LA-Pile: Sức chịu tải vật liệu cọc khoan nhồi – hệ số γ_cb, γ′_cb theo công nghệ đổ bê tông và biểu đồ tương tác N–M
Cùng cọc D1000 B30, 18Φ25: đổ bê tông khô cho R_vl = 14 214 kN, đổ dưới bentonite chỉ còn 10 863 kN (−24 %). Bài giải thích các hệ số điều kiện làm việc của bê tông cọc nhồi theo 7.1.5.3 TCVN 10304:2025, công thức R_vl có xét uốn dọc, kiểm tra nén – uốn bằng biểu đồ tương tác và kiểm tra cắt.
Các bài trong Module Địa kỹ thuật
Mục lục bài viết
Sức chịu tải của cọc là giá trị nhỏ hơn của sức chịu tải theo đất nền và sức chịu tải theo vật liệu. Với cọc khoan nhồi đường kính lớn tựa trên lớp tốt, vật liệu ít khi quyết định khi chịu nén đúng tâm, nhưng có thể quyết định khi cọc chịu mô men lớn hoặc khi bê tông được đổ trong điều kiện khó.
1. Bê tông cọc nhồi yếu hơn bê tông đổ trong ván khuôn#
Bê tông cọc khoan nhồi đổ qua ống đổ (tremie) trong lỗ khoan đầy nước hoặc dung dịch bentonite, không đầm được, không kiểm soát được bằng mắt. TCVN 10304:2025 (7.1.5.3) giảm cường độ tính toán R_b bằng hai hệ số:
| Hệ số | Giá trị | Điều kiện |
|---|---|---|
| γ_cb | 0,85 | Mọi cọc nhồi (tương ứng γ_b3 của TCVN 5574) |
| γ′_cb | 1,0 | Đất sét, khoan và đổ khô không cần giữ thành, mực nước thấp hơn mũi |
| γ′_cb | 0,9 | Đổ khô, có ống vách rút lên hoặc guồng xoắn rỗng ruột |
| γ′_cb | 0,8 | Có nước, có ống vách hoặc guồng xoắn rỗng ruột |
| γ′_cb | 0,7 | Trong dung dịch sét (bentonite) hoặc dưới áp lực nước dư, không ống vách |
Với cọc đổ dưới bentonite, cường độ bê tông dùng tính toán chỉ còn 0,85 × 0,7 = 0,595 lần R_b.
2. Sức chịu tải vật liệu khi nén#
R_vl = φ·(γ_cb·γ′_cb·R_b·A_b + R_sc·A_s)
trong đó φ là hệ số uốn dọc theo độ mảnh λ = l₀/i của đoạn cọc không có đất bao quanh hoặc trong đất yếu (chiều dài tính toán l₀ theo 7.1.5.2).
Ví dụ: cọc D1000, B30, 18Φ25 CB400-V#
| Đại lượng | Giá trị |
|---|---|
| R_b (B30) | 17,0 MPa |
| A_b | 0,785 m² |
| R_sc·A_s | 350 MPa × 88,36 cm² ≈ 3 093 kN |
| Công nghệ đổ bê tông | γ_cb·γ′_cb | Phần bê tông (kN) | R_vl (kN) |
|---|---|---|---|
| Đổ khô | 0,85 × 1,0 = 0,85 | 11 349 | 14 214 |
| Dưới bentonite | 0,85 × 0,7 = 0,595 | 7 944 | 10 863 |
Đổi công nghệ thi công làm R_vl giảm 24 %. Với tải N_d = 4 285 kN, cọc dưới bentonite dùng 39,4 % sức chịu tải vật liệu: vẫn dư nhiều. Đất nền (109 %) mới là yếu tố quyết định trong ví dụ này.
3. Nén – uốn: biểu đồ tương tác N–M#
Khi cọc chịu thêm mô men (từ tải ngang hoặc lệch tâm), kiểm tra theo biểu đồ tương tác của tiết diện tròn theo TCVN 5574:2018: tập hợp các cặp (N, M) mà tiết diện đạt trạng thái giới hạn. Điểm (N, η·M) của tải phải nằm trong biểu đồ; η là hệ số xét uốn dọc làm tăng mô men.
| Tổ hợp | N (kN) | η | η·M (kNm) | M_gh tại N đó (kNm) | Mức sử dụng |
|---|---|---|---|---|---|
| TT1, H = 100 kN, đầu ngàm | 4 285 | 1,030 | 271,5 | 1 483,6 | 18,3 % |
Hình dạng biểu đồ tương tác cho thấy một điểm thường bị bỏ qua: với cọc chịu nén vừa phải, lực nén làm tăng khả năng chịu mô men (đến điểm cân bằng). Vì vậy tổ hợp nguy hiểm khi kiểm tra uốn thường là tổ hợp có N nhỏ nhất đi cùng M lớn nhất (ví dụ gió thổi ngược làm giảm lực nén), không phải tổ hợp N lớn nhất. LA-Pile kiểm tra mọi tổ hợp đã nhập.
LA-Pile kiểm chứng biểu đồ tương tác tại hai điểm đầu mút (nén đúng tâm, kéo đúng tâm) với sai số < 1 %.
4. Lực cắt#
Q_max ≤ min(Q_b + Q_sw; 0,3·R_b·b·h₀)
với Q_b phần bê tông, Q_sw phần cốt đai. Ở ví dụ, Q = 100 kN so với khả năng 561 kN (17,8 %). Với cọc chịu tải ngang lớn (xem cọc chịu tải ngang), lực cắt lớn nhất có thể nằm dưới sâu và lớn hơn H ở đầu cọc.
5. Tóm tắt#
- Khai báo đúng công nghệ đổ bê tông: bentonite (γ′_cb = 0,7) và đổ khô (1,0) chênh 24 % R_vl.
- Kiểm tra nén – uốn với mọi tổ hợp, đặc biệt tổ hợp N nhỏ đi với M lớn.
- Cốt thép dọc ở nửa dưới cọc có thể giảm khi mô men đã tắt dần, nhưng phải giữ đủ cho cọc chịu kéo (xem cọc chịu nhổ).