Thi công cọc bê tông ly tâm ứng lực trước

Ltt/
b
Ltt/
d

1
4
12,
1
0,9
3

1
6
13
,9
0,
89

1
8
15
,6
0,
85
Bằng

20
17
,3

0,
81
các

22

24

2
28
30
6
19
20,
2
24,
26
,1
8
2
3
0,
0,7 PHẦNMỞĐẲU
0,6
0,6
0,5
6 hiện
4 đại vào
9 cọc bê tông ly tâm ứng lực
ứng77dụng 3công nghệ

trước TỔNG QUAN VỀ cọc BÊ TÔNG CỐT THÉP VÀ CÁC PHƯƠNG
và
1. Lý do chọn đề tài.
điều kiện thi công thực
tế để sử dụng cọc bê tông ly tâm úng lực trước đạt hiệu
PHÁP
quả Trong các côngĐÁNH
trình xây
dựng
sử CHỊU
dụng cọc
bêCỦA
tông cọc
cốt thép thường có các
GIÁ
SỨC
TẢI
cao.
mặt

1.1. Phân loại cọc.
hạn chế.
1.1.1
bê tông
cốtcún.
thép thường.
3. PhươngCọc
pháp
nghiên

Việc xuất hiện sớm các vết nứt trong cọc bê tông cốt thép thưòng do biến
Cọc bê tông cốt thép thường có dạng hình vuông. Cạnh cọc thường gặp ở
dạng Phương pháp giải tích.
Việt
không tương thích giữa thép và bê tông.
Nam hiện nay là 0,2 -ỉ-0,4m, chiều dài cọc thường nhỏ hon 12m vì chiều dài tối
Phưng pháp khảo sát thực tế.
đa Khi cọc chịu kéo và uốn, phần bê tông trong cọc phát sinh các vết nứt làm
của
1giảm
cây thép là 11,7m. Bê tông dùng cho cọc có mác tù1 250-ỉ-350 (tương đưong
Phương pháp so sánh.
cấp
độ
khả năng chống ăn mòn cùa cọc, từ đó làm giảm tuổi thọ của cọc, nhất là trong

bền
các 4.(B20-Ỉ-B25).
Kết cấu đềKhả
tài năng chịu tải theo vật liệu cọc BTCT thường được tính
theo
môi trường ăn mòn mạnh.
công Nội
thức:dung báo cáo gồm 04 chương.
Đe khắc phục các hạn chế của cọc bê tông cốt thép thưòng thi ta sử dụng
cọc Chương
bê
1: Tổng quan
về cọc bê tông cốt thép và các phương pháp(1.1)
đánh giá

QVL=ợ>.(Rh.Ảc
+ Rs.As)
tông ly tâm ứng suất trước vì có các ưu điểm:
As - diện tích của cốt thép bố trí trong
Bê tông được nén trước ở điều kiện khai thác phần bê tông không suất hiện
cọc.
ứng
Bảng
1.1(hoặc
Hệ sonếu
uốncódọc
suất kéo
suất hiện thì giá trị nhỏ không gây nứt).
Do bê tông được úng suất trước, kết họp vói quay ly tâm đã làm cho cọc
đặc
chắc
Trongchịu
đó: được tải trọng cao không nứt, tăng khả năng chống thấm, chống ăn
mòn
cốt
thép,
mòn
b: Là ăn
cạnh
cọcsulphate.
vuông,
d: Đưòng
kính bê
cọctông và thép cưòưg độ cao nên tiết diện cốt thép giảm dẫn
Do sử dụng

đến
tròn.
trọng lưọng của cọc giảm. Thuận lợi cho việc vận chuyển, thi công
1
23


1.1.2

Cọc khoan nhồi.

Đường kính cọc thường là 0,6m, 0,8m, l,Om, l,2m, l,4m. Chiều dài cọc
không
hạn chế tùy theo điều kiện địa chất công trình, từng địa điếm 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

4

5Om, ở thành phố Hồ Chí Minh cọc nhồi thường cắm vào tầng đất sét pha nửa
cứng

ỏ'

độ sâu 30 4 50m. Chiều dài cọc khoan nhồi lớn nhất Việt Nam hiện nay là cọc
của
cầu Mỹ Thuận.
Khả năng chịu tải theo vật liệu cọc được tính theo công thức:
QVL=k.m(Rh.Ac+Rs.As)

(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 ủng lực trước.

Cọc có đường kính từ 3004 1000 (mm). Được sản xuất bằng phương pháp
4


Cọc hạ bằng máy chấn động .
1.2.1

Cọc hạ hằng bủa (búa rung, bủa hon, bủa diezen ).

1.2.1.1

Bủa rung.

Búa rung là loại búa khá đa năng. Búa rung có nguyên lý làm việc và các
thành

phần thiết bị khác hẳn vói 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-ỉ-30 Hz
(900-ỉ-1800 vòng/phút) moment lệch tâm trong khoảng 0,25-ỉ-1,13 kNm, năng
lượng
trong khoảng 50-ỉ-120 kw. Thiết bị này thường chỉ phù họp với cọc thép (dạng
bản).
1.2.1.2

Bủa hon đcm động.

Búa này được đẩy lên bằng năng lượng hơi chiều cao rơi búa H là cố định.
1.2.1.3

Bủa diezen đom động và song động.

Búa này được đẩy lên bằng năng lượng do diezen cháy chiều cao rơi búa H
là
thay đối phụ thuộc vào sức kháng của đất nhược điểm của búa này là: Tiếng nố
lớn

(do

diezen phát cháy), khí do diezen cháy gây ô nhiễm môi trường.
1.2.2.

Chọn sơ bộ bủa đóng cọc.

Vói búa đóng cọc ta cần chọn búa phù họp để sao cho dễ đóng mà lại
không

gây

hư hại cho cọc. Búa nhẹ nhất có trọng lưọng khoảng 0,9 kN và năng lưọng biểu
kiến

là

l,4kN. Búa nặng nhất có trọng lưọng tới 1500kN và năng lưọng biểu kiến tới
5


Trong đó:
r - phần trăm năng lưọng 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 tưong 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 nhũng khối bê tông. Đe 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 chịu tải cực hạn của cọc theo đất nền).
Với cọc trong đất dính, Pẻpcọc có thể nhỏ hon vì quá trình ép làm xáo trộn
và

giảm

sức chịu tải của đất sét. Tuy nhiên, sau một khoảng thòi gian nào đó cọc sẽ lấy
lại
được sức chịu tải. Ngược lại vói cọc trong đất cát, Pẻpcọc có thể lón hon nhiều
so

vói

giá trị pu dự báo.
1.3. Phạm vi ửng dụng.

Khi tải trọng công trình không nhỏ, và các lóp đất gần bề mặt không tốt thì
giải
pháp móng nông sẽ có độ lún lệch lón, hon nữa để đảm bảo điều kiện an toàn về
sức
chịu tải thì kích thước móng phải rất lón. 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
6

ra


một đài cọc ít, việc bố trí đài cọc trong các công trình ngầm cũng dễ dàng hon vì
vậy
khi tải trong công trình rất lón khoảng 15 tầng thì ta nên dùng cọc khoan nhồi.
ưu điểm của cọc khoan nhồi là cọc có thể đặt vào những lóp đất rất cứng
thậm
chí tói đá mà cọc đóng không thể tới được.
Một ưu điếm khác của cọc nhồi là sức chịu tải ngang rất lón việc thi công
cọc
nhồi có chấn rung nhỏ hon nhiều so với thi công cọc đóng, thi công cọc nhồi
không
gây trồi đất xung quanh không đấy các cọc sẵn có xung quanh sang ngang.
1.3.3

Cọc ong ly tâm ủng lực trước.

Cọc ống ly tâm ứng lực trước có thể cắm sâu hon nhiều so với cọc bê tông
cốt
thép thưòng nên tận dụng được khả năng chịu tải của đất nền do đó số lưọng cọc
trong
một đài ít việc bố trí và thi công cũng dễ dàng, tiết kiệm chi phí xây dụng đài

Hình 1.3 công trình sử dụng cọc bê tông ly tâm ULT

7


1.4. Các phương pháp kiểm tra khả năng chịu tải của cọc đơn.

1.4.1. Phương pháp tra bảng thong kê
Phương pháp này dựa trên quy phạm CHNri2.02.03.85 của Liên Xô
Sức chịu tải của cọc đơn được dùng là.
(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.
hông.
(1.6)
Qtc=mirTrong 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 -ỉ-1) cho cọc,
mf = 0,6 cho cọc khoan nhồi.
Qm

-

khả

năng

chịu

tải

fsi - khả năng ma sát xung quanh cọc.
Fc - tiết diện cọc.
Lị, u - chiều dài phân đoạn và chu vi cọc.
8

mũi

cọc,

tra

bảng.


Df: độ chặt toong đối.
Riêng đối với cọc khoan nhồi, trị số qm được xác định thep phưong pháp
sau.
Trường họp trong cát.
qm=ữ,lỉ./3.(ỵ'.D.Al

+a.ỵvL.B‘k)

(1.7)

Trong đó:
A°k,B°k- tra bảng theo (Ọ°.
Ỵ\Y\ - dung trọng của đất nền dưói và trên mũi cọc.
L, D - chiều dài cọc và đường kính cọc.
Truông họp trong sét.
Trị số qm được tra bảng theo độ sệt B.
1.4.2

Phương pháp tỉnh theo cường độ.

Q„ = -â-+ -§£-= ÁĨL+éĩỈP.

(1.8)

FSs FSP FSs FSP
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.

ỉ.4.2.1 Thành phần ma sát xung quanh cọc Qs.
ọ.-f.A.-V/ /'../

(1.9)

9


qp=l,3*C*Nc + ỡ-'v*Nq +0,4*y *b*iV^ (đối với cọc vuông).

(1.11)

Nc, Nq, Nỵ . Tra bảng 3.5 trang 174 sách Nền Móng của TS. Châu Ngọc
b. Theo
phương
pháp
Meyerho/.
(1.12)
qp = C*Nc + q*Nq
Tra biểu đồ 3.28 trang 178. sách Nền Móng của TS. Châu

c. Theo

TCVN
Qp205= C*Nc +ơ V *Nq + ỵ *R* Ny
1998.

1.4.3.

(1.13)

Phương pháp tính từ kết quả thí nghiệm xuyên động (SPT).

Xuyên động (SPT) đuợc thực hiện bằng ống tách đưòng kính 5,lcm, dài
45cm,

đóng bằng búa rơi tự do nặng khoảng 63,5kg, với chiều cao rơi là 76cm. Đem số
búa
để đóng cho tùng 15cm ống lún trong đất (3 lần đếm), 15cm đầu không tính, chỉ
(1.14)
Trong đó:
Ki = 400 cho cọc đóng và Ki = 120 cho cọc khoan nhồi.
K-2= 2 cho cọc đóng và K2 = 1 cho cọc khoan nhồi.
N - số búa dưới mũi cọc.
Ntb - số búa trung bình suốt chiều dài cọc.
Hệ số an toàn áp dụng cho công thức trên là 2,5 4- 3,0.
1.4.4.

Phương pháp tính từ kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh.

qm — Kr.Rp

10

(1.15)


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
thưòng 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.
fs=^

(1.16)
«/

Được tính cho từng lóp i mà cọc xuyên qua tưong úng với Rpi, hệ số a
trong
trường họp này thay đổi khá lón.
Cọc bê tông a = (30 -r 40) cho sét tò yếu đến cứng, a = 150 cho cát.
Cọc khoan nhồi a = (15-ỉ-35) cho sét từ yếu đến cứng, a = (80-ỉ-120) cho
cát.
Hệ số an toàn cho ma sát được lấy FS = 2.
1.4.5.

Phương pháp xác định từ thí nghiệm nén tĩnh cọc.

Đây là phưong pháp chính xác nhất để xác định khả năng chịu tải của cọc
đon,
tuy nhiên phưong pháp này thực hiện phức tạp và tốn kém nhiều kinh phí.
Quy định đòi hỏi số lưọng cọc phải tiến hành công tác thử nén tĩnh (3 -ỉ5)%

số

11


Loại Búa
Loại búa song động hay Diezen
Loại búa đon động
Búa trọng lực

Cọc

gỗ
5,0

Cọc
thép
5,5

3,5
4,0
K - hệ số tra bảng 1.1.
Bảng 1.1
2,0
2,5

Độ chối giả

Cọc
bê
tông
5,0
5,0

P(kN)

5,0

I----1
Hình 1.4: Biểu đồ nén tĩnh cọc, quan hệ s =f(P)

1. Đổi với cọc chống; 2. Đổi với cọc ma sát

Đối vói đất sét do đặc tính nhạy
Trong điều kiện đất yếu, biểu đồ thể hiện đưòng cong đều thì giá trị Qu có
nên các màng nước bao xung quanh
thể
hạt
đuợc chọn tại độ lún À = 0, ìx[S h ].
sẽ bị phá hoại khi đóng búa, làm cho
đất Trong truòng họp tải trọng của cọc quá lón không thể thực hiện để đạt đến
bị phá hoại cấu trúc và trở nên yếu đi,
giá
trị
do định tải trọng giói hạn thì ta có thể dùng phuong pháp của Davisson nhu sau:
xác
đó càng đóng búa nhanh trong đất sét
cọc càng
xuống, +độ—chối
tăng lên,
5 = 5dễ
+ 0,0038
= -^Ì.P
+ 0,0038 + — m
120giả. Ngưng lại
người ta gọi là độ chối

(1.17)

một thòi gian, đóng tiếp cọc khó
ô - độ biến dạng đàn hồi của cọc duới tác dụng của cấp tải p.
xuống
Phương

phápphục
xác hồi.
định từ thí nghiệm thử động.
hon1.4.6.
do đất sét có
khả năng
Công tác thử động đuợc thực hiện cho truờng họp thi công bằng búa đóng.
Ngược
lại
trong
đất
cát,
càng
đóng
Búa
Hình 1.5: Thỉ
thử động suất
nhanh
cọc
càng
khó
xuống
donghiệmứng
Năng
lượng
(1.18)
Đe thử độ chối của cọc khi đóng cọc ta cần phải nghỉ một thòi gian như
F, w b +
(1.19) 3
sau: búa:

Do độ chối của một búa được lấy trung bình của 10 búa liên tiếp, ta suy ra
Trong đó:
sức
wb - Trọng lưọng búa.
12
13


Công thức tông quát.
(1.20)

Trong đó:
K=2
Qu - khả năng chịu tải tói hạn của cọc (tấn).
E, Ac, L - modun đàn hồi, tiết diện và chiều dài
cọc.
e - độ chối cọc.
eđ - độ chối đàn hồi của cọc.
wb - trọng luọng búa rơi.
wc - trọng lượng cọc và mũi đệm.
H - chiều rơi của búa.
(1.21)

Công thức theo quy phạm: K = 2.
(1.22)

Trong đó:
p2 = 0,25 cho cọc thép.
p2 = 0,1 cho cọc khác.
14

ed

=

2,5

cho

đất

trung

bình

(mm).

ed = 5 cho đất mềm (mm).
e„ = 0,-i

(1.23)

E.FC
Công thức Hà Lan: K =
6.

(1.24)

_1 Wb\H

1.5. Ánh 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 bị xáo trộn, do đó sức kháng cắt không thoát nước
của
s
đất sét tạm thòi giảm xuống còn Sur(Sw. = —,trong đó St là độ nhạy của đất sét).
Tuy
nhiên, sau một thòi 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.
Vói cọc nhồi nếu ta không giữ thành bằng dung dịch (bentonite hoặc
polyme),

có

thể có nhũng tảng, cục sét bị lở, đặc biệt nếu chúng lở trong quá trình đố bê tông
thì
chất lưọng bê tông kém đi. Sức kháng cắt của đất sét xung quang cọc sẽ bị giảm
do

hút

ấm 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 đố bê tông, thì sức kháng mũi giảm đi


tán). Do đó thòi gian đầu, ứng suất hũu hiệu ơ’ không đối, cho nên sức kháng cắt
không đổi. Vì vậy ta sử dụng Su để tính toán.
Sau một khoản thời gian dài, nuớc lỗ rỗng sẽ tiêu tán dần, và do đó tải
trọng

bên

ngoài sẽ truyền dần lên hạt đất. ứng suất hữu hiệu ơ’ tăng lên, làm cho sức kháng
cắt
cũng tăng lên. Nhu vậy, độ an toàn của công trình cũng tăng lên.
Tóm lại thòi điểm nguy hiểm nhất với đất dính là khi công trình vừa thi
công
xong, nuớc chua kịp thoát đi.
Nguợc lại vói một số đất dính “quá cố kết mạnh” (OCR > 1), có hiện tượng
“chùng” hay “mềm” đi, tức là sức kháng cắt giảm theo thòi 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
họp
này, nên đánh giá sức chịu tải theo thông số thoát nước.
1.5.2

Cọc trong đất cát.

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 K0 sẽ tăng lên, đồng thòi sức kháng cắt
của

đất

sẽ tốt hoư. Tính chất của đất có tốt lên làm cho sức chịu tải của cọc (tính theo đất
nền)
cao hoư.
Đối với cọc nhồi, việc khoan lỗ sẽ làm đất cát (cả ở thành hố và đáy hố) rời
rạc
16


+ Do sử dụng bê tông và thép cường độ cao nên giảm tiết diện cốt thép dẫn
đến
trọng lượng cọc giảm thuận lọi cho việc vận chuyển, thi công dẫn đến kinh tế
hoTL.
1.6.2

Một số dạng hư hỏng thường gặp ở cọc khoan nhồi:

a. Nhũng hư hỏng ở mủi cọc:

Sự lắng đọng bùn khoan kết họp đất nhão ngay dưới mũi cọc.
Bê tông mũi cọc bị xốp do lẫn tạp chất v.v...
b. Nhũng hư hỏng ở thân cọc:

Thân cọc bị oằn, biến hình trong đất yếu.

Hình 1.1 Thân cọc bị giản đoạn

Hình 1.2 Thân cọc bị biến hình

c. Nhũng hư hỏng ở đầu cọc:

Bê tông đầu cọc bị xốp, lẫn tạp chất v.v...

17


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.

18


LÝ THUYẾT VÈ BÊ TỒNG ỨNG Lực TRƯỚC VÀ CHẾ TẠO cọc
BÊ
TÔNG LY TÂM ỨNG Lực TRƯỚC.

2.1. Khái niệm về bê tông ửng 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 họp nhằm cân bằng với một lưọng 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 cưòng độ chịu kéo rất nhỏ so với cưòng độ chịu nén. Đó
là
nhân tố dẫn đến việc xuất hiện một loại vật liệu hỗn họp “bê tông cốt thép”. Việc
xuất
hiện sóm các vết nứt trong bê tông cốt thép do biến dạng không tương thích giữa
thép
và bê tông là điểm khỏi 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 sẽ làm tăng đáng kế 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 họp đon thuần giữa bê tông và cốt thép để
chúng
cùng làm việc một cách bị động thì bê tông ULT là sự kết họp một cách tích cực
có
chủ ý giữa bê tông cường độ cao và thép cường độ cao. Trong cấu kiện bê tông
19


ứng suất trong thép thông thường giảm từ lOOMpa 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. Đe đạt được điều này
thì
việc sử dụng thép cưòng độ cao là thích họp 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 cưòng độ
cao

ít

xảy ra vết nứt do co ngót, có mođun đàn hồi cao hon, biến dạng do tò biến ít hon
do

đó

ứng suất trước trong thép sẽ bị mất ít hon. Việc sử dụng bê tông cưòng độ cao sẽ
làm
giảm kích thước ngang của cấu kiện, giảm trọng lưọng của cấu kiện, vượt nhịp
lón

sẽ

làm tăng hiệu quả kinh tế, kỳ thuật.
Có khả năng chống nứt cao hon (do khả năng chông thấm tốt hon) dùng bê
tông
ULT ngưòi 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 rộng vết nứt khi chịu tải trọng sử
dụng.
Có độ cúng lón hon do đó có độ võng và biến dạng bé hon.

20


Hình 2.1: Sơ đồ phương pháp căng trước
a)

Trước khi buông cốt thép ULT - b) sau khi buông cốt thép ULT.

1 - Cốt thép ứng lực trước.

2 - Bệ căng; 3 — Ván khuôn; 4 - Thiết bị kéo thép.
5 - Thiết bị cố định cốt thép ứng lực trước.
6 — Trục trung hòa.

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 họp bám dính). Trong trường họp 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 kiện và đảm bảo sự cùng
làm
việc nguyên khối vói bê tông. Phưong pháp này có thể dùng khi chế tạo các cấu
kiện

21


bê tông bị 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 cúng
thì
tiến hành luồn và căng cốt thép úng lực. Trong trường họp này người ta dùng
nhũng
cấu kiện đã được chế tạo để làm bệ tỳ. Khi kéo căng cốt thép phản lực được
truyền

lên

các đầu mặt của cấu kiện (thông qua đầu neo) và gây ra úng suất nén trong bê
tông

ở

các tiết diện của nó như trường họp căng trước. Đe tạo ra liên kết (lực dính) giừa

Hình 2.2: Sơ đồ phương pháp căng sau.
a) Trong quả trình căng - b) Sau khi căng.
1 - Cốt thép ứng lực trước.
2 — Cẩu kiện BTCT; 3 - Ông rãnh; 4 — Thiết bị kích.

22


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 toong đối cao hon so vói bê tông thông
thưòng,
độ co ngót thấp, tính từ biến thấp nhất và giá trị môđun đàn hồi lón.
2.3.2.

Thép cường độ cao.

Thép ứng suất trước có thể là sọi, cáp hoặc thanh thép họp 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

vói bê tông
Cáp úng suất trước phổ biến nhất là loại cáp 7 sợi, có cưòng độ chịu kéo tói
hạn
fpu là 1720Mpa và 1860Mpa, kết dính hoặc không kết dính.
2.4. Đánh giá tổn hao ửng suất trong các giải pháp úng 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 tốn thất làm ảnh hưỏng rất nhiều đến sự làm việc
của

kết

cấu. Nhũng tốn thất thưòng xảy ra bao gồm:
Sự dão úng suất trong cốt 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).
23


chính cốt thép bị rút ngắn lại một đoạn bằng trị số đó, làm cho ứng suất kéo trước
bị

ct
A/.

mà cấu kiện bê tông cốt thép dần dần bị rút ngắn thêm một trị số Aỉcth do đó cốt
thép
do co ngót và từ biến làAI.
—~.ơ0
ct

(c)
Hình 2.3: Biến dạng của cốt thép và của cấu kiện, các tốn thất của ứng
suất.
a)

Độ giãn dài Alct của cốt thép dưới ảnh hưởng của lực N.

b)

Độ co ngót Alht của cẩu kiện do bê tông bị ép.

c)

Độ rút ngắn của cấu kiện Alcth do co ngót và từ biến.

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 tưong đối của ứng suất càng nhỏ khi cưòng độ của
thép
càng cao.
Khi so sánh về tổn thất ứng suất giữa 2 giải pháp căng trước và căng sau.
Ta

24


2.4.2.

Tốn thất do từ biến của bê tông ơ2.

Các tổn thất ơ2 do từ biến của bê tông nặng khi kéo căng vào bệ tỳ được
xác

định
(2.1)

Trong đó:
k - hệ số kể đến các tính chất của cốt thép lấy bằng
1 - đối với cốt thép sợi cưòng độ cao và các thành phần làm từ cốt
thép

sợi

cường độ cao (bó dây cáp)
0,8 - đối vói các loại cốt thép khác
R - cấp độ bền thiết kế của bê tông
Ro - cưòng độ của bê tông trong thòi gian bị ép
ơht - ứng suất nén trong bê tông do lực ép trước tại trọng tâm cốt thép dọc
As và
A’s, lực ép này xác định trước khi có các tổn thất xảy ra sau quá trình ép bê tông,
nếu
khi đó trọng lưọng bản thân của cấu kiện ảnh hưỏng đến sự phân bố ứng suất
trên

tiết

diện trong quá trình ép cấu kiện thì nên kể đến các tải trọng khác tác dụng khi ép
bê
(2.2)
Ở đây các ứng suất trước ƠQ trong cốt thép căng trước As không kể đến các tổn
thất.
25

ơA={\+h)^Ỵ
Loại rãnh

Trị
Trị số p khi cốt thép
X - chiều dài của số
phần
kéo căng đến tiết diện tính toán (m)
k rãnh từ thiết
cóbịdạng
Đối với cốt thép thanh : cr3 = 0,1 .Ơơ - 200
đối
với
thanh có
chùm
các cấu
lấy trịloại
số X
bằngA-II,
chiều
dàicũng
hình như
chiếuđốicủa
thanh
Đốikiện
vớidài,
cốt cho
thépphép

cán nóng
A-III,
A-I,
vóiphần
cốt rãnh
thép
gờ
lên
trục
kéokim loại
Rãnh có mặt ngoài bằng
0,00
0,35
0,4
3 thép) loại A-IIIB và A-IIB thì không kể đến tổn thất do
dọc
của
cấu kiện.
nguội
(trước
khi căng cốt
0
0,55
0,65
Rãnh có mặt ngoài bằng bê tông được
dão
p
hệ
số
ma

sát
giữa
cốt
thép
và
thành
rãnh
lấy theo (bảng 2.1).
tạo
ra
ứng suất
0).các hệ số k và ỊẦ
Bảng
2.1:(ơ3
Trị=số
0,001
0,55
0,65
Như trên, được tạo ra bằng thiết bị tạo
5
rãnh mềm
2.4.4.
Tốn thất do biến dạng của neo a4.
(2.3)
Trong đó:
neo.

ĂỊ - biến dạng của vòng đệm đặt dưới các thiết bị neo, bằng lmm cho mỗi
/Ị2 - biến dạng của bản thân neo, bằng lmm.
Es - môđun đàn hồi của cót thép.

1 - chiều dài của chùm cốt thép bị kéo căng (mm).

2.4.5.

Tốn thất do ma sát của cốt thép ơ5.

(2.4)
Trong đó:
ơkt - ứng suất trước dùng đế kiểm tra cốt thép, khi không có tổn thất thì
cho phép
ơkt=ơ0.
e - cơ số lôgarit tự nhiên.
k - hệ số kể đến sự sai lệch của đoạn thẳng của rãnh so với vị trí thiết kế

26


K bt

2.4.8.
2.4.9.

Tốn thất do biến
tác dụng
dạngcủa
củatải
khuôn
trọngơ9.
cỏ chu kỳ

Các tổn
tốn thất cr8
ơ9 do
dạngcủa
củatải
khuôn
để kỳ
chếđược
tạo các
cấu khi
kiệntính
bê
do biến
tác dụng
trọngdùng
có chu
kể đến
tông
toán

cốt
độ

thép
tính xác
theođịnh
côngtheo
thức.
bền mỏi,
công thức.

cr8 = 600,-^Ía9=j.Ec,

(2.7)
(2.8)

Trong đó:
A/ - chuyển vị của các bệ tỳ (chốt) tại mức và phương của thanh hoặc sợi
đang
xét do biến dạng của khuôn dưới tác dụng của lực kéo trước cốt thép xuất hiện
sau

khi

cố định được các ứng suất kiểm tra.
1 - chiều dài của thanh hoặc sọi.
Có thể lấyTốn
gầnthất
đúng
g^+//ỡ
= 1+không
ỈOC +
/ẨỠ
2.4.10.
do:kéo
cốt thép
đều
CTỊO .

(2.5)

các tổn thất cr10 do kéo cốt thép không đều có thể xảy ra khi dùng một số
cùm2.4.6.
Tốn thất do ép bê tông trong các vòng cốt thép xoắn cr6.
Các tốn thất cr6 do ép bê tông trong các vòng cốt thép xoắn khi đuờng kính
hoặc thanh cốt thép trong cấu kiện căng trước. Trị số thay đối ứng suất (giảm
của
hoặc
kết cấu nhỏ hon 3m thì lấy bằng 300KG/cm2, còn khi đuờng kính lón hon 3m thì
tăng) trong cốt thép đã kéo căng sớm hon do độ co đàn hồi của bê tông khi chịu
lấy
các
cr6 =0.
lực trong cốt thép bị kéo căng chậm hơn, có thể lấy bằng.
2.4.7.

Tốn thất khỉ thay đoi sổ hiệu nhiệt độ của cốt thép Ơ1.

ơỉ0 = nAơht
(2.9)
Các tổn thất Ơ1 khi thay đổi hiệu số nhiệt độ của cốt thép căng truớc và
của thiết
Trong đó:
bị tiếp nhận lực kéo căng (chẳng hạn khi hấp hoặc nung nóng) đuợc xác định
theo n - tỷ số giữa môđun đàn hồi của cốt thép và của bê tông.
công thức.
Aơht - ứng suất trung bình trong bê tông tại phần chiều dài của nhóm cốt
Ơ1 = 20.ÀÍ
(2.6)
28
27

sau

Người ta xác định các trị số Aơbt đối với từng nhóm cốt thép bị kéo căng

nhóm cốt thép có xác định tốn thất ứng suất cốt thép của nhóm được kéo căng
sóm
hơn sẽ cho ứng suất có trị số lớn hon trị số thay đổi ứng suất tìm được bằng
phưong
pháp đó.
Khi xác định thay đối ứng suất trước nên phân chia cốt thép thành 2-3
nhóm
Trong tất cả các trường họp, trị số tống cộng của các ứng suất nên lấy
X
X

(a)
Hình 2.4: Sơ đồ tỉnh toán cẩu kiện chịu nén dúng tâm ứng suất
trước
Bê tông và cốt thép ứng lực ngăn cản chuyển vị ngang và xoay của cấu
kiện,

cấu

kiện có thể mất ốn định theo dạng thứ nhất (hình 2.4b) hoặc dạng thứ hai (hình
2.4c)
ơk=ak.Qk; 6k=pk.Mk

(2.10)

29