Chuyên đề nền móng Tìm hiểu về tính toán thiết kế ứng dụng thi công cộc bê tông ly tâm ứng lực

Header Page 1 of 161.
CHUYÊN ĐỀ NÊN MÓNG
TÊN ĐỀ TÀI:
TÌM HIỂU VỀ TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ, ỨNG DỤNG, THI CÔNG CỌC BÊ TÔNG
LY TÂM DỰ ỨNG LỰC.
I. TỔNG QUAN VỀ CỌC LY TÂM ỨNG SUẤT TRƯỚC ( UST )
I.1 ng Dụng Của Cọc UST
Là loại cọc có khá nhiều ưu điểm nên rất thơng dụng trong các lĩnh vực như :
Cơng trình cầu đường, cảng biển đối với cọc có đường kính lớn như D1000, D1200.
Cơng xây dựng dân dụng và cơng nghiệp đối với các cọc có đường kính nhỏ.
Ngồi ra, do cọc chịu tải trọng ngang tốt nên thường dùng cho các cơng trình tường
chắn sóng, đất … …
I.2 Ưu Và Nhược Điểm Của Cọc UST
I.3.1 Ưu điểm
Được thò trường chấp nhận rộng rãi trong dự án xây dựng và nền móng của cơ sở
thiết bò rộng lớn của dự án xây dựng công nghiệp và dân dụng, đường sắt, đường
bộ, cầu cảng.
Các thông số kỹ thuật hoàn hảo, có thể lựa chọn thiết kế rộng rãi.
Sản xuất theo công nghệ ly tâm, ép, bảo dưỡng hơi nước, cùng với tiến bộ công
nghệ bảo đảm độ đặc chắc của bê tông > C60 (cọc PC). Cọc ống bê tông độ chắc
cao có thể có đồ chắc > C80 (cọc PHC). Khả năng chòu lực cao hơn cọc bê tông
đúc sẵn thông thường từ 2 đến 4 lần.
Cọc có khả năng chống nứt, chống uốn cao. Công nghệ cốt thép ứng lực trước tốt
hơn nhiều so với cọc bê tông đúc sẵn.
Chất lượng cọc ổn đònh, các thông số kỹ thuật đáng tin cậy.
Cọc có chất lượng đúc có độ tin cậy cao vì thân cọc bê tông đặc chắc. Cọc chòu va
chạm tốt và thích nghi với điều kiện đòa chất tốt hơn cọc BTCT thường. Hơn nữa
việc thử nghiệm tiện lơi, việc giám sát ít hơn.

Footer Page 1 of 161.

Header Page 2 of 161.
Việc vận chuyển cọc tiện lợi, không gây ô nhiễm môi trường và đáp ứng các yêu
cầu bảo vệ môi trường.
Dễ dàng kiểm soát chất lượng tại nhà máy nhờ điều kiện sản xuất công nghiệp.
Tuổi thọ công trình cao do dùng bê tông mác cao và mô men uốn nứt lớn.
Chống ăn mòn trong môi trường xâm thực.
Tiết kiệm vật liệu, kết cấu nhẹ, giảm giá thành nhờ công nghệ ứng suất trước.
Giảm thiểu công tác bê tông tại hiện trường, lợi điểm đặc biệt tại các dự án nằm
trong khu trung tâm thành phố.
Nối cọc: mối nối được thiết kế có mô men kháng uốn tương đương với mô men
kháng uốn thân cọc.
Dưỡng hộ bằng hơi nước nóng cho sản phẩm chất lượng cao, tăng tiến độ cung
cấp.
Tiến độ thi công nhanh.
I.3.2 Nhược điểm
Do sử dụng bê tơng và cốt thép cường độ cao nên chi phí về vất liệu sẽ tốn hơn cọc
thường cùng tiết diện.
Kỹ thuật chế tạo phức tạp hơn, đòi hỏi đội ngũ kỹ thuật lành nghề.
Phải sử dụng thiết bị chun dùng để thi cơng đóng hoặc ép cọc.
Chi phí đầu tư dây chuyền sản xuất, lắp đặt thiết bị lớn.
II. THIẾT
KẾ CỌC LY TÂM ỨNG SUẤT TRƯỚC
THI
II.1 Phâ
hân loại, phạm vi sử dụng
II.1.1 Phân loại
Theo tiêu chuẩn 7888 – 2008 gồm có 2 loại :
Cọc bê tơng ly tâm ứng suất thường (PC) là cọc bê tơng LTUST được sản xuất bằng
phương pháp quay ly tâm, có cấp độ bền chịu nén của bê tơng khơng nhỏ hơn B40.

Cọc bê tơng ly tâm ứng suất cường độ cao (PHC) là cọc bê tơng LTUST được sản
xuất bằng phương pháp quay ly tâm, có cấp độ bền chịu nén của bê tơng khơng nhỏ
hơn B60.
Cọc PC gồm 3 loại A, B, C theo giá trị moment nứt trong bảng 1của tiêu chuẩn.
Cọc PC gồm 3 loại A, B, C theo giá trị ứng suất có hiệu tính tốn trong bảng 1.

Footer Page 2 of 161.


Header Page 3 of 161.

II.1.2 Phạm
vi sử dụng
Ph
Là loại cọc có khá nhiều ưu điểm nên rất thông dụng trong các lĩnh vực như :
Công trình cầu đường, cảng biển đối với cọc có đường kính lớn như D1000, D1200.
Công xây dựng dân dụng và công nghiệp đối với các cọc có đường kính nhỏ.
Ngoài ra, do cọc chịu tải trọng ngang tốt nên thường dùng cho các công trình tường
chắn sóng, đất … …

Footer Page 3 of 161.


Header Page 4 of 161.
II.2 Cấu tạo của cọc UST và các chi tiết cấu tạo
II.2.1 Cấu tạo cọc UST

Ngoài ra, tiết diện mặt cắt ngang của cọc cũng rất đa dạng :

Chiều dài cọc:

Tùy theo đơn vò vàcông nghệ sản xuất mà chiều dài cọc có thể khác nhau. Theo tiêu
chuẩn 7888 – 2008 chiều dài cọc được quy đònh trong bảng 1 (vừa đề cập phía trên). Tuy
nhiên, tôi vẫn muốn cập nhật thêm một số chiều dài cọc của các đơn vò sản xuất khác
nhau ở trong và ngoài nước để chúng ta có cái nhìn tổng quát hơn về chiều dài cọc.

Footer Page 4 of 161.


Header Page 5 of 161.
Bảng tổng hợp của công ty Phan
Phan Vũ theo tiêu chuẩn JIS A 5335 - 1979

Footer Page 5 of 161.


Header Page 6 of 161.
Bảng tổng hơp dựa trên tài liệu của công ty Bê Tông 620 Châu Thới và Phan Vũ

Footer Page 6 of 161.


Header Page 7 of 161.
II.2.1 Chi tiết cấu tạo cọc UST
Liên kết mối nối

(CHỐT )

(CHỐT CỨNG )

(HỘP NỐI )

Footer Page 7 of 161.

(ĐAI, BẢN MẢ LIÊN KẾT )

(CHỐT CƠ HỌC )

( HÀN )

(THEN GÀI )


Header Page 8 of 161.
Hỡnh aỷnh thửùc teỏ

LK Then Gaứi

LK Hp ni

Footer Page 8 of 161.

Lieõn keỏt haứn

LK Bn Mó


Header Page 9 of 161.
Chi tieỏt neo ủaứi

Chi tieỏt muừi coùc

Footer Page 9 of 161.

Mi cc dng ngn

Mi cc dng di ( kieỏn nghũ )


Header Page 10 of 161.
Chi Tiết Bản Ốp 2 Đầu Cọc

CẤU TẠO BẢN ỐP 2 ĐẦU

Ta có thể thấy những lổ cáp trên bản ốp gồm 2 phần một bên có đường kính lớn dùng để
luồn đầu cáp đã xử lý xong (đầu neo ) sau đó sẽ được đẩy qua phần lổ có đường kính nhỏ
cố đònh lại.
Chi tiết phần đầu của cọc.
Cọc ly tâm UST dùng cốt đai xoắn hình bên dưới cho ta thấy bố trí cốt đai phần đầu cọc
thường dày hơn (50 mm) nhằm mục đích chịu tải cục bộ và va đập xung kích khi đóng hoặc
ép cọc.
Để ý hơn ta sẽ thấy ngồi thép cường độ cao còn có các thanh thép thường (φ16) dùng để
neo vào đài móng sau này.

Footer Page 10 of 161.


Header Page 11 of 161.
Chi tiết mũi và mối hàn nối 2 đoạn cọc

Khi nối hai đoạn cọc

Chú ý: Góc α thường từ 300 -> 500 còn các kích thước A, R ,W như hình chi tiết liên kết
trên phụ thuộc vào đường kính cọc.cụ thể như bản ở trên.

Footer Page 11 of 161.


Header Page 12 of 161.
II.3 TÍNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC UST
- Chọn đường kính cọc ống ƯST
- Áp dụ
dụng tiêu chuẩn JIS A 5337 – 1982
- Kích thước theo nhà sản xuất cho cọc ống như sau:
Đường kính (mm)

Chiều dày (mm)

Loại

Chiều dài (m)

- Các thông số tra bảng
-Bê tông cọc có:
• Cường độ chòu nén của bê tông: σ cu = 600 - 800kg/cm2
• Cường độ bê tông sau khi căng cáp: σ cp =0.7 x σ cu kg/cm2
• Cường độ chòu kéo: σ bt =( 0.1 – 0.09) σ cu kg/cm2
• Mô đun đàn hồi của bê tông cọc: Ec = 4.0 x 105 kg/cm2
• Mô đun đàn hồi của bê tông cọc sau khi căng cáp: Ec’ = 3.5 x 105 kg/cm2

Hình: Chi tiết mặt cắt cọc ống ƯST

Footer Page 12 of 161.


Header Page 13 of 161.
Bảng thông số cọc ống ƯST D500
D500
Đường kính cọc
(mm)
Loại
Chiều dày
(mm)
Bán kính ngoài ro
(cm)
Bán kính trong ri
(cm)
Bán kính bố trí cáp rp (cm)
Diện tích của cọc
(cm2)
Đường kính và số lượng cáp
Tổng diện tích cáp ƯST (cm2)

II.3.1 TÍNH MÔ MEN GÂY NỨT
• Cường độ chòu kéo của cáp ƯST:
ƯST σ pi

σ 1 pi = 0.8 × σ py (kg / cm 2 )
σ 2 pi = 0.7 × σ pu (kg / cm 2 )
Với : σ pu : cường độ chòu kéo cực hạn của thép ƯST

σ py : cường độ chòu kéo giới hạn chảy của thép ƯST

⇒ Chọn: min ( σ 1pi ; σ 2pi ) để tính toán.
• Cường độ chòu kéo của thép đặt vào trong ƯST:
ƯST σ pt

σ pt =

σ pi
A 
1 + n ' P 
 AO 

n’: hệ số tỉ lệ giữa mô đun đàn hồi trước vàsau khi căng cáp
E
n’ = P
ECP
Đường kính cọc (mm)
Loại
Ap (cm2)
Ac (cm2)
Ao (cm2)
σ pt (kg/cm2)

Footer Page 13 of 161.

Kết quả


Header Page 14 of 161.

• ng suất ban đầu của bê tông : σ cpt

σ cpt =

(σ pt × Ap )

Ao
Đường kính cọc (mm)
Loại
σ pt (kg/cm2)

(kg / cm 2 )

σ cpt (kg/cm2)

Kết quả

• Tính tổn hao cường độ do từ biến và co ngót của bê tông : ∆σ pψ
∆σ pψ =

n ×ψ × σ cpt + Ep × ε s
1 + n × (σ cpt / σ pt ) × (1 + 0.5 ×ψ )

(kg / cm 2 )

Ep
; ψ = 2 là hệ số kể đến ảnh hưởng của từ biến
Ec
ε s = 0.15 × 10−3 là hệ số xét ảnh hưởng của co ngót của bê tông

n=

Đường kính cọc (mm)
Loại
∆σ pψ (kg/cm2)

Kết quả

• Giảm cường độ do chùng ứng suất của thép : ∆σ r
∆σ r = r (σ pt − 2 × ∆σ pψ ) (kg / cm 2 ) ; Với r = 0.035 là hệ số chùng ứng suất

Đường kính cọc (mm)
Loại
(kg/cm2)
∆σ r

Kết quả

• Cường độ chòu kéo hữu hiệu của cáp : σ pe

σ pe = σ pt − ∆σ pψ − ∆σ r (kg / cm 2 )
Đường kính cọc (mm)
Loại
σ pt
(kg/cm2)

Footer Page 14 of 161.

∆σ pψ

(kg/cm2)

∆σ r

(kg/cm2)

σ pe

(kg/cm2)

Kết quả


Header Page 15 of 161.
• Ứng suất hữu hiệu của bê tông : σ ce
∆σ pe × Ap
σ ce =
(kg / cm 2 )
Ao
Đường kính cọc (mm)
Loại
Ap (cm2)
Ao (cm2)
Kết quả
σ ce
(kg/cm2)

• Đặc trưng hình học của tiết diện:
o Mô men quán tính: I e
n

π
I e = × (ro4 − ri 4 ) + × Ap × rp2 (cm 4 )
4
2
Đường kính cọc (mm)
Loại
r0 (cm)

ri
rp

(cm)
(cm)

n
Ap (cm2)
I e (cm4)

Kết quả

o Mô đun kháng uốn: Z e
Ze =

Ie
(cm3 )
ro

Đường kính cọc (mm)
Loại
Ze

(cm3)

Footer Page 15 of 161.

Kết quả


Header Page 16 of 161.

• Mô men gây nứt: M cr
'

M cr' = Z e (σ bt + σ ce )(T .m)
Đường kính cọc (mm)
Loại
Ze
(cm3)

(kg/cm2)

σ bt
σ ce

(kg/cm2)

M cr'

(t.m)

Kết quả

M br'

(t.m)

Kết quả

M br' : mô men gây gãy cọc
M br' = 1.5M cr' (theo tiêu chuẩn JIS A 5337 – 1982)
II.3.2
II.3.2 TÍNH TOÁN VỀ SỨC CHỊU TẢI
Theo công thức Nhật Bản
o Sức chòu tải lâu dài:
Ra = 1 / 4 × (σ cu − σ ce ) × Ac (tấn)
o Sức chòu tải tức thời tới hạn theo vật liệu:
Ra = 1 / 2 × (σ cu − σ ce ) × Ac (tấn)
Đường kính cọc (mm)
Loại
σ cu
(kg/cm2)

σ ce
Ac
Ra (T)
Theo tiêu chuẩn ACI – 543
Sức chòu tải cho phép: Pe

(kg/cm2)
(cm2)
Ra dài hạn

Ra tức thời

Kết quả
Kết quả

Pe = (0.33 × f c' − 0.27 × f pe ) × Ac
f c' = σ cu = 600 − 800(kg / cm 2 ) ; f pe = σ ce (kg / cm 2 )

Footer Page 16 of 161.


Header Page 17 of 161.
III. QUÁ TRÌNH THI CÔNG CỌC ỨNG SUẤT TRƯỚC
GIỚI THIỆU SƠ LƯC VỀ CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO CỌC BÊ TÔNG LY TÂM ỨNG
SUẤT TRÙC CỦA CÔNG TY CỔ PHẦN SXSX-XD HƯNG LONG PHƯỚC

Footer Page 17 of 161.


Header Page 18 of 161.
Hình trên là toàn bộ quy trình chế tạo cọc ống ly tâm ứng suất trước ở mức độ đầy đủ
nhất. Nhưng để đơn giản, trong đồ án này em chỉ trình bày những bước chính nhất trong
sơ đồ công nghệ sản xuất cọc.
Bước 1: Trộn bêtông

TRẠM TRỘN BÊ TÔNG
Bêtông được trộn bằng ximăng PCB40 (Xi măng Nghi Sơn) và một số phụ gia (Sika

Visconcrete HE-500: là chất siêu hoá dẻo công nghệ cao gốc Polyme thế hệ thứ 3 với
hiệu quả thúc đẩy đông cứng cho bê tông)

Bê tông sản xuất cọc thường được thiết kế với độ sụt không quá 60mm
Bước 2: Làm sạch ván huôn
Ván khuôn hình vành khuyên được cấu tạo bởi 2 nửa gép lại với nhau: ván khuôn âm
(không có gắn bu lông) và ván khuôn dương (có gắn bu lông). Hai nửa ván khuôn được
liên kết với nhau bằng cách bắn bu lông hơi.
Để chống bám dính giữa bê tông và ván khuôn thì nhà máy Hưng Long Phước sử
dụng dầu chống bám dích đặc biệt, chuyên dụng dành cho ván khuôn cọc (được nhập
trực tiếp từ Trung Quốc). Ngoài ra, cũng có thể dùng nhớt và nhựa thông theo tỉ lệ 10:3
(10 phần nhớt, 3 phần nhựa thông) để tạo thành 1 hỗn hợp chống bám dính, một số đơn vò
dùng nhớt thuần tuý để quét lên ván khuôn, việc làm này hoàn toàn không tốt cho chất
lượng bề mặt cọc.

Footer Page 18 of 161.


Header Page 19 of 161.
Việc làm sạch ván có ý nghóa rất quan trọng trong việc tạo ra bề mặt hoàn toàn
nhẵn nhụi, và cọc có thể được nhấc bổng lên bằng cẩu hút chân không.

LÀM SẠCH VÁN KHUÔ
KHUÔN

Bước 3: Cắt thép
Thép được cắt theo chiều dài cọc, từ 8m đến 20m. vì vậy chiều dài cọc có thể ấn đònh
trước theo đơn đặt hàng

CẮT THÉP

Footer Page 19 of 161.

Header Page 20 of 161.
Bước 4: Xử lý đầu thép
Đầu thép được làm tù giống hình củ tỏi để neo vào bản thép ốp 2 đầu. Có 2 phương
pháp phổ biến để làm tù đầu:
Phương pháp 1, dùng một bản thép có nhiệt độ rất cao (trên 10000C) ấn vào đầu thép
làm đầu thép bò tòe hình củ tỏi.
Phương pháp 2, cho dòng điện có cường độ qua thanh thép làm thanh thép nóng đỏ để
có thể làm tòe đầu thép

GIA CÔNG ĐẦU THÉP

Footer Page 20 of 161.


Header Page 21 of 161.
Đưởng kính đầu dập và chiều dày đầu dập phụ thuộc vào đường kính loại thép cường độ
cao dùng để căng ứng lực trước,cụ thể như bảng dưới
Loại dây thép Đường kính đầu dập Chiều dày đầu dập
(mm)
(mm)
(mm)
Φ 7.1
12.5 ÷ 13.5
6.5 ÷ 8.0
Φ 7.4

13.5 ÷ 14.5

6.5 ÷ 8.0

Φ 8.0

13.5 ÷ 15.0

7.0 ÷ 8.5

Φ 9.0

16.0 ÷ 17.5

7.0 ÷ 8.5

Φ 9.2

16.0 ÷ 17.5

7.5 ÷ 9.0

Φ 10.7

18.5 ÷ 20.0

8.0 ÷ 10.5

Φ 11

18.5 ÷ 20.0

8.5 ÷ 11

Bước 5: Đònh hình và cuốn thép đai
Thép đai Þ4 được cuốn quanh lồng thép đã đònh hình.
Khoảng cách thép đai yêu cầu rất chính xác để có thể cho đá lọt qua khi quay và
đảm bảo chống nở hông cho cọc.
Đoạn đầu và cuối cọc cốt đai được bố trí dày hơn 50 mm, giữa thưa hơn để tiết kiệm
Khoảng cách thép đai dày hay thưa tuỳ thuộc vào tốc độ chạy của đầu kéo (việc này

được hoàn toàn kiểm soát bởi máy điện tử dưới sự điều khiển của con người).

Footer Page 21 of 161.


Header
Page
22 of
161.C ÁI_XD07A1
SVTH:
NGUYỄ
N QUỐ

CUỐN THÉP ĐAI

Footer Page 22 of 161.

CHUYÊN ĐỀ NỀN MÓNG


Header Page 23 of 161.
Bước 6:

6: Lắp bản ốp
Bản ốp có các lỗ để neo thép ứng lực và để bắt bulông vào bản kéo của đầu kích
thủy lực.
Bản ốp được chế tạo bằng cách quấn bản thép lại thành vòng tròn rồi hàn lại hoặc
cắt thành trực tiếp từ tấm thép bằng công nghệ CNC – viết tắt cho Computer(ized)
Numerical(ly) Control(led) (điều khiển bằng máy tính).
Sau khi có được bản hình vành khuyên thì dùng máy khoan, khoan tạo lỗ(như hình

sau)

CẤU TẠO BẢN ỐP 2 ĐẦU

Mỗi lỗ có một lỗ nhỏ cạnh một lỗ to, đầu của cáp đã được làm tòe hình củ tỏi sẽ
được đưa vào lỗ to và đẩy qua lỗ nhỏ, đầu cáp sẽ bò kẹt trong lỗ nhỏ và được neo vào
bản thép. Lỗ to dùng để bắt bulông vào bản kéo của pitông thủy lực.
Ngoài ra, phần đầu mỗi sợi cáp được gắn thêm một đoạn thép Þ16, đầu của thanh
thép được hàn với mặt trong của bản ốp.

Footer Page 23 of 161.


Header Page 24 of 161.

CẤU TẠO PHẦN ĐẦU CỦA LỒNG THÉP

THÉP Þ16 ĐƯC HÀN VÀO BẢN ỐP

Footer Page 24 of 161.

Header Page 25 of 161.
Lồng thép được đặt vào một nửa của ván khuôn. Một đầu của lồng thép được cố đònh
vào một đầu của ván khuôn.

MỘT ĐẦU CỦA LỒNG THÉP ĐƯC CỐ ĐỊNH VÀO VÀO VÁN KHUÔN

Còn đầu kia của lồng thép được gắn với pitông thủy lực để kéo cáp. Bản ốp của lồng
thép được bắt bulông vào bản kéo, bản kéo này được gắn với trục của pitông thủy lực.
Thông qua một đầu chụp, đầu chụp này sẽ nối trục của pitông và trục của bản kéo.

Footer Page 25 of 161.