Nghiên cứu lựa chọn phương pháp dự tính sức kháng đỡ dọc trục cọc ống dự ứng lực ép cho móng mố trụ cầu cạn trong đô thị,đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI CƠ SỞ II BỘ MƠN CƠNG TRÌNH  BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP DỰ TÍNH SỨC KHÁNG ĐỠ DỌC TRỤC CỌC ỐNG DỰ ỨNG LỰC ÉP CHO MĨNG MỐ TRỤ CẦU CẠN TRONG ĐƠ THỊ MÃ SỐ ĐỀ TÀI: 03 Thuộc nhóm ngành khoa học: Cơng Trình Giao Thơng Tp.Hồ Chí Minh, tháng năm 2013 TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI CƠ SỞ II BỘ MƠN CƠNG TRÌNH  BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP DỰ TÍNH SỨC KHÁNG ĐỠ DỌC TRỤC CỌC ỐNG DỰ ỨNG LỰC ÉP CHO MĨNG MỐ TRỤ CẦU CẠN TRONG ĐƠ THỊ MÃ SỐ ĐỀ TÀI: 03 Thuộc nhóm ngành khoa học: Cơng Trình Giao Thông Giảng viên hướng dẫn: Th.S Ngô Châu Phương Sinh viên thực : Lê Quốc Tiến Nguyễn Xuân Nguyễn Nguyễn Bình Sỹ Tạ Ngọc Phú Lớp : Cầu Đường Tăng cường tiếng Anh K49 Tp.Hồ Chí Minh, tháng năm 2013 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Tp Hồ Chí Minh, tháng 05 năm 2013 Ký tên NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN ĐỌC DUYỆT Tp Hồ Chí Minh, tháng 05 năm 2013 Ký tên MỤC LỤC Trang LỜI NÓI ĐẦU PHẦN I: PHẦN MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài 2 Mục đích đề tài Ý nghĩa đề tài PHẦN II: NỘI DUNG ĐỀ TÀI CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC 1.1 Giới thiệu cọc bê tông cốt thép 1.2.1.1 Cọc BTCT thường 1.2.1.2 Cọc khoan nhồi 1.2.1.3 Cọc ống bê tông ly tâm dự ứng lực 1.2 Các phương pháp đánh giá sức kháng đỡ dọc trục cọc 1.2.1 Khái niệm sức kháng đỡ dọc trục 1.2.2Các phương pháp đánh giá 1.3 Tại phải nghiên cứu lựa chọn phương pháp dự tính sức kháng đỡ dọc trục cọc 1.4 Tình hình nghiên cứu phương pháp dự tính sức kháng đỡ dọc trục cọc 1.5 Phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT VỀ BÊ TÔNG ỨNG LỰC TRƯỚC VÀ NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP DỰ TÍNH SỨC KHÁNG ĐỠ DỌC TRỤC CỌC ỐNG DỰ ỨNG LỰC ÉP (GỌI TẮT SKDCOE) THEO MỘT SỐ TIÊU CHUẨN HIỆN HÀNH 2.1 Các thuật ngữ định nghĩa 2.2 Lý thuyết bê tông ứng lực trước 2.3 Cơ sở lý thuyết việc dự tính sức kháng đỡ dọc trục 10 2.4 Các phương pháp dự tính sức kháng đỡ dọc trục theo tiêu chuẩn hành 12 CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU LẬP BẢNG TÍNH TỐN BÁN TỰ ĐỘNG SKDCOE TRÊN EXCEL CÓ SỬ DỤNG MỘT SỐ HÀM TỰ TẠO BẰNG NGÔN NGỮ VBA 3.1 Số liệu địa chất 33 3.2 Mặt cắt địa chất cơng trình 34 3.3 Tính sức kháng dọc trục cọc theo 22TCN 272-05 35 3.4 Tính sức kháng dọc trục cọc theo TCVN 205-98 38 CHƯƠNG 4: ÁP DỤNG TÍNH TỐN SỨC KHÁNG ĐỠ DỌC TRỤC CỌC ỐNG DỰ ỨNG LỰC ÉP (SKDCOE) VÀ PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ CHO MỘT SỐ MỐ TRỤ CẦU CẠN TRONG ĐÔ THỊ 4.1 Ứng dụng dự tính sức chịu tải cọc bê tơng ly tâm cơng trình Cầu vượt Lăng Cha Cả 39 PHẦN III: KẾT LUẬN 41 PHẦN IV: TÀI LIỆU THAM KHẢO 42 ĐỀ TÀI NCKH SINH VIÊN GVHD: ThS.NGÔ CHÂU PHƯƠNG LỜI NĨI ĐẦU Lời cho phép nhóm nghiên cứu gửi lời cảm ơn tới môn Cầu Hầm cho nhóm nghiên cứu có hội thực hiên đề tài Nhóm nghiên cứu xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới giáo viên hướng dẫn, Thạc sĩ Ngô Châu Phương Trong suốt trình làm đề tài, thầy tận tình hướng dẫn, tạo điều kiện giúp đỡ nhóm nghiên cứu hồn thành đề tài Do thời gian nghiên cứu có hạn trình độ cịn hạn chế nên đề tài nghiên cứu khơng tránh khỏi thiếu sót, nhóm nghiên cứu mong nhận nhiều ý kiến đóng góp thầy bạn đọc ! NHĨM SV LỚP CĐA-K49 Trang ĐỀ TÀI NCKH SINH VIÊN GVHD: ThS.NGÔ CHÂU PHƯƠNG PHẦN I : PHẦN MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài - Trong cơng trình xây dựng sử dụng cọc bê tông cốt thép thường có mặt hạn chế Việc xuất sớm vết nứt cọc bê tông cốt thép thường biến dạng khơng tương thích thép bê tơng Khi cọc chịu kéo uốn, phần bê tông cọc phát sinh vết nứt làm giảm khả chống ăn mịn cọc, từ làm giảm tuổi thọ cọc, môi trường ăn mòn mạnh - Để khắc phục hạn chế cọc bê tơng cốt thép thường ta sử dụng cọc bê tông ly tâm ứng suất trước Mục đích đề tài - Trên sở khảo sát thực tế kết nghiên cứu tác giả ngồi nước bê tơng ứng lực trước Chúng ta vận dụng vào cọc bê tông ly tâm ứng lực trước - Thay cọc bê tông cốt thép thường cọc bê tông ly tâm ứng lực trước cho cơng trình xây dựng - Bằng ứng dụng công nghệ đại vào cọc bê tông ly tâm ứng lực trước điều kiện thi công thực tế để sử dụng cọc bê tông ly tâm ứng lực trước đạt hiệu cao Ý nghĩa đề tài - Ứng dụng công nghệ đại vào cọc bê tông ly tâm ứng lực trước điều kiện thi công thực tế để sử dụng cọc bê tông ly tâm ứng lực trước đạt hiệu cao - Trên sở nghiên cứu tiêu chuẩn hành, lập bảng tính sức kháng dọc trục cọc bê tông ly tâm ứng lực trước, thi công cơng nghệ cọc ép Phục vụ cho việc tính tốn sức chịu tải cọc bê tơng ly tâm NHÓM SV LỚP CĐA-K49 Trang ĐỀ TÀI NCKH SINH VIÊN GVHD: ThS.NGÔ CHÂU PHƯƠNG PHẦN II: NỘI DUNG ĐỀ TÀI CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC 1.1 Giới thiệu cọc bê tông cốt thép 1.1.1 Cọc BTCT thường - Cọc bê tông cốt thép thường có dạng hình vng Cạnh cọc thường gặp Việt Nam 0,2 ÷ 0,4m, chiều dài cọc thường nhỏ 12m chiều dài tối đa thép 11,7m Bê tông dùng cho cọc có mác từ 250 ÷350 tương đương cấp độ bền (B20÷B25) Khả chị tải vật liệu cọc BTCT thường tính theo cơng thức : QVL = ϕ.(Rb Ac + Rs As ) (1.1) Trong đó: Rb – cường độ chịu nén bê tông Ac – diện tích mặt cắt ngang cọc Rs – cường độ chịu nén thép ϕ – hệ số uốn dọc Tra bảng 1.1 As – diện tích cốt thép bố trí cọc Bảng 1.1 Hệ số uốn dọc Ltt/b 14 16 18 20 22 24 26 28 30 Ltt/d 12,1 13,9 15,6 17,3 19,1 20,8 22 24,3 26 ϕ 0,93 0,89 0,85 0,81 0,77 0,73 0,66 0,64 0,59 Trong đó: b: Là cạnh cọc vng d: Đường kính cọc trịn Ltt : Chiều dài tính tốn cọc, không kể phần cọc nằm lớp đất yếu bên - Cọc bê tơng cốt thép thường có mác bê tông mác 250 đến mác 350 Với loại cọc tiết diện cọc chủ yếu nằm loại cọc nhỏ, loại nhỏ 45x45cm sức chịu tải cọc theo vật liệu khơng lớn NHÓM SV LỚP CĐA-K49 Trang ĐỀ TÀI NCKH SINH VIÊN - GVHD: ThS.NGÔ CHÂU PHƯƠNG Cọc nhỏ thường giải pháp tối ưu cho cơng trình có tải trọng khơng lớn, tải trọng chân cột lớn, địi hỏi nhiều cọc nhóm cọc đài cọc lớn việc bố trí đài cọc cơng trình ngầm gặp khó khăn 1.1.2 Cọc khoan nhồi - Hạn chế tùy theo điều kiện địa chất cơng trình, địa điểm xây dựng quy mơ cơng trình Thí dụ Hà Nội cọc thường cắm vào tầng cát lẫn cuội sỏi độ sâu 40 ÷50m, thành phố Hồ Chí Minh cọc khoang nhồi thường cắm vào tầng đất sét pha nửa cứng độ sâu 30÷50m Đường kính cọc thường 0,6m, 0,8m, 1,0m, 1,2m, 1,4m Chiều dài cọc khoang nhồi lớn Việt Nam cọc cầu Mỹ Thuận - Khả chịu tải theo vật liệu cọc tính theo cơng thức: QVL = k.m( Rb Ac + Rs As ) (1.2) Trong đó: Rb – cường độ chịu nén bê tông Ac – diện tích mặt cắt ngang cọc Rs – cường độ chịu nén thép As – diện tích cốt thép bố trí cọc k.m – hệ số điều kiện làm việc, k.m = 0,7 - Cọc nhồi có tiết diện độ sâu mũi cọc lớn nhiều so với cọc đúc sẵn, nên sức kháng đơn vị nhỏ đi, sức chịu tải lớn, số lượng cọc đài cọc ít, việc bố trí đài cọc cơng trình ngầm dễ dàng tải cơng trình lớn khoảng 15 tầng ta nên dùng cọc khoan nhồi - Ưu điểm cọc khoan nhồi cọc đặt vào lớp đất cứng chí tới đá mà cọc đóng khơng thể tới Một ưu điểm khác cọc nhồi sức chịu tải ngang lớn việc thi công cọc nhồi có chấn rung nhỏ nhiều so với thi cơng cọc đóng, thi cơng cọc nhồi khơng gây trồi đất xung quanh khơng đẩy cọc sẵn có xung quanh sang ngang NHÓM SV LỚP CĐA-K49 Trang ĐỀ TÀI NCKH SINH VIÊN GVHD: ThS.NGÔ CHÂU PHƯƠNG qp  q pn tc  h3    1.5  kd  d3  (A2) Trong đó: qpntc- Cường độ chịu nén tiêu chuẩn trục, (trung bình cộng) đá trạng thái no nước, t/m2; kđ- hệ số an tồn theo đất, lấy 1,4; h3- Độ chơn sâu tính tốn đá, m; d3- Đường kính ngàm phần chôn vào đá, m c) Đối với cọc ống chống lên bề mặt đá phẳng không bị phong hố, lớp phủ lớp đất khơng bị xói lở có chiều dày khơng nhỏ lần đường kính cọc ống, theo cơng thức: qp  q tc pn kd (A3) A.3 Sức chịu tải tiêu chuẩn cọc ma sát thi công phương pháp đóng có bề rộng tiết diện đến 0,8m, chịu tải trọng nén, xác định theo công thức: Qtc  m(mR q p Ap  u  m f f si li ) (A4) Trong đó: qp fs- cường độ chịu tải mũi mặt bên cọc, lấy theo bảng A.1 A.2; m- Hệ số điều kiện làm việc đất mũi cọc mặt bên cọc có kể đến ảnh hưởng phương pháp hạ cọc đến sức chống tính tốn đất, xác định theo bảng A.3 Trong công thức (A.4) việc lấy tổng cường độ chịu tải đất phải tiến hành tất lớp đất mà cọc xuyên qua Trong trường hợp san cần gạt bỏ bị xói trơI đất đI, phải tiến hành lấy tổng sức chống tính tốn tất lớp đất nằm bên mức san (gọt bỏ cốt xói lở cục bị lũ) NHÓM SV LỚP CĐA-K49 Trang 28 ĐỀ TÀI NCKH SINH VIÊN GVHD: ThS.NGÔ CHÂU PHƯƠNG A.5 Tính sức chịu tải cọc nêm, cọc hình thang, hình thư, xuyên qua đất cát đất sét nên tiến hành có kể đến sức chịu tải tăng thêm đất mặt bên cọc, sức chống phụ thuộc vào mô đun biến dạng đất từ kết thử nén phịng thí nghiệm loại đất mà cọc xuyên qua, nên xác định theo công thức: Qtc  m  q p Ap   lui fi  u0i ic E j ki '  p  Trong đó: m, qp, Ap, li fi- Kí hiệu giống cơng thức (A.4); ui- chu vi tiết diện i cọc, m; uoi- Tổng cạnh tiết diện i, m, có độ nghiêng với trục cọc; ic- Độ nghiêng mặt hông cọc tính phân lượng đơn vị, tỉ số nửa cạnh tiết diện ngang đầu đầu chiều dài đoạn có mặt nghiêng, ic ≥0,025 nên lấy ic=0,025; Ei- Mô đun biến dạng lớp đất thứ i quanh mặt hông cọc, T/m2; xác định từ kết thử đất máy nén; K’i- Hệ số, xác định theo bảng A.4; ξp- hệ số lưu biến, lấy 0,8 2.4.2.2 Xác định sức chịu tải cọc theo tiêu cường độ đất B.1 Yêu cầu chung B.1.1 Sức chịu tải cực hạn cọc tính theo công thức: Qu  As fs +Ap q p B.1.2 Sức chịu tải cho phép cọc tính theo công thức: Qa  Q Qs  p FSs FS p Trong đó: FSs- Hệ số an tồn cho thành phần ma sát bên, lấy 1,5-2,0; FSp- Hệ số an toàn cho sức chống mũi cọc lấy 2,0-3,0 NHÓM SV LỚP CĐA-K49 Trang 29 ĐỀ TÀI NCKH SINH VIÊN GVHD: ThS.NGƠ CHÂU PHƯƠNG B.1.3 Cơng thức chung tính tốn ma sát bên tác dụng lên cọc là: f s  ca   h 'tan a Trong đó: Ca- Lực dính thân cọc đất, T/m2; với cọc đóng bê tơng cốt thép,ca=0,7c, c lực dính đất nền; σ’h - ứng suất hữu hiệu đất theo phương vng góc với mặt bên cọc, T/m2; φa- góc ma sát cọc đất nền; với cọc bê tông cốt thép hạ phương pháp đóng lấy φa = φ, cọc thép lấy φa =0,7 φ, φ góc ma sát đất B.1.4 Cường độ chịu tải đất mũi cọc tính theo cơng thức: q p  cNc   'vp N q   d p N Trong đó: c- Lực dính đất, T/m2; σ’vp - ứng suất hữu hiệu theo phương thẳng đứng độ sâu mũi cọc trọng lượng thân đất, T/m2; Nc, Nq, Nγ - Hệ số sức chịu tải, phụ thuộc vào ma sát đất, hình dạng mũi cọc phương pháp thi cơng cọc; γ - Trọng lượng thể tích đất độ sâu mũi cọc, T/m3 B.2 Sức chịu tải cực hạn cọc đất dính tính theo cơng thức: Qu  As cu  Ap Nc cu Trong đó: Cu- sức chống cắt khơng nước đất nền, T/m2; D - Hệ số không thứ nguyên Đối với cọc đóng lấy theo hình B.1, cọc nhồi lấy từ 0,3-0,45 cho sét dẻo cứng 0,6-0,8 cho sét dẻo mềm; Nc- Hệ số sức chịu tải lấy 9,0 cho cọc đóng sét cố kết bình thường 6,0 cho cọc khoan nhồi NHÓM SV LỚP CĐA-K49 Trang 30 ĐỀ TÀI NCKH SINH VIÊN GVHD: ThS.NGÔ CHÂU PHƯƠNG B.3 Sức chịu tải cực hạn cọc đất rời tính theo cơng thức: Qu =As K s 'v tan a  Ap 'vp Nq Trong đó: Ks- Hệ số áp lực ngang đất trạng thái nghỉ, lấy theo hình B.2; Σ’v- ứng suất hữu hiệu đất độ sâu tính tốn ma sát bên tác dụng lên cọc, t/m2; φa- Góc ma sát đất thân cọc; σ'v p- ứng suất hữu hiệu theo phương pháp thẳng đứng mũi cọc, T/m2; Nq- Hệ số sức chịu tải, xác định theo hình B.3 B.3.1 Cường độ chịu tải mũi cọc ma sát bên tác dụng lên cọc đất rời độ sâu lớn độ sâu giới hạn,zc, lấy giá trị tương ứng độ sâu giới hạn nghĩa là: f s  z  zc   f s  z  z c  q p  z  z c   qs  z  z c  B.3.2 Hệ số an tồn áp dụng sử dụng cơng thức tính tốn B.6 lấy 2,0-3,0 NHĨM SV LỚP CĐA-K49 Trang 31 ĐỀ TÀI NCKH SINH VIÊN NHÓM SV LỚP CĐA-K49 GVHD: ThS.NGÔ CHÂU PHƯƠNG Trang 32 ĐỀ TÀI NCKH SINH VIÊN GVHD: ThS.NGƠ CHÂU PHƯƠNG CHƯƠNG VÍ DỤ TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CÁC LOẠI CỌC VÀ SO SÁNH CÁC KẾT QUẢ 3.1 Số liệu địa chất Mực nước ngầm cách mặt đất (- 1m) Lớp đất số Độ ẩm Lớp đất số W = 54,4% Độ ẩm W = 82,13% Dung trọng tự nhiên γw = 16, kN/m3 Dung trọng tự nhiên Lực dính đơn vị Góc ma sát C = 5,3 kN/m2 Lực dính đơn vị ϕ = 25013 ' SPT 15 C = 7,7 kN/m2 ϕ = 7030 ' Góc ma sát SPT Lớp đất số Độ ẩm γw = 14, kN/m3 Lớp đất số W = 22,7% Độ ẩm W = 28,52% Dung trọng tự nhiên γw = 19,11 kN/m3 Dung trọng tự nhiên γw = 18, 72 kN/m3 Dung trọng đẩy γw = 9,11 kN/m3 Dung trọng đẩy γw = 8, 72 kN/m3 Lực dính đơn vị kN/m2 Lực dính đơn vị C = 17,25 kN/m2 Gúc ma sát C = 5,3 ϕ = 28030 ' SPT 25 Gúc ma sát SPT ϕ = 130 30 Lớp đất số Độ ẩm W = 23,82% Dung trọng tự nhiên γw = 18, kN/m3 Dung trọng đẩy γw = 8, kN/m3 Lực dính đơn vị C = 6,85 kN/m2 Góc ma sát ϕ = 300 SPT NHĨM SV LỚP CĐA-K49 39 Trang 33 ĐỀ TÀI NCKH SINH VIÊN GVHD: ThS.NGÔ CHÂU PHƯƠNG 3.2 Mặt cắt địa chất cơng trình NHĨM SV LỚP CĐA-K49 Trang 34 ĐỀ TÀI NCKH SINH VIÊN GVHD: ThS.NGƠ CHÂU PHƯƠNG Tính tốn sức chịu tải cọc bê tông ly tâm ứng lực trước: - Chọn chiều sâu mũi cọc 35m - Đường kính ngồi D = 500 (mm), - Chiều dày thành cọc d = 100 (mm) - Cường độ thiết kế Rb = 600 (kG/cm2), - Chiều dài cọc L = 15 (m), - Ứng suất kéo bê tông ftu=75(kG/cm2) - Thép ứng lực trước N=14Φ7.1, cường độ thép fpu=14500(kG/cm2) 3.3 Tính sức kháng dọc trục cọc theo 22TCN 272-05 a.Tính sức kháng theo vật liệu - Sức kháng tính tốn cấu kiện bê tơng cốt thép chịu nén đối xứng qua trục phải xác định sau: Pr   * Pn ,   0,75 Trong : - Cấu kiện có cốt thép đai thường : Pn  0,8 0,85 f 'c ( Ag  Ast )  f y * Ast  Theo kết tính tốn: Pn= 3331.31 KN b.Sức kháng lực dọc trục tính tốn cọc theo đất Cơng thức tính : QR=   QN =  x Qult = NHÓM SV LỚP CĐA-K49  qp  Qp +  qs  Qs Trang 35 ĐỀ TÀI NCKH SINH VIÊN GVHD: ThS.NGÔ CHÂU PHƯƠNG Với: Qp = q p  Ap Qs = q s  As Tính sức kháng mũi cọc: qp = 0.038  N1  Db