Bộ giáo dục đào tạo Trường đại học Mỏ ®Þa chÊt -*** - §ång Thị Minh Tâm nghiên cứu lựa chọn phương pháp tính toán đánh giá khả phát sinh ma sát âm tác dụng lên cọc khu vực tây nam hà nội Luận văn thạc sỹ kỹ thuật hà nội - 2007 Bộ giáo dục đào tạo Trường đại học Mỏ địa chất -*** - Đồng Thị Minh Tâm nghiên cứu lựa chọn phương pháp tính toán đánh giá khả phát sinh ma sát âm tác dụng lên cọc khu vực tây nam hà nội Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành: địa chất công trình Mà số: 60.44.65 người hướng dẫn khoa học: TSKH Trần Mạnh Liểu TS Trịnh Việt cường hà nội - 2007 Lời cam đoan Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng Các số liệu kết nêu luận văn trung thực, chưa công bố công trình khác Tác giả luận văn Đồng thị minh tâm MụC LụC Trang phụ bìa Trang Lời cam đoan Mục lục Danh mục bảng biểu Danh mục hình vẽ sơ đồ đồ Mở ĐầU Chương Khái niệm chung ma sát âm, nguyên nhân phát sinh ảnh hưởng ma sát âm đến công trình xây dựng 1.1 Kh¸i niƯm chung vỊ ma s¸t âm tác dụng lên cọc, nguyên nhân phát sinh ma sát âm 1.1.1 Khái niệm chung ma sát âm. 1.1.2 Các nguyên nhân gây ma sát âm 11 1.2 ảnh hưởng ma sát âm đến công trình xây dựng 18 Chương Các phương pháp tính toán, đánh giá, dự báo khả phát sinh ma sát âm tác dụng lên cọc 2.1 Phương pháp dự báo theo công thức tĩnh: 2.1.1 Phương pháp ứng suất toàn phần 20 20 20 2.1.2 Phương pháp ứng suất hữu hiệu 21 2.2 Phương pháp Viện móng công trình ngầm Matxcova 22 2.2.1 Xác định phạm vi cọc chịu ma sát âm 2.2.2 Tính toán cường độ ma sát âm 22 23 2.3 Phương pháp Tomlinson( 1981) 29 2.4 Một số phương pháp tính toán ma sát âm khác 30 2.5 Phương pháp quan trắc xác định ma sát âm tác dụng lên cọc 31 2.5.1 Phương pháp thí nghiệm cọc tải trọng tĩnh ( gọi tắt thử tĩnh cọc) để tính lực ma sát âm. 31 2.5.2 Thí nghiệm trường đo ma sát trực tiếp cọc 33 Chương Đặc điểm khả xuất ma sát âm tác dụng lên cọc theo số liệu quan trắc tính toán số công trình xây dựng nước 35 3.1 Đặc điểm khả xuất ma sát âm số công trình xây dựng Việt Nam ………………………………………………… 35 3.1.1 Nhµ häc D2, khoa vËt lý thuộc Đại học sư phạm Hà nội. 35 3.1.2 Nhà máy tôn mạ mầu khu công nghiệp Đình Vũ, Hải Phòng 36 3.1.3 Sự cố cục xảy cọc móng công trình Kho cảng Thị Vải Bà Rịa - Vũng Tàu 36 3.1.4 Một số chung cư đà gia cường móng khu vực Hà Nội 37 3.2 Khả xuất ma sát âm tác dụng lên cọc theo kết quan trắc trường tác giả nước ... 39 Chương Đặc điểm cấu trúc địa chất, địa chất công trình, địa chất thuỷ văn khu vực Tây nam - hà nội 45 4.1 Vị trí địa lý, địa hình - địa mạo khu vực Tây Nam - Hà Nội 4.2 Cấu trúc địa chất khu vực Tây Nam Hà Nội 45 46 4.3 Đặc điểm địa chất công trình khu vực Tây Nam - Hà Nội 50 4.3.1 Trầm tích nhân sinh 4.3.2 Hệ tầng Hải Hưng.. 4.3.3 Hệ tầng VÜnh Phóc ……………………………………… … 51 56 59 4.3.4 HƯ tÇng Hà Nội . 62 Chương Khả phát sinh ma sát âm tác dụng lên cọc khai thác nước ngầm khu vực Tây Nam Hà Nội 79 5.1 Hiện trạng khai thác nước ngầm khu vực Tây Nam Hà Nội 5.1.1 Hình thức khai thác nước đất tập trung . 5.1.2 Khai thác công nghiệp đơn lẻ . 79 79 80 5.1.3 Khai thác nước đất vùng nông thôn 81 5.2 Đặc điểm hình thành phát triển phễu hạ thấp mực nước khai thác nước ngầm khu vực Tây Nam Hà Nội 81 5.3 Xây dựng sơ đồ dự báo khả xuất ma sát âm khai thác nước ngầm khu vực Tây Nam Hà Nội . 85 5.3.1 Cơ sở tài liệu 85 5.3.2 Lựa chọn phương pháp tính toán 86 5.3.3 Các bước tiến hành. 86 5.3.4 Kết tính toán, dự báo 87 Kết luận Và KIếN NGHị 114 Tài liệu tham khảo 116 103 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 583852,00 585046,76 584485,97 576017,21 580389,74 581007,81 587607,69 588698,43 591904,01 591109,29 590629,82 586842,86 585027,10 588376,22 587386,17 584151,91 584215,58 587910,84 588170,94 584452,19 585099,23 584631,69 592215,88 585000,00 579302,24 579312,83 577000,00 577200,00 577400,00 577600,00 577800,00 578000,00 578200,00 578400,00 578600,00 2326727,88 2325830,49 2327051,54 2331224,61 2335162,40 2327786,51 2313807,05 2311879,32 2313570,18 2313770,21 2313258,10 2315276,27 2316727,79 2321053,10 2320505,30 2320893,59 2320262,79 2324669,20 2325338,22 2325658,35 2324988,67 2326944,67 2312348,79 2310000,00 2321599,92 2321256,19 2328000,00 2328000,00 2328000,00 2328000,00 2328000,00 2328000,00 2328000,00 2328000,00 2328000,00 13,0373 28,1320 6,5805 3,1513 1,6869 4,9904 45,6340 38,7640 65,4320 59,6270 46,3478 48,3427 47,5421 56,7230 62,1354 63,2534 65,7214 35,2370 38,2467 32,5370 35,1340 27,7310 62,4230 55,3470 32,5252 35,2371 31,4252 32,4512 30,3752 33,7312 28,4327 29,3412 31,6431 33,6534 28,4532 104 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 578800,00 579000,00 579200,00 579400,00 579600,00 579800,00 580000,00 582000,00 584000,00 586000,00 588000,00 581000,00 581200,00 581400,00 581600,00 581800,00 582000,00 585000,00 585000,00 585000,00 585000,00 585000,00 585000,00 585000,00 585000,00 585000,00 585000,00 585000,00 585000,00 585000,00 585000,00 585000,00 585000,00 585000,00 585000,00 2328000,00 2328000,00 2328000,00 2328000,00 2328000,00 2328000,00 2328000,00 2328000,00 2328000,00 2328000,00 2328000,00 2328000,00 2328000,00 2328000,00 2328000,00 2328000,00 2328000,00 2330000,00 2332000,00 2334000,00 2336000,00 2338000,00 2329000,00 2329200,00 2329400,00 2329600,00 2329800,00 2329000,00 2329200,00 2329400,00 2329600,00 2329800,00 2327000,00 2327200,00 2327400,00 20,5634 25,3451 27,3124 29,3418 30,3416 33,2156 31,5172 32,1864 32,1526 22,3461 26,2315 30,1251 26,4512 24,2145 31,2163 28,3412 40,2341 43,5612 48,4231 50,3412 56,3421 57,3214 60,2130 61,3214 57,2314 43,3412 45,3210 56,1230 53,2341 47,1234 53,1257 58,3114 54,4561 45,2389 58,3413 105 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 585000,00 585000,00 585000,00 585000,00 585000,00 585000,00 585000,00 588000,00 588200,00 588400,00 588600,00 588800,00 589000,00 585000,00 585200,00 585400,00 585600,00 585800,00 586000,00 586200,00 586400,00 586600,00 586800,00 587000,00 587200,00 587400,00 587600,00 587800,00 588000,00 588200,00 588400,00 588600,00 588800,00 589000,00 589200,00 2327600,00 2327800,00 2316000,00 2316200,00 2316400,00 2316600,00 2316800,00 2319000,00 2319000,00 2319000,00 2319000,00 2319000,00 2319000,00 2313000,00 2313000,00 2313000,00 2313000,00 2313000,00 2313000,00 2313000,00 2313000,00 2313000,00 2313000,00 2313000,00 2313000,00 2313000,00 2313000,00 2313000,00 2313000,00 2313000,00 2313000,00 2313000,00 2313000,00 2313000,00 2313000,00 61,6452 47,2134 53,1238 60,1267 45,3481 42,6712 48,3418 70,2340 82,3415 83,2370 76,3489 81,3425 79,3425 23,4512 27,3412 34,5612 37,4123 40,1267 45,2340 51,2340 30,1245 36,4123 42,1356 47,2124 21,2351 23,5671 30,4512 32,1234 42,3456 46,3456 39,4416 53,4512 52,4678 22,3156 25,3415 106 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 589400,00 589600,00 589800,00 587000,00 587200,00 587400,00 587600,00 587800,00 588000,00 588200,00 588400,00 588600,00 588800,00 589000,00 589200,00 589400,00 589600,00 589800,00 590000,00 590200,00 590400,00 590600,00 590800,00 591000,00 591200,00 591400,00 591600,00 591800,00 592000,00 592200,00 592400,00 592600,00 592800,00 593000,00 593200,00 2313000,00 2313000,00 2313000,00 2314000,00 2314000,00 2314000,00 2314000,00 2314000,00 2314000,00 2314000,00 2314000,00 2314000,00 2314000,00 2314000,00 2314000,00 2314000,00 2314000,00 2314000,00 2314000,00 2314000,00 2314000,00 2314000,00 2314000,00 2314000,00 2314000,00 2314000,00 2314000,00 2314000,00 2314000,00 2314000,00 2314000,00 2314000,00 2314000,00 2314000,00 2314000,00 31,2347 34,2245 45,3215 42,1367 41,2340 39,5361 47,3112 50,1235 53,1478 60,3234 62,4568 53,2347 58,6673 46,6733 60,2341 46,2235 41,3357 53,2367 58,5762 51,3367 42,3468 62,4557 63,2547 41,2367 42,1578 46,5213 51,0345 59,4018 53,4567 51,5367 32,4557 36,1356 46,5459 39,4512 60,3447 107 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 593400,00 593600,00 593800,00 577000,00 577200,00 577400,00 577600,00 577800,00 578000,00 578200,00 578400,00 578600,00 578800,00 579000,00 579200,00 579400,00 579600,00 579800,00 580000,00 580200,00 580400,00 580600,00 580800,00 581000,00 581200,00 581400,00 581600,00 581800,00 582000,00 582200,00 582400,00 582600,00 582800,00 583000,00 583200,00 2314000,00 2314000,00 2314000,00 2327000,00 2327000,00 2327000,00 2327000,00 2327000,00 2327000,00 2327000,00 2327000,00 2327000,00 2327000,00 2327000,00 2327000,00 2327000,00 2327000,00 2327000,00 2327000,00 2327000,00 2327000,00 2327000,00 2327000,00 2327000,00 2327000,00 2327000,00 2327000,00 2327000,00 2327000,00 2327000,00 2327000,00 2327000,00 2327000,00 2327000,00 2327000,00 57,5569 58,4601 48,4567 21,3412 25,3451 30,1354 26,4560 31,2345 35,6522 25,6771 27,3451 32,3356 23,3356 34,1236 19,2356 26,4213 27,4236 34,1236 32,4568 35,4571 28,4565 23,3467 33,5612 36,4561 35,7124 18,3456 31,2341 32,5631 40,2341 41,3466 38,5512 37,4561 35,2314 28,5321 29,2346 108 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273 583400,00 583600,00 583800,00 584000,00 584200,00 584400,00 584600,00 584800,00 585000,00 585200,00 585400,00 585600,00 585800,00 586000,00 586200,00 586400,00 586600,00 586800,00 587000,00 587200,00 587400,00 587600,00 587800,00 588000,00 588200,00 588400,00 588600,00 588800,00 577000,00 577200,00 577400,00 577600,00 577800,00 578000,00 578200,00 2327000,00 2327000,00 2327000,00 2327000,00 2327000,00 2327000,00 2327000,00 2327000,00 2327000,00 2327000,00 2327000,00 2327000,00 2327000,00 2327000,00 2327000,00 2327000,00 2327000,00 2327000,00 2327000,00 2327000,00 2327000,00 2327000,00 2327000,00 2327000,00 2327000,00 2327000,00 2327000,00 2327000,00 2323000,00 2323000,00 2323000,00 2323000,00 2323000,00 2323000,00 2323000,00 30,4551 32,3567 35,6712 38,5516 42,1346 28,4256 36,1236 30,4568 33,4571 29,4565 27,3467 31,5612 35,4561 32,7124 20,3456 32,2341 39,5631 42,2341 43,3466 39,5512 32,4561 31,2314 29,5321 35,6712 38,5516 42,1346 28,4256 36,1236 30,4568 33,4571 29,4565 27,3467 31,5612 35,4561 32,7124 109 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284 285 286 287 288 289 290 291 292 293 294 295 296 297 298 299 300 301 302 303 304 305 306 307 308 578400,00 578600,00 578800,00 579000,00 579200,00 579400,00 579600,00 579800,00 580000,00 580200,00 580400,00 580600,00 580800,00 581000,00 581200,00 581400,00 581600,00 581800,00 582000,00 582200,00 582400,00 582600,00 582800,00 583000,00 583200,00 583400,00 583600,00 583800,00 584000,00 584200,00 584400,00 584600,00 584800,00 585000,00 585200,00 2323000,00 2323000,00 2323000,00 2323000,00 2323000,00 2323000,00 2323000,00 2323000,00 2323000,00 2323000,00 2323000,00 2323000,00 2323000,00 2323000,00 2323000,00 2323000,00 2323000,00 2323000,00 2323000,00 2323000,00 2323000,00 2323000,00 2323000,00 2323000,00 2323000,00 2323000,00 2323000,00 2323000,00 2323000,00 2323000,00 2323000,00 2323000,00 2323000,00 2323000,00 2323000,00 20,3456 32,2341 39,5631 42,1578 46,5213 51,0345 59,4018 53,4567 51,5367 32,4557 36,1356 46,5459 39,4512 60,3447 57,5569 58,4601 48,4567 21,3412 23,4512 27,3412 34,5612 37,4123 40,1267 45,2340 51,2340 30,1245 36,4123 42,1356 47,2124 21,2351 23,5671 30,4512 32,1234 42,3456 46,3456 110 309 310 311 312 313 314 315 316 317 318 319 320 321 322 323 324 325 326 327 328 329 330 331 332 333 334 335 336 337 338 339 340 341 342 343 585400,00 585600,00 585800,00 586000,00 586200,00 586400,00 586600,00 586800,00 587000,00 587200,00 587400,00 587600,00 587800,00 588000,00 588200,00 588400,00 588600,00 588800,00 589000,00 583000,00 583200,00 583400,00 583600,00 583800,00 584000,00 584200,00 584400,00 584600,00 584800,00 585000,00 585200,00 585400,00 585600,00 585800,00 586000,00 2323000,00 2323000,00 2323000,00 2323000,00 2323000,00 2323000,00 2323000,00 2323000,00 2323000,00 2323000,00 2323000,00 2323000,00 2323000,00 2323000,00 2323000,00 2323000,00 2323000,00 2323000,00 2323000,00 2318000,00 2318000,00 2318000,00 2318000,00 2318000,00 2318000,00 2318000,00 2318000,00 2318000,00 2318000,00 2318000,00 2318000,00 2318000,00 2318000,00 2318000,00 2318000,00 51,5367 32,4557 36,1356 46,5459 39,4512 60,3447 57,5569 58,4601 48,4567 21,3412 30,1245 36,4123 42,1356 47,2124 21,2351 23,5671 30,4512 32,1234 42,3456 46,3456 51,5367 32,4557 36,1356 46,5459 39,4512 57,4563 60,3521 62,4562 70,2345 72,4515 73,4515 60,3462 65,3424 62,3455 50,2345 111 344 345 346 347 348 349 350 351 352 353 354 355 356 357 358 586200,00 586400,00 586600,00 586800,00 587000,00 587200,00 587400,00 587600,00 587800,00 588000,00 588200,00 588400,00 588600,00 588800,00 589000,00 2318000,00 2318000,00 2318000,00 2318000,00 2318000,00 2318000,00 2318000,00 2318000,00 2318000,00 2318000,00 2318000,00 2318000,00 2318000,00 2318000,00 2318000,00 53,5672 59,3782 73,4515 72,5921 75,3951 80,3456 83,4546 87,2446 90,2467 93,9687 95,3341 89,3546 86,3613 68,2346 73,5854 112 113 114 KÕt luận Từ nội dung nghiên cứu, đề tài kết luận sau: Ma sát âm tượng cọc bị kéo xuống lớp đất xung quanh lún nhiều thân cọc Các nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm ma sát âm đà cho thấy ảnh hưởng ma sát âm đến công trình xây dựng hay nói cụ thể ¶nh hëng tíi sù lµm viƯc cđa cäc cã thĨ lớn đến làm hỏng cọc làm cho cọc lún mức cho phép gây hư hỏng công trình xây dựng Có nguyên nhân phát sinh ma sát âm: Đắp đất tôn nâng cao vùng xây dựng lúc chuẩn bị kỹ thuật mà đất có tính nén co lớn nằm gần mặt đất; Gia tải mặt đất mặt tải trọng có ích đủ lớn Trường hợp đặc biệt nguy hiểm việc gia tải tiến hành thời gian sử dụng công trình; Tăng trọng lượng thân đất mức nước ngầm bị hạ thấp, cố kết tự nhiên tầng đất, lèn chặt đất tải trọng động, xây dựng bên cạnh công trình cọc công trình móng nông hơn; Lực ma sát âm tác dụng lên mặt hông cọc phạm vi đoạn dài cọc mà tốc độ lún đất gần cọc ( Vđ) lớn tốc độ lún móng cọc ( Vm) tức là: Vđ > Vm Ma sát âm tính toán dự báo theo phương pháp ứng suất toàn phần, phương pháp ứng suất hữu hữu, phương pháp Viện móng công trình ngầm Matxcova, phương pháp Tomlinson( 1981), phương pháp Vesic( 1977) Trong phương pháp ứng suất toàn phần phương pháp ứng suất hữu hiệu cho kết phù hợp với thực tế phương pháp có xét đến ảnh hưởng cụ thể tính chất lý lớp đất Phương pháp tính toán Viện móng công trình ngầm Matxcova tra bảng chủ yếu nên giá trị ma sát âm thường lớn thực tế quan trắc 115 Phương pháp tính toán Vesic đơn giản, dễ tính cho kết không phản ánh xác ảnh hưởng ma sát âm cọc công trình Để tính toán chi tiết cần tính theo phương pháp có xét đến ảnh hưởng tượng trượt đất bề mặt cọc gần mặt đất giảm chênh lệch độ lún cọc khu vực lân cận độ sâu trung hoµ (Tomlinson, 1981; Poulos & Davis, 1980) Khu vùc Tây Nam Hà Nội có cấu trúc địa chất phức tạp với tồn lớp đất yếu nơi tập trung nhiều tác động từ hệ thống kĩ thuật đô thị, có khai thác nước ngầm làm phát sinh ma sát âm tác dụng lên hệ thống móng công trình gây lún Bằng cách tính toán xây dựng sơ đồ đẳng trị ma sát âm theo hai phương pháp ( phương pháp Viện móng công trình ngầm Matxcova phương pháp ứng suất hữu hiệu) khác cho thấy: Giá trị ma sát âm khai thác nước ngầm khu vực Tây Nam Hà Nội biến đổi từ 10 -:-250T ( ®èi víi cäc cã chu vi tiÕt diện ngang 1m), khu vực Từ Liêm, Tây Hồ - chủ yếu hệ tầng Vĩnh Phúc - khả phát sinh ma sát âm nhỏ từ 10 -:- 50T, khu vực trung tâm phÝa Nam thµnh Hµ Néi - cÊu tróc nỊn có đất yếu lớn - khả phát sinh ma sát âm lớn từ 100 -:- 250T, khu vực lại khả phát sinh ma sát ©m thay ®ỉi tõ 50 -:- 100T Tõ néi dung nghiên cứu trên, tác giả kiến nghị: Việc nghiên cứu ma sát âm tác dụng lên cọc cần phải có nghiên cứu thoả đáng hơn, làm sở cho việc xây dựng hướng dẫn kỹ thuật tài liệu pháp quy khác việc tính toán ma sát âm thiết kế móng công trình 116 Tài liệu tham khảo Trịnh Việt Cường (2005), Ma sát âm cọc ảnh hưởng công trình xây dựng, Hội nghị toàn quốc lần thứ cố công trình xây dựng, Hà Nội Vũ Thanh Hải (2002) Ma sát âm sức chịu tải cọc, Luận văn thạc sỹ kỹ thuật, Trường Đại học xây dựng Hà Nội Nguyễn Bá Kế, Nguyễn Văn Quang & Trịnh Việt Cường biên dịch (1993), Hướng dẫn thiết kế móng cọc, NXB Xây dựng, Hà Nội Trần Mạnh Liểu nnk (2005), Đánh giá, dự báo trạng thái địa kỹ thuật môi trường đô thị kiến nghị giải pháp phòng ngừa tai biến, ô nhiễm môi trường địa chất số khu đô thị Hà Nội, Báo cáo tổng kết đề tài, Viện Khoa học công nghệ Xây dựng Nguyễn Huy Phương nnk (2004), Thu thập, kiểm chứng tài liệu đà có, nghiên cứu bổ sung lập đồ phân vùng đất yếu Hà Nội phục vụ phát triển bền vững Thủ đô, Báo cáo tổng hợp đề tài trọng điểm thành phố Hà Nội, Trường đại học Mỏ - Địa chất Cọc phương pháp thí nghiệm trường ( TCXD 88 1982) (1982), Nhà xuất xây dựng, Hà Nội Khảo sát địa kỹ thuật phục vụ cho thiết kế thi công móng cọc (TCXD 160 1987) (1987), Nhà xuất xây dựng, Hà Nội Móng cọc – Tiªu chuÈn thiÕt kÕ ( TCXD 205 – 1998) (1998), Nhà xuất xây dựng, Hà Nội F.H Chen (1999), Soil Engineering, CRS Press, New York 10 B Broms (1978), Negative Skin Friction, State of the Art Report 11 R.W Brown (1996), Practical Foundation Engineering Handbook, 117 McGraw -Hill, New York 12 J.L Briaud (1997), Bitumen selection for reduction of downdrag on piles, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering 13 Poulos, H G & Davis, E H (1980), Pile Foundation Analysis and Design, John Wiley and Sons 14 P.Purushothama Raj (1995), Geotechical Engineering, Tata McGraw – Hill Piblishing Company Limited, New Delhi 15 M.J Tomlinson (1981), Pile Design and Construction Practice, View Point Publication, Cement and Concrete Association, London