Đánh giá sức chịu tải của cọc khoan nhồi có xét đến các điều kiện và trình độ công nghệ thi công,luận văn thạc sĩ xây dựng cầu hầm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI - - VÕ VĂN THẢO “ĐÁNH GIÁ SỨC CHỊU TẢI CỌC KHOAN NHỒI CĨ XÉT ĐẾN CÁC ĐIỀU KIỆN VÀ TRÌNH ĐỘ CÔNG NGHỆ THI CÔNG” Ngành Chuyên ngành Mã số : Xây dựng Cơng trình Giao thơng : Xây dựng Cầu – Hầm : 60.58.25 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS TRẦN ĐỨC NHIM TP H Chớ Minh - 2011 Lời cảm ơn Trong thời gian thực luận án, Tôi xin chân thnh cảm ơn ý kiến đóng góp Thầy, Cô giáo, quan tâm v hỗ trơ nhiệt tình bạn đồng nghiệp Bên cạnh đó, Tôi xin gửi lời cảm ơn đến môn Cầu Hầm, khoa Công trình v phòng Đo tạo Đại học & sau Đại học Trờng Đại học Giao thông Vận tải đà tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ T«i suèt thêi gian häc tËp vμ hoμn thμnh luận án Đặc biệt, Tôi xin trân trọng cảm ơn chân thnh đến Phó Giáo s Tiến sỹ Trần Đức Nhiệm đà tận tâm hớng dẫn Tôi trình lm luận án ny Xin trân trọng cảm ơn / Tp.Hồ Chí Minh, ngy 24 tháng 11 năm 2011 Võ Văn Thảo Lớp Cao học Xd Cầu – hÇm K17 \ Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành Xây dựng Cầu – hầm MỞ ĐẦU: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 5  1.Đặt vấn đề nghiên cứu 5  2.Mục đích đề tài 6  3.Phạm vi nghiên cứu 6  4.Hạn chế đề tài 7  CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CỌC KHOAN NHỒI VÀ DỰ TÍNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC KHOAN NHỒI 8  1.1.Công nghệ cọc khoan nhồi 8  1.2.Ưu nhược điểm phạm vi sử dụng cọc khoan nhồi cơng trình giao thông 10  1.2.1.Ưu điểm 10  1.2.2.Nhược điểm 11  1.2.3.Phạm vi áp dụng 11  1.3.Các điều kiện xem xét việc dự tính sức chịu tải cọc khoan nhồi 12  1.3.1.Điều kiện vật liệu 12  1.3.2.Điều kiện đất 13  1.3.3.Các phương pháp thí nghiệm cọc 13  1.4.Kết luận chương 14  CHƯƠNG 2: ĐÁNH GIÁ SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC KHOAN NHỒI QUA ĐIỀU KIỆN VẬT LIỆU CHẾ TẠO 15  2.1 Yêu cầu vật liệu chế tạo cọc khoan nhồi theo tiêu chuẩn 15  2.1.1.Tiêu chuẩn TCXD 205:98 15  2.1.1.1 Bê tông 15  2.1.1.2.Cốt thép 15  2.1.2.Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05 16  2.1.2.1 Bê tông 16  2.1.2.2 Cốt thép: 18  2.1.3.Tiêu chuẩn AASHTO: 2007 19  2.2 Dự tính sức chịu tải cọc khoan nhồi theo điều kiện vật liệu 20  2.2.1.Cơ sở lý thuyết 20  2.2.2.Tiêu chuẩn TCXD 205:98 20  2.2.3.Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05 21  2.2.4.Tiêu chuẩn AASHTO:2007 22  2.3.Dự tính sức chịu tải cọc khoan nhồi theo điều kiện vật liệu có xét đến trình độ cơng nghệ thi công 23  2.3.1 Ảnh hưởng điều kiện thi công đến sức chịu tải cọc khoan nhồi dự tính theo điều kiện vật liệu 23  2.3.2.Kiểm tra hố khoan chất lượng bê tông cọc khoan nhồi 26  2.3.3 Kiến nghị phương pháp dự tính sức chịu tải cọc theo điều kiện vật liệu có xét điều kiện thi công: 31  2.4.Kết luận chương 32  Học viên: Võ Văn Thảo Lớp Cao học Cầu – hầm K17 Trang Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành Xây dựng Cầu – hầm CHƯƠNG 3: DỰ TÍNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC KHOAN NHỒI THEO TÍNH CHẤT CƠ LÝ ĐẤT NỀN 34  3.1 Cơ sở lý thuyết dự tính sức chịu tải cọc khoan nhồi theo điều kiện đất 34  3.2 Dự tính sức chịu tải cọc khoan nhồi theoTCXD 205:98 36  3.2.1.Tổng quát 36  3.2.2.Sức chịu tải cọc đất dính 38  3.2.3.Sức chịu tải cọc đất rời 39  3.2.4.Dự tính sức chịu tải cọc chịu tác dụng đồng thời lực dọc (N), momen (M) lực ngang (H) 40  3.2.4.1.Dự tính theo qui phạm Snip II – 17 – 77 40  3.2.4.2.Dự tính theo phương pháp Broms (1964) 44  3.3.Dự tính sức chịu tải cọc khoan nhồi theo 22TCN272 – 05 47  3.3.1.Tổng quan 47  3.3.1.1.Sơ lượt tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272 -05 47  3.3.1.2 Qui định 22TCN 272 – 05 bố trí cọc khoan nhồi 52  3.3.1.3 Tổng quan sức chịu tải cọc khoan nhồi theo 22TCN 272-05 54  3.3.2.Sức chịu tải cọc đất dính 55  3.3.2.1.Sức kháng thành bên 55  3.3.2.2.Sức kháng mũi cọc 57  3.3.3 Sức chịu tải cọc khoan nhồi đất rời 58  3.3.3.1.Tổng quát 58  3.3.3.2.Sức kháng thân cọc 58  3.3.3.3.Sức kháng mũi cọc 60  3.3.4.Sức chịu tải cọc đá 61  3.3.4.1.Ước tính độ lún cọc khoan ngàm vào đá 62  3.3.4.2.Tính độ lún tổng cộng: 65  3.3.4.3.Tính sức kháng ma sát cọc ngàm vào đá 65  3.3.4.4.Tính sức kháng mũi cọc khoan ngàm vào đá 65  3.4.Dự tính sức chịu tải cọc khoan nhồi theo AASHTO:2007 67  3.4.1.Tổng quan 67  3.4.2.Trạng thái giới hạn hệ số sức kháng 68  3.4.3.1.Tổng quan 68  3.4.3.2.Trạng thái giới hạn sử dụng 68  3.4.3.3.Trạng thái giới hạn cường độ 69  3.4.3.4.Trạng thái giới hạn đặc biệt 70  3.4.3.5 Hệ số sức kháng 70  3.4.4.Qui định AASHTO:2007 cấu tạo bố trí cọc khoan nhồi 72  3.4.5 Tổng quan sức chịu tải cọc khoan nhồi 73  3.4.6 Thiết kế trạng thái giới hạn sử dụng 74  3.4.6.1.Tiêu chuẩn chuyển vị 74  3.4.6.2 Tiêu chuẩn lún 74  3.4.6.3 Độ lún cọc khoan đơn 74  Học viên: Võ Văn Thảo Lớp Cao học Cầu – hầm K17 Trang Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành Xây dựng Cầu – hầm 3.4.7.Sức chịu tải cọc đơn trạng thái giới hạn cường độ 78  3.4.7.1 Tổng quan 78  3.4.7.2 Sức kháng nén cọc đơn 79  3.4.7.3 Sức chịu tải cọc đơn đất dính 79  3.4.7.4.Sức chịu tải cọc khoan nhồi đất rời 81  3.4.7.5 Sức chịu tải cọc đá 82  3.5.Dự tính sức chịu tải cọc khoan nhồi theo điều kiện đất có xét đến trình độ cơng nghệ thi công 85  3.5.1 Đối với đất sét 85  3.5.2 Đối với đất cát 86  3.5.3 Đối với đá 87  3.5.4 Sức kháng theo vị trí cọc 89  3.6.Kết luận chương 91  CHƯƠNG 4: DỰ TÍNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC KHOAN NHỒI THEO CÁC THÍ NGHIỆM SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC 93  4.1.Tổng quan 93  4.2.Các phương pháp thí nghiệm tải trọng tĩnh 94  4.2.1 Phương pháp gia tải cấp (maintained load test, MLT) 94  4.2.2 Thí nghiệm lún với tốc độ không đổi 96  4.2.3.Thí nghiệm tải trọng tĩnh theo tiêu chuẩn TCXDVN 269:2002 97  4.2.3.1 Một số qui định q trình thí nghiệm 97  4.2.3.2 Xác định sức chịu tải giới hạn cọc 100  4.2.4 Xác định sức chịu tải tới hạn theo phương pháp đồ thị: 102  4.2.4.1.Xác định sức chịu tải tới hạn theo phương pháp De Beer 102  4.2.4.2 Xác định sức chịu tải tới hạn theo phương pháp Divission 103  4.3.Thí nghiệm với hộp tải Osterberg 104  4.3.1 Giới thiệu tổng quan phương pháp Osterberg 104  4.3.2 Cấu tạo nguyên lý thí nghiệm 105  4.3.2.1 Cấu tạo 105  4.3.2.2.Nguyên lý thí nghiệm 107  4.3.3 Qui trình thí nghiệm phân tích kết 108  4.3.3.1 Qui trình thí nghiệm 108  4.3.3.2 Qui đổi đơn giản 109  4.3.3.3 Qui đổi chi tiết 109  4.3.4 Ưu nhược điểm phương pháp Osterberg 110  4.3.4.1 Ưu điểm phương pháp Osterberg 110  4.3.4.2 Nhược điểm phương pháp Osterberg 111  4.4 Sử dụng phương pháp thử tải tĩnh cọc đánh giá phụ thuộc sức chịu tải cọc khoan nhồi vào trình độ cơng nghệ thi cơng 111  4.4.1.Tổng quan 111  4.4.2.Phương pháp 112  4.5 Kết luận chương 114  KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 115  Học viên: Võ Văn Thảo Lớp Cao học Cầu – hầm K17 Trang Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành Xây dựng Cầu – hầm Kết luận 115  Kiến nghị 117  TÀI LIỆU THAM KHẢO 119  Học viên: Võ Văn Thảo Lớp Cao học Cầu – hầm K17 Trang Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành Xây dựng Cầu – hầm MỞ ĐẦU: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.Đặt vấn đề nghiên cứu Hệ thống giao thông có vai trị quan trọng quốc gia Nó có ý nghĩa mang tính chiến lược kinh tế, văn hóa, xã hội, quân Trong mối quan hệ với ngành khác, hệ thống giao thơng đất nước ví mạch máu thể sống Nhờ hệ thống giao thơng mà việc giao thơng kinh tế, văn hóa, khoa học… diễn thuận tiện Trong tình hình nay, đất nước ta thực hai nhiệm vụ trọng tâm xây dựng bảo vệ tổ quốc Đầu tư, xây dựng sở hạ tầng kỹ thuật vấn đề quan tâm hàng đầu Xây dựng, hoàn thiện hệ thống đường sá, cầu cống nhà nước đầu tư thích đáng nhằm phục vụ, tạo động lực cho kinh tế khác phát triển, đồng thời củng cố an ninh, quốc phòng Đối với cơng trình xây dựng nói chung cơng trình xây dựng cầu đường nói riêng, móng cơng trình phận quan trọng Móng cơng trình phận liên kết với kết cấu bên trên, truyền toàn tải trọng xuống đất bên Nền phạm vi đất đá bên tiếp nhận tải trọng hay chịu ảnh hưởng tải trọng bên Cùng với phát triển khoa học kỹ thuật, kỹ thuật xây dựng cầu có bước phát triển vượt bậc Con người lập lục độ nhịp cầu tương ứng với loại kết cấu Song song với giải pháp móng cơng trình Móng cọc khoan nhồi giải pháp hiệu cơng trình cầu, kể cầu nhỏ, cầu trung cầu lớn Dự tính sức chịu tải cọc khoan nhồi công tác quan trọng sử dụng loại móng Hiện nay, có nhiều đề tài nghiên cứu, nhiều tiêu chuẩn, qui trình – qui phạm hướng dẫn tính tốn sức chịu tải cọc Mỗi tiêu chuẩn có ưu, nhược điểm phạm vi áp dụng riêng Sức chịu tải cọc khoan nhồi khơng phụ thuộc vào cách bố trí vật liệu thân cọc, chiều dài, kích thước cọc, địa chất cơng trình mà cịn phụ Học viên: Võ Văn Thảo Lớp Cao học Cầu – hầm K17 Trang Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành Xây dựng Cầu – hầm thuộc nhiều vào biện pháp cơng nghệ thi cơng Thống kê, phân tích, tổng hợp nguyên nhân làm suy giảm sức chịu tải cọc vấn đề quan trọng 2.Mục đích đề tài Mục đích đề tài dự tính sức chịu tải cọc khoan nhồi theo tiêu chuẩn khác nhau, đồng thời tìm nguồn nguyên nhân làm giảm sức chịu tải cọc khoan nhồi biện pháp công nghệ thi công Từ kết tổng hợp nghiên cứu xác định phương pháp dự tính sức chịu tải cọc khoan nhồi hợp lí nhất, thơng qua hạn chế tác nhân làm giảm sức chịu tải cọc q trình thi cơng 3.Phạm vi nghiên cứu Như nêu trên, có nhiều phương pháp xác định sức chịu tải cọc khoan nhồi Trong thực tế thi cơng có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến sức chịu tải cọc Trong nội dung luận văn này, xin trình bày vấn đề sau đây: + Tổng quan công nghệ cọc khoan nhồi, ưu – nhược điểm phạm vi áp dụng (chương 1) + Dự tính sức chịu tải cọc khoan nhồi theo điều kiện vật liệu, xem xét ảnh hưởng cơng nghệ trình độ thi cơng đến việc dự tính sức chịu tải cọc theo vật liệu Cụ thể xem xét q trình thi cơng yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng vật liệu chế tạo cọc, yếu tố kích thước hình học cọc (chương 2) + Dự tính sức chịu tải cọc khoan nhồi theo điều kiện đất (dựa vào tính chất lý đất) Đồng thời xem xét q trình thi cơng cọc, tính chất đất đá bị thay đổi vào công nghệ trình độ thi cơng Đối với đất dính đá dự tính thơng qua thí nghiệm phịng, Đối với đất rời dự tính thơng qua thí nghiệm địa chất trường Học viên: Võ Văn Thảo Lớp Cao học Cầu – hầm K17 Trang Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành Xây dựng Cầu – hầm + Dự tính sức chịu tải cọc thơng qua thí nghiệm cọc trường Học viên xin trình bày hai phương pháp thử tải tĩnh cọc phổ biến là: phương pháp nén tải trọng tĩnh truyền thống phương pháp Osterberg Hai phương pháp phương pháp nén tĩnh, có độ xác cao cao, phản ánh làm việc cọc đất nền, đồng thời kiểm chứng hợp lí phương pháp dự tính sức chịu tải cọc theo lý thuyết Trình bày phương pháp dự tính sức chịu tải cọc theo tiêu chuẩn chủ yếu sau: + Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam TCVN 205 – 98 + Tiêu chuẩn thiết kế cầu Giao thông Vận tải 22TCN 272 – 05 + Tiêu chuẩn thiết kế cầu Mỹ AASHTO: 2007 + Một số tiêu chuẩn kết nghiên cứu khác 4.Hạn chế đề tài Tiêu chuẩn AASHTO: 2007 tiêu chuẩn mới, bắt đầu tiếp cận nghiên cứu nước ta Vì vậy, nghiên cứu tiêu chuẩn có số bất cập định, chưa làm rõ ý tưởng nội dung tiêu chuẩn Đề tài dừng lại việc tìm nguyên nhân làm giảm sức chịu tải cọc khoan nhồi q trình thi cơng phương pháp đánh giá ảnh hưởng trình độ cơng nghệ thi cơng đến sức chịu tải cọc, đề tài chưa xác định hệ số tin cậy chiết giảm sức chịu tải cọc xét đến cơng nghệ trình độ thi công điều kiện Việt Nam Số liệu thu thập từ việc thử tải cọc khoan nhồi chưa đủ lớn để so sánh với kết tính toán theo tiêu chuẩn nêu Học viên: Võ Văn Thảo Lớp Cao học Cầu – hầm K17 Trang Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành Xây dựng Cầu – hầm CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CỌC KHOAN NHỒI VÀ DỰ TÍNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC KHOAN NHỒI 1.1.Công nghệ cọc khoan nhồi Xây dựng cơng trình cầu với độ từ vài chục mét đến hàng trăm, chí hàng nghìn mét trình phát triển vượt bậc ngành khoa học kỹ thuật công nghệ xây dựng Cùng với phát triển công nghệ xây dựng cầu có độ lớn, giải pháp móng có bước tiến quan trọng để đáp ứng kịp thời Cơng nghệ cọc khoan nhồi cơng trình cầu giải vấn đề móng cơng trình là: chịu tải trọng lớn, áp dụng hiệu trường hợp địa chất phức tạp, công nghệ thi công tương đối đơn giản, ảnh hưởng đến cơng trình xung quanh, đạt hiệu mặt kinh tế - kỹ thuật So với loại móng khác, móng cọc khoan nhồi có lịch sử phát triển Cọc khoan nhồi xuất vào năm đầu kỷ XX, với đường kính chiều dài tương đối nhỏ, công nghệ thi công đơn giản, thiết bị thô sơ Tuy nhiên, năm 50 kỷ XX công nghệ cọc khoan nhồi phát triển, người ta làm cọc mở rộng chân, xuyên qua đá, sử dụng dung dịch bentonite… Ở Việt Nam, công nghệ cọc khoan nhồi áp dụng vào năm 90 kỷ trước với cơng trình cầu Việt Trì (Phú Thọ) Những năm sau, hầu hết cơng trình cầu lớn sử dụng công nghệ này, chẳng hạn như: Cầu Hịa Bình, cầu Lạc Quần, cầu Qn Hầu, cầu Sơng Gianh, cầu Non Nước, cầu Mỹ Thuận, cầu Bình Phước…Đến thời điểm này, công nghệ cọc khoan nhồi trở nên quen thuộc với hầu hết tư vấn nhà thầu xây dựng nước ta Công nghệ thi cơng cọc khoan nhồi chia làm bước sau: + Khoan tạo lỗ + Hạ lồng cốt thép Học viên: Võ Văn Thảo Lớp Cao học Cầu – hầm K17 Trang Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành Xây dựng Cầu – hầm Ở phía phía hộp O-cell có hai thép trịn dày 5cm Đường kính hai thép phải hợp lí để hàn vào lồng cốt thép cọc khoan nhồi (Hình 4.3.2.1-2: Liên kết hộp O’cell lồng thép) Ngồi phận trên, hệ thống cịn có thiết bị cung cấp, gia tải cho kích thủy lực, đồng hồ đo chuyển vị, máy tính phân tích kết số phận khác (Hình 4.3.2.1-3: Các phận hệ thống Osterberg) Học viên: Võ Văn Thảo Lớp Cao học Cầu – hầm K17 Trang 106 Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành Xây dựng Cầu – hầm 4.3.2.2.Nguyên lý thí nghiệm Phương pháp Osterberg phương pháp thử tải tĩnh, tải trọng thử phản ánh trực tiếp trạng thái chịu lực cọc bước thử Tải trọng tĩnh dùng để thử tạo hộp tải (The Osterberg Cell) đặt sẵn cọc thi công Hộp tải thực chất kích thủy lực hoạt động nhờ áp lực bơm thủy lực đặt mặt đất truyền theo ống dẫn vào hộp tải Hộp tải hoạt động theo chiều đối : đẩy phần cọc hộp tải lên phá sức kháng cắt đất quanh thân cọc phần cọc này; đẩy phần cọc hộp tải xuống phá sức kháng nén đất mũi cọc với sức kháng cắt đất quanh thân cọc phần cọc Như vậy, đối trọng dùng để thử sức kháng nén đất mũi cọc tự trọng cọc sức kháng cắt đất quanh thân cọc phần cọc hộp tải; đối trọng dùng để thử sức kháng cắt đất quanh thân cọc phần cọc hộp tải sức kháng nén đất mũi cọc với sức kháng cắt đất quanh thân cọc phần cọc hộp tải Không giống phương pháp thí nghiệm tải trọng tĩnh thơng thường, tải trọng tác dụng từ đỉnh cọc, phương pháp O-cell tác dụng tải vào cọc từ mũi cọc cách giãn O-cell, cung cấp áp lực thuỷ lực hệ thống bơm thuỷ lực áp lực luôn theo dõi trình bơm Bằng cách làm này, sức kháng mũi cung cấp đối trọng cho sức kháng ma sát ngược lại Do thí nghiệm kết thúc điều kiện sau xảy ra: + Tải trọng tác dụng đạt đến sức chịu tải giới hạn ma sát thành bên; + Tải trọng tác dụng đạt đến sức chịu tải giới hạn sức kháng mũi; + Đạt đến khả tới hạn hộp tải Học viên: Võ Văn Thảo Lớp Cao học Cầu – hầm K17 Trang 107 Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành Xây dựng Cầu – hầm (Hình 4.3.2.2-1: Sơ đồ thí nghiệm Osterberg) Trong q trình thí nghiệm, di chuyển đỉnh đáy hộp tải đo qua gắn vào đáy đỉnh hộp kéo dài lên đỉnh cọc (Hình 5.5) Trong trình thí nghiệm chuyển vị đứng lên đỉnh cọc theo dõi 4.3.3 Qui trình thí nghiệm phân tích kết 4.3.3.1 Qui trình thí nghiệm Thử tải cọc phương pháp O-cell tương tự thử tải phương pháp thử tĩnh thông thường Trong trình thử tải, kết nhận mối quan hệ tải trọng – chuyển vị - thời gian Qui trình thường hay áp dụng nước phát triển ASTM D-1143 (phương pháp gia tải nhanh) Các chuyển vị thu bao gồm: Học viên: Võ Văn Thảo Lớp Cao học Cầu – hầm K17 Trang 108 Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành Xây dựng Cầu – hầm + TOS: chuyển vị lên đầu cọc + COMP: biến dạng nén đàn hồi đoạn cọc phía kích + BP: chuyển vị xuống thép phía O-cell + BP+COMP: hành trình O-cell (chuyển vị mở O-cell) + s↑ = TOS+COMP: chuyển vị lên phía + s↓=BP-TOS: chuyển vị xuống phía Từ số liệu trên, xây dựng đường cong nén tĩnh thông thường 4.3.3.2 Qui đổi đơn giản Tải trọng lớn đường cong nén tĩnh tương đương: Pmax ≈ 2Q0 – w’1 (4.3.3.2-1) Trong đó: + Q0 – tải trọng lớn thí nghiệm + w’1 – trọng lượng thân cọc tính từ O-cell trở lên (có xét đến đẩy mực nước ngầm) Cách qui đổi làm sức chịu tải tới hạn cọc bị nhỏ lượng định (thiên an toàn cho cọc) 4.3.3.3 Qui đổi chi tiết Để qui đổi chi tiết kết nén tĩnh phương pháp Osterberg phương pháp nén tĩnh truyền thống tương đương ta phải tìm phương trình thể mối quan hệ chuyển vị s(mm) điểm cọc với Pe(tấn) lực nén từ xuống tương đương Xét điểm s, lực đẩy xuống mà s phải tiếp nhận là: Q’↓ = Q↓ + w’2 (4.3.3.3-1) Trong đó: + Q↓– lực O-cell đẩy xuống chuyển vị s + w’2 – trọng lượng phần thân cọc thép O-cell (có xét đến mực nước ngầm) Lực đẩy mà đất phải tiếp thu là: Học viên: Võ Văn Thảo Lớp Cao học Cầu – hầm K17 Trang 109 Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành Xây dựng Cầu – hầm Q’↑ = (Q↑ - w’1)F (4.3.3.3-2) Trong đó: + Q’↑ – lực O-cell đẩy lên chuyển vị s + w’2 – trọng lượng phần cọc phía O-cell (có xét đến mực nước ngầm) + F – hệ số có xét đến khác ma sát bên nén tĩnh thông thường nén tĩnh Osterberg (F = 1,00 – đá, đất tốt F = 0,95 – đất rời) Tại s, tổng lực đẩy lên lực đẩy xuống là: P = Q’↓ + Q’↑ = Q↓ + w’2 + (Q↑ - w’1)F (4.3.3.3-3) Qui đổi lực thành lực nén tương đương từ xuống Pe Lúc đất chịu phần lực nén trọng lượng thân cọc Cho nên: Pe = P - w’1 - w’2 = Q↓+(Q↑ - w’1)F- w’1 (4.3.3.3-4) Tại tải trọng Pe, cọc bị lún s + ∆σ Trong ∆σ số gia kể đến biến dạng đàn hồi cọc Lặp lại q trình với vị trí s khác nhau, từ vẽ đường cong nén tĩnh tương đương với cặp giá trị (Pe, s + ∆σ) 4.3.4 Ưu nhược điểm phương pháp Osterberg 4.3.4.1 Ưu điểm phương pháp Osterberg Thí nghiệm Osterterg thử tải cọc có đường kính lớn mà khơng cần phải có đối trọng neo Cho đến thí nghiệm cọc đường kính 3,0m với tải trọng cực lớn 27.900 thực phương pháp cơng trình INCHEON BRIDGE, Hàn Quốc Thí nghiệm xác định sức chịu tải cực hạn cọc mà cung cấp hai thành phần chịu tải riêng biệt là: sức kháng thành bên sức kháng mũi cọc Tránh sai số trình đo ảnh hưởng đối trọng hay hệ neo thí nghiệm tĩnh Học viên: Võ Văn Thảo Lớp Cao học Cầu – hầm K17 Trang 110 Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành Xây dựng Cầu – hầm Kích thủy lực (hộp tải O-cell) đẩy theo hai chiều nên cần cung cấp khả Q0≈0,5Pu Đối với cọc xiên, phương pháp Osterberg thực dễ dàng so với nén tĩnh thơng thường Thí nghiệm thực phạm vi chật hẹp, sơng, biển…, khơng có đối trọng cồng kềnh nên an toàn Về mặt kinh tế, phương pháp dùng hộp O-cell tiết kiệm phương pháp nén tĩnh thông thường (mặc dù hộp O-cell bị bỏ lại) 4.3.4.2 Nhược điểm phương pháp Osterberg Đối với cọc khoan nhồi, hộp tải dùng lần khơng thể thu hồi Thí nghiệm hiệu cho cọc vừa chống vừa ma sát, thành phần chống ma sát tương đương Nếu không thỏa mãn điều kiện thừ tải thí nghiệm nhỏ khó tìm sức chịu tải tới hạn Công tác lặp đặt thiết bị tương đối phức tạp, phải có chuyên gia đảm trách Thời gian lắp đặt thiết bị lâu, làm giảm chất lượng công tác đổ bê tông cọc Khi thử tải xong, khoảng trống truyền lực bơm vữa Tuy nhiên, sức chịu tải cọc bị ảnh hưởng sức kháng mũi cọc Quá trình cẩu lắp dễ làm truyền lực bị gãy Tuy thí nghiệm cọc phương pháp Osterberg có chứa nhiều rủi ro theo thống kê cho thấy, 600 thí nghiệm Osterberg tiến hành chưa có thí nghiệm bị hỏng 4.4 Sử dụng phương pháp thử tải tĩnh cọc đánh giá phụ thuộc sức chịu tải cọc khoan nhồi vào trình độ cơng nghệ thi cơng 4.4.1.Tổng quan Độ tin cậy dự tính sức chịu tải cọc khoan nhồi bao gồm yếu tố sau: Học viên: Võ Văn Thảo Lớp Cao học Cầu – hầm K17 Trang 111 Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành Xây dựng Cầu – hầm + Độ tin cậy số liệu đầu vào: số liệu địa chất, tính chất lý lớp đất đá, mức độ đồng đất đá cho lớp, tính chất + Độ tin cậy phương pháp tính, sơ đồ tính, giả thuyết tính tốn + Độ tin cậy trình độ, công nghệ thi công cọc khoan nhồi Như phân tích q trình thi cơng cọc, tính chất đất đá bị thay đổi, vật liệu, kích thước hình học cọc không giống giả định ban đầu + Độ tin cậy phương pháp thử tải cọc: phương pháp thử tải cọc có ưu – nhược điểm riêng Phương pháp diễn giải kết chứa đựng bất cập định Khi xét yếu tố thi cơng (trình độ cơng nghệ thi công) ảnh hưởng đến sức chịu tải cọc khoan nhồi dự tính theo điều kiện đất bao gồm: + Sự thay đổi tính chất lý đất đá thí nghiệm lúc thi cơng cọc + Sự thay đổi kích thước hình học cọc: thay đổi diện tích mặt cắt ngang cọc, chiều dài cọc qua lớp đất, đá… 4.4.2.Phương pháp Để đánh giá ảnh hưởng yếu tố thi công đến sức chịu tải cọc khoan nhồi cần phải so sánh sức chịu tải cọc từ lý thuyết tính tốn với sức chịu tải cọc thi cơng xong thí nghiệm cọc trường Thu thập số liệu sức chịu tải cọc từ thí nghiệm tin cậy trường Kí hiệu sức chịu tải [Pi] Dựa vào số liệu địa chất, dự tính sức chịu tải cọc lý thuyết Sức chịu tải cọc tính theo phương pháp lý thuyết Pi Lập tỉ số sức chịu tải cọc theo lý thuyết theo thí nghiệm trường K i  Pi Thường tỉ số nhỏ  Pi  Thống kê giá trị Ki khoảng định chọn trước Học viên: Võ Văn Thảo Lớp Cao học Cầu – hầm K17 Trang 112 Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành Xây dựng Cầu – hầm + K1 = (Ka -:-Kb) ->n1 + K2 = (Kc -:-Kd) ->n2 …… + Kn = (Kx-:-Ky) ->nm Lập bảng phân phối xác suất của đại lượng K (Bảng 4.4.2-1: Phân phối xác suất đại lượng K) K P K1 P1  K2 n1 m n i P1  K3 n2 m n P1  i … n3 … m n i 1 Kn P1  nm m n i Tính đặc trưng phân phối xác suất đại lượng K: m + Kì vọng tốn cấp 1: M ( K )   K i Pi i 1 m + Kì vọng tốn cấp 2: M ( K )   K i2 Pi i 1 + Phương sai phân bố: D ( K )  M  K   M  K  Lập hàm mật độ phân bố chuẩn:     f k   e  2  k   2  2  + σ =D(K) phương sai phân bố chuẩn + µ = M(K) kì vọng tốn (Hình 4.2.2-1: Dạng đồ thị hàm phân bố chuẩn) Lập hàm phân bố xác suất F  k    2 k  e   k   2     2  dk  Xác suất để K nhận giá trị [K1-:-K2] xác định tích phân: Học viên: Võ Văn Thảo Lớp Cao học Cầu – hầm K17 Trang 113 Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành Xây dựng Cầu – hầm P ( K1  K  K )   K2 K1 f  k dk   2  K2 K1 e   K   2     2  dk Tích phân khơng thể tính cách trực tiếp dạng đóng Có thể tìm giá trị chúng qua cách tra bảng Như vậy, phương pháp ước tính xác suất để K nhận giá trị khoảng định Hay nói cách khác tính xác suất để tỉ số sức chịu tải cọc theo lý thuyết thí nghiệm trường Từ đề xuất giá trị điều chỉnh sức chịu tải cọc dự tính theo lý thuyết có xét đến yếu tố thi cơng Số liệu thu thập sức chịu tải cọc thí nghiệm trường sức chịu tải cọc theo lý thuyết phải đủ lớn để tốn có độ tin cậy cao 4.5 Kết luận chương Đối với cọc khoan nhồi, cọc đúc chổ nên sau thi công xong sức chịu tải cọc chưa xác định rõ ràng Vì vậy, kiểm tra sức chịu tải thực tế cọc cần thiết cơng trình Có nhiều phương pháp thí nghiệm sức chịu tải cọc ngồi trường Tuy nhiên, để đánh giá mức độ phù hợp phương pháp dự báo sức chịu tải cọc giai đoạn thiết kế phương pháp thử tải cọc nén tĩnh có độ xác cao Nó cịn phương pháp kiểm tra mức độ xác phương pháp thử tải cọc khác Phương pháp nén tĩnh truyền thống áp dụng rộng rãi Việt Nam, phản ánh tương đối xác mối liên hệ tải trọng biến dạng cọc Trong phần này, trình bày nội dung phương pháp nén tĩnh cọc truyền thống theo tiêu chuẩn BS 8004:1986 Anh tiêu chuẩn TCXDVN 269:2002 Việt Nam Đồng thời, dẫn hai phương pháp diễn dịch kết thí nghiệm nước phát triển De Beer Divission cho hai dạng đường cong tải trọng – chuyển vị Học viên: Võ Văn Thảo Lớp Cao học Cầu – hầm K17 Trang 114 Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành Xây dựng Cầu – hầm Phương pháp thí nghiệm cọc hộp tải Osterberg phương pháp thử tải tĩnh Phương pháp có nhiều ưu điểm phân tích, đơi số nhược điểm định Ở Việt Nam phương pháp áp dụng vài năm trở lại ngày sử dụng rộng rãi Có thể xác định ảnh hưởng yếu tố thi công đến sức chịu tải cọc khoan nhồi phương pháp thống kê, xác suất Hệ số xét đến ảnh hưởng trình độ cơng nghệ thi công xác định từ việc thống kê, xử lí kết sức chịu tải cọc theo phương pháp nén tĩnh theo phương pháp lý thuyết Để hệ số có độ tin cậy cao cần thiết phải thu thập số liệu đủ lớn KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Cùng với phát triển khoa học cơng nghệ nói chung, ngành khoa học kỹ thuật xây dựng cầu có bước tiến mạnh mẽ Người ta tạo nhịp cầu kỉ lục tương ứng với dạng kết cấu khác Tuy nhiên, độ nhịp dài, qui mơ cơng trình cao tải trọng truyền xuống móng lớn Móng cọc khoan nhồi đời giải yêu cầu phận móng Móng cọc khoan nhồi áp dụng rộng rãi Việt Nam giới Loại móng có nhiều ưu điểm, nhiên có số hạn chế định Hiện nay, có nhiều nghiên cứu, tiêu chuẩn đánh giá sức chịu tải cọc khoan nhồi Tùy theo quan điểm thiết kế mà phân làm hai loại: thiết kế theo hệ số an toàn thiết kế theo hệ số tin cậy Ở nước ta, việc dự tính sức chịu tải cọc khoan nhồi cơng trình cầu chủ yếu sử dụng tiêu chuẩn xây dựng TCXD 205:98 tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272 – 05 (AASHTO:1998) Tiêu chuẩn thiết kế cầu AASHTO:2007 đời dựa nội dung Học viên: Võ Văn Thảo Lớp Cao học Cầu – hầm K17 Trang 115 Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành Xây dựng Cầu – hầm AASHTO:1998 (biên soạn 22TCN 272 – 05) bổ sung nội dung công tác thiết kế cầu nói chung dự tính sức chịu tải cọc khoan nhồi nói riêng Dự tinh sức chịu tải cọc khoan nhồi theo điều kiện vật liệu, đánh giá khả huy động sức kháng kết cấu từ vật liệu bê tông cốt thép chế tạo cọc tiêu chuẩn: + Nêu yêu cầu vật liệu bê tông cốt thép, kết hợp bê tông cốt thép công tác chế tạo cọc khoan nhồi + Đánh giá khả huy động sức kháng kết cấu từ bê tông, cốt thép để tạo nên sức kháng cọc theo điều kiện vật liệu + Đánh giá ảnh hưởng yếu tố trình độ cơng nghệ thi cơng đến sức chịu tải cọc khoan nhồi dự tính theo điều kiện vật liệu Dự tính sức chịu tải cọc khoan nhồi theo điều kiện đất tương ứng với tiêu chuẩn nêu trên: + Đánh giá sức chịu tải cọc khoan nhồi đất dính, đá đất rời + Xét ảnh hưởng yếu tố trình độ cơng nghệ thi cơng đến sức chịu tải cọc khoan nhồi dự tính theo điều kiện địa chất Cọc khoan nhồi loại cọc đúc chổ Vì vậy, sức chịu tải cọc phụ thuộc vào chất lượng công tác thi cơng cọc Hay nói cách khác, sức chịu tải cọc khoan nhồi phụ thuộc vào trình độ công nghệ thi công cọc Ứng với công nghệ trình độ thi cơng khác nhau, chất lượng vật liệu chế tạo cọc, kích thước, hình dáng cọc địa chất xung quanh cọc bị thay đổi Tất yếu tố thay đổi ảnh hưởng đến sức chịu tải cọc khoan nhồi Trong tiêu chuẩn thiết kế có hệ số xét đến ảnh hưởng Tuy nhiên, ứng với cơng nghệ trình độ thi cơng khác hệ số điều chỉnh phải khác Đối với cọc khoan nhồi, đặc điểm đúc cọc hố khoan nên sau thi công xong, sức chịu tải thực tế cọc cần phải kiểm nghiệm so với dự tính bước thiết kế Có nhiều phương pháp thử tải cọc Tuy nhiên, phương pháp Học viên: Võ Văn Thảo Lớp Cao học Cầu – hầm K17 Trang 116 Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành Xây dựng Cầu – hầm thử tải tĩnh truyền thống phương pháp thử tải tĩnh hộp Osterberg có độ tin cậy cao Hai phương pháp thí nghiệm phản ánh q trình làm việc cọc với đất Mỗi phương pháp có ưu, nhược điểm phạm vi áp dụng riêng Diễn giải sức chịu tải tới hạn cọc từ kết thí nghiệm quan trọng có nhiều nghiên cứu Kiến nghị Đề tài nghiên cứu phương pháp dự tính sức chịu tải cọc khoan nhồi theo tiêu chuẩn khác tiêu chuẩn thể phát triển mặt quan điểm thiết kế cơng tác móng Đặc biệt tiêu chuẩn AASHTO:2007 điều chỉnh, bổ sung số vấn đề AASHTO:1998 (22TCN 272 – 05) cho phù hợp đa dạng địa chất phương pháp tính Vì vậy, kiến nghị nghiên cứu áp dụng tiêu chuẩn AASHTO:2007 thiết kế cầu nói chung cơng tác móng nói riêng Trong nội dung đề tài nghiên cứu phương pháp dự tính sức chịu tải cọc khoan nhồi theo tiêu chuẩn ứng với điều kiện địa chất, công nghệ chế tạo điều kiện thí nghiệm kiểm tra khác Việc vận dụng xác nội dung tiêu chuẩn rút ngắn chênh lệch sức chịu tải cọc theo dự tính ban đầu với sức chịu tải theo thí nghiệm trường sức chịu tải thực tế cọc Một số hư hỏng, cố thi công cọc khoan nhồi nêu lên Xác định tượng hư hỏng, cố hay gặp từ phân tích kết quả, tìm hiểu nguyên nhân để nâng cao chất lượng thi công cọc khoan nhồi Kiến nghị q trình thi cơng cọc, cần biết trước hư hỏng cố bước thi cơng cụ thể để hồn thiện mặt tổ chức thi công, công nghệ, thiết bị Một số phương pháp thí nghiệm cọc trường áp dụng để dự tính sức chịu tải cọc thi cơng xong Mỗi phương pháp có ưu nhược điểm phạm vi áp dụng riêng Căn vào mục tiêu giai đoạn thí nghiệm mà chọn phương pháp phù hợp Chọn cách diễn giải phù hợp để tìm sức chịu tải tới hạn cọc khoan nhồi quan trọng Học viên: Võ Văn Thảo Lớp Cao học Cầu – hầm K17 Trang 117 Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành Xây dựng Cầu – hầm Kiến nghị phương pháp đánh giá ảnh hưởng trình độ cơng nghệ thi cơng đến sức chịu tải cọc khoan nhồi phương pháp thống kê xác suất để tìm hệ số chiết giảm sức chịu tải ứng với độ tin cậy phù hợp Học viên: Võ Văn Thảo Lớp Cao học Cầu – hầm K17 Trang 118 Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành Xây dựng Cầu – hầm TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272 – 05 – Tiêu chuẩn kỹ thuật cơng trình giao thông tập VIII – Nhà xuất Giao thông Vận tải 2005 [2] Tiêu chuẩn xây dựng TCXD205:98 – Móng cọc – Tiêu chuẩn thiết kế – Nhà xuất Xây dựng 2002 [3] Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam TCXDVN269 : 2002 – Cọc – Phương pháp thí nghiệm tải trọng tĩnh ép dọc trục – Nhà xuất Giao thông Vận tải 2005 [4] Tiêu chuẩn ngành 22TCN 257 – 2000 – Cọc khoan nhồi – Tiêu chuẩn thi công nghiệm thu – Nhà xuất Giao thông Vận tải 2005 [5] Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam TCXDVN 365 :2005 – Kết cấu bê tông bê tông cốt thép – Tiêu chuẩn thiết kế – Nhà xuất Xây dựng 2005 [6] Trần Đức Nhiệm – Các phương pháp xác suất lý thuyết độ tin cậy tính tốn cơng trình – Trường Đại học Giao thông Vận tải, Hà Nội [7] Lê Q An, Nguyễn Cơng Mẫn, Hồng Văn Tân – Tính tốn móng theo trạng thái giới hạn – Nhà xuất Xây dựng 1998 [8] Bùi Anh Định, Nguyễn Sỹ Ngọc – Nền móng cơng trình cầu đường – Nhà xuất Giao thông Vận tải 2000 [9] Vũ Cơng Ngữ, Nguyễn Thái – Móng cọc phân tích thiết kế – Nhà xuất khoa học kỹ thuật 2004 [10] Nguyễn Viết Trung, Lê Thanh Liêm – Cọc khoan nhồi cơng trình giao thơng – Nhà xuất xây dựng 2003 [11] Nguyễn Bá Kế – Thi công cọc khoan nhồi – Nhà xuất Xây dựng 1999 [12] Nguyễn Bá kế – Sự cố móng cơng trình – Nhà xuất Xây dựng 2000 [13] AASHTO LRFD Bridge Design Specifications – American Association of State Highway and Transportation Officials - USA 2007 Học viên: Võ Văn Thảo Lớp Cao học Cầu – hầm K17 Trang 119 Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành Xây dựng Cầu – hầm [14] M.W.O’NEILL, F.C.TOWNSEND, K.M HASSAN, A.BUTLLER, P.S.CHAN – Load Transfer for Drilled Shafts in Intermediate Geomaterial – FHWA – USA 1995 [15] M.W.O’NEILL, L.C REESE – Drilled Shafts – Contruction Procedures and Design Methods – FHWA – USA 1999 [16] G.G.Meyerhof – The Bearing Capacity and Settlement of Foundation 1981 [17] US Army Corps of Engineers – Design of Pile Foundation 1991 Học viên: Võ Văn Thảo Lớp Cao học Cầu – hầm K17 Trang 120