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

CHUYEÂN ÑEÀ NEÂN MOÙNG TEÂN ÑEÀ TAØI: TÌM HIEÅU VEÀ TÍNH TOAÙN, THIEÁT KEÁ, ÖÙNG DUÏNG, THI COÂNG COÏC BEÂ TOÂNG LY TAÂM DÖÏ ÖÙNG LÖÏC. I. TOÅNG QUAN VEÀ COÏC LY TAÂM ÖÙNG SUAÁT TRÖÔÙC ( UST ) I.1 Öùng Duïng Cuûa Coïc UST 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 … … I.2 Öu Vaø Nhöôïc Ñieåm Cuûa Coïc UST I.3.1 Öu ñieåm  Ñöôïc thò tröôøng chaáp nhaän roäng raõi trong döï aùn xaây döïng vaø neàn moùng cuûa cô sôû thieát bò roäng lôùn cuûa döï aùn xaây döïng coâng nghieäp vaø daân duïng, ñöôøng saét, ñöôøng boä, caàu caûng.  Caùc thoâng soá kyõ thuaät hoaøn haûo, coù theå löïa choïn thieát keá roäng raõi.  Saûn xuaát theo coâng ngheä ly taâm, eùp, baûo döôõng hôi nöôùc, cuøng vôùi tieán boä coâng ngheä baûo ñaûm ñoä ñaëc chaéc cuûa beâ toâng > C60 (coïc PC). Coïc oáng beâ toâng ñoä chaéc cao coù theå coù ñoà chaéc > C80 (coïc PHC). Khaû naêng chòu löïc cao hôn coïc beâ toâng ñuùc saün thoâng thöôøng töø 2 ñeán 4 laàn.  Coïc coù khaû naêng choáng nöùt, choáng uoán cao. Coâng ngheä coát theùp öùng löïc tröôùc toát hôn nhieàu so vôùi coïc beâ toâng ñuùc saün.  Chaát löôïng coïc oån ñònh, caùc thoâng soá kyõ thuaät ñaùng tin caäy.  Coïc coù chaát löôïng ñuùc coù ñoä tin caäy cao vì thaân coïc beâ toâng ñaëc chaéc. Coïc chòu va chaïm toát vaø thích nghi vôùi ñieàu kieän ñòa chaát toát hôn coïc BTCT thöôøng. Hôn nöõa vieäc thöû nghieäm tieän lôi, vieäc giaùm saùt ít hôn.  Vieäc vaän chuyeån coïc tieän lôïi, khoâng gaây oâ nhieãm moâi tröôøng vaø ñaùp öùng caùc yeâu caàu baûo veä moâi tröôøng.  Deã daøng kieåm soaùt chaát löôïng taïi nhaø maùy nhôø ñieàu kieän saûn xuaát coâng nghieäp.  Tuoåi thoï coâng trình cao do duøng beâ toâng maùc cao vaø moâ men uoán nöùt lôùn.  Choáng aên moøn trong moâi tröôøng xaâm thöïc.  Tieát kieäm vaät lieäu, keát caáu nheï, giaûm giaù thaønh nhôø coâng ngheä öùng suaát tröôùc.  Giaûm thieåu coâng taùc beâ toâng taïi hieän tröôøng, lôïi ñieåm ñaëc bieät taïi caùc döï aùn naèm trong khu trung taâm thaønh phoá.  Noái coïc: moái noái ñöôïc thieát keá coù moâ men khaùng uoán töông ñöông vôùi moâ men khaùng uoán thaân coïc.  Döôõng hoä baèng hôi nöôùc noùng cho saûn phaåm chaát löôïng cao, taêng tieán ñoä cung caáp.  Tieán ñoä thi coâng nhanh. I.3.2 Nhöôïc ñieåm  Do sử dụng bê tông 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 chuyên dùng để thi công đóng hoặc ép cọc.  Chi phí đầu tư dây chuyền sản xuất, lắp đặt thiết bị lớn. II. THIẾT KẾ COÏC LY TAÂM ÖÙNG SUAÁT TRÖÔÙC THI II.1 Phaâ haân loaïi, phaïm vi söû duïng II.1.1 Phaân loaïi Theo tiêu chuẩn 7888 – 2008 gồm có 2 loại :
Cọc bê tông ly tâm ứng suất thường (PC) là cọc bê tông LTUST được sản xuất bằng phương pháp quay ly tâm, có cấp độ bền chịu nén của bê tông không nhỏ hơn B40.
Cọc bê tông ly tâm ứng suất cường độ cao (PHC) là cọc bê tông LTUST được sản xuất bằng phương pháp quay ly tâm, có cấp độ bền chịu nén của bê tông không 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 toán trong bảng 1. 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 … … II.2 Caáu taïo cuûa coïc UST vaø caùc chi tieát caáu taïo II.2.1 Caáu taïo coïc UST Ngoaøi ra, tieát dieän maët caét ngang cuûa coïc cuõng raát ña daïng :
Chieàu daøi coïc: Tuøy theo ñôn vò vaøcoâng ngheä saûn xuaát maø chieàu daøi coïc coù theå khaùc nhau. Theo tieâu chuaån 7888 – 2008 chieàu daøi coïc ñöôïc quy ñònh trong baûng 1 (vöøa ñeà caäp phía treân). Tuy nhieân, toâi vaãn muoán caäp nhaät theâm moät soá chieàu daøi coïc cuûa caùc ñôn vò saûn xuaát khaùc nhau ôû trong vaø ngoaøi nöôùc ñeå chuùng ta coù caùi nhìn toång quaùt hôn veà chieàu daøi coïc.
Baûng toång hôïp cuûa coâng ty Phan Phan Vuõ theo tieâu chuaån JIS A 5335 - 1979
Baûng toång hôp döïa treân taøi lieäu cuûa coâng ty Beâ Toâng 620 Chaâu Thôùi vaø Phan Vuõ II.2.1 Chi tieát caáu taïo coïc UST
Lieân keát moái noái (CHOÁT ) (CHOÁT CÖÙNG ) (HOÄP NOÁI ) (ÑAI, BẢN MẢ LIEÂN KEÁT ) (CHOÁT CÔ HOÏC ) ( HAØN ) (THEN GAØI ) Hình aûnh thöïc teá LK Then Gaøi LK Hộp nối Lieân keát haøn LK Bản Mã
Chi tieát neo ñaøi
Chi tieát muõi coïc Mũi cọc dạng ngắn Mũi cọc dạng dài ( kieán nghò )
Chi Tieát Baûn OÁp 2 Ñaàu Coïc CAÁU TAÏO BAÛN OÁP 2 ÑAÀU Ta coù theå thaáy nhöõng loå caùp treân baûn oáp goàm 2 phaàn moät beân coù ñöôøng kính lôùn duøng ñeå luoàn ñaàu caùp ñaõ xöû lyù xong (ñaàu neo ) sau ñoù seõ ñöôïc ñaåy qua phaàn loå coù ñöôøng kính nhỏ coá ñònh laïi.
Chi tieát phaàn ñaàu cuûa coïc. 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 ngoài thép cường độ cao còn có các thanh thép thường (φ16) dùng để neo vào đài móng sau này.
Chi tieát muõi vaø moái haøn noái 2 ñoaïn coïc Khi noái hai ñoaïn coïc Chuù yù: Goùc α thöôøng töø 300 -> 500 coøn caùc kích thöôùc A, R ,W nhö hình chi tieát lieân keát treân phuï thuoäc vaøo ñöôøng kính coïc.cuï theå nhö baûn ôû treân. II.3 TÍNH SÖÙC CHÒU TAÛI CUÛA COÏC UST - Choïn ñöôøng kính coïc oáng ÖST - AÙp duï duïng tieâu chuaån JIS A 5337 – 1982 - Kích thöôùc theo nhaø saûn xuaát cho coïc oáng nhö sau: Ñöôøng kính (mm) Chieàu daøy (mm) Loaïi Chieàu daøi (m) - Caùc thoâng soá tra baûng -Beâ toâng coïc coù: • Cöôøng ñoä chòu neùn cuûa beâ toâng: σ cu = 600 - 800kg/cm2 • Cöôøng ñoä beâ toâng sau khi caêng caùp: σ cp =0.7 x σ cu kg/cm2 • Cöôøng ñoä chòu keùo: σ bt =( 0.1 – 0.09) σ cu kg/cm2 • Moâ ñun ñaøn hoài cuûa beâ toâng coïc: Ec = 4.0 x 105 kg/cm2 • Moâ ñun ñaøn hoài cuûa beâ toâng coïc sau khi caêng caùp: Ec’ = 3.5 x 105 kg/cm2 Hình: Chi tieát maët caét coïc oáng ÖST Baûng thoâng soá coïc oáng ÖST D500 D500 Ñöôøng kính coïc (mm) Loaïi Chieàu daøy (mm) Baùn kính ngoaøi ro (cm) Baùn kính trong ri (cm) Baùn kính boá trí caùp rp (cm) Dieän tích cuûa coïc (cm2) Ñöôøng kính vaø soá löôïng caùp Toång dieän tích caùp ÖST (cm2) II.3.1 TÍNH MOÂ MEN GAÂY NÖÙT • Cöôøng ñoä chòu keùo cuûa caùp ÖST: ÖST σ pi σ 1 pi = 0.8 × σ py (kg / cm 2 ) σ 2 pi = 0.7 × σ pu (kg / cm 2 ) Vôùi : σ pu : cöôøng ñoä chòu keùo cöïc haïn cuûa theùp ÖST σ py : cöôøng ñoä chòu keùo giôùi haïn chaûy cuûa theùp ÖST ⇒ Choïn: min ( σ 1pi ; σ 2pi ) ñeå tính toaùn. • Cöôøng ñoä chòu keùo cuûa theùp ñaët vaøo trong ÖST: ÖST σ pt σ pt = σ pi A  1 + n ' P   AO  n’: heä soá tæ leä giöõa moâ ñun ñaøn hoài tröôùc vaøsau khi caêng caùp E n’ = P ECP Ñöôøng kính coïc (mm) Loaïi Ap (cm2) Ac (cm2) Ao (cm2) σ pt (kg/cm2) Keát quaû • Öùng suaát ban ñaàu cuûa beâ toâng : σ cpt σ cpt = (σ pt × Ap ) Ao Ñöôøng kính coïc (mm) Loaïi σ pt (kg/cm2) (kg / cm 2 ) σ cpt (kg/cm2) Keát quaû • Tính toån hao cöôøng ñoä do töø bieán vaø co ngoùt cuûa beâ toâng : ∆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 laø heä soá keå ñeán aûnh höôûng cuûa töø bieán Ec ε s = 0.15 × 10−3 laø heä soá xeùt aûnh höôûng cuûa co ngoùt cuûa beâ toâng n= Ñöôøng kính coïc (mm) Loaïi ∆σ pψ (kg/cm2) Keát quaû • Giaûm cöôøng ñoä do chuøng öùng suaát cuûa theùp : ∆σ r ∆σ r = r (σ pt − 2 × ∆σ pψ ) (kg / cm 2 ) ; Vôùi r = 0.035 laø heä soá chuøng öùng suaát Ñöôøng kính coïc (mm) Loaïi (kg/cm2) ∆σ r Keát quaû • Cöôøng ñoä chòu keùo höõu hieäu cuûa caùp : σ pe σ pe = σ pt − ∆σ pψ − ∆σ r (kg / cm 2 ) Ñöôøng kính coïc (mm) Loaïi σ pt (kg/cm2) ∆σ pψ (kg/cm2) ∆σ r (kg/cm2) σ pe (kg/cm2) Keát quaû • ÖÙng suaát höõu hieäu cuûa beâ toâng : σ ce ∆σ pe × Ap σ ce = (kg / cm 2 ) Ao Ñöôøng kính coïc (mm) Loaïi Ap (cm2) Ao (cm2) Keát quaû σ ce (kg/cm2) • Ñaëc tröng hình hoïc cuûa tieát dieän: o Moâ men quaùn tính: I e n π I e = × (ro4 − ri 4 ) + × Ap × rp2 (cm 4 ) 4 2 Ñöôøng kính coïc (mm) Loaïi r0 (cm) ri rp (cm) (cm) n Ap (cm2) I e (cm4) Keát quaû o Moâ ñun khaùng uoán: Z e Ze = Ie (cm3 ) ro Ñöôøng kính coïc (mm) Loaïi Ze (cm3) Keát quaû • Moâ men gaây nöùt: M cr ' M cr' = Z e (σ bt + σ ce )(T .m) Ñöôøng kính coïc (mm) Loaïi Ze (cm3) (kg/cm2) σ bt σ ce (kg/cm2) M cr' (t.m) Keát quaû M br' (t.m) Keát quaû M br' : moâ men gaây gaõy coïc M br' = 1.5M cr' (theo tieâu chuaån JIS A 5337 – 1982) II.3.2 II.3.2 TÍNH TOAÙN VEÀ SÖÙC CHÒU TAÛI  Theo coâng thöùc Nhaät Baûn o Söùc chòu taûi laâu daøi: Ra = 1 / 4 × (σ cu − σ ce ) × Ac (taán) o Söùc chòu taûi töùc thôøi tôùi haïn theo vaät lieäu: Ra = 1 / 2 × (σ cu − σ ce ) × Ac (taán) Ñöôøng kính coïc (mm) Loaïi σ cu (kg/cm2) σ ce Ac Ra (T)  Theo tieâu chuaån ACI – 543 Söùc chòu taûi cho pheùp: Pe (kg/cm2) (cm2) Ra daøi haïn Ra töùc thôøi Keát quaû Keát quaû 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 ) III. QUAÙ TRÌNH THI COÂNG COÏC ÖÙNG SUAÁT TRÖÔÙC GIÔÙI THIEÄU SÔ LÖÔÏC VEÀ COÂNG NGHEÄ CHEÁ TAÏO COÏC BEÂ TOÂNG LY TAÂM ÖÙNG SUAÁT TRUÔÙC CUÛA COÂNG TY COÅ PHAÀN SXSX-XD HÖNG LONG PHÖÔÙC Hình treân laø toaøn boä quy trình cheá taïo coïc oáng ly taâm öùng suaát tröôùc ôû möùc ñoä ñaày ñuû nhaát. Nhöng ñeå ñôn giaûn, trong ñoà aùn naøy em chæ trình baøy nhöõng böôùc chính nhaát trong sô ñoà coâng ngheä saûn xuaát coïc. Böôùc 1: Troän beâtoâng TRAÏM TROÄN BEÂ TOÂNG Beâtoâng ñöôïc troän baèng ximaêng PCB40 (Xi maêng Nghi Sôn) vaø moät soá phuï gia (Sika Visconcrete HE-500: laø chaát sieâu hoaù deûo coâng ngheä cao goác Polyme theá heä thöù 3 vôùi hieäu quaû thuùc ñaåy ñoâng cöùng cho beâ toâng) Beâ toâng saûn xuaát coïc thöôøng ñöôïc thieát keá vôùi ñoä suït khoâng quaù 60mm Böôùc 2: Laøm saïch vaùn huoân Vaùn khuoân hình vaønh khuyeân ñöôïc caáu taïo bôûi 2 nöûa geùp laïi vôùi nhau: vaùn khuoân aâm (khoâng coù gaén bu loâng) vaø vaùn khuoân döông (coù gaén bu loâng). Hai nöûa vaùn khuoân ñöôïc lieân keát vôùi nhau baèng caùch baén bu loâng hôi. Ñeå choáng baùm dính giöõa beâ toâng vaø vaùn khuoân thì nhaø maùy Höng Long Phöôùc söû duïng daàu choáng baùm dích ñaëc bieät, chuyeân duïng daønh cho vaùn khuoân coïc (ñöôïc nhaäp tröïc tieáp töø Trung Quoác). Ngoaøi ra, cuõng coù theå duøng nhôùt vaø nhöïa thoâng theo tæ leä 10:3 (10 phaàn nhôùt, 3 phaàn nhöïa thoâng) ñeå taïo thaønh 1 hoãn hôïp choáng baùm dính, moät soá ñôn vò duøng nhôùt thuaàn tuyù ñeå queùt leân vaùn khuoân, vieäc laøm naøy hoaøn toaøn khoâng toát cho chaát löôïng beà maët coïc. Vieäc laøm saïch vaùn coù yù nghóa raát quan troïng trong vieäc taïo ra beà maët hoaøn toaøn nhaün nhuïi, vaø coïc coù theå ñöôïc nhaác boång leân baèng caåu huùt chaân khoâng. LAØM SAÏCH VAÙN KHUOÂ KHUOÂN Böôùc 3: Caét theùp Theùp ñöôïc caét theo chieàu daøi coïc, töø 8m ñeán 20m. vì vaäy chieàu daøi coïc coù theå aán ñònh tröôùc theo ñôn ñaët haøng CAÉT THEÙP Böôùc 4: Xöû lyù ñaàu theùp Ñaàu theùp ñöôïc laøm tuø gioáng hình cuû toûi ñeå neo vaøo baûn theùp oáp 2 ñaàu. Coù 2 phöông phaùp phoå bieán ñeå laøm tuø ñaàu: Phöông phaùp 1, duøng moät baûn theùp coù nhieät ñoä raát cao (treân 10000C) aán vaøo ñaàu theùp laøm ñaàu theùp bò toøe hình cuû toûi. Phöông phaùp 2, cho doøng ñieän coù cöôøng ñoä qua thanh theùp laøm thanh theùp noùng ñoû ñeå coù theå laøm toøe ñaàu theùp GIA COÂNG ÑAÀU THEÙP