Tài liệu Nghiên cứu so sánh khả năng ứng dụng cọc bê tông ly tâm ứng lực trước và cọc bê tông cốt thép thông thường cho các công trình xây dựng trên địa bàn tỉnh kon tum

MỤC LỤC TRANG BÌA MỤC LỤC TRANG TÓM TẮT LUẬ VĂ DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH Ở ẦU 1. ý do chọn đề tài 1 2. 2 ục tiêu nghiên cứu 3. ối tượng, phạm vi nghiên cứu 2 4. Phương pháp nghiên cứu 2 5. ội dung nghiên cứu 3 6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 3 . u t c u n văn 3 HƯƠ G 1. TỔ G QU VỀ Ọ BÊ TÔ G ỐT THÉP Ú SẴ VÀ Ọ BÊ TÔ G TÂ Ứ G SUẤT TRƯỚ 5 1.1. Tổng quan về cọc bê tông cốt thép đ c sẵn 1.1.1. ọc bê tông cốt thép tiết diên vuông 1.1.2. ọc bê tông cốt thép tiết diện vuông với ỗ ỗng tròn 1.1.3. ọc bê tông cốt thép với các tiết diện khác 1.2. Tổng quan về cọc bê tông i t m ứng su t t ước 1.2.1. ặc điểm về chịu ực của cọc bê tông i t m ứng su t t ước 1.2.2. Ph n oại cọc bê tông i t m ứng su t t ước 1.2.3. u tạo cọc bê tông i t m ứng su t t ước 5 7 8 8 8 8 8 9 1.2.4. hế tạo cọc bê tông i t m ƯST 9 1.3. Thi công cọc BT T đ c sẵn và cọc bê tông i t m ứng su t t ước 12 1.3.1. Ép tĩnh 13 1.3.2. óng cọc 14 1.3.3. Phương pháp khoan thả (Nakabory) 15 1.4. Nhân xét chương 1 16 HƯƠ G 2. Ơ SỞ Ý THUYẾT TÍ H T Á Ọ BÊ TÔ G Ú SẴ VÀ Ọ BÊ TÔ G TÂ Ứ G SUẤT TRƯỚ 17 2.1. Thiết kế móng cọc thông thường 17 2.1.1. hững chỉ dẫn cơ bản về tính toán 2.1.2. ột số điểm ưu ý khi tính toán móng cọc 17 17 2.1.3. Trình tự tính toán móng cọc 20 2.2. Tính toán, thiết kế cọc bê tông i t m ứng su t t ước (BT ƯST) 39 2.2.1. ánh giá tổn hao ứng su t t ong BT ƯST 2.2.2. Tính toán cọc BT ƯST 2.3. Nhân xét chương 2 HƯƠ G 3.TÍ H T Á Á PHƯƠ G Á Ú SẴ VÀ Ọ BÊ TÔ G Ụ THỂ 3.1. Giới thiệu công trình TÂ 39 44 46 Ó G Ọ BÊ TÔ G ỐT THÉP Ứ G SUẤT TRƯỚ TRÊ Ô G TRÌ H 48 48 3.1.1. Giới thiệu chung 48 3.1.2. Quy mô của dự án 48 3.1.3. Giải pháp kỹ thuật chung của toà nhà 3.2. Phương án cọc bê tông cốt thép đ c sẵn 3.2.1. Quan niệm tính toán 3.2.2. Thiết kế móng điển hình 3.3. Phương án cọc bê tông i t m ứng su t t ước 50 50 50 51 66 3.3.1. Tính sức chịu tải của cọc 3.3.2. Tính toán, kiểm t a phương án móng cọc BT ƯST 66 72 3.4. Ph n tích, đánh giá và đề xu t 3.4.1. Về mặt kỹ thuật 3.4.2. Về mặt kinh tế 3.4.3. ề xu t 3.5. hận xét chương 3 KẾT UẬ VÀ K Ế GHỊ 1. Kết uận 2. Kiến nghị TÀ ỆU THAM KHẢ 72 72 74 77 78 79 79 80 81 PHỤ Ụ QUYẾT Ị H G Ề TÀI LUẬ VĂ THẠ SĨ (BẢN SAO) BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘ ỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC PHẢN BIỆN. 82 TÓM TẮT LUẬN VĂN NGHIÊN CỨU SO SÁNH KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỌC BÊ TÔNG LY TÂM ỨNG LỰC TRƯỚC VÀ CỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP THÔNG THƯỜNG CHO CÁC CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH KON TUM Học viên: T ịnh Văn ức huyên ngành: Kỹ thuật X y dựng ông t ình D n dụng và ông nghiệp ã số: 60.58.02.08 Khóa: K34.XDD.KT, T ường ại học Bách khoa. H Tóm tắt: ề tài này đã tiến hành nghiên cứu khả năng ứng dụng cọc bê tông y t m ứng su t t ước cho các công trình xây dựng trên địa bàn tỉnh Kon Tum thông qua viêc tính toán 2 phương án cọc cho môt công t ình cụ thể. Dựa vào tổ hợp tải t ọng tính được từ đăc điểm công t ình và các điều kiên địa ch t tại tỉnh Kon Tum, tác giả đã thiết kế phương án móng cọc bê tông li tâm ứng su t t ước và so sánh với phương án móng cọc thông thường. Kết quả nghiên cứu cho th y, với cùng các điều kiên như nhau, phương án cọc bê tông y t m ứng su t t ước có nhiều ưu điểm vượt t ôi cả về kỹ thu t và giá thành thi công so với phương án móng cọc thông thường. hư v y có thể sử dụng cọc bê tông y t m ứng su t t ước thay thế cho phương án móng cọc thông thường của các công t ình x y dựng t ên địa bàn tỉnh Kon Tum. Từ khóa: ọc bê tông cốt thép, cọc bê tông y t m ứng su t t ước, cọc ỗng, sức chịu tải của cọc bê tông y t m ứng su t t ước, thi công ép cọc bê tông. COMPARISON STUDYING OF APPLICABILITY OF PRESTRESSED SPUN CONCRETE PILE AND NORMAL CONCRETE PILE FOR CONSTRUCTION WORKS IN KON TUM PROVINCE Summary: This topic has studied the applicability of the prestressed concrete pile for construction works in Kontum province through the design of two different foundation plans with a certain construction work. Based on calculated load combination from the work characteristics and the geological conditions in Kontum province, the author has designed the prestressed spun concrete pile plan and compared with the normal concrete pile plan. Research result show that, with the same conditions, the prestressed spun concrete pile plan has many outstanding advantages in both engineering and construction cost compared to the normal concrete pile plan. Thus, it is possible to use prestressed spun concrete piles to replace the normal precast reinforced concrete piles of construction works in Kontum provice. Keywords: precast reinforced concrete pile, prestressed spun concrete pile, hollow pile, the bearing capacity of the prestressed spun concrete pile, to drive the precast concrete pile. DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Hệ số uốn dọc của cọc 5 Bảng 2.1. T ị số các hệ số k và μ 42 Bảng 3.1. Dự kiến quy mô diện tích của một khối công trình 49 Bảng 3.2. Bảng thống kê diện tích nhà làm việc 50 Bảng 3.3. ôị ực tính toán móng 51 Bảng 3.4. Bảng tính ực ma sát của từng ớp đ t mà cọc đi qua 61 Bảng 3.5. Bảng tính cường độ sức kháng t ên thân cọc 64 Bảng 3.6. Bảng tính ứng su t hữu hiệu 65 Bảng 3. . Bảng tính cường độ sức kháng t ên thân cọc 65 Bảng 3.8. Thông số cọc bê tông i t m ƯST Ø350 67 Bảng 3.9. Thông số cọc ống ƯST Ø350 67 Bảng 3.10. Thông số cáp cường đô cao dung tạo ứng su t t ước 68 Bảng 3.11. Bảng so sánh các thông số kỹ thuật và các điều kiện kiểm tra 73 Bảng 3.12. Bảng so sánh chi phí xây ắp 74 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. u tạo chi tiết cốt thép cọc BT T tiết diên vuông (kích thước-cm) 7 Hình 1.2. hi tiết nối cọc 7 Hình 1.3. ác dạng tiết diện ngang th n cọc BT T đ c sẵn 8 Hình 1.4. ăng kéo cốt thép để tạo ứng su t chịu nén t ước 8 Hình 1.5. ọc bê tông ứng su t t ước P , PHC [1] 9 Hình 1.6. hi tiết c u tạo cọc bê tông i t m ứng su t t ước 9 Hình 1. . huẩn bị cốt thép chế tạo cọc BT ƯST tại nhà máy 10 Hình 1.8. huẩn bị khuôn đ c cọc 10 Hình 1.9. 10 c cọc BT ƯST Hình 1.10. ăng cáp ƯST 11 Hình 1.11. Quay li tâm 11 Hình 1.12. Bể bảo dưỡng cọc bê tông 12 Hình 1.13. ưu kho bãi 12 Hình 1.14. 13 áy ép tĩnh đỉnh cọc Hình 1.15. Rô bốt ép cọc 14 Hình 1.16. Máy đóng cọc 14 Hình 1.1 . 15 áy khoan tạo ỗ hạ cọc BT ƯST bằng phương pháp khoan thả Hình 2.1. ác cách bố t í cọc t ong đài 25 Hình 2.2. 26 ột số cách bố t í cọc t ên mặt bằng (cọc ma sát) Hình 2.3. họn sơ bộ chiều cao đài 28 Hình 2.4. Kiểm t a ổn định nền dưới mũi cọc 30 Hình 2.5. Xác định kích thước móng quy ước 33 Hình 2.6. Kiểm t a chọc thủng đài 36 Hình 2. . Kiểm t a tiết diện nghiêng 37 Hình 2.8. Biến dạng của cốt thép và của c u kiện, các tổn th t của ứng su t 39 Hình 3.1. Phối cảnh công t ình khối tổng hợp 49 Hình 3.2. ặt bằng bố t í đài cọc 52 Hình 3.3. ịa tầng khu vực thiết kế móng cọc 53 Hình 3.4. Biểu đồ mô men t ong cọc khi vận chuyển cọc. 55 Hình 3.5. Biểu đồ mô men t ong cọc khi t eo cọc. 56 Hình 3.6. Hình xác định hệ số uốn dọc khi thi công 58 Hình 3. . Hình xác định hệ số uốn dọc khi chịu tải 58 1 Hình 3.8. hia ớp đ t tính toán sức chịu tải theo điều kiện đ t nền 60 Hình 3.9. Biểu đồ t a hê số α phụ thuộc đặc điểm ớp đ t dính Hình 3.10. hi tiết c u tạo cọc ống ƯST Ø350 63 67 Hình 3.11. Kích thước đài móng và bố t í cọc BT T thường 350×350 72 Hình 3.12. Kích thước đài móng và bố t í cọc bê tông i t m ƯST Ø350 73 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Đối với các công trình xây dựng trên nền đất yếu, khi các phương án móng nông thông thường không đáp ứng các yêu cầu chịu lực thì giải pháp móng cọc là sự lựa chọn tối ưu của các kỹ sư thiết kế. Móng cọc bê tông cốt thép đúc sẵn là một trong những giải pháp kết cấu móng được ưu tiên áp dụng cho các công trình có chiều cao và tải trọng xuống móng không quá lớn. Khoảng hơn mười năm trở lại đây, phương án móng cọc bê tông li tâm ứng suất trước đã được các kỹ sư thiết kế ứng dụng khá nhiều trên nhiều công trình xây dựng thay thế cho phương án móng cọc bê tông cốt thép đúc sẵn thông thường. Do bê tông cọc được tạo ứng suất trước, kết hợp với quay li tâm đã làm cho cọc đặc chắc, chịu được tải trọng cao, không nứt, tăng khả năng chống thấm, chống ăn mòn cốt thép, ăn mòn sulphate. Do sử dụng bê tông cường độ cao để chế tạo cọc nên tiết diện cốt thép giảm, dẫn đến trọng lượng của cọc giảm, thuận lợi cho việc vận chuyển, thi công. Ngoài ra, cọc bê tông li tâm ứng suất trước có độ cứng lớn hơn cọc bê tông cốt thép thường nên có thể đóng sâu vào nền đất hơn, tận dụng khả năng chịu tải của đất nền, do đó sử dụng ít cọc trong một đài móng hơn, nên chi phí xây dựng móng giảm, đồng nghĩa với có lợi về kinh tế. Năm 2014, Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7888:2014 - Cọc bê tông li tâm ứng suất trước đã được ban hành [1], làm cơ sở trong thiết kế, thi công và nghiệm thu loại cọc này. Đối với một công trình cụ thể, để lựa chọn phương án móng cọc hợp lí đòi hỏi phân tích dựa trên nhiều yếu tố khác nhau, trong đó các yếu tố về kỹ thuật, thi công, hiệu quả về kinh tế cũng như thời gian thi công là những yếu tố cơ bản và quan trọng dùng để so sánh và lựa chọn. Kon Tum là một tỉnh thuộc vùng cực bắc Tây Nguyên của Việt Nam, có vị trí địa lý nằm ở ngã ba Đông Dương, phần lớn nằm ở phía Tây dãy Trường Sơn. Trong đó, thành phố Kon Tum là trung tâm kinh tế - văn hoá của tỉnh Kon Tum, nằm ở vùng địa hình lòng chảo phía Nam của tỉnh. Căn cứ Quyết định số 1335/QĐ-UBND ngày 01/11/2016 của Ủy ban Nhân dân tỉnh Kon Tum về việc phê duyệt đồ án điều chỉnh phê duyệt chung thành phố Kon Tum, tỉnh Kon Tum đến năm 2030, theo đó, xây dựng thành phố Kon Tum là đô thị tỉnh lỵ, trung tâm chính trị - kinh tế, văn hóa - xã hội và khoa học - kỹ thuật của tỉnh Kon Tum; là một trong những trung tâm kinh tế động lực của vùng Bắc Tây Nguyên về thương mại, dịch vụ, du lịch, công nghiệp chế biến; là đầu mối giao thông quan trọng của khu vực miền Trung, Tây Nguyên và giao lưu quốc tế; là đô thị sinh thái, mang đậm bản sắc văn hóa, lịch sử, dân tộc vùng Tây Nguyên; có vị trí an ninh quốc phòng quan trọng của vùng Bắc Tây Nguyên. Mô hình phát triển và cấu trúc đô thị là: phát triển thành phố Kon Tum thành một thành phố hiện đại, sôi động và 2 bền vững theo mô hình “Thành phố xanh mới - New Green City”. Cấu trúc đô thị đa trung tâm, dựa trên hệ thống giao thông tổ chức dạng hướng tâm, vành đai và hành lang xanh dọc sông Đăk Bla và các suối. Với định hướng phát triển như đã nêu, hiện nay trên địa bàn tỉnh Kon Tum nói chung và thành phố Kon Tum nói riêng đã và đang triển khai nhiều dự án, công trình xây dựng có quy mô lớn như: công trình Trụ sở VIETCOMBANK Kon Tum với qui mô 7 tầng; công trình Trung tâm hành chính - thương mại ngân hàng TMCP Công Thương Việt Nam tại Kon Tum với qui mô 10 tầng; công trình Trụ sở làm việc của các sở, ban ngành thuộc khối tổng hợp với qui mô 9 tầng; công trình trụ sở làm việc các sở, ban ngành thuộc khối văn hóa - xã hội với qui mô 9 tầng; dự án tòa nhà VIETTEL Kon Tum với qui mô 07 tầng, v.v.. Hiện nay, các công trình xây dựng trên địa bàn chủ yếu sử dụng phương án móng cọc bê tông cốt thép đúc sẵn thi công bằng công nghệ ép tĩnh. Nghiên cứu trong luận văn này đề cập đến khả năng sử dụng cọc bê tông li tâm ứng suất trước thay thế cọc bê tông cốt thép đúc sẵn, thông qua việc thiết kế hai phương án móng khác nhau, ứng với điều kiện địa chất và khí hậu của Kon Tum cho một công trình cụ thể, từ đó so sánh, đánh giá dựa trên những tiêu chí về kỹ thuật, thi công, hiệu quả kinh tế cũng như thời gian thi công, qua đó đề xuất khả năng ứng dụng loại cọc bê tông li tâm ứng suất trước cho các công trình xây dựng trên địa bàn tỉnh Kon Tum. 2. Mục tiêu nghiên cứu - Tính toán 2 phương án móng cọc: cọc bê tông cốt thép thường và cọc bê tông li tâm ứng suất trước (BT ƯST) trên một công trình cụ thể tại Kon Tum; - Đánh giá hiệu quả kinh tế, kỹ thuật của móng cọc bê tông li tâm ứng suất trước so với móng cọc bê tông cốt thép đúc sẵn; - Đề xuất khả năng sử dụng cọc bê tông li tâm ứng suất trước cho các công trình trên địa bàn tỉnh Kon Tum. 3. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: cọc bê tông li tâm ứng suất trước và cọc bê tông cốt thép đúc sẵn. - Phạm vi nghiên cứu: áp dụng cho các công trình xây dựng trên địa bàn tỉnh Kon Tum sử dụng phương án móng cọc đúc sẵn. 4. Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết: tìm hiểu các tài liệu, phương pháp tính toán móng cọc bê tông cốt thép đúc sẵn và cọc bê tông li tâm ứng suất trước, áp dụng tính toán trên công trình thực tại địa phương. 3 - Tổng hợp, phân tích và đề xuất. 5. Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu tổng quan cọc bê tông cốt thép đúc sẵn và cọc bê tông li tâm ứng suất trước; - Cơ sở khoa học tính toán sức chịu tải của cọc bê tông cốt thép đúc sẵn và cọc bê tông li tâm ứng suất trước; - Áp dụng tính toán các phương án móng cọc bê tông cốt thép đúc sẵn và cọc bê tông li tâm ứng suất trước trên công trình cụ thể. - Tổng hợp, phân tích đánh giá các phương án, rút ra kết luận. 6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Nghiên cứu và đề xuất khả năng thực tế sử dụng cọc bê tông li tâm ứng suất trước trong phương án thiết kế móng cọc đối với các công trình trên địa bàn tỉnh Kon Tum. 7. Cấu trúc luận văn Mở đầu 1. Lí do chọn đề tài 2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 4. Phương pháp nghiên cứu 5. Nội dung nghiên cứu 6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Chương 1: Tổng quan về cọc bê tông cốt thép đúc sẵn và cọc bê tông li tâm ứng suất trước 1.1. Tổng quan về cọc bê tông cốt thép đúc sẵn 1.2. Tổng quan về cọc bê tông li tâm ứng suất trước 1.3. Thi công cọc bê tông cốt thép đúc sẵn và cọc bê tông li tâm ứng suất trước 1.4. Nhận xét chương 1 Chương 2: Cơ sở lý thuyết tính toán cọc bê tông cốt thép đúc sẵn và cọc bê tông li tâm ứng suất trước 2.1. Thiết kế móng cọc thông thường 2.2. Tính toán, thiết kế cọc bê tông li tâm ứng suất trước (BT ƯST) 4 2.3. Nhận xét chương 2 Chương 3: Tính toán các phương án móng cọc bê tông cốt thép đúc sẵn và cọc bê tông li tâm ứng suất trước trên công trình cụ thể 3.1. Giới thiệu công trình 3.2. Phương án cọc bê tông cốt thép đúc sẵn 3.3. Phương án cọc bê tông li tâm ứng suất trước 3.4. Phân tích, đánh giá và đề xuất 3.5. Nhận xét chương 3 Kết luận và kiến nghị Tài liệu tham khảo 5 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP ĐÚC SẴN VÀ CỌC BÊ TÔNG LI TÂM ỨNG SUẤT TRƯỚC 1.1. Tổng quan về cọc bê tông cốt thép đúc sẵn Cọc bê tông cốt thép (BTCT) thường có dạng hình vuông. Cạnh cọc thường gặp ở Việt Nam hiện nay là 0,2 ÷ 0,4 m, chiều dài cọc thường nhỏ hơn 12 m vì chiều dài tối đa của 1 cây thép là 11,7 m. Bê tông dùng cho cọc có mác từ 250 ÷ 350 (tương đương cấp độ bền (B20 ÷ B25). Khả năng chịu tải theo vật liệu của cọc BTCT thường được tính theo công thức: Qvl = φ.(Rb .Ac + Rs .As ) (1.1) Trong đó: Rb – cường độ chịu nén của bê tông; Rs – cường độ chịu nén của thép; φ – hệ số uốn dọc của cọc. Tra bảng 1.1; As – diện tích của cốt thép bố trí trong cọc; Ac – diện tích mặt cắt ngang cọc. Bảng 1.1 - Hệ số uốn dọc của cọc Ltt/b 14 16 18 20 22 24 26 28 30 Ltt/d 12,1 13,9 15,6 17,3 19,1 20,8 22 24,3 26 φ 0,93 0,89 0,85 0,81 0,77 0,73 0,66 0,64 0,59 Trong đó: b: kích thước 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. Cọc bê tông cốt thép đúc sẵn được chế tạo trên mặt đất rồi hạ vào nền bằng các phương pháp khác nhau: đóng, ép, xói nước... Ưu điểm: cọc được chế tạo trên mặt đất do đó chất lượng cọc dễ kiểm soát, hiệu quả sử dụng vật liệu cao; cọc làm việc không phụ thuộc mực nước ngầm... Nhược điểm: khả năng chịu uốn kém dễ bị nứt khi vận chuyển, cẩu lắp do đó khó 6 sử dụng cọc chiều dài lớn; là cọc chiếm chỗ có thể gây ra nâng mặt nền lân cận; sức chịu tải nhỏ so với cọc đổ tại chỗ do khó hạ cọc chiều dài, tiết diện lớn. Trong quá trình hạ, cọc có thể chịu tải trọng gấp 2 thậm chí 3 lần tải trọng thiết kế do đó cấp độ bền của bê tông cọc cần chọn đảm bảo bê tông chịu được các ứng suất trong quá trình thi công. Thông thường cấp bền bê tông cọc B ≥ 20, thi công đóng trong điều kiện bình thường với độ chối e ≤ 2 mm. B ≥ 20. Khi đóng cọc trong điều kiện khó khăn, khó đóng, yêu cầu bê tông cọc có cấp bền B ≥ 30. Cọc hạ bằng xói nước, yêu cầu cấp bền B ≥ 15. Cọc bê tông ứng suất trước, yêu cầu bê tông mác cao, cấp bền B ≥ 30 đối với móng cọc đài cao và B ≥ 25 với móng cọc đài thấp. Cốt thép cọc phải thoả mãn các điều kiện quy định về chất lượng cốt thép để có thể chịu được các nội lực phát sinh trong quá trình bốc dỡ, vận chuyển và các lực kéo hoặc mô men uốn của chân cột tác dụng vào cọc; cũng cần xét đến trị số ứng suất kéo có thể phát sinh do hiện tượng nâng nền khi đóng các cọc tiếp theo. Cốt thép chủ cần được kéo dài liên tục theo suốt chiều dài cọc. Trong trường hợp bắt buộc phải nối cốt thép chủ, mối nối cần được tuân theo quy định về nối thép và bố trí mối nối của các thanh. Trong trường hợp cần tăng khả năng chịu mô men, thép được tăng cường ở phần đầu cọc, nhưng cần bố trí sao cho sự gián đoạn đột ngột của cốt thép không gây ra hiện tượng nứt khi cọc chịu tác động xung lực lớn trong quá trình đóng cọc. Cốt thép dọc được xác định theo tính toán theo các điều kiện thi công, trong một số trường hợp phải được tính toán theo điều kiện chịu lực đặc biệt. Hàm lượng thép không nhỏ hơn 0,8%, đường kính không nên nhỏ hơn 14 mm. Đối với những trường hợp sau, nhất là các cọc cho nhà cao tầng, hàm lượng của cốt thép dọc có thể nâng lên 1% đến 1,2%: - Mũi cọc xuyên qua lớp đất cứng; - Độ mảnh của cọc  = L/d > 60 (L - chiều dài cọc, d - bề rộng hoặc đường kính cọc); - Sức chịu tải thiết kế của cọc đơn khá lớn mà số cọc của 1 đài ít hơn 3 cây. Cốt đai có vai trò đặc biệt quan trọng để chịu ứng xuất nảy sinh trong quá trình đóng cọc. Cốt đai có dạng móc, đai kín hoặc xoắn. Trừ trường hợp có sử dụng mối nối đặc biệt hoặc mặt bích bao quanh đầu cọc mà có thể phân bố được ứng suất gây ra trong quá trình đóng cọc, trong khoảng cách bằng 3 lần cạnh nhỏ của cọc tại hai đầu cọc, hàm lượng cốt đai không ít hơn 0,6% của thể tích vùng nêu trên. Trong phần thân cọc, cốt đai có tổng tiết diện không nhỏ hơn 0,2% và được bố 7 trí với khoảng cách không lớn hơn 1/2 bề rộng tiết diện cọc. Sự thay đổi các vùng có khoảng cách các đai cốt khác nhau không nên quá đột ngột Chiều dài cọc bê tông cốt thép có thể đạt chiều dài 40  45 m, chiều dài đoạn cọc phụ thuộc chủ yếu vào điều kiện thi công (thiết bị chế tạo, vận chuyển, cẩu lắp, hạ cọc...) và liên quan tới khả năng chịu lực của cọc. Một cây cọc không nên có quá 2 mối nối (trừ trường hợp cọc thi công bằng phương pháp ép); khi cọc có trên hai mối nối phải tăng hệ số an toàn đối với sức chịu tải. Mối nối cọc nên thực hiện bằng phương pháp hàn. Cần có biện pháp bảo vệ mối nối trong các lớp đất có tác nhân ăn mòn. Tiết diện cọc bê tông cốt thép khá đa dạng : tròn, vuông, chữ nhật, chữ T, chữ I, vuông có lỗ tròn, tam giác, đa giác...trong đó cọc có tiết diện vuông được sử dụng phổ biến nhất. 1.1.1. Cọc bê tông cốt thép tiết diện vuông Hiện nay, cọc tiết diện vuông được sử dụng khá rộng rãi với các tiết diện vuông chủ yếu là 20 × 20 cm, 25 × 25 cm, 30 × 30 cm, 35 × 35 cm, 40 × 40 cm, chiều dài của đoạn cọc tiết diện 20 × 20 cm và 30 × 30 cm thường nhỏ hơn 10 m, còn đối với loại có tiết diện 30 × 30 cm và 40 × 40 cm thường có chiều dài đoạn cọc lớn hơn 10 m. Hình 1.1 - Cấu tạo chi tiết cốt thép cọc BTCT tiết diện vuông (kích thước-cm) 1. Cốt chịu lực; 2. Cốt thép đai; 3. Đai gia cường mũi cọc; 4. Cốt thép gia cường đầu cọc; 5. Móc cẩu; 6. Thanh dẫn hướng ®-êng hµn ®-êng hµn b¶n t¸p thÐp gãc L Hình 1.2 - Chi tiết nối cọc 8 Có thể sử dụng thép bản táp để liên kết hàn đầu cọc hoặc dùng thép góc L để táp vào và hàn lại (Hình 1.2). Với cọc chịu uốn, chịu kéo phải kiểm tra cường độ mối nối. 1.1.2. Cọc bê tông cốt thép tiết diện vuông với lỗ rỗng tròn Trong nhiều trường hợp cọc bê tông cốt thép tiết diện vuông với lỗ tròn rỗng được sử dụng xuất phát từ yêu cầu tiết kiệm chi phí bê tông, cốt thép, giảm trọng lượng bản thân cọc. Để đơn giản cọc được làm rỗng trên toàn bộ chiều dài. 1.1.3. Cọc bê tông cốt thép với các tiết diện khác Ngoài ra tiết diện cọc còn có các hình dạng tam giác, chữ I, hình vuông khoét lỗ. Hình 1.3 - Các dạng tiết diện ngang thân cọc BTCT đúc sẵn 1.2. Tổng quan về cọc bê tông li tâm ứng suất trước 1.2.1. Đặc điểm về chịu lực của cọc bê tông li tâm ứng suất trước Hình 1.4 - Căng kéo cốt thép để tạo ứng suất chịu nén trước Cọc bê tông li tâm ứng suất trước là cọc BTCT đúc sẵn sử dụng biện pháp căng kéo cốt thép để tạo ra ứng suất chịu nén sẵn có trong cọc trước khi thi công. Khi làm việc trong kết cấu móng, ứng suất trước (ƯST) này phát huy hiệu quả để chịu lực nén và có thể chịu lực ngang tốt. Hơn nữa khi thi công, vì tính chất chịu nén trước tốt nên dễ thi công hạ cọc vào nền đất hơn so với loại cọc BTCT thông thường. Cọc bê tông li tâm ứng suất trước thông thường được chế tạo với bê tông mác cao từ 60 MPa đến 85 MPa trong nhà máy, với dây chuyền công nghệ cao. Trong đó cọc được đổ bê tông với định lượng đã được tính toán trước vào trong khuôn thép bịt kín và được căng kéo thép trước. Bệ căng neo giữ thép chính là ván khuôn cọc và được quay li tâm ở tốc độ cao bê tông được văng đều ra bên ngoài tạo thành phần thân cọc theo hình tròn rỗng và được trưng hấp trong bể cao áp từ 6 giờ đến 8 giờ sau đó được tháo dỡ ván khuôn và có thể vận chuyển được ngay khi tháo ván khuôn đến bãi tập kết. 1.2.2. Phân loại cọc bê tông li tâm ứng suất trước Cọc bê tông li tâm ứng suất trước thường (Pretensioned spun concrete piles - PC) 9 là cọc bê tông li tâm ứng suất trước được sản suất bằng phương pháp quay li tâm, có cường độ chịu nén của bê tông với mẫu thử hình trụ, kích thước 150 × 300 mm không nhỏ hơn 60 MPa [1]. Cọc bê tông li tâm ứng suất trước cường độ cao ((Pretensioned spun high strength concrete piles - PHC) là cọc bê tông li tâm ứng lực trước được sản suất bằng phương pháp quay li tâm, có cường độ chịu nén của bê tông với mẫu thử hình trụ, kích thước 150 × 300 mm không nhỏ hơn 80 MPa [1]. 1.2.3. Cấu tạo cọc bê tông li tâm ứng suất trước Hình 1.5 - Cọc bê tông ứng suất trước PC, PHC [1] L: Chiều dài cọc, D: Đường kính ngoài cọc, t: Chiều dày thành cọc CTa: Đầu cọc hoặc đầu mối nối, CTb: Mũi cọc hoặc đầu mối nối Trong một số công trình thực tế, cách thể hiện chi tiết cấu tạo cọc như sau: MÆt bÝch T=12 mm ThÐp ®ai Ø3@100 ThÐp ®ai 3@50 ThÐp chñ Ø7.1x7 MÆt bÝch T=12 mm A 350 220 A 1000 (Ø3@50) 1000 (Ø3@50) l (m) (Ø3@100) L A A Chi tiÕt "A" ThÐp chñ Ø7.1x7 12 12 Ø220 Ø350 2 MÆt c¾t a-a W=6mm Ø290 Ø350 1 CHI TIÕT MÆT BÝCH 52 W=6mm 12 R110 R145 350 Ø290 Ø350 100 2 ThÐp ®ai 3@50 12 1 Ø220 350 R145 R110 Chi tiÕt "B" 12 chi tiÕt mòi cäc 100 mÆt c¾t 2-2 mÆt c¾t 1-1 Hình 1.6 - Chi tiết cấu tạo cọc bê tông li tâm ứng suất trước 1.2.4. Chế tạo cọc bê tông li tâm ƯST - Bước 1: Kiểm tra chất lượng vật liệu đầu vào + Cát, đá, được kiểm tra sau đó được rửa và sàng kỹ trước khi đưa vào trạm trộn. + Riêng cát phải đúng theo module làm cọc, sạch và được giữ ẩm. + Đá 1×2 được sàng ra theo tiêu chuẩn và cũng được rửa sạch để làm tăng mác bê tông. 10 + Cốt liệu sử dụng đảm bảo yêu cầu của tiêu chuẩn TCVN 7570-2006, kích thước của cốt liệu không lớn hơn 25 mm và không vượt quá 2/5 độ dày của thành cọc. - Bước 2: Chế tạo và gia công lồng thép Tạo lồng thép có các công tác cơ bản: cắt thép chủ, tạo đầu neo thép bằng cách dập đầu thép, tạo lồng, lắp mặt bích. Tạo lồng thép thông qua hàn tự động tại nhà máy. Hình 1.7 - Chuẩn bị cốt thép chế tạo cọc BT ƯST tại nhà máy - Bước 3: Chuẩn bị khuôn cọc Hình 1.8 - Chuẩn bị khuôn đúc cọc - Bước 4: Trộn bê tông và đúc cọc Hình 1.9 - Đúc cọc BT ƯST 11 Sau khi đặt lòng thép vào khuôn tiến hành rải bê tông, sau đó đóng nắp và xiết chặt khuôn lại. - Bước 5: Căng cáp ứng suất trước Tiến hành căng thép ứng lực trước cho cọc BT ƯST theo các ứng suất theo thiết kế để có các mô men kháng uốn khi đi vào sử dụng. Các kết quả kéo thép được lưu tại phòng thí nghiệm. Hình 1.10 - Căng cáp ƯST - Bước 6: Quay li tâm Sau khi đã nạp bê tông xong và căng thép tới cường độ thiết kế thì ta cho quay li tâm để làm cho bê tông trong cọc được đặc chắc. Đây là bước rất quan trọng để làm chặt bê tông và thông thường có 4 cấp độ quay để cọc đạt được chất lượng như thiết kế. Hình 1.11 - Quay li tâm - Bước 7: Bảo dưỡng bê tông bằng lò hơi (hoặc lò hơi áp suất cao bằng máy hấp) + Đây bước đưa cọc vào lò hơi hấp ở nhiệt độ khoảng giao động 100oC -/+ 20, hơi nước nóng sẽ đẩy nhanh quá trình thủy hóa bê tông ở môi trường nhiệt độ cao. làm cho bê tông đạt cường độ nhanh hơn và làm cho bê tông không bị nứt bề mặt do bị khô nhanh. Thông thường hấp cọc khoảng 8h. Hoặc tùy theo công 12 nghệ của từng nhà máy sản xuất. + Khi bê tông đạt được 70% cường độ R28 ngày tuổi ta có thể cắt thép ứng lực. Lúc đó thép co lại và nén bê tông tạo ứng lực trước trong cọc. Hình 1.12 - Bể bảo dưỡng cọc bê tông - Bước 8: Lưu bãi và vận chuyển cọc đến công trình thi công Hình 1.13 - Lưu kho bãi 1.3. Thi công cọc bê tông cốt thép đúc sẵn và cọc bê tông li tâm ứng suất trước Nhìn chung, các biện pháp thi công hạ cọc bê tông cốt thép đúc sẵn và cọc bê tông li tâm ứng suất trước tương đối giống nhau. Các biện pháp thông thường được sử dụng cho cả hai loại móng này như: ép tĩnh, ép bằng phương pháp xói nước, đóng cọc, rung hạ cọc. Ngoài ra, đối với cọc bê tông li tâm ứng suất trước, người ta còn sử dụng nhiều biện pháp thi công khác như: khoan thả (Nakabory), khoan ép (Sotobory)... 13 1.3.1. Ép tĩnh Sử dụng các loại máy ép thủy lực tác dụng lực ép tĩnh lên đỉnh cọc (ép đỉnh) hoặc thông qua lực ma sát giữa thiết bị kẹp cọc với thân cọc (ép ôm thân cọc) để đưa mũi cọc xuống độ sâu thiết kế. Nhìn chung, phương pháp ép cọc hạn chế ảnh hưởng của rung động trong quá trình hạ cọc, giảm tiếng ồn, giảm ô nhiễm môi trường, do đó được áp dụng phổ biến khi thi công các công trình trong đô thị, gần hoặc giữa khu dân cư. Tuy nhiên, tùy thuộc vào đặc điểm vị trí thi công, đặc điểm cọc và các yêu cầu cụ thể khác mà áp dụng biện pháp ép đỉnh hay ép ôm ma sát thân cọc. Không ép ddược cọc xiên, cọc ở dưới nước. - Đối với ép đỉnh: chiều cao lồng ép bị giới hạn, lực ép không quá lớn nên nên không ép được các cọc có đường kính (kích thước tiết diện ngang) và chiều dài lớn. Tốc độ ép chậm nên năng suất không cao. Hình 1.14 - Máy ép tĩnh đỉnh cọc - Ép cọc bằng rô bốt (ép ôm ma sát thân cọc): do ép ôm ma sát thân cọc, về lý thuyết có thể ép cọc với chiều dài bất kỳ. Tuy nhiên cọc dài và lớn bao nhiêu còn phụ thuộc và sức trục của cần cẩu và lực ép mà máy có được. Rô bốt ép cọc có khả năng tự hành di chuyển ngang, dọc, xoay máy rất thuận tiện trong thi công. Có cần trục tích hợp cùng với máy nên có thể tự cẩu hạ và lắp cọc vào bộ phận ép mà không cần nhờ đến cần trục hỗ trợ bên ngoài. Nhiều rô bốt hiện nay có khả năng ép cọc được đường kính lớn, đến 800 mm, lực ép lên đến 1200 tấn. Máy có độ ổn định cao nên không sợ lật khi ép với lực ép lớn. Tuy nhiên máy có kích thước cồng kềnh, không ép được các cọc quá gần công trình, đòi hỏi mặt bằng thi công rộng rãi. 14 Hình 1.15. Rô bốt ép cọc 1.3.2. Đóng cọc Là phương pháp sử dụng búa đóng tác động các xung lực lên đỉnh cọc để hạ cọc. Có thể chủ động tạo ra các xung lực khác nhau tác dụng lên đỉnh cọc nên có thể đóng được các cọc có đường kính, chiều dài lớn. Hình 1.16 - Máy đóng cọc Tốc độ đóng cọc nhanh, có thể đóng được các loại cọc xiên, cọc ở dưới nước. Tuy nhiên, một trong những nhược điểm lớn của phương pháp đóng cọc là gây ra tiếng