Ứng dụng cọc khoan nhồi trong các công trình xây dựng

Ch­¬ng 7 ThiÕt kÕ mãng cäc khoan nhåi Ph¹m vi ¸p dông Cäc nhåi ®­îc sö dông trong tr­êng hîp t¶i träng c«ng tr×nh lín (nhµ cao tÇng, cÇu,…) vµ c«ng tr×nh x©y dùng trong khu d©n c­. Cäc nhåi cã ­u ®iÓm lµ søc chÞu t¶i lín, khi thi c«ng kh«ng g©y chÊn ®éng m¹nh vµ tiÕng ån lín. Tuy vËy cäc nhåi cã nh­îc ®iÓm lµ gi¸ thµnh cao vµ viÖc kiÓm tra chÊt l­îng phøc t¹p. ë n­íc ta c¸c c«ng tr×nh nhµ cao tÇng ®· x©y dùng trong c¸c thµnh phè lín nh­ Hµ Néi, thµnh phè Hå ChÝ Minh hÇu hÕt ®Òu dïng mãng cäc nhåi. Thùc tÕ cho thÊy viÖc sö dông mãng cäc khoan nhåi cho nhµ cao tÇng lµ hîp lý. 7.1. ThiÕt kÕ cäc khoan nhåi 7.1.1. KÝch th­íc cäc th­êng dïng cho nhµ cao tÇng §­êng kÝnh cäc 0,60m; 0,80m; 1,00m; 1,20m; 1,40m. ChiÒu dµi cäc tuú theo ®iÒu kiÖn ®Þa chÊt c«ng tr×nh tõng ®Þa ®iÓm x©y dùng. ThÝ dô ë Hµ Néi, cäc nhåi th­êng c¾m vµo tÇng c¸t lÉn cuéi sái ë ®é s©u 40 ¸ 50m; ë thµnh phè Hå ChÝ Minh, cäc nhåi th­êng c¾m vµo tÇng sÐt pha nöa cøng ë ®é s©u 30 ¸ 50m. 7.1.2. Bª t«ng cäc nhåi Bª t«ng ph¶i cã m¸c R ³ 250#, th­êng dïng m¸c 300#, dïng kho¶ng 425 kg xi m¨ng cho 1m3 bª t«ng. §é sôt th«ng th­êng tõ 12 ®Õn 17. 7.1.3. Cèt thÐp trong cäc nhåi Cèt thÐp ®­îc thiÕt kÕ theo quy ®Þnh sau ®©y: - Cèt thÐp ®­îc bè trÝ theo tÝnh to¸n. - NÕu cäc chÞu nÐn ®óng t©m th× cèt thÐp chØ cÇn bè trÝ ®Õn 1/3 chiÒu dµi cäc (ë phÝa ®Çu cäc). - NÕu cäc chÞu uèn, chÞu kÐo, chÞu nhæ th× cÇn bè trÝ cèt thÐp hÕt c¶ chiÒu dµi cäc (xem h×nh 7.1). - Cäc chÞu nÐn cã hµm l­îng thÐp chñ (thÐp däc) ³ 0,2 ¸ 0,4%. H×nh 7.1: CÊu t¹o lång cèt thÐp - Cäc chÞu uèn, chÞu kÐo, chÞu nhæ cã hµm l­îng thÐp chñ ³ 0,4 ¸ 0,65%. - Cèt thÐp chñ bè trÝ theo chu vi cäc cã ®­êng kÝnh tèi thiÓu F ³ 12mm. - Cèt thÐp ®ai F6 ¸ 10mm ®Æt c¸ch nhau 200 ¸ 300mm cã thÓ dïng cèt ®ai ®¬n hoÆc vßng xo¾n liªn tôc. Vßng xo¾n liªn tôc chØ nªn dïng cho lo¹i cäc nhá (D = 60cm vµ 80cm). - NÕu lång cèt thÐp dµi h¬n 4m th× cø c¸ch nhau mçi ®o¹n 2m cÇn bæ sung mét thÐp ®ai cã ®­êng kÝnh lín h¬n (thÝ dô F12 hoÆc F14) ®Ó t¨ng c­êng cho lång cèt thÐp, ®ång thêi ®Ó g¾n c¸c miÕng kª b¶o vÖ cèt thÐp b»ng bª t«ng. - Líp bª t«ng b¶o vÖ cèt thÐp kh«ng ®­îc nhá h¬n 5cm, th«ng th­êng lµ 7cm. - Kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c cèt thÐp däc (thÐp chñ) kh«ng ®­îc nhá h¬n 10cm. - NÕu tiÕt diÖn cña cäc nhá h¬n 0,5m2, th× hµm l­îng cèt thÐp däc kh«ng ®­îc nhá h¬n 0,5%. NÕu tiÕt diÖn cäc tõ 0,5m2 ¸ 1m2, th× hµm l­îng cèt thÐp däc th­êng vµo kho¶ng 0,25%. H×nh 7.2: §Æt èng siªu ©m - §Ó chèng ®Èy tråi lång cèt thÐp khi ®æ bª t«ng (b»ng ph­¬ng ph¸p v÷a d©ng) th× cÇn bè trÝ hai khung thÐp h×nh ë ®Çu mòi cäc c¸ch nhau 2m (xem h×nh 7.1). - Nèi cèt thÐp cäc kh«ng ®­îc hµn h¬i, chØ ®­îc buéc hoÆc hµn chÊm b»ng ®iÖn. - Buéc nèi èng dÉn ®Çu thu vµ ®Çu ph¸t siªu ©m (kiÓm tra chÊt l­îng bª t«ng cäc nhåi) vµo thÐp chñ (xem h×nh 7.2). Sè l­îng c¸c èng siªu ©m ®­îc bè trÝ tuú theo tiÕt diÖn cäc - Cäc cã ®­êng kÝnh D £ 1,00m th× dïng 3 èng. - Cäc cã ®­êng kÝnh D = 1,00m ¸ 1,30m th× dïng 4 èng. - Cäc cã ®­êng kÝnh D = 1,30 ¸ 1,50m th× dïng 5 èng. - Cäc cã ®­êng kÝnh D > 1,5m th× dïng 6 èng. 7.1.4. Dung dÞch khoan Dung dÞch khoan th­êng dïng Bentonite ®Ó gi÷ cho thµnh hè khoan kh«ng bÞ sËp. Dïng Bentonite, cÇn chó ý nh÷ng ®iÓm sau: - Dung dÞch khoan ph¶i phï hîp víi c¸c ®Æc tÝnh lÝ ho¸ cña ®Êt vµ cña n­íc d­íi ®Êt. - Mét dung dÞch míi tr­íc khi sö dông ph¶i cã c¸c ®Æc tÝnh sau: + §é nhít Marsh > 35 gi©y. + Hµm l­îng c¸t b»ng 0; + §é t¸ch n­íc d­íi 30cm3; + §­êng kÝnh h¹t d­íi 3mm. + Dung träng g = 1,01 ¸ 1,05 (trõ tr­êng hîp ®Æc biÖt khi dïng lo¹i dung dÞch sÐt nÆng Super moch). - Khi thu håi Bentonite ®Ó dïng l¹i, hµm l­îng c¸t ph¶i nhá h¬n 3 ¸ 5%. Chó ý: ViÖc dïng dung dÞch khoan (Bentonite) lµ cña ng­êi thi c«ng nh­ng ng­êi thiÕt kÕ ph¶i quy ®Þnh v× ng­êi thiÕt kÕ biÕt râ cÊu t¹o ®Þa tÇng. 7.2. thiÕt kÕ ®µi cäc khoan nhåi §µi cäc cã chøc n¨ng truyÒn t¶i träng cña kÕt cÊu bªn trªn xuèng cäc vµ liªn kÕt c¸c cäc gÇn nhau l¹i ®Ó chóng cïng lµm viÖc nh­ mét nhãm cäc. Sau ®©y, sÏ giíi thiÖu c¸ch thiÕt kÕ ®µi cäc cña 1 cäc, ®µi cäc cña 2 cäc, ®µi cäc cña 3 cäc vµ ®µi cäc cña 4 cäc. 7.2.1. §µi 1 cäc ChiÒu cao cña ®µi cäc h = h0 + 5cm (xem h×nh 7.3 vµ 7.4). Trong ®ã h0 lµ chiÒu cao h÷u Ých cña ®µi cäc (tÝnh tõ mÆt cèt thÐp ®Õn mÆt trªn cña ®µi cäc) cßn 5cm lµ chiÒu dµy líp bª t«ng b¶o vÖ cèt thÐp. (7-1) ë ®©y: C lµ mét kÝch th­íc ngang t­¬ng ®­¬ng cña cäc (7-2) (c¸c kÝ hiÖu a, b, D xem trªn h×nh vÏ 7.3). H×nh 7.3: CÊu t¹o ®µi cäc cña 1 cäc H×nh 7.4: Bè trÝ cèt thÐp cho ®µi 1 cäc Cèt thÐp cÇn thiÕt cho ®µi 1 cäc: (7-3) trong ®ã: P - t¶i träng ë ch©n cét; Ra - c­êng ®é tÝnh to¸n cña cèt thÐp; Theo kinh nghiÖm diÖn tÝch cèt thÐp tèi thiÓu ®­îc bè trÝ nh­ sau: - Cèt thÐp ngang th­êng dïng kho¶ng 4cm2 cho mçi mÐt chiÒu réng cña ®µi. - Cèt thÐp däc th­êng dïng kho¶ng 2h cm2 cho mçi mÐt bÒ mÆt c¹nh cña ®µi (h lµ chiÒu cao cña ®µi cäc tÝnh b»ng mÐt). - Cèt thÐp trung gian th­êng dïng kho¶ng 3cm2 cho mçi mÐt bÒ mÆt c¹nh cña ®µi. (ThÐp ngang, thÐp däc dïng F ³ 12mm, thÐp trung gian F ³ 8mm). Theo kinh nghiÖm, cã thÓ dïng kÝch th­íc ®µi cña mét cäc nhåi nh­ sau (víi m¸c bª t«ng th«ng dông 250# ¸ 300#): - ChiÒu cao ®µi cäc: h = d + 10cm (d lµ ®­êng kÝnh cäc). - DiÖn tÝch ®µi cäc: A = B = d + 40cm. H×nh 7.5: CÊu t¹o ®µi 2 cäc 7.2.2. §µi 2 cäc CÊu t¹o ®µi hai cäc nh­ h×nh vÏ 7.5. C¸c kÝch th­íc chñ yÕu cña ®µi cäc nh­ sau: - ChiÒu cao h÷u Ých cña ®µi cäc: (7-4) trong ®ã: e - kho¶ng c¸ch gi÷a hai tim cäc: e ³ 3d; a - c¹nh dµi cña tiÕt diÖn cét; (c¸c kÝch th­íc ®Òu cã thø nguyªn lµ mÐt). - ChiÒu cao ®µi cäc: h = h0 + 0,05m (7-5) ChiÒu dµy tÇng bª t«ng b¶o vÖ cèt thÐp ³ 5cm. Theo kinh nghiÖm, c¸c kÝch th­íc cña ®µi cäc th­êng x¸c ®Þnh nh­ sau: - ChiÒu cao ®µi hai cäc: h ³ 2d + 10cm (d lµ ®­êng kÝnh cña cäc) (7-6) - DiÖn tÝch ®µi cäc: + C¹nh dµi: A = e + d + f (7-7) + C¹nh ng¾n: B = d + f (7-8) Víi f lµ tÇng b¶o vÖ cña bª t«ng ngoµi cèt thÐp, f ³ 30cm. - M¸c bª t«ng ®µi cäc: 250# ¸ 300# - Cèt thÐp trong ®µi th­êng dïng lo¹i AII. - Cèt thÐp ë ®¸y ®µi ®­îc tÝnh to¸n theo lùc c¾t T: T = 0,5P cotgq (7-9) trong ®ã: P - t¶i träng th¼ng ®øng tõ cét truyÒn xuèng mãng; Gãc q th­êng dïng: 50o < q < 54o. DiÖn tÝch cèt thÐp ë ®¸y ®µi: Fa ³ (7-10) trong ®ã: Ra - c­êng ®é tÝnh to¸n cña cèt thÐp; H×nh 7.6: Bè trÝ cèt thÐp ®µi 2 cäc - Bè trÝ cèt thÐp trong ®µi cäc nh­ h×nh 7.6: Theo kinh nghiÖm, cã thÓ bè trÝ cèt thÐp nh­ sau: - Cèt thÐp ngang (ë ®Ønh ®µi vµ ®¸y ®µi) th­êng dïng ³ 5cm2 cho mçi mÐt chiÒu dµi cña ®µi cäc. - Cèt thÐp däc, th­êng dïng ³ 3hcm2 cho mçi mÐt bÒ mÆt c¹nh cña ®µi (h lµ chiÒu cao ®µi cäc, tÝnh b»ng mÐt). - Cèt thÐp trung gian, th­êng dïng kho¶ng 4cm2 cho mçi mÐt lµ mÆt c¹nh cña ®µi. (ThÐp ngang, thÐp däc dïng F ³ 14mm, thÐp trung gian F ³ 10mm). H×nh 7.7: CÊu t¹o mÆt b»ng ®µi cäc 7.2.3. §µi 3 cäc CÊu t¹o mÆt b»ng ®µi cäc, th«ng th­êng ®­îc thÓ hiÖn nh­ h×nh 7.7. - Nh÷ng kÝch th­íc h×nh häc cña mÆt b»ng ®µi cäc th«ng th­êng: D1 = D2 = D3 e = e1 = e2 ³ 3D (D lµ ®­êng kÝnh cäc, e lµ kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c tim cäc). - ChiÒu cao ®µi cäc: h ³ 2D + 10cm (7-11) - Bª t«ng ®µi cäc m¸c R# = 250 ¸ 300 - Cèt thÐp th­êng dïng lo¹i AII. - Cèt thÐp ë ®¸y ®µi ph¶i lín h¬n lùc c¾t do ph¶n lùc ®Çu cäc g©y nªn: (7-12) trong ®ã: P - t¶i träng th¼ng ®øng ë ch©n cét; Fp - ph¶n lùc ë ®µi cäc; q - gãc t¹o bëi ®­êng nèi gi÷a tim ch©n cét t¹i ®Ønh ®µi ®Õn tim ®Çu cäc ë ®¸y ®µi víi mÆt ph¼ng. - DiÖn tÝch cèt thÐp ë ®¸y ®µi: Fa ³ (7-13) trong ®ã: Ra - c­êng ®é tÝnh to¸n cña cèt thÐp - Lùc c¾t ®èi víi cèt thÐp ë vµnh khung chu vi biªn ®¸y ®µi cäc: (7-14) - DiÖn tÝch cèt thÐp ë vµnh khung chu vi biªn ®µi cäc ë ®¸y ®µi: Fa ³ (7-15) Theo kinh nghiÖm, th­êng bè trÝ thÐp nh­ sau: - Dïng 4F25 ®Õn 4F30 ë chu vi biªn ®¸y ®µi cäc. - L­íi thÐp ë mÆt trªn, mÆt ®¸y vµ mÆt c¹nh cña ®µi cäc dïng F10 ¸ F16 ®Æt c¸ch ®Òu nhau 20cm. Bè trÝ thÐp ®µi cäc cã thÓ tham kh¶o h×nh 7.8. Chó ý: §­êng kÝnh cäc cµng lín th× thÐp trong ®µi cµng lín. H×nh 7.8: CÊu t¹o cèt thÐp ®µi 3 cäc 7.2.4. §µi 4 cäc CÊu t¹o cèt thÐp ®µi 4 cäc xem h×nh 7.9. - ChiÒu cao ®µi cäc h ³ 2D + 10cm. (D lµ ®­êng kÝnh cäc, tÇng b¶o vÖ cña bª t«ng lµ 5cm). - Kho¶ng c¸ch tõ mÐp cäc ®Õn mÐp ®µi ³ 200mm. - Kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c tim cäc e ³ 3D. - ThÐp bè trÝ ë mÆt trªn, mÆt d­íi vµ mÆt c¹nh cña ®µi cäc th­êng 6cm2/1 mÐt dµi bÒ mÆt, tøc lµ dïng kho¶ng F12 ¸ 18 a200. Tuú theo ®­êng kÝnh cäc cµng lín th× dïng ®­êng kÝnh cèt thÐp cµng lín. ThÐp th­êng dïng lµ lo¹i AII. H×nh 7.9: CÊu t¹o cèt thÐp ®µi 4 cäc