Nghiên cứu phương pháp tính toán ứng dụng cọc siêu nhỏ trong điều kiện Việt Nam

LVTS29 Nghiên cứu phương pháp tính toán ứng dụng cọc siêu nhỏ trong điều kiện Việt Nam Đăng ngày 04082011 07:17:00 AM 598 Lượt xem 980 lượt tải Giá : 0 VND Nghiên cứu phương pháp tính toán ứng dụng cọc siêu nhỏ trong điều kiện Việt Nam Hãng sản xuất : Unknown

Bộ giáo dục và đào tạo bộ xây dựng Trờng đại học kiến trúc hà nội Lê công minh Nghiên cứu phơng pháp tính toán ứng dụng cọc siêu nhỏ trong điều kiện việt nam Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp H N I - 2011 Bộ giáo dục và đào tạo bộ xây dựng Trờng đại học kiến trúc hà nội Lê công minh Khóa: 2008-2011 lớp: 2008x Nghiên cứu phơng pháp tính toán ứng dụng cọc siêu nhỏ trong điều kiện việt nam Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp Mã số: 60.58.20 Ngời hớng dẫn khoa học: PGS.TS. đoàn thế tờng H N I - 2011 ii Lời cam đoan Tôi xin cam đoan số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và cha hề đợc sử dụng để bảo vệ một học vị nào. Tôi xin cam đoan mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã đợc cảm ơn và các thông tin trích dẫn đã đợc chỉ rõ nguồn gốc. Tác giả luận văn Lê Công Minh i lời cảm ơn Trớc hết tôi xin bày tỏ tình cảm biết ơn chân thành tới tất cả các thầy cô trong Khoa sau đại học - Trờng Đại học Kiến trúc Hà Nội với những chỉ dẫn và giúp đỡ trong quá trình học tập cũng nh khi tiến hành làm luận văn. Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS Đoàn Thế Tờng ngời trực tiếp hớng dẫn khoa học, các thầy giáo trong Bộ môn Nền móng - Trờng Đại học Kiến trúc Hà Nội đã có những ý kiến đóng góp quý báu cho nội dung của luận văn. Tôi cũng xin trân trọng cảm ơn gia đình và các bạn đồng nghiệp đã động viên, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài. Vì thời gian thực hiện luận văn có hạn nên không thể tránh khỏi những hạn chế và thiếu sót. Tôi rất mong nhận đợc sự đóng góp của quý thầy cô, bạn bè và đồng nghiệp. Hà Nội, ngày tháng năm 2011 Tác giả Lê Công Minh 1 PHầN Mở đầu * Tính cấp thiết của đề tài Trong những năm gần đây tốc độ phát triển công nghiệp và đô thị hóa ngày càng nhanh, nhiều hệ thống giao thông, khu công nghiệp, khu đô thị phát triển mạnh đòi hỏi phải có nhiều giải pháp xử lý, gia cố nền móng đảm bảo hiệu quả ổn định cho công trình xây dựng. Việc lựa chọn giải pháp móng hợp lý trong điều kiện phức tạp cả về địa chất và thi công là vấn đề đợc đặc biệt quan tâm. Để gia cố và xây dựng móng công trình có quy mô vừa và nhỏ trong điều kiện đất nền yếu hay điều kiện thi công khó khăn chật hẹp, ngời ta thờng sử dụng các loại móng cọc khác nhau. Một trong số các loại cọc đã đợc sử dụng khá hiệu quả khi xây dựng các công trình quy mô nhỏ trong điều kiện địa chất phức tạp là cọc siêu nhỏ. Đây là loại cọc có đờng kính tiết diện dới 300 mm đối với cọc nhồi và dới 150 mm đối với cọc đóng [1]. Trên thế giới, cọc siêu nhỏ đã đợc ứng dụng rộng rãi trong xây dựng mới và gia cố các công trình. Cọc siêu nhỏ đợc sử dụng rộng rãi tại nhiều nớc châu Âu, Mỹ v.v. từ những năm 50 của thế kỷ XX. Tại Việt Nam, cọc siêu nhỏ cũng đã đợc sử dụng trong các công trình xây dựng vừa và nhỏ nhng chủ yếu dới dạng cọc chế sẵn thi công bằng phơng pháp đóng, ép còn loại cọc đổ tại chổ thi công bằng phơng pháp khoan nhồi đến nay vẫn cha đợc sử dụng do chúng ta cha có một chỉ dẫn kỹ thuật nào để làm căn cứ áp dụng trong tính toán thiết kế và thi công loại cọc này. Trong điều kiện này, việc nghiên cứu phơng pháp tính toán ứng dụng cọc siêu nhỏ trong điều kiện Việt Nam là cấp thiết. Các nghiên cứu này bớc đầu có thể cung cấp cơ sở cho việc xây dựng phơng pháp tính toán và thiết kế cọc siêu nhỏ trong điều kiện Việt Nam. Giải quyết vấn đề trên đây sẽ giúp hoàn thiện thêm lý thuyết tính toán móng cọc tại Việt Nam, đồng thời tăng 2 thêm sự lựa chọn cho ngời thiết kế về các giải pháp móng khi thiết kế các công trình xây dựng. Xuất phát từ yêu cầu trên việc nghiên cứu phơng pháp tính toán ứng dụng cọc siêu nhỏ vào điều kiện Việt Nam để xử lý, gia cố nền móng các công trình xây dựng là rất cần thiết. * Mục đích nghiên cứu: Nghiên cứu phơng pháp tính toán cọc siêu nhỏ khi xây dựng, xử lý, gia cố các công trình trên nền đất yếu hoặc trong các điều kiện thi công khó khăn. Trên cơ sở đó đa ra những kiến nghị về phơng pháp tính toán ứng dụng cọc siêu nhỏ phù hợp với điều kiện Việt Nam. * Đối tợng và phạm vi nghiên cứu: - Đối tợng nghiên cứu là các công trình xây dựng . - Phạm vi nghiên cứu là phơng pháp tính toán ứng dụng cọc siêu nhỏ đổ tại chổ để đáp ứng yêu cầu ổn định của các công trình xây dựng trong điều kiện Việt Nam * Nội dung nghiên cứu: - Thu thập và phân tích kinh nghiệm nớc ngoài về sử dụng cọc siêu nhỏ trong xây dựng các công trình. - Phơng pháp tính toán cọc siêu nhỏ dới tác dụng của tải trọng đứng và tải trọng ngang - áp dụng tính toán cọc siêu nhỏ * Hớng kết quả nghiên cứu: Các kết quả nghiên cứu của đề tài luận văn có thể đợc sử dụng làm tài liệu tham khảo, nghiên cứu và áp dụng cho việc lựa chọn giải pháp nền móng khi xử lý, gia cố và xây dựng công trình, và nếu đợc hoàn thiện thêm, sẽ là cơ sở khoa học để kiến nghị sử dụng rộng rãi cọc siêu nhỏ trong thực tiễn xây dựng các công trình ở Việt Nam. * Cấu trúc luận văn 3 - Toàn bộ luận văn đợc trình bày trong 03 chơng, phần mở đầu, kết luận, kiến nghị và hớng nghiên cứu tiếp theo của đề tài dày 99 trang khổ A4. Chơng 1: Tổng quan về móng cọc và cọc siêu nhỏ Chơng 2: Phơng pháp tính toán cọc siêu nhỏ Chơng 3: áp dụng tính toán cọc siêu nhỏ - Luận văn đợc thực hiện từ 11/10/2010 đến 18/2/2011 tại Khoa sau đại học - Trờng Đại học Kiến trúc Hà Nội dới sự hớng dẫn khoa học của thầy giáo: PGS.TS. Đoàn Thế Tờng. - Các tài liệu cơ bản đã sử dụng cho luận văn gồm: + Nền và móng các công trình dân dụng- công nghiệp, Nhà xuất bản Xây dựng, Hà Nội. + Cẩm nang dùng cho kỹ s địa kỹ thuật, Nhxuất bản Xây dựng, Hà Nội. + Phơng pháp tính toán chuyển vị của cọc đơn, Trờng Đại học Kiến trúc Hà Nội. + Micropile - Design and Construction Guidelines Manual, US Department of Transportation Federal Highway. + Một số tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam về thiết kế và thi công móng cọc. + Phần mềm tính toán cọc LSPILE và VSPILE của công ty TNHH phần mềm SSISOFT Việt Nam. 4 Chơng i: tổng quan về móng cọc và cọc SIÊU NHỏ 1.1. Tổng quan về móng cọc 1.1.1. Định nghĩa và phân loại Móng cọc là loại móng dùng trong xây dựng công trình trên nền đất yếu với nguyên lý cơ bản là sử dụng các cọc để truyền tải trọng từ công trình xuống các lớp đất chịu lực nằm phía dới hoặc cải thiện tính chất cơ lý của lớp đất yếu dới đế móng Các loại cọc hiện nay khá đa dạng về mặt vật liệu, kích thớc và biện pháp thi công. Mỗi loại cọc đều có những u điểm, nhợc điểm và phạm vi áp dụng khác nhau. Theo vật liệu làm cọc ngời ta chia ra: Cọc gỗ, cọc tre, cọc bê tông, cọc bê tông cốt thép, cọc thép . . .[5] Theo phơng thức làm việc cọc đợc phân ra: - Cọc chống: Là cọc có sức chịu tải chủ yếu do lực chống của đất, đá tại mũi cọc [10] - Cọc ma sát: Là cọc có sức chịu tải chủ yếu do ma sát của đất và cọc tại mặt bên cọc [10] - Cọc hỗn hợp: Là cọc có sức chịu tải kết hợp của hai loại trên [10] Theo phơng thức hạ cọc đợc phân ra: - Cọc đóng: Là cọc chế tạo sẵn, đợc đóng xuống đất bằng búa máy hoặc hạ xuống đất bằng máy rung [5]. - Cọc ép: Là cọc chế tạo sẵn, đợc hạ xuống đất bằng thiết bị ép thủy lực [5]. - Cọc nhồi: Là cọc đợc đổ tại chổ trong các hố khoan hoặc hố tạo bằng cách đóng ống thiết bị [5]. 1. Cọc đóng: Bao gồm cọc gỗ, cọc BTCT đúc sẵn, cọc thép . . . - Cọc gỗ thờng đợc dùng trong những công trình nhỏ hoặc công trình tạm với những u điểm là trọng lợng bản thân nhỏ, vận chuyển, cẩu lắp, hạ cọc dễ dàng, công nghệ chế tạo đơn giản, nhanh chóng. Tuy nhiên nó có một 5 số nhợc điểm là sức chịu tải không lớn, bị hạn chế về chiều dài và kích thớc mặt cắt ngang, khả năng chống xâm thực của môi trờng kém. - Cọc bê tông cốt thép (BTCT) đúc sẵn: Là loại cọc đợc sử dụng phổ biến nhất vì những u điểm nổi bật nh: Sức chịu tải tơng đối lớn; Không hạn chế về chiều dài và kích thớc mặt cắt ngang; Khả năng chống xâm thực rất tốt. Tuy nhiên cọc BTCT vẫn có một nhợc điểm lớn là trọng lợng bản thân lớn gây khó khăn cho việc vận chuyển và hạ cọc. Tiết diện ngang cọc BTCT có thể có dạng tam giác, đa giác, tròn, chữ I nhng loại đợc dùng phổ biến hơn cả lài loại tiết diện hình vuông. Kích thớc phổ biến của loại này là 25x25, 30x30, 35x35, 40x40cm. Cọc BTCT không hạn chế về chiều dài nhng do điều kiện vận chuyển và chiều dài giá búa nên thông thờng chiều dài hợp lý của cọc BTCT là khoảng 12-20m. Trong trờng hợp cần chiều dài lớn hơn thì phải nối cọc. - Cọc thép thờng đợc dùng trong những công trình yêu cầu khả năng chịu lực rất lớn. Các u điểm chính của cọc thép là khả năng chịu tải rất lớn (chịu lực ngang rất tốt); Công tác vận chuyển và hạ cọc dễ dàng do cọc thanh mảnh; Không hạn chế về chiều dài và mặt cắt ngang, đặc biệt khả năng thay đổi chiều dài cọc rất linh hoạt. Bên cạnh đó cọc thép cũng có những nhợc điểm khiến cho việc sử dụng chúng không phổ biến là giá thành cọc rất cao; Khả năng chống xâm thực của môi trờng kém. Cọc thép dùng trong móng cọc thờng có dạng trụ ống, ngoài ra nó còn có nhiều tiết diện khác I, tiết diện ghép từ 2 thép chữ [, ghép từ 4 thép góc có hàn thêm các thép bản, đợc dùng phổ biến trong các dạng tờng cừ và thi công hố móng. 2. Cọc ép: Trong nhóm giải pháp này, cọc ép BTCT là loại cọc đợc sử dụng phổ biến nhất tại Việt Nam khi xây chen công trình trên nền đất yếu. Theo công nghệ này cọc đợc hạ vào nền đất nhờ lực ép từ một vài chục tấn và có thể tới 100 tấn, tùy theo kích thớc tiết diện và điều kiện đất nền. Sức chịu tải của cọc khá lớn, có thể đạt tới 50-60 tấn song phổ biến nhất là ở mức 10-20 tấn đối với cọc tiết diện 20x20 cm và 30-45 tấn đối với cọc tiết diện 25x25 6 cm. Để tăng khả năng chịu lực cọc ép BTCT thờng đợc thiết kế chống vào các tầng đất chịu lực. Độ tin cậy của giải pháp cọc ép cao do sức chịu tải của cọc có thể đợc đánh giá thông qua giá trị lực ép trong quá trình thi công. Nhợc điểm: - Năng suất thi công tơng đối thấp, thiết bị thi công cồng kềnh nên gặp nhiều hạn chế khi thi công trên mặt bằng chật hẹp. - Sử dụng cọc ép tại các khu vực có chiều dày lớp đất yếu lớn thì có hiệu quả kinh tế thấp do chiều dài cọc tơng đối lớn, số lợng mối nối nhiều nên chi phí cho mỗi đơn vị tải trọng khá cao. Một trong các biến thể của cọc ép BTCT để sửa chữa sự cố công trình là cọc Mega với kính thớc nhỏ, chiều dài mỗi đoạn cọc từ 0,6 - 1,2 m cho phép vận chuyển, lắp dựng và ép trong điều kiện thi công rất chật hẹp. 3. Cọc nhồi: Cọc nhồi trong những năm gần đây đã đợc áp dụng nhiều trong xây dựng nhà cao tầng, cầu lớn và nhà công nghiệp có tải trọng lớn. So với cọc chế tạo sẵn, việc thi công cọc nhồi có nhiều phức tạp hơn, do đó phơng pháp và cách giám sát, kiểm tra chất lợng phải làm hết sức chu đáo, tỷ mỷ với những thiết bị kiểm tra hiện đại. Trong qúa trình sử dụng, nhiều công nghệ thi công thích hợp đã đợc áp dụng nhằm nâng cao sức mang tải của cọc nhồi và làm giảm đáng kể giá thành của móng. Có thể kể ra đây các bớc phát triển sau: + Cọc khoan nhồi: là cọc nhồi mà lỗ cọc đợc thi công bằng các phơng pháp khoan khác nhau nh khoan gầu, khoan rửa ngợc,. . . + Cọc khoan nhồi mở rộng đáy : là cọc khoan nhồi có đờng kính đáy cọc đợc mở rộng lớn hơn đờng kính thân cọc. Sức mang tải của cọc này sẽ tăng hơn chừng 5-10% do tăng sức mang tải đằng mũi. + Cọc barret: là cọc nhồi nhng có tiết diện không tròn với các hình dạng khác nhau nh chữ nhật, chữ thập, chữ I, chữ H, và đợc tạo lỗ bằng gầu ngoặm. Sức mang tải của cọc này có thể tăng lên tới 30% do tăng sức mang tải bên. [...]... 1998- Móng cọc Tiêu chuẩn thiết kế để dự báo sức độ lún của móng cọc người ta có thể dùng các phương pháp sau: - Dựa trên quan hệ ứng suất, biến dạng theo lý thuyết bán không gian biến dạng - Phương pháp móng khối quy ước - Theo lý thuyết bài toán phẳng - Phương pháp lớp biến dạng tuyến tính 1.2 Tổng quan về cọc siêu nhỏ 1.2.1 Khái niệm và lịch sử phát triển của cọc siêu nhỏ Cọc siêu nhỏ là dạng cọc đường... nhóm cọc Phương pháp bố trí các cọc loại 1 được mô tả trong Hình 1.4 Hình 1.2: Cọc siêu nhỏ loại 1- Cọc chịu tải trực tiếp [19] Loại 2: Các chi tiết cọc siêu nhỏ loại 2 giới hạn và gia cố bên trong lớp đất, tạo thành một khối đất được gia cố mà có thể chịu được tải trọng ứng dụng (Hình 1.3) Đó gọi là mạng lưới cọc dạng lưới Tải trọng kết cấu được ứng dụng với toàn bộ khối đất gia cố, như đối với các cọc. .. với các cọc đơn Cọc siêu nhỏ loại 2 được gia cố nhẹ, do các cọc này không phải chịu tải trọng đơn lẻ như các cọc 15 loại 1 Mạng lưới điển hình của cọc siêu nhỏ dạng mắt lưới được minh họa trong Hình 1.5 Hình 1.3: Cọc siêu nhỏ loại 2Mạng lưới cọc dạng lưới với khối đất gia cố được chất tải hoặc được kết hợp [19] Hình 1.4: Bố trí cọc siêu nhỏ loại 1 [19] 16 Hình 1.5: Bố trí cọc siêu nhỏ loại 2 [19] 2... độ ồn tối thiểu và có thể được ứng dụng với các điều kiện thông khoảng thấp, nên cọc siêu nhỏ thường được sử dụng để xử lý, gia cố móng các kết cấu hiện có Thiết bị khoan chuyên dụng thường được sử dụng để lắp dựng thi công cọc siêu nhỏ trong các công trình tầng hầm, móng hiện có [19] Khái niêm về cọc siêu nhỏ được hình thành tại I-ta-li-a vào đầu những năm 1950, để đáp ứng nhu cầu về các kỹ thuật cải... đường kính cọc người ta gọi cọc lớn khi đường kính cọc lớn hơn 76 cm, cọc nhỏ khi đường kính cọc từ 30 đến 76 cm, còn cọc có đường kính nhỏ hơn 30 cm thì chưa có tên gọi, vì vậy trong luận văn này tác giả đề xuất gọi là cọc siêu nhỏ Các công đoạn chính thi công cọc nhồi bao gồm: + Tạo lỗ cọc: có thể bằng khoan, đào; + Rửa làm sạch đáy cọc; + Lắp dựng cốt thép; + Kiểm tra và rửa lại đáy cọc (nếu cần);... các ứng dụng của cọc siêu nhỏ là được sử dụng vào việc xây móng kết cấu tại các môi trường đô thị Bắt đầu từ năm 1957, có thêm 13 nhiều các nhu cầu kỹ thuật bắt nguồn từ việc giới thiệu hệ thống cọc siêu nhỏ dạng mắt lưới Các hệ thống này bao gồm nhiều loại cọc siêu nhỏ dạng thẳng ứng và dạng nghiêng kết hợp với mạng lưới ba chiều, tạo ra một kết cấu phức hợp hạn chế chuyển vị ngang Mạng lưới cọc siêu. .. thép được tính là As= (/4) x (OD2 ID2) 3 ứng suất đàn hồi danh định đối với thép API N-80 là Fy = 551 MPa 4 ứng suất đàn hồi danh định đối với thép ASTM A519 & A106 là Fy= 241 MPa 5 Các cỡ đường ống khác được sản xuất nhưng có thể không sẵn có Kiểm tra khả năng thông qua nhà cung cấp 30 Chương ii: PHƯƠNG PHáP TíNH TOáN CọC SIÊU NHỏ 2.1 Lý thuyết tính toán sức chịu tải của cọc siêu nhỏ Hiện nay, trong. .. truyền thống hoặc như là một thành phần trong nền đất hỗn hợp tùy thuộc vào khái niệm thiết kế được ứng dụng Các cọc siêu nhỏ được thi công bằng nhiều phương pháp, ít gây ảnh hưởng đối với các kết cấu xung quanh, đối với đất và môi trường Các cọc này có thể được thi công trong điều kiện môi trường hạn chế ra vào và trong tất cả các loại đất cũng như tất cả các điều kiện địa chất [19] Do quy trình thi công... kế cọc siêu nhỏ Do đó, nội dung phần này sẽ trình bày phương pháp thiết kế cọc siêu nhỏ dựa trên chỉ dẫn thiết kế và thi công cọc siêu nhỏ FHWA - SA - 97 - 070 2.1.1 Sức chịu tải theo đất nền Sức chịu tải theo tải trọng cho phép [19] PG b FS Db Lb (2.1) FS 2.5 cho đất, đá và nhóm cọc không kể đến động đất Sức chịu tải theo hệ số tải trọng PG G b Db Lb (2.2) Trong đó: PG : Sức chịu tảicủa cọc siêu. .. và sét (pha cát), dẻo cứng, chặt đến rất chặt chặt đến rất chặt 1 Phần cọc có ống casing Sức chịu tải kéo và nén cho phép (SLD) và sức chịu tải thiết kế (LFD) được trình bày trong các biểu thức dưới đây cho phần phía trên của cọc siêu nhỏ Do phần phía trên của cọc thường được đặt trong các lớp đất yếu nên cần kể đến ổn định của cọc trong tính toán sức chịu tải theo phương ứng Cọc thường được bao quanh . lớn, có thể đạt tới 50-60 tấn song phổ biến nhất là ở mức 10 -20 tấn đối với cọc tiết diện 20 x20 cm và 30-45 tấn đối với cọc tiết diện 25 x25 6 cm. Để tăng khả năng chịu lực cọc ép BTCT thờng đợc thiết. về móng cọc và cọc siêu nhỏ Chơng 2: Phơng pháp tính toán cọc siêu nhỏ Chơng 3: áp dụng tính toán cọc siêu nhỏ - Luận văn đợc thực hiện từ 11/10 /20 10 đến 18 /2/ 2011 tại Khoa sau đại học - Trờng. loại này là 25 x25, 30x30, 35x35, 40x40cm. Cọc BTCT không hạn chế về chiều dài nhng do điều kiện vận chuyển và chiều dài giá búa nên thông thờng chiều dài hợp lý của cọc BTCT là khoảng 12- 20m. Trong