THƯ VIỆN KETCAUSOFT

1. Bài toán cọc chống

Trong thực tế thiết kế kết cấu công trình, nền đất có thể có lớp đá xuất hiện khá sớm, tùy theo quy mô của công trình, chiều sâu của cọc tính toán (cọc BTCT đúc sẵn hoặc cọc khoan nhồi,…) có thể vượt quá chiều dày của tổng các lớp đất phía trên và tới lớp đá, khi đó ta có kết cấu cọc chống.

2. TCVN 10304:2014, mục 7.2.1

Theo quy định tại mục này, sức chịu tải trọng nén R_c,u tính bằng KN, của cọc tiết diện đặc, cọc ống đóng hoặc ép nhồi và cọc khoan (đào) nhồi khi chúng tựa trên nền đá kể cả cọc đóng tựa trên nền ít bị nén (xem mục 6.2) được xác định theo công thức sau:

R_c,u = γ_c*q_b*A_b

Trong đó: 

• γ_c là hệ số làm việc của cọc trong nền, γ_c = 1;
• q_b là cường độ sức kháng của đất nền dưới mũi cọc chống;
• A_b là diện tích tựa cọc trên nền, lấy bằng diện tích mặt cắt ngang đối với cọc đặc, cọc ống có bịt mũi; lấy bằng diện tích mặt cắt ngang toàn cọc khi độn bê tông đến chiều cao không bé hơn 3 lần đường kính cọc.

Đối với mọi loại cọc đóng hoặc ép, tựa trên nền ít bị nén, q_b = 20 MPa.

Đối với cọc đóng hoặc ép nhồi, khoan nhồi và cọc ống nhồi bê tông tựa trên nền đá không phong hóa, hoặc nền ít bị nén (không có các lớp đất yếu xen kẹp) và ngàm vào đó ít hơn 0,5m, q_b được xác định theo công thức:

q_b = R_m = (R_c,m,n / γ_g)   (1)

Trong đó:

• R_m là cường độ sức kháng tính toán của khối đá dưới mũi cọc chống, xác định theo R_c,m,n là trị tiêu chuẩn của giới hạn bền chịu nén một trục của khối đá trong trạng thái no nước, theo nguyên tắc, xác định ngoài hiện trường;
• γ_g là hệ số độ tin cậy của đất, γ_g = 1,4.

Đối với các phép tính sơ bộ nền công trình thuộc tất cả các cấp quan trọng, cho phép lấy:

R_c,m,n = R_c,n*K_s   (2)   

Trong đó:

• R_c,n là trị tiêu chuẩn giới hạn bền chịu nén một trục của đá và ở trạng thái bão hòa nước được xác định theo kết quả thử mẫu (nguyên khối) trong phòng thí nghiệm;
• K_s là hệ số, kể đến cường độ do vết nứt trong đá, xác định theo Bảng 1.

Trong mọi trường hợp, giá trị q_b lấy không quá 20MPa.

Đối với cọc đóng hoặc ép nhồi, khoan nhồi và cọc ống nhồi bê tông tựa lên nền đá không phong hóa, hoặc nền ít bị nén (không có các lớp đất yếu xen kẹp) và ngàm vào đó ít nhất 0,5m, q_b được xác định theo công thức sau:

q_b = R_m*(1 + 0,4*l_d / d_f)   (3)

Trong đó:

• R_m xác định theo công thức (1);
• l_d là chiều sâu ngàm cọc vào đá;
• d_f là đường kính ngoài của phần cọc ngàm vào đá.
• Giá trị của (0,4*l_d / d_f) lấy không quá 3.

Đối với cọc ống tựa đều trên mặt nền đá không phong hóa, phủ trên nền đá lớp đất không bị xói có chiều dày tối thiểu bằng ba lần đường kính cọc, giá trị (1 + 0,4*l_d / d_f) trong công thức (3) lấy bằng 1.

Chú thích: Khi cọc đóng (ép nhồi), cọc khoan nhồi hay cọc ống tựa trên nền đá phong hóa hoặc đá mềm, cường độ chịu nén một trục giới hạn của đá phải lấy theo kết quả thử mẫu đá bằng bàn nén hoặc theo kết quả thử cọc chịu tải trọng tĩnh.

3. Câu hỏi và thảo luận

Câu hỏi 1: Tại sao khi tính toán sức chịu tải trọng nén của cọc chống, có thể bỏ qua sức kháng của đất trên thân cọc (sức kháng thành bên)?

Trả lời: Sức kháng thành bên của cọc được sinh ra bởi lực ma sát khi có sự chuyển dịch giữa cọc và nền đất. Với bài toán tính sức chịu tải nén của cọc chống, mũi cọc được đặt vào lớp đá hoặc nền ít bị nén (định nghĩa nền ít bị nén xem tại chú thích mục 6.3), cường độ nền đất (hoặc đá) tại mũi cọc rất lớn, dẫn đến việc cọc không bị dịch chuyển theo phương thẳng đứng, do đó không sinh ra lực ma sát giữa cọc và đất. Tuy nhiên, do tính chất của vật liệu (bê tông cốt thép) trong quá trình làm việc, cọc có hiện tượng co ngắn đàn hồi, vì vậy, ma sát thành bên được sinh ra, lực ma sát do hiện tượng co ngắn đàn hồi gây ra rất nhỏ, cho nên ta có thể bỏ qua sức kháng thành bên khi tính toán sức chịu tải trọng nén của cọc chống.

Câu hỏi 2: Trong chú thích tại mục 7.2.1 có đề cập đến vấn đề mũi cọc tựa trên nền đá phong hóa mạnh (chỉ số chất lượng đá RQD = 0) hoặc đá mềm, khi đó cường độ chịu nén một trục giới hạn của đá phải lấy theo kết quả thử mẫu bằng bàn nén hoặc theo kết quả thử cọc chịu tải trọng tĩnh. Tuy nhiên, khi thiết kế, ta vẫn phải tính toán để có kết quả tham chiếu với kết quả thí nghiệm ngoài hiện trường. Trong tiêu chuẩn không đề cập đến quy trình tính toán, vậy trong trường hợp này, quy trình tính toán ra sao?

Trả lời: Đối với nền đá bị phong hóa mạnh hoặc đá mềm, ta có thể quy đổi gần đúng bài toán tính sức chịu tải trọng nén của cọc chống vào nền đá thành bài toán tính sức chịu tải trọng nén của cọc treo với mũi cọc nằm ở lớp đất có chỉ số SPT = 100, khi đó, phải kể đến sức kháng thành bên của cọc.

Download tài liệu tại đây: https://ketcausoft.com/tailieu/posts/tinh-suc-chiu-tai-cua-coc-chong