1. Định nghĩa cọc chống

Theo điều 3.3 của TCVN 10304:2014, định nghĩa “Cọc chống là cọc truyền tải trọng vào nền chủ yếu qua mũi cọc”.

Theo điều 6.3, Cọc chống bao gồm tất cả các loại cọc tựa vào nền đá. Khi tính sức chịu tải của cọc chống theo đất nền, có thể không cần xét tới sức kháng của đất (trừ ma sát âm) trên thân cọc.

Còn Cọc treo (hay vẫn quan gọi là cọc ma sát) truyền tải trọng xuống đất nền qua thân (ma sát thành cọc) và mũi cọc.

Với cọc đóng kể cả khi không tựa vào đá mà chỉ cần tựa vào nền đất ít bị nén thì cũng coi là Cọc chống. Nền đất được gọi là ít bị nén khi đất nền ở dạng mảnh vụn thô lẫn cát ở trạng thái chặt vừa và chặt, đất dính ở trạng thái cứng, bão hoà nước, có module biến dạng Eo≥50MPa.

 

2. Tính toán sức chịu tải

2.1. Giá trị tính toán

Cùng nguyên lý khi tính sức chịu tải cọc theo SPT theo TCVN 10304:2014, sức chịu tải tính toán $Q_a$ phải qua vài hệ số từ sức chịu tải cực hạn $R_{c,u}$. Các hệ số này lấy theo điều 7.1.11 của Tiêu chuẩn:

$$Q_a = \frac{\gamma_o}{\gamma_n}\frac{R_{c,u}}{\gamma_k}$$

Các hệ số:

$\gamma_o$: Hệ số điều kiện làm việc, kể đến yếu tố tăng mức độ đồng nhất của nền đất khi sử dụng móng cọc. Lấy bằng 1 với cọc đơn và 1,15 cho móng nhiều cọc

$\gamma_n$: Hệ số độ tin cậy về tầm quan trọng của công trình, lấy bằng 1,2; 1,15 và 1,1 tương ứng với tầm quan trọng của công trình cấp I, II và III ( Phụ lục F của tiêu chuẩn)

$\gamma_k$: Hệ số độ tin cậy theo đất nền, lấy như sau:

Tích số $\frac{\gamma_o}{\gamma_n}\frac{1}{\gamma_k}$ thông thường lớn hơn 0,5, nghĩa là sức chịu tải tính toán thông thường lớn hơn một nửa giá trị sức chịu tải cực hạn.

 

$R_{c,u}$: Sức chịu tải trọng nén cực hạn, lấy theo điều 7.2.1 với cọc chống như sau:

$R_{c,u} = \gamma_cq_bA_b$

$\gamma_c$: Hệ số điều kiện làm việc của cọc trong nền, $\gamma_c$ = 1

$A_b$: Diện tích mặt cắt ngang mũi cọc

$q_b$: Cường độ sức kháng của đất nền dưới mũi cọc chống, lấy không quá 20MPa trong mọi trường hợp.

♦ TH1: Cọc đóng hoặc ép, tựa trên nền đá và nền đất ít bị nén, $q_b$ = 20MPa

♦ TH2: Cọc khoan nhồi và các loại cọc ít dùng hơn – cọc đóng nhồi, ép nhồi, ống nhồi bêtông – tựa lên nền đá không phong hoá, hoặc nền ít bị nén không có các lớp đất yếu xen kẹp và ngàm vào đó ít hơn 0,5m, $q_b$ xác định theo:

$$q_b=R_m=\frac{R_{c,m,n}}{\gamma_g}$$

$R_m$: Cường độ sức kháng tính toán của khối đá dưới mũi cọc chống

$R_{c,m,n}$: Trị tiêu chuẩn của giới hạn bền chịu nén một trục của khối đá trong trạng thái no nước. Theo nguyên tắc phải xác định giá trị này bằng thí nghiệm ngoài hiện trường. Nhưng hầu như không thể làm thí nghiệm này ở chiều sâu đá dưới lòng đất tại hiện trường nên chấp nhận cách tính sau: $R_{c,m,n} = R_{c,n}K_s$

$R_{c,n}$: trị tiêu chuẩn giới hạn bền chịu nén một trục của đá ở trạng thái bão hoà nước xác định theo kết quả nén mẫu (nguyên khối) trong phòng thí nghiệm

$K_s$: Hệ số kể đến giảm cường độ do vết nứt trong nền đá, xác định theo bảng 1 của tiêu chuẩn như sau, phụ thuộc vào số liệu RQD của đá:

♦ TH3: mô tả tương tự như TH2, chỉ khác là cọc ngàm vào đá ≥0,5m, $q_b$ xác định theo công thức:

$$q_b = R_m(1+0,4\frac{l_d}{d_f})$$

$R_m$: xác định như trên

$l_d$: Chiều sâu ngàm cọc vào đá

$d_f$: Đường kính ngoài của phần cọc ngàm vào đá.

Giá trị $(1+0,4\frac{l_d}{d_f})$ lấy không quá 3.

♦ TH4: Khi cọc khoan nhồi tựa lên nền đá phong hoá hoặc đá mềm

Sức chịu tải cọc phải lấy theo kết quả thí nghiệm nén tĩnh, hoặc

Cường độ chịu nén một trục giới hạn của đá phải lấy theo kết quả thí nghiệm bàn nén mẫu đá ngoài hiện trường (gần như không thể).

 

2.2. Kinh nghiệm thực tế

Qua các dự án đã thực hiện tư vấn, tôi thấy: Đã làm cọc khoan nhồi chống lên đá thì cố gắng thiết kế ngàm vào lớp đá không phong hoá, chiều sâu ngàm tối thiểu là 0,5m. Lý do:

  • Cọc chống vào đá không phong hoá, rơi vào TH4, không đủ căn cứ để dùng số liệu $R_{c,n}$. Chỉ có thí nghiệm nén tĩnh mới  cho giá trị sức chịu tải dùng được.
  • Bên trên lớp đá không phong hoá bao giờ cũng có lớp đá phong hoá với chỉ tiêu cơ lý RQD và $R_{c,n}$ thấp. Không huy động hết sức chịu tải của đất nền trong khi khoan cọc vào đá rất tốn. Như vậy là chi phí đầu tư nhiều mà thu lại chẳng được bao nhiêu, thiết kế đáng bị đánh giá là không hợp lý.
  • Trong đá vôi ở các vùng Quảng Ninh, Quảng Bình… luôn có rủi ro xuất hiện hang Karst (Cátxtơ) rất khó lường, gây rủi ro lên quá trình thi công và cả khi sử dụng: không cẩn thận lại dừng cao độ mũi cọc ở bên trên hang Karst sẽ bị lún, nền móng bị phá hoại. Chỉ có phương án an toàn là khoan qua tất cả các hang Karst để dừng mũi cọc vào lớp đá không phong hoá phía dưới. Có thể sử dụng ống vách không thu hồi để đảm bảo quá trình thi công không bị sự cố.
  • Mũi cọc chống vào lớp đá không phong hoá, có RQD và  $R_{c,n}$ cao, cho phép huy động hết sức chịu tải của nền đá để $q_b$=20MPa. Lúc đó sức chịu tải theo đất nền rất cao và Kết cấu sư chỉ cần lựa chọn sức chịu tải theo vật liệu bêtông cốt thép cọc. Thiết kế như vậy là tối ưu về kinh tế, cho phép giảm tối đa số lượng cọc.

 

3. Các lưu ý về Khảo sát địa chất nền đá

Khi lựa chọn phương án móng cọc chống trên nền đá, Kết cấu sư cần chú ý ngay từ đâu khi làm yêu cầu Khảo sát địa chất để đơn vị Khảo sát làm cho đúng:

  • Khi khoan khảo sát vào đá, nếu gặp dải vụn do đứt gãy hoặc hang động nên khoan xuyên vào trong lớp đá gốc không phong hoá ít nhất 3m hoặc ít nhất 5m từ khi chạm đá (theo yêu cầu của TCVN 9363:2012). Dừng khoan ở chiều sâu lớn hơn trong 2 con số trên.
  • Các chỉ tiêu cơ lý của đá cần có trong kết quả khảo sát địa chất:
    • RQD: chỉ số chất lượng đá, %
    • $R_{c,n}$: Cường độ kháng nén khi bão hoà, MPa
    • Cường độ kháng nén khi khô, MPa

 

Tham khảo:

  • TCVN 10304:2014 Móng cọc – Tiêu chuẩn thiết kế
  • TCVN 9363:2012 Khảo sát cho xây dựng – Khảo sát địa kỹ thuật cho nhà cao tầng
  • TCVN 4419:1987 Khảo sát cho xây dựng – Nguyên tắc cơ bản

Thành phẩm: Bảng tính Excel, tại đây

Comments

comments

Tuannm

- VNCC - Tổng Công ty Tư vấn xây dựng Việt Nam - CTCP Phó giám đốc - VP Kết cấu 3 - CDSE Sáng lập