Đề tài Ứng dụng cọc khoan nhồi trong thi công nhà cao tầng tại quận 7 thành phố Hồ Chí Minh (Phần 1)

Nội dung text: Đề tài Ứng dụng cọc khoan nhồi trong thi công nhà cao tầng tại quận 7 thành phố Hồ Chí Minh (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỀ TÀI NCKH CẤP SINH VIÊN ỨNG DỤNG CỌC KHOAN NHỒI TRONG THI CƠNG NHÀ CAO TẦNG TẠI QUẬN 7 THÀNH PHỐ HỒS K C 0 0 0 2CHÍ8 1 MINH MÃ SỐ: SV 2010 - 55 S K C 0 0 2 7 8 4 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, 2010
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM  ĐỀ TÀI NCKH CẤP SINH VIÊN ỨNG DỤNG CỌC KHOAN NHỒI TRONG THI CƠNG NHÀ CAO TẦNG TẠI Q.7 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH MÃ SỐ: SV2010 - 55 THUỘC NHÓM NGÀNH : KHOA HỌC KỸ THUẬT NGƯỜI CHỦ TRÌ : PHẠM DUY THIỆU NGƯỜI THAM GIA : NGUYỄN VĂN THẮNG ĐƠN VỊ : KHOA XÂY DỰNG VÀ CƠ HỌC ỨNG DỤNG TP. HỒ CHÍ MINH – 2010
3. LỜI NĨI ĐẦU: ___o0o___ - Một cơng trình được xây dựng và tồn tại lâu bền phụ thuộc rất nhiều vào giai đoạn thiết kế và khởi đầu của giai đoạn này là thiết kế nền – mĩng. - Với sự đam mê mơn học “Nền – mĩng” và sự gợi ý về đề tài NCKH sinh viên: “Ứng dụng cọc khoan nhồi trong xây dựng nhà cao tầng tại quận 7 Tp HCM”. Chúng tơi đã mạnh dạn đăng ký tham gia thực hiện đề tài này. - Đề tài là một sự gợi mở hết sức thú vị cho sinh viên ngành Xây Dựng Dân Dụng &Cơng Nghiệp. Thơng qua đề tài này, chúng tơi đã cĩ dịp để củng cố lại kiến thức đã cĩ và tiếp cận thêm những kiến thức mới, đặc biệt về giải pháp nền mĩng. Hiểu biết hơn về cơng việc mình sẽ làm được sau khi ra trường. - Chúng tơi xin chân thành cảm ơn: + Ban chủ nhiệm khoa XD&CHUD + Các giảng viên tại bộ mơn XD&CHUD + Người thân và bạn bè trong lớp 07114 + Phịng thiết kế cơng ty Fino Facific + Ths. Nguyễn Quốc Tuyến Đã tận tình giúp đỡ chúng tơi trong suốt thời gian thực hiện đề tài. Nhĩm nghiên cứu.
4. ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN 2010 Mục Lục: Phần 1: ĐẶT VẤN ĐỀ 1 I. ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU: 1 II. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGỒI NƢỚC: 1 1. Giới thiệu về cọc khoan nhồi: 1 2. Các dạng cọc khoan nhồi : 1 3. Tình hình nghiêu cứu trong và ngồi nƣớc: (1) 1 III. NHỮNG VẤN ĐỀ CỊN TỒN TẠI: 2 Phần 2: GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ 3 I. MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI: 3 II. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU: 3 III. NỘI DUNG: 3 1. Lý thuyết và phân tích thiết kế: 3 2. Tính tốn thiết kế cọc khoan nhồi theo từng cấp tải trọng vớ i điạ chất cu ̣thể: 23 2.2 Các bất cập xuất hiện trong tính tốn bằng phƣơng pháp đại số 26 2.3 Sử dụng phần mềm plaxis 26 3. So sánh kết quả tính bằng các phƣơng pháp đại số và tính máy 35 IV. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC: 35 1. Tính khoa học: 35 2. Khả năng triển khai ứng dụng vào thực tế: 35 3. Hiệu quả kinh tế, xã hội: 35 Phần 3: KẾT LUẬN 37 I. KẾT LUẬN: 37 II. KIẾN NGHỊ: 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO: 38 SVTH: Phạm Duy Thiệu – Nguyễn Văn Thắng 0
5. ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN 2010 Phần 1: ĐẶT VẤN ĐỀ I. ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU: SỬ DỤNG CỌC KHOAN NHỒI TRONG THI CÔNG NHÀ CAO TẦNG TẠI KHU VỰC QUẬN 7-Tp. HỒ CHÍ MINH II. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGỒI NƢỚC: 1. Giới thiệu về cọc khoan nhồi: - Cọc nhồi là một loại mĩng sâu đƣợc thi cơng bằng cách đổ bê tơng tƣơi vào hố (lỗ khoan) trƣớc đĩ. 2. Các dạng cọc khoan nhồi : - Cọc nhồi đơn giản: tiết diện hình trụ và khơng thay đổi trên suốt chiều sâu của cọc. - Cọc nhồi mở rộng đáy : Cọc cĩ hình trụ khoan bình thƣờng nhƣng khi gần đến đáy thì dùng gầu đặc biệt để mở rộng đáy hố khoan, cũng cĩ thể sử dụng một lƣợng nhỏ thuốc nổ để mở rộng đáy. Ngƣời ta cũng cĩ thể mở rộng nhiều đợt bằng khoan hoặc thuốc nổ trên suốt chiều dài thân cọc. Cọc đƣợc mở rộng đáy và cọc đƣợc mở rộng nhiều đợt ở thân cọc sẽ tăng sức chịu tải hơn nhiều so với cọc thơng thƣờng. - Cọc Barrette : Đây là một loại cọc nhồi cĩ tiết diện hình chữ nhật, chữ L, chữ I, chữ H thực chất là những bức tƣờng sâu trong đất bằng bê tơng cốt thép. Cọc này cĩ sức chịu tải rất lớn tối đa đến 6000T và rất ƣu việt khi xây dựng những nhà cĩ nhiều tầng hầm vì nĩ là tƣờng cừ chống sập lở quanh nhà, vừa là tƣờng cừ chống nƣớc cho các tầng hầm. 3. Tình hình nghiêu cứu trong và ngồi nƣớc:(1) - So với các loại cọc khác, cọc nhồi cĩ một lịch sử tƣơng đối mới, năm 1908 -1920, các lỗ khoan cọc nhồi cỡ nhỏ (Đƣờng kính 0.3m, dài 6-12m) đƣợc thi cơng bằng máy khoan lỗ chạy bằng hơi nƣớc, thậm chí bằng ngựa. cuối những thập kỉ 40 và đầu thập kỉ 50, cơng nghệ khoan cọc nhồi đã khá phát triển, ngƣời ta đã cĩ thể làm cọc mở rộng chân và khoan phá đá, cũng nhƣ đã biết sử dụng dung dịch bentonite để giữ thành hố khoan. - Cọc nhồi hiện đại đƣợc giới thiệu vào Việt Nam đầu thập kỉ 90. Kích thƣớc phổ biến của cọc nhồi ở Việt Nam là đƣờng kính 1-2m, chiều sâu 40-70m. - Trong gần mƣời lăm năm trở lại đây, cơng nghệ cọc khoan nhồi đã đƣợc áp dụng mạnh mẽ trong xây dựng cơng trình ở nƣớc ta. Hiện nay, ƣớc tính hàng năm chúng ta thực hiện khoảng 50 ÷ 70 nghìn mét dài cọc khoan nhồi cĩ đƣờng kính 0,8 ÷ 2,5m, với chi phí khoảng 300 ÷ 400 tỷ đồng. (1): Trích: “Giới thiệu về cọc nhồi” – Mĩng cọc, phân tích và thiết kế - Vũ Cơng Ngữ SVTH: Phạm Duy Thiệu – Nguyễn Văn Thắng 1
6. ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN 2010 III. NHỮNG VẤN ĐỀ CỊN TỒN TẠI: - Là một giải pháp mĩng khơng quá mới và hết sức phổ biến trong hầu hết các cơng trình hiện nay về cơng nghệ thi cơng cũng nhƣ lý thuyết/ phân tích thiết kế đã cĩ khá nhiều tiến bộ, phát triển cùng với rất nhiều cơng trình và đạt độ tin cậy khá cao (Hầu nhƣ chƣa cĩ nhiều sự cố cơng trình lớn do việc thiết kế hay thi cơng cọc khoan nhồi chƣa đáp ứng yêu cầu). Song song với đĩ là sự phát triển mạnh mẽ của đơ thị tại Việt Nam, đặc biệt là thành phố Hồ Chí Minhvới những cơng trình cĩ tải trọng lớn, xây dựng trên nền đất thiếu ổn định và giải pháp cọc khoan nhồi vẫn là giải pháp mang lại nhiều ƣu điểm về kinh tế và kỹ thuật. Nhƣng trong thời lƣợng đào tạo cĩ hạn của nhà trƣờng, sinh viên ngành xây dựng dân dụng & cơng nghiệp chỉ dừng lại ở “khái niệm” về cọc khoan nhồi, chƣa cĩ những cái nhìn tổng quát về giải pháp này. - Trong mơi trƣờng thực tế, khi tham gia các dự án tại khu vực Tp HCM, đặc biệt tại quận 7 – một quận cĩ quỹ đất trống cịn khá lớn so với các quận khác, song nền đất tại đây hầu nhƣ khơng đáp ứng đƣợc yêu cầu về cƣờng độ cho các cơng trình cĩ quy mơ lớn, dịa chất gồm nhiều lớp đất yếu (Lớp bùn cĩ thể sâu tới 40-60m). Việc giới thiệu một giải pháp mĩng phù hợp cho khu vực này với những số liệu thực tế sẽ là nguồn tài liệu tham khảo vơ cùng quý giá cho những kỹ sƣ mới ra trƣờng và những sinh viên cĩ nhu cầu nghiên cứu địa chất, giải pháp nền mĩng để tích lũy thêm kiến thức cho mình. SVTH: Phạm Duy Thiệu – Nguyễn Văn Thắng 2
7. ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN 2010 Phần 2: GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ I. MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI: - Tìm hiểu giải pháp mĩng mang lại hiệu quả cao trong quá trình phát triển đơ thị hồn tồn mới trên vùng đất rộng lớn với địa tầng thiếu ổn định. - Giới thiệu và cung cấp thơng tin cho sinh viên ngành xây dựng dân dụng và cơng nghiệp những lý thuyết phân tích thiết kế, tính tốn theo các tiêu chuẩn hiện hữu và sử dụng phần mềm tính tốn nền mĩng cũng nhƣ đƣa ra một cái nhìn tổng quát về giải pháp mĩng phổ biến này. II. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU: Gồm3 giai đoạn:  Giai đoạn 1: Tìm hiểu kỹ thuật tính tốn, thi cơng cọc khoan nhồi (cơng nghệ, các loại cọc khoan nhồi, biện pháp thi cơng, ƣu khuyết điểm, các quy trình tính tốn, thiết kế cọc khoan nhồi, TCVN cĩ liên quan và khả năng ứng dụng của giải pháp này).  Giai đoạn 2: Tìm hiểu việc áp dụng kỹ thuật thi cơng cọc khoan nhồi tại một số cơng trình trong khu vực Quận 7 – Tp.HCM (Thu thập dữ liệu về địa chất, tính tốn mĩng của một số cơng trình đã – đang thi cơng trên địa bàn Quận)  Giai đoạn 3: So sánh giữa lý thuyết tính tốn và thực tế thi cơng, đƣa ra những đề xuất mang tính thực tiễn về việc áp dụng kỹ thuật thi cơng cọc khoan nhồi trong thi cơng nhà cao tầng tại khu vực Quận 7. III. NỘI DUNG: 1. Lý thuyết và phân tích thiết kế: 1.1 Sơ lƣơc̣ về phƣơng phá p thiết kế và thi cơng coc̣ khoan nhời 1.1.1 Ƣu, nhƣợc điểm của cơng nghệ cọc khoan nhồi - Với đặc ciểm của nhà cao tầng là tài trọng đứng lớn và tập trung, trọng tâm nhà cách mặt đất khá lớn lên nhạy cảm với tải trọng ngang nhƣ giĩ và động đất làm phát sinh mơ men lật cực lớn nên cũng cĩ yêu cầu rất khắt khe với khà năng chịu lực, tính ổn định và lún lệch. - Mĩng cọc cĩ sức chịu tải lớn, khả năng chống chịu những tải trọng phức tạp cũng nhƣ tính thích ứng tốt với các điều kiện địa chất khác nhau của nền và do đĩ nĩ trở thành hình thức mĩng lý tƣởng cho nhà cao tầng. - Cọc khoan nhồi với những ƣu điểm :  Về mặt kết cấu: Căn cứ vào tài liệu khảo sát địa chất, ngƣời thiết kế cĩ thể xác định đƣợc chiều sâu cọc sao cho sức chịu tải của đất nền tƣơng đƣơng với sức chịu tải do vật liệu làm cọc (Pvl≈ Pđn). Điều này với phƣơng pháp cọc đĩng, nén tĩnh hoặc ép neo khơng thực hiện đƣợc. Đĩ là điều kiện đƣa đến giải pháp nền mĩng hợp lý và kinh tế hơn. Khả năng chịu lực cao hơn 1,2 lần so với các cơng nghệ khác SVTH: Phạm Duy Thiệu – Nguyễn Văn Thắng 3
8. ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN 2010 Cọc khoan nhồi cĩ thể đƣợc đặt vào những lớp đất rất cứng, thậm chí tới lớp đá mà cọc đĩng khơng thể tới đƣợc Cĩ tiết diện và độ sâu mũi cọc lớn hơn nhiều so với cọc chế sẵn do vậy sức chịu tải lớn hơn nhiều so với cọc chế tạo sẵn. Số lƣợng cọc trong một đài cọc ít, việc bố trí các đài cọc (Cùng các cơng trình ngầm) trong cơng trình đƣợc rễ ràng hơn. Sức chịu tải ngang của cọc khoan nhồi là rất lớn, việc thi cơng cọc nhồi cĩ chấn dung nhỏ hơn nhiều so với cọc đĩng, thi cơng cọc nhồi khơng gây hiện tƣợc trồi đất ở xung quanh, khơng đẩy các cọc sắn cĩ xung quanh sang ngang. Thích hợp với các loại nền đất đá, kể cả vùng cĩ hang castơ Thích hợp với các cơng trình lớn, tải trọng nặng, địa chất nền mĩng là đất hoặc cĩ địa tầng thay đổi phức tạp. Khơng gây ảnh hƣởng đến các cơng trình xây dựng liền kề (lún nứt, hiện tƣợng chồi đất, lún sụt cuc bộ, ). Xây dựng nhà cao tầng tại các khu dân cƣ đơng đúc, nhà xây chen, nhà xây liền kề mặt phố, nhà biệt thự vì nĩ khắc phục đƣợc các sự cố lún nứt các nhà liền kề, lấy lại thăng bằng các nhà đã xây dựng bị nghiêng lún trong khi sử dụng, gia cố mĩng nhà bị yếu, cĩ thể thi cơng tại các địa điểm chật hẹp hoặc trong ngõ ngách nhỏ. Cơng nghệ này tạo ra một khối cọc bê tơng đúc liền khối (khơng phải hàn nối nhƣ cơng nghệ đĩng cọc khác), cho nên tăng khả năng chịu lực và độ bền co mĩng của các cơng trình cơng nghiệp, cầu giao thơng quy mơ nhỏ, Cơng nghệ thi cơng cọc khoan nhồi đƣờng kính lớn đã giải quýêt các vấn đề kỹ thuật mĩng sâu trong nền địa chất phức tạp, ở những nơi mà các loại cọc đĩng bằng búa xung kích hay búa rung cĩ mặt cắt vuơng hoặc trịn cĩ đƣờng kính D<60cm.  Về mặt thi cơng: Cơng nghệ này đảm bảo việc khoan nhồi cọc bê tơng theo phƣơng thẳng đứng, khơng bị xiên nghiêng nhƣ các phƣơng pháp khác. Chi phí: giảm đƣợc 20-30% chi phí cho xây dựng mĩng cơng trình Độ chính xác của cọc theo phƣơng thẳng đứng cao hơn so với cơng nghệ ép cọc khác Cơng nghệ thi cơng cọc khoan nhồi đƣờng kính lớn đã tạo thế chủ động cho ngành xây dựng cơng trình giao thơng, khơng những trong thi cơng các cơng trình cầu lớn mà cho cả cơng trình cầu cảng, cảng biển, cảng sơng nhà cao tầng.  Nhƣợc điểm: Địi hỏi thiết bị tốt và chuyên gia cĩ kinh nghiệm, đầu tƣ cao cho máy mĩc thi cơng. SVTH: Phạm Duy Thiệu – Nguyễn Văn Thắng 4
9. ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN 2010 Khĩ kiểm tra chất lƣợng lỗ cọc và thân cọc sau khi đổ bê tơng cũng nhƣ sự tiếp xúc của mũi cọc với lớp đất chịu lực Cơng trình kém sạch sẽ Giá thành khá cao . 1.1.2 Cơng tác cọc khoan nhồi a) Cơng tác chuẩn bị Để cĩ đầy đủ số liệu cho thi cơng cọc đại trà, nhất là trong điều kiện địa chất phức tạp, các cơng trình quan trọng, cọc chịu tải trọng lớn, thời gian lắp dựng cốt thép, ống siêu âm và đổ bê tơng một cọc kéo dài, Nhà thầu nên tiến hành thí nghiệm việc giữ thành hố khoan, thi cơng các cọc thử và tiến hành thí nghiệm cọc bằng tải trọng tĩnh, kiểm tra độ tồn khối của bê tơng cọc theo đề cƣơng của Thiết kế hoặc tự đề xuất trình chủ đầu tƣ phê duyệt. Trƣớc khi thi cơng cọc cần tiến hành kiểm tra mọi cơng tác chuẩn bị để thi cơng cọc theo biện pháp thi cơng đƣợc duyệt, các cơng việc chuẩn bị chính cĩ thể nhƣ sau: - Hiểu biết rõ điều kiện địa chất cơng trình và địa chất thuỷ văn, chiều dày, thế nằm và đặc trƣng cơ lý của các lớp đất, kết quả quan trắc mực nƣớc ngầm; áp lực nƣớc lỗ rỗng, tốc độ dịng chảy của nƣớc trong đất, khí độc hoặc khí dễ gây cháy nổ v.v - Tìm hiểu khả năng cĩ các chƣớng ngại dƣới đất để cĩ biện pháp loại bỏ chúng; đề xuất phƣơng án phịng ngừa ảnh hƣởng xấu đến cơng trình lân cận và cơng trình ngầm; nếu chƣa cĩ hồ sơ hiện trạng các cơng trình lân cận và cơng trình ngầm Nhà thầu phải yêu cầu Chủ đầu tƣ tiến hành cơng tác khảo sát, đo vẽ lập hồ sơ; biên bản lập với các chủ sở hữu các cơng trình liền kề phải đƣợc các cơ quan cĩ đủ thẩm quyền bảo lãnh. Chú thích: Nhà thầu tham khảo hồ sơ do Chủ đầu tư cấp là chính, nếu cịn thiếu thì bổ sung trong hồ sơ dự thầu. - Kiểm tra vật liệu chính (thép, xi măng, vữa sét, phụ gia, cát, đá, nƣớc sạch ) , chứng chỉ chất lƣợng của nhà sản xuất, và kết quả thí nghiệm kiểm định chất lƣợng; thi cơng lƣới trắc đạc định vị các trục mĩng và toạ độ các cọc cần thi cơng. - Thi cơng các cơng trình phụ trợ, đƣờng cấp điện, cấp thốt nƣớc, hố rửa xe; hệ thống tuần hồn vữa sét (kho chứa, trạm trộn, bể lắng, đƣờng ống, máy bơm, máy tách cát ) - San ủi mặt bằng và làm đƣờng phục vụ thi cơng, đủ để chịu tải trọng của thiết bị thi cơng lớn nhất, lập phƣơng án vận chuyển đất thải, tránh gây ơ nhiễm mơi trƣờng. - Tập kết vật tƣ kỹ thuật và thiết bị, kiểm tra tình trạng máy mĩc, thiết bị trong tình trạng sẵn sàng hoạt động tốt, dụng cụ và thiết bị kiểm tra chất lƣợng phải qua kiểm chuẩn của cơ quan Nhà nƣớc; Chuẩn bị dung dịch khoan, cốt thép cọc, ống siêu âm, ống đặt sẵn để khoan lấy lõi bê tơng (nếu cần) , thùng chứa đất khoan, các thiết bị phụ trợ (cần cẩu, máy bơm, máy trộn dung dịch, máy lọc cát, máy nén khí, máy hàn, tổ hợp ống đổ, sàn cơng tác phục vụ đổ bê tơng, xe chở đất khoan) cùng các thiết bị để kiểm tra dung dịch khoan, lỗ khoan, dụng cụ kiểm tra độ sụt bê tơng, hộp lấy mẫu bê tơng, dƣỡng định vị lỗ cọc - Lập biểu kiểm tra và nghiệm thu các cơng đoạn thi cơng theo mẫu in sẵn. - Hệ thống mốc chuẩn và mốc định vị trục mĩng phải đáp ứng điều kiện độ chính xác về toạ độ và cao độ theo yêu cầu kỹ thuật của cơng trình. Nhà thầu cĩ trách nhiệm nhận và bảo quản hệ thống mốc chuẩn trong suốt quá trình thi cơng cọc. - Lập biên bản nghiệm thu cơng tác chuẩn bị trƣớc khi thi cơng. SVTH: Phạm Duy Thiệu – Nguyễn Văn Thắng 5