu thị giá trị đặc tr ng của móng.
Tuy nhiên đối với móng cọc ống thép dạng giếng nằm ngoài phạm vi của qui mô
kết cấu thông th ờng (D>30m và L/D 1 và Le1), biến dạng giữa các cọc ống thép
với nhau có khả năng lớn hơn do đó sử dụng ph ơng pháp phân tích khung không gian
và ph ơng pháp phân tích dựa trên dầm giếng giả định có xét đến sự chệnh lệch của lực
cắt.
Ngoài ra, đối với khả năng chịu lực theo ph ơng ngang khi có động đất cấp 2, l ợng
biến dạng xét đến trong thiết kế lớn, do đó không thể bỏ qua chênh lệch lực cắt của tai
nối nên phải thiết kế dựa trên dầm giếng giả định có xét đến chênh lệch lực cắt.
Chiều rộng móng mặt truớc B
Chiều rộng móng có hiệu Mặt truớc Be
(để tính sức chịu tải có hiệu)
Chiều rộng móng có hiệu mặt bên De
(để tính sức chịu tải)
Chiều rộng mặt bên móng D
Chiều rộng đặt tải tính đổi
mặt truớc (khi ổn định)

Cọc ống thép vòng ngoài
Cọc ống thép tuờng ngăn
Cọc ống thép đứng độc lập bên trong
Chiều dài móng L
Chiều dài móng xuyên
xuống có hiệu Le
Mặt đất hiện có
Mặt đất thiết kế khi th ờng
Đỉnh bệ cọc

Hình 2.1 Các kích th ớc của móng cọc ống thép dạng giếng