Quy trình tính toán và thiết kế móng cọc cừ tràm (có bản vẽ)

Để có thể thi công đóng cọc cừ tràm có hiệu quả cao. Khắc phục những hiện tượng sạt lở, sụt lún nền đất khi xây dựng các công trình phía trên. Chính vì lý do trên chúng ta cần phải có một bản vẽ thiết kế móng cọc cừ tràm cụ thể. Dựa trên những quy trình tính toán sức chịu tải của cừ tràm. Từ bản vẽ và quy trình tính toán sẽ cho chúng ta biết công trình có thật sự thích hợp cho việc đóng cọc cừ tràm gia cố nền móng trước khi xây dựng. Hạn chế những hư hỏng, thiệt hại cho công trình.

Tính toán thiết kế cọc cừ tràm theo đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ mã số rd – 9513

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ mã số rd-9513 của GS TS HOÀNG VĂN TÂN cùng các cộng sự của mình nghiên cứu. Đề tài nghiên cứu có tên là “Quy trình tính toán và thiết kế móng cọc cừ tràm cho nền đất yếu”. Đề tài này đã chỉ ra quy trình thiết kế và tính toán móng cừ tràm có thể ứng dụng rộng rãi và có thính hiệu quả thiết thực rất cao. Ngoài ra còn có rất nhiều tài liệu hay khác như: tính toán cừ tràm của Nguyễn Xuân Năng…

Tính toán cọc tràm theo khả năng chịu tải

Công thức tính sức chịu tải của cừ tràm

Sức chịu tải của cừ tràm đơn được tính toán theo điều kiện vật liệu được xác định theo biểu thức sau:

P_đ = 0,6F_cR_ng

Trong đó:

F_c – diện tích tiếp xúc ngang của cọc tràm.

R_ng – cường độ chịu nén tính toán dọc thớ gỗ cọc tràm ( phần lõi ).

Sức chịu tải của cừ tràm đơn được tính toán theo điều kiện đất nền được xác định như sau:

Đối với cọc tràm làm việc giống như cọc chống, trị số P_đ được tính toán theo công thức sau:

P_đ = P_gh/K_l

Trong đó: P_gh = R_cF_c

R_c – sức kháng tính toán của đất dưới mũi của cọc.

Tính toán cừ tràm theo khả năng biến dạng

Tính toán độ lún của móng

Độ lún ổn định ( độ lún cuối cùng ) của móng cọc tràm được tính toán theo sơ đồ móng khối quy ước. Hoặc sơ đồ bản móng tương đương. Nếu tính toán móng cừ tràm theo sơ đồ móng khối quy ước ( hình 5.1 ). Trị số độ lún ổn định S được xác định như sau:

–  Khi kích thước đáy móng khối quy ước nhỏ hơn 10m.

Trị số S được tính toán theo một trong ba công thức sau đây:

Công thức tính toán cừ tràm và thiết kế móng cọc tràm

Trong đó: βi = 1 – [2(μ_oi)² / (1 – μ_oi) ]

E_oi và a_i : module biến dạng và hệ số nén của lớp đất thứ i.

ε_li và ε_2i : hệ số rỗng của lớp đất thứ i do ứng suất trung bình của trọng lượng bản thân đất. Do ứng suất trung bình phụ thêm của tải trọng công trình và trọng lượng khối móng quy ước gây nên. Được xác định trên biểu đồ đường cong nén.

h_i và μ_oi : chiều dày và hệ số nở hông của lớp đất thứ i.

σ_zi : ứng suất trung bình phụ thêm của lớp đất thứ i, nằm trong phạm vi chịu nén dưới mũi cọc tràm.

n : số lớp đất khảo sát nằm trong phạm vi chịu nén dưới mũi cọc tràm.

– Khi kích thước đáy móng khối quy ước lớn hơn hoặc bằng 10m, trị số S được tính toán theo công thức :

Trong đó:

b : bề rộng móng đối với móng khối quy ước hình chữ nhật hay đường kính đối với móng khối quy ước hình tròn.

p_o : ứng suất trung bình dưới đáy móng khối quy ước.

M : hệ số hiệu chỉnh xác định theo chỉ dẫn trong TCXD 45 – 78

K_i và K_i-1 : các hệ số tra bảng trong TCXD 45 – 78

Việc xác định chiều dày phạm vi chịu nén cho cả hai trường hợp được quy định trong tiêu chuẩn TCXD 45 – 78

Nếu tính toán trị số S theo sơ đồ bản móng tương đương. Có thể tham khảo cách tính toán cụ thể giới thiệu trong phụ lục ( hình 5.2 ).

Cách tính độ lún diễn biến theo thời gian

Để thiết kế móng cọc tràm đóng trong các lớp đất dính bão hòa nước, các loại bùn sét hữu cơ. Các loại đất than bùn và than bùn, để dự đoán độ lún diễn biến như thế nào theo thời gian. Có thể sơ bộ xác định theo công thức gần đúng dựa trên cơ sở lý thuyết cố kết thấm :

Trong đó:

M_z : hệ số phụ thuộc thông số Tz được xác định trên biểu đồ hoặc bảng ( 5 – 1 ) phần phụ lục:

Tz = C_z(t / h²) với C_z = k_z(1+ ε_tb)/(aγ_n)

t : thời gian xác định độ lún nền đất

h : chiều dày lớp đất ở dưới mũi cọc tràm nằm trong phạm vi bị chịu nén

k_z : hệ số thấm nước của đất nền ở dưới mũi cọc tràm theo phương thẳng đứng.

γ_n : trọng lượng thể tích của nước trong lỗ rỗng.

ε₁ và ε_tb : hệ số rỗng ban đầu và hệ số rỗng trung bình của lớp đất nền trong quá trình cố kết ở dưới mũi cọc tràm.

Đánh giá độ lún của móng cọc tràm

Khi đánh giá độ lún của móng cọc tràm diễn biến theo thời gian nhất định. Nếu xét đến ảnh hưởng của biến dạng từ biến do yếu tố nhớt của đất nền gây ra. Trị số S(t) trong trường hợp này được xác định theo biểu thức sau đây :

Trong đó : a1 và a2 và η : các thông số được xác định bằng thực nghiệm trên máy nén cố kết 1 chiều.

Đối với thông số η còn có thể xác định trên máy cắt ứng biến và được tính toán theo công thức:

η = [(τ – τ_gh)/ν]h_d  (sec.kG/cm²)

Trong đó :

τ và τ_gh : ứng suất cắt và ứng suất cắt giới hạn ( kG/cm2 )

ν : tốc độ biến dạng của mẫu đất ( cm/sec )

h_d : chiều cao của mẫu đất thí nghiệm ( cm )

Cách tính toán móng cừ tràm này khá giống với cách tính toán cừ tràm của Nguyễn Xuân Năng.

Nguyên tắc khi tính toán cừ tràm và thiết kế bản vẽ móng cừ tràm

Cọc tràm giống như các loại cọc gỗ khác trên thị trường

Khả năng tồn tại trong đất lâu và mang lại hiệu quả xử lý nền đất yếu. Những công trình dân dụng, nhà ở và công nghiệp sử dụng rất thích hợp. Với quy mô vừa và nhỏ khi ứng dụng hiệu suất trung bình dưới đế móng không vượt quá 0,8 kG/cm2.

Các loại đất yếu thích hợp cho cọc tràm và móng cọc tràm

Việc khảo sát các loại đất vô cùng quan trọng trong việc tính toán sức chịu tải của cừ tràm khi xây dựng móng cọc tràm sau này. Có những chất đất rất phù hợp nhưng cũng có những chất đất không phù hợp sử dụng cọc cừ tràm.

Các loại cát nhỏ, cát bụi ở trạng thái rời bão hòa nước, các loại đất dính ( cát pha sét, sét pha cát và sét ) ở trạng thái dẻo mềm, dẻo chảy và chảy. Các loại đất bùn, đất than bùn, và than bùn cũng  rất thích hợp sử dụng cọc cừ tràm và móng cọc tràm.

Tùy theo trị số và tính chất tác dụng của tải trọng

Đối với những trị số khác nhau sẽ tương ứng với tính chất tác dụng của trại trọng lên công trình đó cũng khác nhau. Nên việc đóng cọc phải dựa vào chất đất đấy tương ứng với mật độ cọc cừ cần đóng.

Đường kính gốc cừ tràm thường dùng từ 8-10 cm (hay còn gọi là cừ tràm d80). Kích thước chiều dài cọc cừ tràm từ 3-5m là đạt tiêu chuẩn. Tùy vào từng loại chất đất khác nhau sẽ sử dụng mật độ cừ tràm khác nhau. Con số cọc cừ tràm dao động từ 16-49 cọc/m2.

– Chất đất có cát trong đấy con số này là 16-25 cọc/m2.

– Chất đất sét con số này là 25-36 cọc/m2

– Chất đất sét bùn và than bùn con số này là 36-49 cọc/m2

Theo tính toán cừ tràm của Nguyễn Xuân Năng thì không nên đóng cọc với mật độ quá dày, sẽ gây phản tác dụng.

Thiết kế đỉnh cọc tràm

Khả năng chịu nước của cọc tràm vô vùng tốt. Cho nên phần đỉnh cọc cừ tràm luôn phải nằm dưới mực nước thấp nhất của mực nước ngầm, cũng như ở dưới mực nước xuống thấp nhất của thủy triều.

Tiêu chuẩn cừ tràm

Đối với việc chọn cừ tràm tiêu chuẩn cần phải tuân theo những nguyên tắc nhất định. Cây tràm được chọn làm cọc phải có độ tuổi từ 3-5 năm sau khi trồng và chăm sóc. Cây sẽ được khai thác và phân theo loại. Tràm chất lượng tốt phải có lõi  gỗ tươi, không bị cong vênh, vỏ không bị bong tróc. Khi đóng cọc sẽ không xảy ra hiện tượng uốn cọc khi chịu tải trọng, mối mọt phá hoại.

Lưu ý sử dụng cọc tràm

Cọc tràm chỉ nên dùng cho móng cọc đài thấp và chủ yếu chịu tải trọng thẳng đứng. Tuyệt đối không dùng với móng cọc đài cao khi có tải trọng ngang tác dụng.

Không dùng cọc cừ đối với những nơi xảy ra động đất, các dạng đất hoàng thổ có tính lún ướt

Lưu ý quan trọng khi thiết kế bản vẽ móng cừ tràm

Đài móng cọc tràm

Đài móng cọc thường dùng bê tông đá hộc, bê tông và bê tông cốt thép để thi công. Đối với đài móng bê tông đá hộc và bê tông nên dùng mác (số hiệu) lớn hơn hay bằng #100. Với chỉ số mác ít nhất #150 thì dùng bê tông cốt thép xây đài. Chiều dày đài cọc và lượng cốt thép cần thiết bố trí trong đài cọc được xác định như kết cấu chịu uốn theo các chỉ dẫn trong tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bêtông và bêtông cốt thép trong xây dựng hiện nay.

Cấu tạo dưới đáy đài cọc

Dưới đáy đài cọc thường cấu tạo  với lớp bê tông lót dày 100mm bằng bê tông đá 4x6cm. Hoặc bê tông gạch vỡ với mác ( số hiệu ) tối thiểu hơn #50. Khi đáy đài cọc đặt trực tiếp trên các lớp đất:  đất dính, các lớp bùn, đất than bùn, than bùn. Có thể cấu tạo thêm lớp cát trung đầm chặt dày 100mm để tạo điều kiện thoát nước trong nền đất. Nếu đáy đài cọc đặt trực tiếp trên các loại cát nhỏ, cát bụi bão hòa nước, có thể không cần cấu tạo thêm lớp cát trung cho đáy đài cọc.

Kích thước đài cọc

Kích thước của đáy đài cọc lúc ban đầu có thể xác định sơ bộ. Dựa vào điều kiện ứng suất trung bình bên dưới đáy đài do tải trọng công trình tác dụng. Trọng lượng đài và đất phủ trên đài không được vượt quá 0,8 kG/cm2 .

Số lượng cọc tràm trong phạm vi đài cọc

Mật độ cọc cừ tràm sử dụng trong một m2 tùy thuộc vào chất đất cũng như tải trọng của công trình. Với mật độ cọc cừ tràm ngày càng lớn thì việc xây dựng đài cọc càng dễ dàng và vững chắc hơn.

Kết luận

Từ những kiến thức phía trên của GS TS HOÀNG VĂN TÂN và kinh nghiệm phân phối cũng như thi công các công trình sử dụng cọc cừ tràm. Mong rằng bài chia sẻ của Cừ Tràm Thái Dương sẽ giúp ích được cho các bạn trong việc tính toán cừ tràm và thiết kế móng cọc cừ tràm. Nếu có thời gian bạn có thể tham khảo thêm tài liệu: tính toán cừ tràm của Nguyễn Xuân Năng,…