Giới thiệu cọc bê tông ly tâm ứng lực trước

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA XÂY DỰNG VÀ CƠ HỌC ỨNG DỰNG Giới thiệu cọc bê tông ly tâm ứng lực trước Môn học: NỀN & MÓNG GVHD: TS. Nguyễn Văn Tiếng NHÓM: 10 NỘI DUNG Chương 1: Tổng quan về cọc bê tông cốt thép và các phương pháp đánh giá sức chịu tải của cọc Chương 2: Lý thuyết về bê tông ứng lực trước và chế tạo cọc bê tông ly tâm ứng trước Chương 3: Ví dụ tinh toán về sức chịu tải của các loại cọc và so sanh các kết quả Chương 4: Thi công cọc bê tông ly tâm ứng lực trước Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC 1.1. Phân loại cọc. 1.1.1 Cọc bê tông cốt thép thường. Cọc bê tông cốt thép thường có dạng hình vuông. Cạnh cọc thường gặp ở Việt Nam hiện nay là 0,2 ÷0,4m, chiều dài cọc thường nhỏ hơn 12m vì chiều dài tối đa của 1 cây thép là 11,7m. Bê tông dùng cho cọc có mác từ 250 ÷350 (tương đương cấp độ bền (B20 ÷B25). Khả năng chịu tải theo vật liệu cọc BTCT thường được tính theo công thức: (1.1) Trong đó: Rb – cường độ chịu nén của bê tông. Ac – diện tích mặt cắt ngang cọc. Rs – cường độ chịu nén của thép. ϕ – hệ số uốn dọc. Tra bảng 1.1 As – diện tích của cốt thép bố trí trong cọc. Bảng 1.1 Hệ số uốn dọc Trong đó: b: Là 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. 1.1.2 Cọc khoan nhồi. Đường kính cọc thường là 0,6m, 0,8m, 1,0m, 1,2m, 1,4m. Chiều dài cọc không hạn chế tùy theo điều kiện địa chất công trình, từng địa điểm 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 ÷ 50m, ở thành phố Hồ Chí Minh cọc nhồi thường cắm vào tầng đất sét pha nửa cứng ở độ sâu 30 ÷ 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: (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 ứng lực trước. Cọc có đường kính từ 300 ÷1000 (mm). Được sản xuất bằng phương pháp quay ly tâm có cấp độ bền chịu nén của bê tông từ B40 đến B60. Chiều dài và bề dầy thành cọc tùy thuộc vào đường kính ngoài của cọc. Với cọc có đường kính ngoài 300mm thì chiều dài cọc tối đa là 13m và chiều dầy thành cọc là 60mm, với cọc có đường kính ngoài 1000mm thì chiều dài cọc tối đa là 24m, chiều dầy thành cọc là 140mm, … 1.2. Các giải pháp thi công cọc. Cọc hạ bằng búa (búa diezen, búa treo, búa hơi) Cọc hạ bằng máy ép. Cọc hạ bằng phương pháp xoắn (còn gọi là cọc xoắn) thường là cọc thép hoặc cọc có đầu xoắn bằng thép. Cọc hạ bằng phương pháp xói nước. Cọc hạ bằng máy chấn động . 1.2.1 Cọc hạ bằng búa (búa rung , búa hơi, búa diezen ). 1.2.1.1 Búa rung. Búa rung là loại búa khá đa năng. Búa rung có nguyên lý làm việc và các thành phần thiết bị khác hẳn với 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 ÷30 Hz (900 ÷1800 vòng/phút) moment lệch tâm trong khoảng 0,25 ÷1,13 kNm, năng lượng trong khoảng 50 ÷120 kW. Thiết bị này thường chỉ phù hợp với cọc thép (dạng bản). 1.2.1.2 Búa hơi đơn động. Búa này được đẩy lên bằng năng lượng hơi chiều cao rơi búa H là cố định. 1.2.1.3 Búa diezen đơn động và song động. Búa này được đẩy lên bằng năng lượng do diezen cháy chiều cao rơi búa H là thay đổi phụ thuộc vào sức kháng của đất nhược điểm của búa này là: Tiếng nổ lớn (do diezen phát cháy), khí do diezen cháy gây ô nhiễm môi trường. 1.2.2. Chọn sơ bộ búa đóng cọc. Với búa đóng cọc ta cần chọn búa phù hợp để sao cho dễ đóng mà lại không gây hư hại cho cọc. Búa nhẹ nhất có trọng lượng khoảng 0,9 kN và năng lượng biểu kiến là 1,4kN. Búa nặng nhất có trọng lượng tới 1500kN và năng lượng biểu kiến tới 3000kN. Cách chọn búa sơ bộ: Tại độ sâu thiết kế mũi cọc, độ chối hợp lý là e = 3,8 ÷8 mm. Suy ra số nhát đập để cọc đi được 250 mm là N250 = 250/e = 31 ÷66 nhát. Số nhát đập để cọc đi được 1m là N1000 = 125 ÷260 nhát. Năng lượng hữu hiệu của búa nên chọn là: (1.3) Trong đó: Pu – sức kháng cực hạn của đất lên cọc ở độ sâu thiết kế Năng lượng (biểu kiến) của búa là: Ebúa = (REbúa)/r (1.4) Trong đó: r – phần trăm năng lượng 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 tương 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 những khối bê tông. Để 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, Pépcọc có thể nhỏ hơn vì quá trình ép làm xáo trộn và giảm sức chịu tải của đất sét. Tuy nhiên, sau một khoảng thời gian nào đó cọc sẽ lấy lại được sức chịu tải. Ngược lại với cọc trong đất cát, Pépcọc có thể lớn hơn nhiều so với 1.3. Phạm vi ứng dụng. Khi tải trọng công trình không nhỏ, và các lớp đất gần bề mặt không tốt thì giải pháp móng nông sẽ có độ lún lệch lớn, hơn nữa để đảm bảo điều kiện an toàn về sức chịu tải thì kích thước móng phải rất lớn. 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 ra hiệu quả hoặc quá tốn kém thì giải pháp móng cọc là một sự lựa dễ dàng. 1.3.1 Cọc bê tông cốt thép thường.. Cọc bê tông cốt thép thường có mác bê tông là mác 250 đến mác 350. Với loại cọc này tiết diện cọc chủ yếu nằm trong loại cọc nhỏ, là loại nhỏ hơn 45x45cm sức chịu tải của cọc theo vật liệu vì vậy cũng không lớn. Cọc nhỏ thường là giải pháp tối ưu cho công trình có tải trọng không lớn, khi tải trọng chân cột lớn, đòi hỏi nhiều cọc trong một nhóm cọc do đó đài cọc rất lớn và việc bố trí đài cọc trong công trình ngầm cũng gặp khó khăn. 1.3.2 Cọc khoan nhồi. Cọc nhồi có tiết diện và độ sâu mũi cọc lớn hơn nhiều so với cọc đúc sẵn, nên mặc dù sức kháng đơn vị nhỏ đi, nhưng sức chịu tải vẫn lớn, do đó số lượng cọc trong 7 một đài cọc ít, việc bố trí đài cọc trong các công trình ngầm cũng dễ dàng hơn vì vậy khi tải trong công trình rất lớn khoảng 15 tầng thì ta nên dùng cọc khoan nhồi. Ưu điểm: của cọc khoan nhồi là cọc có thể đặt vào những lớp đất rất cứng thậm chí tới đá mà cọc đóng không thể tới được. Một ưu điểm khác của cọc nhồi là sức chịu tải ngang rất lớn việc thi công cọc nhồi có chấn rung nhỏ hơn nhiều so với thi công cọc đóng, thi công cọc nhồi không gây trồi đất xung quanh không đẩy các cọc sẵn có xung quanh sang ngang. 1.3.3 Cọc ống ly tâm ứng lực trước. Cọc ống ly tâm ứng lực trước có thể cắm sâu hơn nhiều so với cọc bê tông cốt thép thường nên tận dụng được khả năng chịu tải của đất nền do đó số lượng cọc trong một đài ít việc bố trí và thi công cũng dễ dàng, tiết kiệm chi phí xây dựng đài móng. Do sử dụng bê tông và thép cường độ cao nên giảm tiết diện cốt thép dẫn đến giảm trọng lượng thuận tiện cho việc vận chuyển, thi công → Kinh tế hơn. Một ưu điểm khác của cọc bê tông ly tâm ứng lực trước là sức chịu tải ngang lớn do bê tông trong cọc được ứng lực trước nên tăng khả năng chịu kéo của bê tông vì thế tăng khả năng chống thấm, chống ăn mòn. 1.4. Các phương pháp kiểm tra khả năng chịu tải của cọc đơn. 1.4.1. Phương pháp tra bảng thống kê Phương pháp này dựa trên quy phạm CHNΠ2.02.03.85 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. Kat = 1,75 cho móng dưới cọc. Qtc – xác định gồm 2 thành phần là khả năng chịu mũi và khả năng bám trượt bên hông. (1.6) Trong 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 ÷1) cho cọc, mf = 0,6 cho cọc khoan nhồi. Qm – khả năng chịu tải mũi cọc, tra bảng. fsi – khả năng ma sát xung quanh cọc. Fc – tiết diện cọc. Li, u – chiều dài phân đoạn và chu vi cọc. Đối với cọc trong đất yếu với độ sệt B < 0,6 và cát có Df < 0,33 (trạng thái rời) thì quy phạm khuyến cáo nên xác định bằng phương pháp nén tĩnh. B: Độ sệt. Df: độ chặt tương đối. Riêng đối với cọc khoan nhồi, trị số qm được xác định thep phương pháp sau. Trường hợp trong cát. (1.7) Trong đó: A,B - tra bảng γ ‘,γ - dung trọng của đất nền dưới và trên mũi cọc. L, D – chiều dài cọc và đường kính cọc. Trường hợp trong sét. Trị số qm được tra bảng theo độ sệt B. 1.4.2 Phương pháp tính theo cường độ. (1.8) 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. 1.4.2.1 Thành phần ma sát xung quanh cọc Qs. 1.4.2.2 Sức chịu tải của mũi cọc (qp). a. Theo phương pháp Terzaghi. (1.9) (1.10) b. Theo phương pháp Meyerhof c. Theo TCVN 205-1998. 1.4.3. Phương pháp tính từ kết quả thí nghiệm xuyên động (SPT). Xuyên động (SPT) được thực hiện bằng ống tách đường kính 5,1cm, dài 45cm, đóng bằng búa rơi tự do nặng khoảng 63,5kg, với chiều cao rơi là 76cm. Đếm số búa để đóng cho từng 15cm ống lún trong đất (3 lần đếm), 15cm đầu không tính, chỉ dùng giá trị số búa cho 30cm sau là N (búa), được xem như là số búa tiêu chuẩn N. Quy phạm (TCXD205-1998) cho phép dùng công thức của Meyerhof (1956). Trong đó: K1 = 400 cho cọc đóng và K1 = 120 cho cọc khoan nhồi. K2 = 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 ÷3,0. 1.4.4. Phương pháp tính từ kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh. Xuyên tĩnh được thực hiện bằng mũi côn tiết diện 10cm2 trong đất để đo sức chống xuyên Rp cho từng 20cm độ sâu dưới đất. Từ giá trị Rp này, quy phạm cho phép tính qm và fs như sau: Khả năng chịu tải mũi cọc. qm = Kr.Rp 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 thường 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. Được tính cho từng lớp i mà cọc xuyên qua tương ứng với Rpi, hệ số α trong trường hợp này thay đổi khá lớn. Cọc bê tông α = (30 ÷40) cho sét từ yếu đến cứng. α = 150 cho cát. Cọc khoan nhồi α = (15 ÷35) cho sét từ yếu đến cứng. α = (80 ÷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 phương pháp chính xác nhất để xác định khả năng chịu tải của cọc đơn, tuy nhiên phương pháp này thực hiện phức tạp và tốn kém nhiều kinh phí. Quy định đòi hỏi số lượng cọc phải tiến hành công tác thử nén tĩnh (3 ÷5)% số lượng cọc thiết kế. Mỗi cấp gia tải thực hiện lấy bằng 1/10 Qu theo thiết kế. Tương quan độ lún S theo lực nén P cho ta xác định giá trị phá hoại sức chịu tải cực hạn của cọc Qu. Trị số giới hạn Qu được xác định như sau: Trong điều kiện đất tốt, giá trị Qu được xác định ngay trên đoạn cong rõ rệt của biểu đồ. Trong điều kiện đất yếu, biểu đồ thể hiện đường cong đều thì giá trị Qu có thể được chọn tại độ lún 0,1 [ ]ghx SΔ= . Trong trường hợp tải trọng của cọc quá lớn không thể thực hiện để đạt đến giá trị xác định tải trọng giới hạn thì ta có thể dùng phương pháp của Davisson như sau: Qu được xác định tại giao điểm của biểu đồ với đường thẳng S có phương trình biểu diễn. 1.4.6. Phương pháp xác định từ thí nghiệm thử động. Công tác thử động được thực hiện cho trường hợp thi công bằng búa đóng. Búa được chọn để có thể tương quan với khả năng chịu tải giới hạn của cọc. Năng lượng búa: Và thỏa điều kiện: Trong đó: Wb – Trọng lượng búa. Wc – Trọng lượng cọc và mũ chụp đầu cọc. K – hệ số tra bảng 1.1. Bảng 1.1 Độ chối giả Đối với đất sét do đặc tính nhạy nên các màng nước bao xung quanh hạt sẽ bị phá hoại khi đóng búa, làm cho đất bị phá hoại cấu trúc và trở nên yếu đi, do đó càng đóng búa nhanh trong đất sét cọc càng dễ xuống, độ chối tăng lên, người ta gọi là độ chối giả. Ngưng lại một thời gian, đóng tiếp cọc khó xuống hơn do đất sét có khả năng phục hồi. Ngược lại trong đất cát, càng đóng nhanh cọc càng khó xuống do ứng suất bị dồn nén ngay tại mũi cọc trở nên rất cứng và cản trở cọc khó xuống được, ta cũng có độ chối giả. Ngưng lại thời gian để cát ở dưới mũi cọc giãn ra cọc đóngsẽ xuống được Hình 1.5: Thí nghiệm thử động Để thử độ chối của cọc khi đóng cọc ta cần phải nghỉ một thời gian như sau: 3 ngày cho cát và 5 - 7 ngày cho đất sét. Do độ chối của một búa được lấy trung bình của 10 búa liên tiếp, ta suy ra sức chịu tải cực hạn của cọc xác định theo công thức sau: Công thức tổng quát. 1.5. Ảnh 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 S bị xáo trộn, do đó sức kháng cắt không thoát nước của đất sét tạm thời giảm xuống. Tuy nhiên, sau một thời 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. Với cọc nhồi nếu ta không giữ thành bằng dung dịch (bentonite hoặc polyme), có thể có những tảng, cục sét bị lở, đặc biệt nếu chúng lở trong quá trình đổ bê tông thì chất lượng bê tông kém đi. Sức kháng cắt của đất sét xung quang cọc sẽ bị giảm do hút ẩm 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 đổ bê tông, thì sức kháng mũi giảm đi rất nhiều. Tuy nhiên bê tông tươi trong cọc nhồi lại có một ưu điểm khác là: Xi măng sẽ có phản ứng hóa học với đất sét xung quanh (người ta tận dụng phản ứng này trong việc gia cố đất sét bằng xi măng hoặc vôi). Hơn nữa, thành phần của cọc nhồi thường sần sùi hơn so với cọc đúc sẵn, do đó sức kháng được cải thiện một phần Với đất dính bão hòa nước, ta nên sử dụng sức kháng cắt không thoát nước Su . (tức là cu) để dự báo sức chịu tải của cọc vì đây là trường hợp nguy hiểm hơn. Khi có tải trọng tác dụng, toàn bộ tải trọng sẽ do nước lỗ rỗng dư tiếp nhận. Với đất dính thoát nước kém nước lỗ rỗng dư tiêu tán cực kỳ chậm (coi như không tiêu 16 tán). Do đó thời gian đầu, ứng suất hữu hiệu σ’ không đổi, cho nên sức kháng cắt không đổi. Vì vậy ta sử dụng Su để tính toán. Sau một khoản thời gian dài, nước lỗ rỗng sẽ tiêu tán dần, và do đó tải trọng bên ngoài sẽ truyền dần lên hạt đất. ứng suất hữu hiệu σ’ tăng lên, làm cho sức kháng cắt cũng tăng lên. Như vậy, độ an toàn của công trình cũng tăng lên. Tóm lại thời điểm nguy hiểm nhất với đất dính là khi công trình vừa thi công xong, nước chưa kịp thoát đi. Ngược lại với một số đất dính “quá cố kết mạnh” (OCR ≥ 1), có hiện tượng “chùng” hay “mềm” đi, tức là sức kháng cắt giảm theo thời 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 hợp 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 Ko sẽ tăng lên, đồng thời sức kháng cắt của đất sẽ tốt hơn. Tính chất của đất có tốt lên làm cho sức chịu tải của cọc (tính theo đất nền) cao hơn. Đối với cọc nhồi, việc khoan lỗ sẽ làm đất cát (cả ở thành hố và đáy hố) rời rạc hơn, do đó sức chịu tải của cọc giảm đi. Ngoài ra nếu không vệ sinh sạch đáy hố khoan, sức kháng mũi sẽ giảm đáng kể. 1.6 Ưu nhược điểm của các loại cọc 1.6.1 Cọc bê tông ly tâm ứng lực trước: + Cọc được sản suất trong nhà máy bằng quy trình khép kín, chất lượng cọc ổn định, dễ kiểm soát khi thi công và đảm bảo chất lượng. + Do bê tông được ứng suất trước nên cọc bê tông ly tâm ứng suất trước sẽ không bị biến dạng, bị nứt trong quá trình vận chuyển, lắp dựng và sử dụng. + Do bê tông được ứng suất trước, kết hợp với quay ly tâm đã làm cho bê tông của cọc đặc chắc chịu được tải trọng cao, không nứt, tăng khả năng chống thấm, chống ăn mòn cốt thép, ăn mòn sulphate trong giai đoạn khai thác công trình. + Do sử dụng bê tông và thép cường độ cao nên giảm tiết diện cốt thép dẫn đến trọng lượng cọc giảm thuận lợi cho việc vận chuyển, thi công dẫn đến kinh tế hơn. 1.6.2 Một số dạng hư hỏng thường gặp ở cọc khoan nhồi: a. Những hư hỏng ở mũi cọc: Sự lắng đọng bùn khoan kết hợp đất nhão ngay dưới mũi cọc. Bê tông mũi cọc bị xốp do lẫn tạp chất v.v... b. Những hư hỏng ở thân cọc: Thân cọc bị oằn, biến hình trong đất yếu. Thân cọc bị gián đoạn bởi các đoạn bê tông xốp, bởi các lớp đất... Tại một vài vị trí, tiết diện thân cọc có hiện tượng co thắt lại hoặc bì phình ra... Trong bê tông cọc có lẫn các thấu kính đất... 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. Do đúc tại công trường trình độ tay nghề công nhân không đều, bị phụ thuộc vào thời tiết nên chất lượng cọc không được ổn định. Chương 2 LÝ THUYẾT VỀ BÊ TÔNG ỨNG LỰC TRƯỚC VÀ CHẾ TẠO CỌC BÊTÔNG LY TÂM ỨNG LỰC TRƯỚC. 2.1. Khái niệm về bê tông ứng 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 hợp nhằm cân bằng với một lượng 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 cường độ chịu kéo rất nhỏ so với cường độ chịu nén. Đó là nhân tố dẫn đến việc xuất hiện một loại vật liệu hỗn hợp “bê tông cốt thép”. Việc xuất hiện sớm các vết nứt trong bê tông cốt thép do biến dạng không tương thích giữa thép và bê tông là điểm khởi 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 kể 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 hợp đơn thuần giữa bê tông và cốt thép để chúng cùng làm việc một cách bị động thì bê tông ULT là sự kết hợp một cách tích cực có chủ ý giữa bê tông cường độ cao và thép cường độ cao. Trong cấu kiện bê tông ULT người ta đặt vào một lực nén trước tạo bởi việc kéo cốt thép, nhờ tính đàn hồi cốt thép có xu hướng co lại và sẽ tạo nên lực nén trước, lực nén này sẽ gây nên ứng suất trong bê tông và sẽ triệt tiêu hay giảm ứng suất kéo do tải trọng sử dụng gây ra. Do vậy làm tăng khả năng chịu kéo của bê tông và làm hạn chế sự phát triển của vết nứt. Sự kết hợp rất hiệu quả đó đã tận dụng được các tính chất đặc thù của hai vật liệu, đó là trong khi thép có tính đàn hồi và cường độ chịu kéo cao thì bê tông lại dòn và có cường độ chịu kéo nhỏ so với cường độ chịu nén của nó. Như vậy ứng lực trước chính là việc tạo ra cho kết cấu một cách có chủ ý các ứng suất tạm thời nhằm tăng cường sự làm việc của vật liệu trong các điều kiện sử dụng khác nhau. Chính vì vậy bê tông ULT đã trở thành một sự kết hợp lý tưởng giữa hai loại vật liệu hiện đại có cường độ cao.So với BTCT thường thì bê tông ULT có các ưu điểm cơ bản sau Cần thiết và có thể dùng được thép cường độ cao Ứng suất trong thép thông thường giảm từ 100Mpa 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. Để đạt được điều này thì việc sử dụng thép cường độ cao là thích hợp 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 cường độ cao ít xảy ra vết nứt do co ngót, có mođun đàn hồi cao hơn, biến dạng do từ biến ít hơn do đó ứng suất trước trong thép sẽ bị mất ít hơn. Việc sử dụng bê tông cường độ cao sẽ làm giảm kích thước ngang của cấu kiện, giảm trọng lượng của cấu kiện, vượt nhịp lớn sẽ làm tăng hiệu quả kinh tế, kỹ thuật. Có khả năng chống nứt cao hơn (do khả năng chông thấm tốt hơn) dùng bê tông ULT người 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 cứng lớn hơn do đó có độ võng và biến dạng bé hơn. 2.2. Các phương pháp gây ứng lực. 2.2.1. Phương pháp căng trước. Cốt thép ứng lực trước được neo một đầu cố định vào bệ còn đầu kia được kéo ra với lực kéo N dưới tác dụng của lực N, cốt thép được kéo trong giới hạn đàn hồi và sẽ giãn ra một đoạn lΔ tương ứng với các ứng suất xuất hiện trong thanh, điểm B của thanh chuyển sang điểm B1. Trong trạng thái kéo căng cốt thép như thế, lực N được truyền tới các bệ tỳ hoặc các đầu mặt của cofa người ta tiến hành đổ bê tông cấu kiện. Sau khi bê tông đông cứng và đạt được cường độ cần thiết thì thả tự do các cốt thép ứng suất trước ra. Như một lò so bị kéo căng, cốt thép có xu hướng co ngắn lại nhưng nhờ lực dính của nó với bê tông cho nên cấu kiện sẽ bị ép bằng lực N đã dùng khi kéo cốt thép. 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 hợp bám dính). Trong trường hợp 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 với bê tông. Phương pháp này có thể dùng khi chế tạo các cấu kiện của những kết cấu chỉ đòi hỏi lực N tương đối nhỏ để ép bê tông và trong thời gian bê tông đông cứng, lực N đó có thể truyền lên bệ tỳ hoặc lên đầu mặt của copfa trong quá trình thi công. Một dạng khác của phương pháp căng trước là phương pháp nhiệt điện để kéo căng cốt thép. Người ta cho dòng diện chạy qua cốt thép đã đặt sẵn trong khuôn và nung nóng các thanh tới 3000C làm cho các thanh bị giãn dài ra. Các đầu thanh được gắn chặt vào trong các khuôn hoặc các bệ tỳ đặc biệt, các khuôn hoặc các bệ tỳ đó sẽ tiếp nhận nội lực xuất hiện khi các thanh nguội đi. Tiến hành đổ bê tông và khi bê tông đã đạt cường độ cần thiết thì người ta thả các đầu thanh ra. Lúc này xảy ra hiện tượng 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 cứng thì tiến hành luồn và căng cốt thép ứng lực. Trong trường hợp này người ta dùng những 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 ứng suất nén trong bê tông ở các tiết diện của nó như trường hợp căng trước. Để tạo ra liên kết (lực dính) giữa bê tông và giúp cốt thép khỏi bị ăn mòn thì phải phun vữa xi măng có áp lực vào các khe hở giữa cốt thép và ống rãnh. Phương pháp căng sau dùng khi chế tạo các cấu kiện yêu cầu có lực ép bê tông tương đối lớn. Ưu điểm của phương pháp căng sau là không tốn coffa, kiểm soát được ứng suất nén tạo ra trong cấu kiện. Không cần bệ tỳ đơn giản dễ thi công. 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 tương đối cao hơn so với bê tông thông thường, độ co ngót thấp, tính từ biến thấp nhất và giá trị môđun đàn hồi lớn. 2.3.2. Thép cường độ cao. Thép ứng suất trước có thể là sợi, cáp hoặc thanh thép hợp 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 với bê tông Cáp ứng suất trước phổ biến nhất là loại cáp 7 sợi, có cường độ chịu kéo tới hạn puf là 1720Mpa và 1860Mpa, kết dính hoặc không kết dính. 2.4. Đánh giá tổn hao ứng suất trong các giải pháp ứng 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 tổn thất làm ảnh hưởng rất nhiều đến sự làm việc của kết cấu. Những tổn thất thường xảy ra bao gồm: Sự dão ứng 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). Tổn thất do các chùm hoặc các thanh cốt thép riêng rẽ không được kéo căng đều nhau. Tổn thất do co ngót và do từ biến của bê tông. Do tác động của tải trọng có chu kỳ. Do dão ứng suất trong cốt thép (khi kéo căng cốt thép vào bê tông). Chẳng hạn khi cấu kiện bị ép đúng tâm thì dưới ảnh hưởng của việc căng trước, cốt thép giãn dài một đoạn ctlΔ ứng với ứng suất oσ sau khi buông các thiết bị kéo căng thì cốt thép co ngắn lại và bê tông bị co lại với độ co đàn hồi là btlΔ và như thế chính cốt thép bị rút ngắn lại một đoạn bằng trị số đó, làm cho ứng suất kéo trước bị tổn thất một giá trị dưới ảnh hưởng của độ co và tính từ biến của bê tông mà cấu kiện bê tông cốt thép dần dần bị rút ngắn thêm một trị số ctblΔ do đó cốt thép cũng bị rút ngắn một đoạn bằng trị số đó (nhờ lực dính) nên ứng suất trước bị tổn thất 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 tương đối của ứng suất càng nhỏ khi cường độ của thép càng cao. Khi so sánh về tổn thất ứng suất giữa 2 giải pháp căng trước và căng sau. Ta nhận thấy tổn thất ứng suất trong trường hợp căng sau ít hơn tổn thất ứng suất trong trường hợp căng trước. 2.5. Lý thuyết cấu kiện chịu nén đúng tâm ứng suất trước. Khi chịu nén sơ đồ tính ổn định của cấu kiện như hình Bê tông và cốt thép ứng lực ngăn cản chuyển vị ngang và xoay của cấu kiện, cấu kiện có thể mất ổn định theo dạng thứ nhất (b) hoặc dạng thứ hai (c) của đường cong Euler. Gọi kσ và kθ là độ võng và góc xoay của thân cấu kiện tại điểm k, ta có. Trong đó: Qk, Mk - Phản lực và môment uốn tại điểm k. Dấu của Qk, Mk (hình 2.4b, c) phụ thuộc dạng ổn định. kα , kβ - Các hệ số biến dạng thẳng và xoay, phụ thuộc vào độ cứng dọc của thép ứng lực và cường độ của bê tông. 2.6. Cọc bê tông ly tâm ứng lực trước. 2.6.1 Phân loại cọc. Cọc bê tông ly tâm ứng lực trước thường (PC) là cọc bê tông ly tâm ứng lực trước 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 lực trước cường độ cao (PHC) là cọc bê tông ly tâm ứng lực trước được sản xuất bằng phương pháp quay ly tâm có cấp độ bền chịu nén của bê tông không nhỏ hơn B60. 2.7.2 Hình dáng cọc. Cọc PC, PHC có hình trụ rỗng có đầu cọc, đầu mối nối hoặc mũi cọc phù hợp.Đường kính ngoài và chiều dày thành cọc không đổi tại mọi tiết diện của thân cọc 2.7.3. Ký hiệu quy ước. Ký hiệu quy ước của cọc PC, PHC được ghi theo thứ tự: Tên viết tắt – cấp tải trọng - đường kính ngoài (mm) – chiều dài cọc (m) – TCVN 7888: 2008. Bảng 2.2 Bảng kích thước cọc. Bảng 2.3 Bảng quy định sai lệch kích thước của cọc PC, PHC 2.7.4 Bê tông sử dụng cho cọc ly tâm ứng lực trước. Cọc bê tông ly tâm ứng lực trước thường (PC) có cấp độ bền chịu nén của bê tông không nhỏ hơn B40. Cọc bê tông ly tâm ứng lực trước cường độ cao (PHC) có cấp độ bền chịu nén của bê tông không nhỏ hơn B60. 2.6.5 Tính toán khả năng chịu tải của cọc bê tông ly tâm ứng lực trước. Ứng suất nén cho phép của bê tông. bpσ = 0,4 x bR (daN/cm2 Trong đó: bpσ - Ứng suất nén cho phép của bê tông. bR - Cường độ nén thiết kế của bê tông. Tổng diện tích thép ứng lực. Trong đó: D – đừng kính ngoài của cọc. d – Chiều dầy thành cọc. Trong đó: r – Là bán kính ngoài của cọc. r0 – Bán kính trong của cọc. Trong đó: spσ - Ứng suất kéo ban đầu của thép. puσ - Cường độ của thép. Với k = 0,06 (22TCN272 - 2005). (với Es là modun đàn hồi của thép ứng lực, Ec’ là modun đàn hồi của bê tông tại thời điểm truyền ứng lực). Các tổn thất ứng suất trong cọc được lấy bằng 25% ứng suất trước trong cốt thép ứng lực. 2.6.6. Quy trình sản xuất cọc bê tông ly tâm dự ứng lực. 2.6.5.1. Chuẩn bị vật liệu. Cát, đá được kiểm tra sau đó được rửa sàng kỹ trước khi vào trạm trộn cốt liệu sử dụng đảm bảo yêu cầu của tiêu chuẩn TCVN 7570 – 2006, kích thước của cốt liệu không lơn hơn 25 mm và không vượt quá 2/5 độ dày của thành cọc. Cốt thép ứng lực và cốt đai sử dụng được kiểm tra đảm bảo yêu cầu của tiêu chuẩn trước khi nòng thép rồi lắp khuôn. 2.6.5.2. Kéo căng thép. Sau khi đã nòng thép và lắp khuôn ta đưa tới chỗ nạp bê tông, đồng thời ta lấy mẫu bê tông đi thử và kiểm tra mâu thử đảm bảo mác bê tông đúng như thiết kế. Ta tiến hành công tác căng thép tạo ứng suất trong cọc. 2.6.5.3. Quay ly tâm. Sau khi đã nạp bê tông xong và căng thép tới cường độ thiết kế, thì ta cho quay ly tâm để làm cho bê tông trong cọc được đặc chắc. Đo giữa các điểm đã biết trước. 2.6.5.4 Bảo dưỡng cọc. Sau khi quay ly tâm xong ta chuyển cọc tới hầm dưỡng hộ bằng hơi nước. Mục đích làm cho bê tông đạt cường độ nhanh hơn và làm cho bê tông không bị nứt bề mặt do bị khô nhanh (đảm bao chất lượng cọc). Thời gian hấp cọc bằng hơi nước trong khoảng 8 giờ, bảo dưỡng đợt 2 trong khoảng 6 giờ, 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. Sau đó tháo khuôn ta kiểm tra ngoại quan cọc và kiểm tra bề dày thành cọc. Chương 3 VÍ DỤ TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CÁC LOẠI CỌC VÀ SO SÁNH CÁC KẾT QUẢ 3.1. Số liệu địa chất. Mực nước ngầm cách mặt đất (- 1m) Tính toán sức chịu tải của các loai cọc với cùng một địa chất và cùng độ sâu mũi cọc. Với cọc bê tông cốt thép thường và cọc bê tông ly tâm ứng lực trước thi: Chọn chiều sâu mũi cọc 30m. 3.3 PHƯƠNG ÁN CỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP THƯỜNG. Chọn cọc 400x400 cốt thép trong cọc là 422φ mác bê tông 300. Chiều dài mỗi cọc là 10m. Chiều sâu mũi cọc là 30m. 3.3.1 Sức chịu tải của cọc đơn. 3.3.1.1 Sức chịu tải của cọc theo vật liệu làm cọc. DAB = DO + f + δ = DO +C 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. Thành phần ma sát xung quanh cọc Qs mD=I(K.cos2γ)2. ml2+2K.l.cosγ.sinγ2.mv"ρ"2 Trong đó: mD – sai số đo khoảng cách. mv – sai số đo góc nghiêng Kết quả tính toán được lập thành bảng 3.3.2.2 Sức chịu tải của mũi cọc (qp) a. Theo phương pháp Terzaghi. qp =1,3*C*Nc + 'vσ *Nq + 0,4* γ *d* Nγ Nc , Nq , Nγ . Tra bảng 3.5 trang 174 sách Nền Móng của TS. Châu Ngọc Ẩn Với ϕ =300 . Ta có: Nc = 37,162 , Nq = 22,456 , Nγ = 19,7 'vσ =16,4*1+ 6,4*0,7 + 4,68*(20,6 - 1,7)+9,11*(22,6 - 20,6)+8,72*(26,4 - 22,6) +8,9*(31,3 - 26,4) = 204,3 (kN/m2) qp = 1,3*6,85*37,162 + 204,3*22,456 + 0,4*8,9*0,4*19,7 qp = 4946,74 (kN/m2) b. Theo phương pháp Meyerhof. qp = C*Nc + q*Nq Tra biểu đồ 3.28 trang 178 sách Nền Móng của TS. Châu Ngọc Ẩn. Với Lb/b = 9,4/0,4 = 23,5 Ta có. ϕ = 300 ⇒ Nq = 16 , Nc = 70 qp = 6,85*70+ 204,3*16 = 3748,3 (kN/m2). c. Theo TCVN 205-1998. Qp = C*Nc + 'vσ *Nq + γ *b* Nγ = 6,85*37,162 + 204,3*22,456+8,9*0,4*19,7 qp = 4912,45 (kN/m2). Vậy sức chịu mũi cực hạn của cọc là. Qpmin = 3748,3*0,16 = 599,728 (kN). Sức chịu tải của cọc theo đất nền là.  3. 4 PHƯƠNG ÁN CỌC BÊ TÔNG LY TÂM ỨNG SUẤT TRƯỚC Đường kính ngoài D = 500 (mm), chiều dày thành cọc d = 90 (mm) cường độ thiết kế bR = 600 (kG/cm2), chiều dài cọc L = 15 (m), ứng suất kéo của bê tông tuf = 75 (kG/cm2 ). Thép ứng lực trước N = 14φ7.1, cường độ thép puf = 14500 (kG/cm2 ) Ta có: q = 2,5*Ac =2,5*0,1159 = 0,29 (T/m). Sơ đồ cẩu lắp 2 móc cẩu Mmax = 0,0214*q*L2 = 0,0214*0,29* 215 =1,4 (T.m). Sơ đồ cẩu lắp 1 móc cẩu Mmax = 0,043*q*L2 = 0,043*0,29*152 =2,806 (T.m). 3.4.1 Sức chịu tải của cọc đơn. 3.4.1.1. Sức chịu tải của cọc theo vật liệu làm cọc. Ta có: Ứng suất nén cho phép của bê tông. bpσ = 0,4 x bR = 0,4 x 600 = 240 (daN/cm2). Tổng diện tích thép ứng lực. Diện tích mặt cắt ngang cọc. Với 3.4.1.3 Sức chịu tải của mũi cọc (qp) a. Theo phương pháp Terzaghi qp =1,3*C*Nc + 'vσ *Nq + 0,6* γ *R* Nγ Nc , Nq , Nγ . Tra bảng 3.5 trang 174 với ϕ =300. Ta có. Nc = 37,162 , Nq = 22,456 , Nγ = 19,7. 'vσ =16,4*1+ 6,4*0,7 + 4,68*(20,6 - 1,7)+9,11*(22,6 - 20,6)+8,72*(26,4 -22,6) +8,9*(31,3 - 26,4) = 204,3 (kN/m2). qp = 1,3*6,85*37,162 + 204,3*22,456 + 0,6*8,9*0,25*19,7 qp = 4614,1 (kN/m2). b. Theo phương pháp Meyerhof. qp = C*Nc + q*Nq Tra biểu đồ 3.28 trang 178 ta có Lb/d = 9,4/0,5 = 18,8. Ta có. ϕ = 300 ⇒ Nq = 16 , Nc = 70. qp = 6,85*70+ 204,3*16 = 3748,3 (kN/m2). c. Theo TCVN 205-1998. Qp = C*Nc + 'vσ *Nq + γ *R* Nγ = 6,85*37,162 + 204,3*22,465+ 8,9*0,25*19,7 qp = 4929,98 (kN/m2). Vậy sức chịu mũi cực hạn của cọc là. Qpmin = 3748,3*0,19635 = 735,98 (kN ). Sức chịu tải của cọc theo đất nền là 3.5 Kết luận: Qua các ví dụ tính toán trên ta nhận thấy: - Diện tích mặt cắt ngang của cọc bê tông ly tâm ứng lực trước là nhỏ nhất dẫn đến trọng lượng bản thân nhỏ nhất vì thế tiết kiệm được khối lượng bê tông dùng cho cọc. Nhưng khả năng chịu tải theo vật liệu của cọc bê tông ly tâm ULT vẫn lớn hơn cọc bê tông cốt thép thường. - Diện tích cốt thép dùng cho một cọc ít hơn nhiều so với cọc bê tông cốt thép thường, có lợi về kinh tế. Theo công thức của Terzaghi tính toán sức chịu mũi của cọc: qp = 1,3.c.Nc + γ .Df.Nq + 0,6. γ .d. Nγ (đối với cọc tròn) qp = 1,3.c.Nc + γ .Df.Nq + 0,4. γ .b. Nγ (đối với cọc vuông). Vì vậy cọc đóng vào cùng địa chất với cùng một độ sâu thì khả năng chịu tải của cọc bê tông ly tâm ULT cao hơn cọc bê tông cốt thép thường do tăng sức chịu mũi của cọc. - Khả năng chịu kéo của bê tông trong cọc bê tông ly tâm ULT cao hơn nhiều so với bê tông trong cọc BTCT thường. Nên khả năng chống thấm chống ăn mòn của cọc bê tông ly tâm ULT tốt hơn. - Chi phí cho 1m cọc bê tông cốt thép thường cao hơn 1m cọc bê tông ly tâm ULT mà nhà máy đưa ra. Vì vậy sử dụng cọc bê tông ly tâm ULT có sức chịu tải cao, tăng tuổi thọ công trình và mang lại hiệu quả kinh tê cao. Chương 4. THI CÔNG CỌC BÊ TÔNG LY TÂM ỨNG LỰC TRƯỚC 4.1 Quy trình thi công và nghiệm thu công tác hạ cọc vào nền. 4.1.1 Công tác kiểm tra chất lượng cọc khi đưa vào công trường. a) Hình dạng. Cọc không được có các khuyết tật và phải ghi đầy đủ các nhãn mác trên thân cọc. b) Kích thước: Dùng thước thép hoặc thước thép cuộn có độ chính xác 1mm, đo đường kính ngoài thực tế của cọc theo hai trục xuyên tâm thẳng góc của một tiết diện được thực hiện trên hai đầu cọc. Dùng thước kẹp có độ chính xác đến 0,1mm, để đo chiều dày thành cọc. Dùng thước thép hoặc thước thép cuộn có độ chính xác 1mm, để đo kiểm tra chiều dài của cọc theo các đường sinh. c) Khả năng chịu lực (theo lý lịch của nhà sản xuất). Các thông số của cọc được nhà sản xuất cung cấp cho khách hàng. Bảng 4.1 Đặc tính kỹ thuật cúa cọc PC (mác 600kG/cm2) 4.1.2 Công tác chuẩn bị mặt bằng và phương tiện cơ giới. Trước khi hạ cọc cần tiến hành các công tác chuẩn bị sau: - Nghiên cứu điều kiện địa chất công trình và địa chất thủy văn, chiều dày, thế nằm và đặc trưng cơ lý của chúng. - Thăm dò khả năng có các trướng ngại dưới đất để có biện pháp loại bỏ chúng, sự có mặt của công trình ngầm và công trình lân cận để có biện pháp phòng ngừa ảnh hưởng xấu đến chúng. - Xem xét điều kiện môi trường đô thị (tiếng ồn và chấn động) theo tiêu chuẩn môi trường liên quan khi thi công ở gần khu dân cư và công trình có sẵn. - Lập lưới trắc đạc định vị các trục móng và tọa độ các cọc cần thi công trên mặt bằng. - Sắp xếp cọc trên mặt bằng thi công. - Đánh dấu chia đoạn lên thân cọc theo chiều dài cọc. - Tổ hợp các đoạn cọc trên mặt đất thành cây cọc theo thiết kế. - Đặt máy trắc đạc để theo dõi độ thẳng đứng của cọc và đo độ chối của cọc. Phưng tiện cơ giới. Lựa chọn máy ép cọc cần thỏa mãn các yêu cầu: - Công suất của thiết bị không nhỏ hơn 1,4 lần lực ép lớn nhất do thiết kế quy định. - Lực ép của thiết bị phải đảm bảo tác dụng đúng dọc trục tâm cọc khi ép từ đỉnh cọc và tác dụng đều lên các mặt bên cọc khi ép ôm, không gây ra lực ngang lên cọc. - Thiết bị phải có chứng chỉ kiểm định thời hiệu về đồng hồ đo áp và các van dầu cùng bảng hiệu chỉnh kích do cơ quan có thẩm quyền cấp. - Thiết bị ép cọc phải đảm bảo điều kiện vận hành và an toàn lao động khi thi công. 4.1.3. Công tác hạ cọc vào nền. 4.1.3.1. Định vị tim cọc. Định vị trí các trục móng cần được tiến hành từ các mốc chuẩn theo quy định hiện hành, mốc định vị trục thường làm bằng các cọc đóng nằm cách trục ngoài cùng của móng không ít hơn 10m. Trong biên bản bàn giao mốc định vị phải có sơ đồ bố trí mốc cùng tọa độ của chúng cũng như cao độ của các mốc chuẩn dẫn từ lưới cao trình thành phố hoặc quốc gia. Việc định vị từng cọc trong quá trình thi công phải do các trắc đạc viên có kinh nghiệm tiến hành dưới sự giam sát của kỹ thuật thi công cọc phía nhà thầu và trong các công trình quan trong phải được tư vấn giám sát kiểm tra. Độ chuẩn của lưới trục định vị phải thường xuyên được kiểm tra, đặc biệt khi có một mốc bị dịch chuyển thì cần được kiểm tra ngay. Độ sai lệch của các trục so với thiết kế không được vượt quá 1cm trên 100m chiều dài tuyến. 4.1.3.2. Ép cọc ly tâm ứng lực trước. Quy định chung. Cọc được ép xuống từng đoạn bằng kích, có đồng hồ đo áp lực. Xác định lực nén cọc thay đổi theo độ sâu của các đốt cọc được nối bằng hàn. Kiểm tra cọc trước khi ép. Cọc chỉ được tiến hành ép khi đủ tuổi. Trong quá trình lắp đặt cọc và ép cọc (đặc biệt với những đốt cọc đầu) phải có các gối tựa, thanh đỡ vòng kẹp trên bệ kích, đảm bảo độ thẳng đứng định hướng cọc. Các vòng kẹp thân cọc được dịch chuyển theo cọc ép. Thiết bị ép cọc phụ thuộc vào yêu cầu công nghệ: Cọc được ép trước (dùng đối trọng ngoài) hoặc cọc ép sau (dùng đối trọng là công trình). Thiết bị cần đạt các yêu cầu sau: - Hệ kích thủy lực của thiết bị cần ép được cọc với tải trọng không nhỏ hơn hai lần sức chịu tải cho phép của cọc theo dự kiến. - Hệ thống bơm dầu áp lực phải kín, có tốc độ và lưu lượng thích hợp. Đồng hồ đo áp lực nhất thiết cần được kiểm chứng tại cơ quan có thẩm quyền và được cấp chứng chỉ. - Hệ thống định vị kích và cọc ép cần chính xác, được điều chỉnh đúng tâm, không gây lực ngang tác dụng lên đầu cọc. Trong trường hợp hệ ép cọc bao gồm nhiều kích ép, tổng hợp lực của các kích ép phải trùng với trục đi qua tâm cọc. - Chân đế hệ thống kích ép phải ổn định và đặt phẳng trong suốt quá trình ép cọc Neo và đối trọng. - Neo đối trọng cần tạo được phản lực ít nhất bằng lực cực đại của kích làm việc theo yêu cầu cân thiết. - Trường hợp dùng đối trọng là công trình phải kiểm tra lực truyền vào công trình và có các biện pháp thi công, giải pháp cấu tạo thích hợp. Quy trình ép cọc: - Hệ thống kích và giá đỡ cần được định vị đúng vị trí và thẳng đứng. - Thiết bị ép cọc được liên kết với hệ thống neo hoặc hệ dầm chất đối trọng. - Đốt cọc đầu tiên được định vị chính xác về độ thẳng đứng và vị trí. - Cọc mồi bằng thép được sử dụng trong quá trình ép cọc. Hai đầu cọc mổi phẳng và vuông góc với trục cọc. - Mối nối cọc thực hiện bằng hàn đảm bảo chiều dầy và công nghệ theo quy phạm. Trước và sau khi hàn cần kiểm tra độ thẳng đứng của cọc bằng ni vô. Trường hợp mặt phẳng đầu mối nối bị nghiêng có thể bằng xi măng khô. Lý lịch ép cọc được ghi chép ngay trong quá trình thi công. - Ngày đúc cọc. - Số hiệu cọc, vị trí và kích thước cọc. - Chiều xâu ép cọc, số đốt cọc và mối nối. - Thiết bị ép cọc, khả năng của kích ép, hành trình kích, diện tích pit tông, lưu lượng dầu, áp lực bơm dầu lớn nhất. - Áp lực hoặc tải trọng ép cọc trong từng đoạn một mét hoặc trong một đốt. - Áp lực dùng ép cọc. - Loại đệm đầu cọc. - Trình tự ép cọc trong nhóm. - Những vấn đề kỹ thuật cản trở công tác ép cọc theo thiết kế các sai số về vị trí và độ nghiêng. - Tên cán bộ giám sát và tổ trưởng thi công. Ghi chú: Cần chú ý khi cọc tiếp xúc với lớp đất tốt (áp lực kích hoặc tải trọng nén tăng dần), nên giảm tốc độ ép cọc, đồng thời đọc áp lực hoặc lực nén cọc trong từng đoạn 20cm. Cọc được dừng nén khi thỏa mãn các điều kiện sau: - Đạt chiều sâu xấp xỉ chiều sâu do thiết kế quy định. - Lực ép cọc bằng 1,5 đến 2 lần sức chịu tải cho phép của cọc, theo yêu cầu thiết kế. - Cọc được ngàm vào lớp đất tốt chịu lực một đoạn ít nhất bằng 3 đến 5 lần đường kính cọc (kể từ lúc áp lực kích tăng đáng kể). - Trình tự ép cọc. Trường hợp ép cọc sử dụng đối trọng công trình, cần kiểm tra đối trọng và quy định vị trí ép cọc đồng thời trong một đài cọc. - Khi ép cọc sử dụng đối trọng ngoài, tương tự như cọc đóng, cần thiết đảm bảo công tác thi công không làm ảnh hưởng đến công trình xung quanh. - Sai số cho phép. Tại vị trí cao độ đáy đài, đầu cọc không được sai số quá 75mm so với vị trí thiết kế. Độ nghiêng của cọc không vượt quá 1/75. - Sửa chữa và kéo dài đầu cọc: Sữa chữa và kéo dài đầu cọc tuân theo các quy định cho trường hợp cọc đóng. - Khoan dẫn: Trường hợp cọc gặp chướng ngại vật hoặc lớp đất cứng xen kẹp, công tác khoan dẫn và hạ cọc được tiến hành trước khi ép cọc. Hố khoan dẫn trong cát nên có biện pháp bảo vệ thành hố khoan bằng dung dịch sét. 4.1.3.3. Công tác nối cọc. Việc nối cọc được thực hiện khi chiều dài một cọc nhỏ hơn độ sâu thiết kế. Những yêu cầu khi nối cọc: - Kích thước các bản mã đúng với thiết kế. - Trục của đoạn cọc đã được kiểm tra độ thẳng đứng theo hai phương vuông góc với nhau. - Bề mặt ở đầu hai đoạn cọc nối phải tiếp xúc khít với nhau. Đường hàn mối nối cọc phải đảm bảo đúng quy định của thiết kế về chịu lực, không có những khuyết tật sau. - Kích thước đường hàn sai lệch so với thiết kế. - Chiều cao hoặc chiều rộng của mối hàn không đều. - Đường hàn không thẳng, bề mặt mối hàn bị rỗ, không ngấu, quá nhiệt, có chảy loang, lẫn xỉ, bị nứt … Chỉ được tiếp tục hạ cọc khi đã kiểm tra mối nối hàn không có khuyết tật Công tác nối cọc 4.1.3.4. Kiểm tra độ chối. Khi cọc đến độ sâu thiết kế mà chưa đạt độ chối quy định thì nhà thầu phải kiểm tra lại quy trình đóng cọc của mình, có thể cọc đã bị xiên hoặc bị gẫy, cần tiến hành đóng bù sau khi cọc được nghỉ và các thí nghiệm kiểm tra độ nguyên vẹn của cọc (thí nghiệm PIT) và thí nghiệm phân tích sóng ứng suất (PDA) để xác định nguyên nhân, báo thiết kế có biện pháp sử lý. Khi đóng cọc đạt độ chối quy định mà cọc chưa đạt độ sâu thiết kế thì có thể cọc đã gặp chướng ngại, điều kiện địa chất công trình thay đổi, đất nền bị trồi … nhà thầu cần xác định rõ nguyên nhân để có niện pháp khắc phục. 4.2. Các sự cố liên quan đến thi công cọc ly tâm ứng suất trước. 4.2.1 Bể đầu cọc. Nguyên nhân hư hỏng là đóng hoặc ép cọc, cọc bị nghiêng dẫn đến lực đóng hoặc ép không đúng tâm làm bể đầu cọc. 4.2.2. Nứt cọc. Nứt cọc do va đập khi vận chuyển, cẩu lắp. 4.3. Giải pháp hạn chế và khắc phục các sự cố - Khi đóng cọc hoặc ép cần thường xuyên kiểm tra độ đồng trục của cọc, mũi cọc và búa, trạng thái các tấm đệm giảm xung trên và dưới mũi của cọc đặc biệt là độ vuông góc của mặt phẳng tấm đệm trên và mặt phẳng đầu cọc so với trục cọc. - Cọc chỉ được phép bốc xếp, vẩn chuyển khi cường độ bê tông đạt tối thiểu 75% cường độ thiết kế. - Cọc phải được xếp, dỡ bằng máy cẩu có sức cẩu thích hợp. - Khi vận chuyển cọc đi xa phải có xe chuyên dụng, các cọc phải được liên kết chặt với phương tiện vận chuyển để tránh xô đẩy, va đập gây hư hỏng, biến dạng. 4.5 Hình ảnh thực tế thi công cọc bê tông ly tâm ULT tại công trường. Máy ép cọc tai công trường.