Báo cáo Phân tích biện pháp thi công ép tĩnh kết hợp với khoan dẫn trong tính toán thiết kế nền móng nhà cao tầng (Phần 1)

Nội dung text: Báo cáo Phân tích biện pháp thi công ép tĩnh kết hợp với khoan dẫn trong tính toán thiết kế nền móng nhà cao tầng (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG PHÂN TÍCH BIỆN PHÁP THI CÔNG ÉP TĨNH KẾT HỢP VỚI KHOAN DẪN S K C 0 0 0 2 8 1 TRONG TÍNH TOÁN THIẾT KẾ NỀN MÓNG NHÀ CAO TẦNG MÃ SỐ: T2011-77/KHCN-GV S K C 0 0 3 3 3 9 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, 2011
2. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA XÂY DƯNG̣ & CƠ HOC̣ Ứ NG DUNG̣ BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG “PHÂN TÍCH BIÊṆ PHÁ P THI CÔNG É P TINH̃ KẾ T HƠP̣ VỚ I KHOAN DẪN TRONG TÍNH TOÁ N THIẾ T KẾ NỀ N MÓ NG NHÀ CAO TẦ NG” Mã số: T2011-77/KHCN-GV Chủ nhiệm đề tài: Th.S Nguyêñ Văn Chú ng Thành viên đề tài: Nguyêñ Văn Huấ n Tp, HCM, Tháng11/2011
3. Đề tà i NCKH 2011 MỤC LỤC Chƣơng MỞ ĐẦU 5 1. Vấn đề thưc̣ tiền 5 2. Mục tiêu nghiên cứu 5 3. Phương pháp nghiên cứu 6 4. Ý nghĩa khoa học của đề tài 6 5. Phạm vi nghiên cứu của luận văn 6 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CỌC KHOAN DẪN ÉP 7 1. 1 Mở đầu 7 1.2 Thiết bị và biện pháp thi công cọc khoan dẫn ép 7 1.3 Xác lập nhiệm vụ nghiên cứu 11 CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC 12 2. 1 SỨC CHỊU TẢI DỌC TRỤC CỦA CỌC 12 2.1.1 Sức chịu tải dọc trục của cọc theo vật liệu 12 2.1.2 Sức chịu tải dọc trục của cọc theo đất nền 12 2. 2 TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG CỦA ĐẤT NỀN XUNG QUANH CỌC TRONG VÀ SAU KHI THI CÔNG 20 2.2 .1 Đặc điểm trạng thái ứng suất – biến dạng của đất do thi công cọc 20 2.2.2 Trạng thái ứng suất - biến dạng ban đầu xung quanh cọc 21 2. 3 NHẬN XÉT, KẾT LUẬN 22 CHƢƠNG 3. PHÂN TÍCH ẢNH HƢỞNG CỦA BIÊṆ PHÁ P THI CÔNG KHOAN DẪN ĐẾN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC ĐI QUA NHIỀU LỚP ĐẤT 23 3. 1 Ảnh hưởng của việc hạ cọc vào lớp đất dính 23 3. 2 Ảnh hưởng của việc hạ cọc vào lớp đất rời 27 CHƢƠNG 4. ÁP DỤNG GIẢI PHÁP CỌC ÉP BTCT KẾT HỢP KHOAN DẪN CHO CÁC CÔNG TRÌNH TAỊ QUẬN 9, TP.HCM 29 4. 1 So sánh sức chịu tải của cọc xác định theo các công thức lý thuyết và thí nghiệm nén tĩnh hiện trường 29 4. 2 Xác định độ tăng sức chịu tải của cọc khi đi qua từng lớp đất tại mỗi hố khoan 30 4. 3 Phân tích giải pháp coc̣ ép kết hơp̣ với khoan dâñ vào công trình chung cư Phước Bình – Q.9, TP.HCM 32 Chƣơng 5: KIẾN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 40 CNĐT: Nguyêñ Văn Chú ng Trang 2
4. Đề tà i NCKH 2011 5. 1 Kết luâṇ 40 5. 2 Kiến nghi ̣ 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO 42 CNĐT: Nguyêñ Văn Chú ng Trang 3
5. Đề tà i NCKH 2011 “PHÂN TÍCH BIÊṆ PHÁ P THI CÔNG É P TIÑ H KẾ T HƠP̣ VỚ I KHOAN DẪN TRONG TÍNH TOÁ N THIẾ T KẾ NỀ N MÓ NG NHÀ CAO TẦ NG” Nội dung của đề tà i là phân tích sứ c chiụ tải của coc̣ và xác định hệ số giảm ma sát mf của cọc đối với các loại đất khác nhau khi thi công ép cọc bê tông cốt thép có khoan dẫn trên nền địa chất thuộc khu vực Quận 9, Thành phố Hồ Chí Minh. Phương pháp phân tích sử dụng các công thức tính toán theo TCXD 205-1998 và các số liệu ép cọc hiện trường để xác định sức chịu tải của cọc khi đi qua từng lớp đất. Từ đó thiết lập mối tương quan và xác định được hệ số giảm ma sát thực tế của các loại đất khác nhau khi thi công ép cọc có khoan dẫn. Ngoài ra đề tài cũng đưa ra số liệu tổng hợp đánh giá về hiệu quả của dự á n sử dụng giải pháp cọc ép bê tong cốt thép có khoan dẫn để có những lưu ý trong tính toán thiết kế. CNĐT: Th.S Nguyêñ Văn Chú ng Trang 4
6. Đề tà i NCKH 2011 Chƣơng: MỞ ĐẦU 1. Vấn đề thực tiễn Hiện nay, công tác thiết kế và thi công móng cọc ép bê tông cốt thép được ứng dụng khá rộng rãi và phổ biến trong các công trình dân dụng, công nghiệp do các ưu điểm về giá thành và kỹ thuật thi công so với cọc khoan nhồi. Tuy nhiên, có một số hạn chế và khuyết điểm của công tác thi công ép cọc do quá trình ép có thể xuất hiện độ chối giả khi cọc đi qua các lớp cát khá dày. Quá trình ép cọc cũng có thể làm ảnh hưởng đến các công trình lân cận do sự lèn chặt đất làm nền đất công trình xung quanh bị đẩy trồi hoặc lún sụt. Vì vậy, để tranh hiện tượng trên, cần phải làm giảm sự xuất hiện độ chối giả hay tránh sự lèn ép lên nền đất các công trình xung quanh bằng biện pháp ép rung, khoan dẫn trước khi ép, ép có sối nước. Trong đó, phương pháp cọc ép có khoan dẫn hiện nay được lựa chọn vì tính khả thi của nó. Tuy nhiên, việc thiết kế và thi công móng cọc ép có khoan dẫn ở Việt Nam hiện nay còn khá mới mẻ, được thực hiện theo tiêu chuẩn thiết kế TCXD 205-1998 và tiêu chuẩn thi công TCVN 286-2003. Việc thực hiện thiết kế theo tiêu chuẩn này bộc lộ nhiều hạn chế do tiêu chuẩn TCXD 205-1998 chưa đưa ra được các hệ số mR, mf cụ thể đối với từng địa chất khác nhau và đối với các đường kính lỗ khoan dẫn khác nhau. Thực tế hiện nay, người thiết kế lựa chọn đường kính lỗ khoan và chiều sâu khoan dẫn dựa trên kết quả thử tĩnh các cọc thử rồi mới đưa ra được các số liệu thiết kế cuối cùng, do vậy làm mất nhiều thời gian và phát sinh thêm chi phí cho việc chờ đợi kết quả của công tác thử tĩnh. Nghiên cứ u “phân tích biêṇ pháp thi công ép tiñ h kết hơp̣ với khoan dâñ trong tính toán thiết kế nền móng nhà cao tầng” được đặt ra như một nhu cầu cấp thiết trong thực tiễn nhằm góp phần làm hạn chế rủi ro vả phát sinh các chi phí cho công trình. 2. Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu biêṇ pháp thi công coc̣ ép kết hơp̣ với khoan dâñ : chiều sâu hố kh oan, đường kính hố khoan. So sánh sức chịu tải của cọc khoan dẫn ép theo các công thức tính toán TCXD 205- 1998 và xác định theo thí nghiệm nén tĩnh hiện trường. CNĐT: Th.S Nguyêñ Văn Chú ng Trang 5
7. Đề tà i NCKH 2011 Phân tích tính hiệu quả của việc sử dụng giải pháp cọc ép có khoan dẫn so với giải pháp cọc khoan nhồi về mặt kinh tế và kỹ thuật thi công. Từ đó lựa chọn phương án thi công hợp lý. Nghiên cứu quá trình thay đổi trạng thái ứng suất của đất xung quanh và dưới mũi cọc trong và sau khi thi công. 3. Phương pháp nghiên cứu Tổng hợp phân tích cơ sở lý thuyết về khả năng nén chặt của đất xung quanh cọc trong quá trình thi công; sự thay đổi trạng thái ứng suất – biến dạng của đất xung quanh cọc sau thi công. Ứng dụng tính toán sức chịu tải của cọc theo các công thức lý thuyết TCXD 205- 1998. Tổng hợp và phân tích các số liệu ép cọc và nén tĩnh thực tế của công trình cụ thề, từ đó so sánh kết quả lý thuyết với kết quả hiện trường của các công trình thực tế và đưa ra nhận xét kiến nghị. 4. Ý nghĩa khoa học của đề tài Cung cấp những vấn đề cơ bản trong thiết kế và thi công cọc ép cọc. Giải quyết các hạn chế khi thiết kế tính toán sức chịu tải của cọc khoan dẫn ép theo các công thức TCVN 205:1998 Cung cấp và kiến nghị sử dụng các hệ số giảm ma sát thay đổi do ảnh hưởng của khoan dẫn đối với từng loại đất khác nhau. Mở ra hướng nghiên cứu và phát triển các vấn đề của việc thiết kế và thi công cọc ép có khoan dẫn nhằm lựa chọn phương án móng tối ưu, góp phần làm hạn chế phát sinh thời gian, chi phí cho công trình. 5. Phạm vi nghiên cứu của đề tài Đề tài tập trung nghiên cứu sức chịu tải của cọc ép có khoan dẫn, ảnh hưởng của khoan dẫn lên sự giảm ma sát bên của cọc khi thi công ép cọc. Do hạn chế về mặt số liệu thực nghiệm, các vấn đề được nghiên cứu được thực hiện đối với địa chất của các công trình thuộc Quận 9, Tp.Hồ Chí Minh. CNĐT: Th.S Nguyêñ Văn Chú ng Trang 6
8. Đề tà i NCKH 2011 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CỌC KHOAN DẪN ÉP 1.1 Mở đầu Cọc và móng cọc đã được sử dụng từ rất sớm. Khoảng 12.000 năm trước, những người dân từ thời kỳ đồ đá mới của Thụy Sĩ đã biết sử dụng các cọc gỗ cắm xuống các hố nông để xây dựng trên hệ cọc này. Ngày nay, móng cọc BTCT đúc sẵn được dùng nhiều cho các công trình nhà cao tầng hoặc có số tầng vừa trên đất yếu, trong nhà dân dụng và các nhà xưởng, cho các công trình cầu, cảng, thủy lợi. Nhưng đôi khi việc ép cọc bê tông cũng có lý do gây một số ít tác hại có thể ảnh hưởng tới những căn hộ liền kề vì vậy trong trường hợp này chúng ta phải khoan dẫn trước khi ép cọc bê tông với lý do sau : 1 – Nền móng nhà liền kề yếu, do xây dựng lâu năm. 2 – Tác dụng của công tác khoan dẫn làm giảm sự đùn đất có thể gây lún, nứt, phồng nền nhà bên. 1.2 Thiết bị và biện pháp thi công cọc khoan dẫn ép 1.2.1. Máy móc thiết bị thi công khoan dẫn thƣờng dùng hiện nay: Loại thiết bị thi công Công suất Tính năng Nƣớc sản xuất Độ sâu khoan Máy khoan XY-100 2 tấn Trung Quốc tối đa 100m Độ sâu khoan Máy khoan XY-100 2.5 tấn Trung Quốc tối đa 150m Độ sâu khoan Máy khoan XY-100 3 tấn Trung Quốc tối đa 180m 1.2.2. Vật tƣ, nguyên liệu sử dụng: Bốn nguyên liệu chính sử dụng trong quá trình thi công khoan dẫn: Điện, nước, dầu Diesel và bột Bentonite. Trong quá trình thi công khoan dẫn, bột bentonite được sử dụng để pha chế dung dịch bentonite giữ ổn định thành hố khoan. 1.2.3. Công tác quản lý chất lƣợng. CNĐT: Th.S Nguyêñ Văn Chú ng Trang 7
9. Đề tà i NCKH 2011 - Công tác khoan dẫn được thực hiện tới độ sâu thiết kế, sử dụng phương pháp khoan thổi rửa bằng dung dịch sét bentonit. - Bột sét bentonite sử dụng trong thi công có chứng chỉ xuất xưởng và phiếu kiểm tra bảo đảm chất lượng. - Tiêu chuẩn kiểm tra dung dịch bentonite đảm bảo thành hố khoan không bị sập lỡ. - Đường kính mũi khoan: Tùy theo thiết kế và kích thước cọc. - Độ thẳng đúng của hố khoan sẽ được kiểm tra bằng máy toàn đạc hoặc bằng dây dọi đảm bảo độ thẳng đứng của hố khoan không sai lệch quá 1%. - Chiều sâu khoan dẫn kiểm tra trực tiếp bằng cách đo, vạch đánh dấu bên ngoài cần khoan. 1.2.4. Triển khai thi công và giám sát quá trình thi công a. Quy trình thi công khoan dẫn: CNĐT: Th.S Nguyêñ Văn Chú ng Trang 8