nghiên cứu ứng dụng cọc ống thép để xử lý nền cho móng đập trụ đỡ trong trường hợp cột nước sâu

Tuy nhiên trong những năm gần đây, cọc ống thép được sản xuất theo công nghệ hàn xoắn, công nghệ chống ăn mòn của Nhật Bản được ứng dụng nhiều trong các công trình: Cầu giao thông, bến c

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian thực hiện luận văn, tôi xin chân thành cảm ơn các ý kiến đóng góp của các thầy cô giáo, sự quan tâm và hỗ trợ nhiệt tình của các bạn đồng nghiệp Đồng thời, tôi xin cảm ơn sự giúp đỡ nhiệt tình về tài liệu, thông tin, hình ảnh có liên quan và đi thực địa tại công trường thi công cầu Nhật Tân của: TS Nguyễn Thị

và Công trình thủy, Trường Đại học giao thông vận tải, Hà Nội; TS Lê Hoàng Hà –

Bên cạnh đó, tôi xin gửi lời cảm ơn trân trọng đến Khoa Công trình và phòng đào tạo Trường Đại học Thủy lợi, tập thể lớp Cao học 19C11 đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn tốt nghiệp của mình Đặc biệt, tôi xin trân trọng cảm ơn GS.TS Trương Đình Dụ, người thầy đã tận tâm hướng dẫn tôi hoàn thành luận văn này.!

Hà N ội, ngày 01 tháng 12 năm 2012

BẢN CAM KẾT

móng đập Trụ đỡ trong trường hợp cột nước sâu”

Tôi xin cam đoan đề tài luận văn của tôi hoàn toàn là do tôi làm Những kết quả nghiên cứu, tính toán không sao chép từ bất kỳ nguồn thông tin nào khác Nếu

vi phạm tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm, chịu bất kỳ các hình thức kỷ luật nào của Nhà trường

Hà N ội, ngày 01 tháng 12 năm 2012

MỞ ĐẦU

Đập Trụ đỡ là một trong hai kết quả nghiên cứu của đề tài KC 12.10:“Nghiên

c ứu áp dụng công nghệ tiên tiến trong cân bằng, bảo vệ và sử dụng có hiệu quả ngu ồn nước Quốc gia” (1991-1995) do GS TS Trương Đình Dụ làm chủ nhiệm [3]

Liêu),

Công nghệ đập Trụ đỡ và đập Sà lan được tiếp tục nghiên cứu và áp dụng

trong đề tài “Nghiên cứu công nghệ để thiết kế, xây dựng các công trình ngăn sông

l ớn vùng triều”, là đề tài cấp Bộ do PGS.TS Trần Đình Hòa chủ nhiệm [5]

Hình 0.1: Sơ đồ hệ thống cống vùng cửa sông Đồng bằng sông Cửu Long (Theo k ết quả nghiên cứu của đề tài: “Nghiên cứu công nghệ để thiết kế, xây dựng

các công trình ngăn sông lớn vùng triều”) [5]

Đối với các công trình ngăn sông lớn vùng triều thuộc Đồng bằng sông Cửu Long thường có địa chất phức tạp, chiều dày lớp đất yếu rất lớn Cao trình đáy lớp đất yếu (Đất bùn lỏng, đất sét pha trạng thái chảy, có chỉ số SPT N30 < 10) nằm trong khoảng từ -25,0m -:- -30,0m Và lớp đất cát hạt nhỏ đến hạt trung ở trạng thái

chặt vừa được phân bố ở rất sâu nằm trong khoảng cao trình -40,0m -:- 50,0m trở

xuống Đồng thời chiều sâu của đáy sông tại các cửa sông lớn thường có chiều sâu

công trình ngăn sông vùng triều thường chịu lực ngang rất lớn Đòi hỏi phải có giải pháp xử lý nền tăng khả năng kháng lực ngang cho công trình

chủ yếu lựu chọn dạng đập ngăn theo công nghệ đập Trụ Đỡ [6]

Hình 0.2: Quy ho ạch hệ thống công trình chống ngập TP.HCM giai đoạn I

(Theo Quy ết định số 1547/QĐ-TTg ngày 28/10/2008) [6]

Khi đi vào thực tế nghiên cứu thiết kế các công trình chống ngập úng Thành

thường sử dụng các cọc thông dụng để xử lý nền cho móng đập Trụ đỡ như:

- Cọc chèn ép: Cọc vuông BTCT (thường hoặc dư ứng lực); cọc ống ly tâm bê tông ứng lực trước;

- Cọc thay thế: Cọc khoang nhồi, cọc ống thép nhồi một đoạn bê tông;

Đối với cọc chèn ép: với chiều dài cọc L > 40m thì loại cọc thường được lựa

chọn là cọc ly tâm bê tông ứng lực trước Vì các loại cọc này chiều dài mỗi đốt cọc

nhiên khi thi công với chiều dài lớn thì thường xẩy ra các bất ổn trong thi công như:

Bị nứt thân cọc do áp lực nước thủy động trong lòng cọc khi đóng, vở đầu cọc Và khi đóng cọc thường xẩy ra chấn động gây ảnh hưởng đến các công trình xung quanh, vì vậy điều kiện đóng cọc trong vùng xây chen phải được chú trọng

Hình 0.3: Đóng cọc ống ly tâm D800mm xiên 1:4 (Công trình C ảng Nhà máy nhiệt điện Ô Môn – Cần Thơ) [9]

Đối với cọc thay thế: như cọc khoan nhồi thường thi công được với chiều dài

cọc rất lớn, rất phù hợp với các công trình có tải trọng lớn Cọc có thể thi công với địa chất công trình phức tạp, không gây ảnh hưởng đến công trình xung quanh

Với địa chất khu vực như đã nêu thì chiều sâu cọc khoan nhồi thông dụng thường được ứng dụng nằm trong khoảng L = 50m -:- 65m Tuy nhiên với điều kiện chuyển vị đầu cọc cho phép của các công trình chống ngập nói chung là ∆y < 1,0cm

[11] và địa chất lớp đất yếu phần trên lớn, làm cho khả năng chịu lực đứng của cọc khoan nhồi lớn hơn rất nhiều so với khả năng chịu lực ngang Qua kết quả tính toán

đối với một số cống theo quyết định số 1547/QĐ-TTg ngày 28/10/2008 như: Cống

Kinh L ộ, Cống Kênh Hàng, Cống Phú Xuân, Cống Tân Thuân, thì tỷ lệ giữa khả

năng chịu lực đứng và lực ngang nằm trong khoảng: PR ngang R/PR đứng R ∈ (1/25 -:- 1/30) [6] Như vậy với điều kiện làm việc của công trình chịu lực ngang lớn thì số lượng

cọc khoan nhồi thường lựa chọn theo điều kiện chịu tải trọng ngang Lúc đó khả năng chịu lực đứng của hệ cọc sẽ dư rất nhiều, gây ra lãng phí và không kinh tế Đồng thời, với lớp địa chất yếu có chiều dày lớn, điều kiện thi công dưới nước, vì vậy trong thiết kế thi công các cống trong khu vực [6] chiều dài ống vách

sử dụng phải có chiều dài đủ lớn để có thể cắm hết chiều sâu lớp bùn lỏng hay sét

hữu cơ dày từ 20m -:- 25m và chiều sâu của mực nước thi công Như vậy chiều sâu ống vách được sử dụng phải có chiều dài từ 25m -:- 30m Tuy nhiên ống vách này thường bị mất trong đất khoảng 20m -:- 25m để tránh sập ống vách ở lớp đất bùn

lỏng, không sử dụng dung dịch Bentonit được cho lớp đất này

Trong khi đó cọc ống thép là loại cọc còn khá mới đối các công trình cống ngăn sông vùng triều theo công nghệ đập Trụ đỡ Tuy nhiên trong những năm gần đây, cọc ống thép được sản xuất theo công nghệ hàn xoắn, công nghệ chống ăn mòn

của Nhật Bản được ứng dụng nhiều trong các công trình: Cầu giao thông, bến cảng

lớn, Vì cọc ống thép có những ưu điểm nỗi bật như sau:

- Độ bền của vật liệu chế tạo theo công nghệ Nhật Bản khá cao;

- Khả năng chịu lực lớn, có khả năng cắm xuống tầng đất chịu lực nằm sâu;

- Khả năng đóng xiên, tăng khả năng chịu tải ngang cho công trình

Đặc biệt hơn là móng cọc ống thép dạng giếng đã ứng dụng cho các trụ cầu

của các công trình giao thông lớn ở Việt Nam như: Cầu Thanh Trì; Cầu Nhật Tân Loại móng cọc có tên tiếng Anh “Well - Shaped steel pipe foundation”, được

ký hiệu là móng cọc SPSP, cọc ống thép sử dụng cho loại móng này được gọi là cọc ván ống thép – “Steel pipe sheet pile” [16]

Tư vấn xây dựng Thủy lợi II (Hec II) kiến nghị áp dụng cho cống Mương Chuối -

cao trình ngưỡng cống thấp nhất, đặt trên lòng sông sâu nhất trong tất cả các công trình theo Quyết định số 1547/QĐ-TTg Là công trình theo công nghệ đập Trụ đỡ,

chịu tải trọng ngang rất lớn Chính vì điều này đã xẩy ra nhiều cuộc tranh luận xung quanh vấn đề công nghệ thi công, khả năng chịu tải của loại móng cọc SPSP này Vì

vậy, đặt ra các nghi vấn thực tế đặt ra như sau:

Để có một cơ sở khoa học cho việc tính toán thiết kế, trình tự, yêu cầu khi thi công cho móng cọc ống thép dạng giếng, nhằm giải quyết một phần các vấn đề thực

tế đặt ra là một vấn đề cấp thiết Bởi đây là công trình quan trọng có tính chiến lược trong việc phát triển kinh tế và xã hội của thành phố Hồ Chí Minh nói riêng và của

cả nước nói chung

Nghiên cứu cơ sở khoa học lựa chọn, tính toán thiết kế và trình tự thi công loại

sông vùng triều cột nước sâu Là cơ sở để nhận định khả năng ứng dụng của loại móng cọc này cho các công trình ngăn sông lớn vùng triều

- Tổng hợp và kế thừa các kết quả nghiên cứu từ trước đến nay trong lĩnh vực thiết kế và thi công hạng mục xử lý nền bằng cọc chèn ép và cọc thay thế cho các công trình ngay trên lòng sông bao gồm: Công trình cầu giao thông, thi công các công trình thủy lợi (đập Trụ Đỡ) ngay trên lòng sông;

- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết, sử dụng mô hình tính toán và các phần mềm ứng dụng;

- Phương pháp hệ thống điều tra thực địa;

- Tổng hợp và kế thừa các tri thức kinh nghiệm đã có

- Đặc điểm kết cấu, trình tự thi công và các yêu cầu đặc biệt trong thi công móng cọc ống thép dạng giếng;

- Các vấn đề cần nghiên cứu, bổ sung để các nhà thầu trong nước có thể đảm

nhận thi công công nghệ móng cọc ống thép dạng giếng

- Cơ sở lý luận tính toán, trình tự thiết kế móng cọc ống thép dạng giếng áp

dụng cho đập Trụ đỡ chịu tải trọng ngang lớn;

- Đánh khả năng chịu tải của móng cọc ống thép dạng giếng với công trình đập

Trụ Đỡ cột nước sâu và địa chất yếu;

đập Trụ đỡ cột nước sâu, đất nền yếu và chịu tải trọng ngang lớn

Ngoài phần mở đầu khẳng định tính cấp thiết của đề tài, các mục tiêu cần đạt được khi thực hiện đề tài, các cách tiếp cận và phương pháp thực hiện để đạt được

sau:

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN ỨNG DỤNG CỌC ỐNG THÉP XỬ LÝ NỀN

1.1.1 N goài nước:

Cọc ống thép là một dạng cọc được ứng dụng khá rộng rải trên thế giới, với

thép dạng giếng (Cọc ván ống thép) Đặc biệt trong những năm gần đây, nhiều kết

cấu cầu đường lớn, sân bay… đã được xây dựng Trong đó, loại móng cọc bằng ống thép được ứng dụng nhiều cho các kết cấu trong vùng nước sâu và nền đất yếu ở các khu vực cảng hay cửa sông

Điển hình cho loại móng cọc sử dụng cọc ống thép đơn cho những năm 2002 đến nay là Công trình sân bay quốc tế Tokyo – Sân bay Haneda [17]; [18]:

Hình 1.1: Sân bay qu ốc tế Tokyo (Sân bay Haneda) [17]; [18]

Sân bay Haneda nằm ở Khu Ota thủ đô Tokyo – Nhật Bản, với 04 đường băng Phần đường băng D là đường băng thứ tư trong số 04 đường băng lớn của sân bay quốc tế Tokyo, được xây dựng trên vịnh ngoài phần sân bay cũ Vì một phần ba

dạng kết cấu: Dạng đắp đất lấn biển dài 2020m và dạng kết cấu trụ trên mặt nước dài 1100m, đảm bảo không ảnh hưởng đến dòng chảy của sông

lượng lên tới 1165 cọc, cọc được bảo vệ bằng tấm thép không rỉ dày 0,4mm ở phần

nằm trong vùng thủy triều và vùng bắn nước Các dầm thép tạo thành khung của kết

cấu phía trên được bảo vệ bằng sơn phủ nhựa Epoxy Thời gian thi công kéo dài 3,5 năm và tuổi thọ khai thác thiết kế là 100 năm

Đối với móng cọc ống thép dạng giếng, là loại móng cọc được khởi nguồn từ

ý tưởng của việc ứng dụng trong móng trụ cầu và cọc hộp của công ty BaineBail Tây Đức và được phát triển bắt đầu vào năm 1964 ở Nhật Bản Cọc ống thép đựơc chính thức sử dụng như một kết cấu móng lý tưởng trong các loại kết cấu xây dựng, cùng với sự tiến bộ của kỹ thuật chế tạo và kỹ thuật thiết kế thi công, nó ngày càng được phát triển nhanh chóng

cọc ống thép dạng giếng đã trở nên phổ biến ở các công trình lớn tại Nhật Bản [15]:

- Năm 1967 ứng dụng cho móng lò cao cỡ lớn;

- Từ năm 1970 đến nay: Quá trình nghiên cứu, cải tiến và công nghệ chống ăn

trình thiết kế, thi công được hoàn thiện dần

Điển hình cho việc áp dụng móng cọc ống thép dạng giếng trong những năm

2002 đến này là công trình Cầu Tokyo Gate (Cầu Khủng Long) [18]:

Cầu Tokyo Gate, là một phần của đường cao tốc cảng Tokyo, để mở rộng cảng

chính (cầu liên hợp dàn – hộp 03 nhịp liên tục – hộp 04 nhịp liên tục) vượt qua kênh đào số 3 của cảng Tokyo Cầu có tổng chiều dài dài 2,618km, cao 87,8m có 4 làn xe

và 2 làn dành cho người đi bộ Các Kỹ sư Nhật Bản đã mất rất nhiều thời gian để

thiết kế cây cầu vì vị trí có phần không thuận lợi của nó Chiều cao của cây cầu bị

hạn chế là dưới 100m trong khi chiều dài là 2,6km do cầu nằm gần sân bay Haneda, nơi có nhiều máy bay hoạt động

Hình 1.2: B ản vẽ chung Cầu Tokyo Gate [30]

Trụ

Đường kính ống thép sử dụng (mm)

Cao trình mủi cọc xử

Điều kiện địa chất khu vực cầu Tokyo Gate rất phức tạp, các lớp đất tốt nằm sâu: Lớp đất cát lẫn sỏi sạn ở trụ MP2 nằm từ độ sâu -75,5m trở xuống và ở trụ MP3 đến trụ MP6 nằm từ độ sâu -50m trở xuống Vì vậy, biện pháp xử lý được đưa

ra là sử dụng móng cọc ống thép dạng giếng, có độ sâu mủi cọc từ -72,6m trở

xuống

Ý tưởng xây dựng Cầu Tokyo Gate – Cầu Khủng Long được hình thành từ năm 2002, và được thì nghiệm chịu tải của móng cọc từ năm 2003 trước khi tiến hành thi công công trình Cầu được khánh thành và đưa vào sử dụng vào cuối năm

2011 và chính thức hoạt động vào 02/2012

Khi thi công hố móng công trình ở các vùng nước sâu, nền đất yếu thì các phương pháp thường được sử dụng là: Phương pháp vòng vây tạm và Phương pháp đắp đảo thi công Việc lựa chọn phương pháp móng giếng chìm bê tông sẽ gây ra nhiều vấn đề khó khăn, đặc biệt là vấn đề thời gian thi công, kinh phí xây dựng và tính an toàn thi công Hiệp hội cọc ống thép Nhật Bản đã tiến hành nghiên cứu

những móng có quy mô lớn thích hợp với các kết cấu phần trên theo nhu cầu của xã

hội Việc phát minh ra móng cọc ống thép dạng giếng sử dụng hợp lý trong các điều

kiện thiết kế thi công nói trên tạo nên một thành tựu lớn về mặt cải cách trong kỹ thuật

1.1.2 T rong nước:

Ở nước ta trong những năm gần đây có rất nhiều các dự án lớn được xây dựng, bao gồm cả các dự án Thủy lợi, Giao thông và Xây dựng Đặc biệt là các dự án lớn

ở vùng trung du ven biển Tuy nhiên địa chất ở các vùng này khá phức tạp, ở miền

bắc là vùng châu thổ sông Hồng, ở miền trung là vùng đồng bằng ven biển, ở miền nam là vùng đồng bằng châu thổ sông Cửu Long Đây cũng là một trong những nguyên nhân dẫn đến những khó khăn trong thiết kế và thi công kết cấu móng đối

với các đơn vị Tư vấn và các nhà thầu xây dựng

Móng cọc ống thép là một trong những loại móng có thể phù hợp được với các điều kiện địa chất nói trên, với độ bền thi công, độ tin cậy của kết cấu và khống chế

khả năng kháng lại tác dụng của lực động đất một cách hiệu quả

Dưới đây là một số dự án lớn sử dụng móng cọc ống thép ở nước ta

1; C ảng Quốc tế Cái Mép – Thị Vải, Vũng Tàu: [4]; [10]

Vũng Tàu, được thiết kế để tiếp nhận tàu côngtennơ có trọng tải lên đến

này lên đến 11.473 tỷ đồng được thực hiện bằng nguồn vốn vay đặc biệt của Ngân

Nam

Hình 1.4: C ọc ống thép D800; D900; D1000mm tại Cảng Cái Mép – Thị Vải

Trong thiết kế cầu tàu và đường dẫn, công tác xử lý nền có sự kết hợp giữa

cọc ống ly tâm bê tông ứng lực trước, cọc ống thép và cọc khoan nhồi Trong đó

phần lớn cọc đóng ngoài sông sâu là cọc ống thép thẳng đứng và xiên Thông số kỹ thuật các loại cọc ống thép được sử dụng như sau:

- Tiêu chuẩn vật liệu chế tạo: SKK490 – Nhập khẩu từ Nhật Bản

- Kích thước các loại ống:

2; C ảng nước sâu Gemalink – Cái Mép; Vũng Tàu: [4]

Cảng Container Gemalink là cảng lớn được trên địa phận tĩnh Bà Rịa – Vũng Tàu, được thiết kế để tiếp nhận tàu có trọng tải 200,000 DWT, so với những cảng khác chỉ có thể tiếp nhận tàu có trọng tải tối đa 100,000 DWT

Trong thiết kế thi công cảng này, phần bến cập tầu và nhịp dẫn được xử lý nền

thép sử dụng cho công trình có thông số kỹ thuật như sau:

- 1TTiêu chuẩn vật liệu: S355JOH – Nhật bản

- 1TKích thước: Ø812.8mm dày 16mm và cọc dài L = 55,0m Để thuận tiện cho công tác vận chuyển và thi công cọc, cọc được nối từ 02 đốt cọc có chiều dài các đốt 30m và 25m Được thi công bằng: Búa diêzen

Hình 1.5: C ọc ống thép D812.8mm tại Cảng Container Gemalink

3; C ảng xuất sản phẩm – Nhà máy lọc dầu Dung Quất, Quảng Ngãi: [9]; [4]

15.660m cọc đóng xiên 1:4, chiều dài mỗi cọc từ cọc từ 42m đến 50m và chiều dày

Indonesia), gia công tại Việt Nam và được thi công đóng bằng: Búa diêzen

Hình 1.6: C ọc ống thép D600mm đóng xiên 1:4 tại Dung Quất

4; C ảng Sơn Dương – Formosa; Hà Tỉnh: [4]

diện tích khu vực cảng khoảng 2.200 ha, là trọng điểm tuyến giao thông đường biển Đông Á trên tuyến vận tải biển quốc tế Dự tính xây dựng trong 3 giai đoạn gồm

tổng hợp, số bến tàu 36 bến, có thể cho phép tàu có các trọng tải từ 30.000

đang sử dụng như sau:

Hình 1.7: Ph ối cảnh vị trí Cảng Sơn Dương

- Tiêu chuẩn vật liệu:

5; C ầu Bính; Hải Phòng: [15]; [19]

năm 2005 bởi nguồn vốn vay ân hàng hợp tác quốc tế của Nhật Bản (JBIC) và vốn đối ứng trong nước Nhà thầu xây dựng chính: Liên danh IHI – Sumitomo Mitsui (Nhật Bản) Thông tin về kết cấu móng cầu như sau:

Kết cấu móng trụ cấu: Móng cọc ống thép nhồi bê tông

Nơi áp dụng: Tất cả các trụ cầu trừ các trụ tháp

Đặc trưng của cọc: Đường kính 800mm; chiều dày: 12,7m; chiều dài: 38-39m

Vật liệu làm cọc: SKK400 (Nhập khẩu từ Indonesia)

Nơi gia công: Indonesia

Búa đóng cọc: Búa trọng lực

6; C ầu Thanh Trì; Hà Nội: [15]; [1]; [8]

Cầu Thanh Trì được bắt đầu từ điểm cắt quốc lộ 1A tại Pháp Vân (Thanh Trì), điểm cuối cắt quốc lộ 5 tại Sài Đồng (Gia Lâm) Được thực hiện bằng vốn vay

chiều dài hơn 12.000m, rộng 33,10m với 06 làn xe Cấu tạo cầu gồm kết cấu phần trên được đặt trên 52 trụ và 2 mố Ba nhịp đúc hẫng liên tục với khẩu độ 130m được đặt trên 3 trụ P23, P24, P25 ở giữa sông Còn lại là 22 trụ phía bên bờ trái và 26 trụ

năm 2007

Kết cấu móng các trụ chính được sử dụng là cọc khoan nhồi, đường kính 2,0m

thép (Cọc ván ống thép) có kết cấu giống với kết cấu móng cọc ống thép dạng

giếng Được thực hiện bởi: Đơn vị tư vấn: Công ty Tư vấn quốc tế Thái Bình Dương (Nhật Bản), TEDI(Việt Nam) và Nhà thầu: Liên danh Obayashi – Sumitomo Mitsui (Nhật Bản)

- Các h ạng mục vật liệu phục vụ thi công:

Đặc trưng cọc ống thép: Đường kính 1200mm; chiều dày: 14mm; chiều dài: 28m;

Vật liệu làm cọc: SKY400 (Nhập khẩu từ Nhật Bản); Nơi gia công: Việt Nam;

Búa đóng cọc: Búa rung

- Các thi ết bị phục vụ thi công:

Bảng 1.1: Bảng thống kê thiết bị sử dụng [8]

Đóng cọc ống thép

- Trỡnh t ự thi cụng vũng võy ống thộp ỏp dụng cho cầu Thanh Trỡ:

EL = -0.5

EL = +6.0

EL = +1.0

Bước 4 Lắp đặt tầng khung chống 2

EL = +2.0 Ngoài Trong

EL = -0.5

EL = +6.0

Bước 5 Bơm nước vào

EL = -0.5

EL = +6.0

EL = +5.5

Bước 3 Hút nước lần 2

7; C ầu Nhật Tân; Hà Nội: [18]; [1]; [30]; [28]

Cầu Nhật Tân là cầu dây văng bắc qua sông Hồng với chiều dài nhịp chính là 300m gồm 6 nhịp liên tục và 5 trụ tháp hình thoi P12, P13, P14, P15, P16 Cầu Nhật

bay Nội Bài về trung tâm thành phố Hà Nội

Thiết kế và kiểm soát triển khai dự án do liên doanhgồm Công ty Chodai và Công ty tư vấn công trình Nippon thực hiện Gói thi công 1 bao gồm thi công cầu

2014

thép dạng giếng Có thể mô tả sơ bộ về nguyên lý của móng cọc ống thép dạng

giếng được áp dụng cho cầu Nhật Tân như sau:

cọc làm tường ngăn, và các cọc đơn bên trong Các cọc ống thép được hạ

xuống cao độ thiết kế

- Vòng ống thép ở phía ngoài được sử dụng như cọc xử lý nền, có liên kết với

bệ trụ bằng các kết cấu thép hàn vào cọc và phần trên của cọc sẽ được sử

dụng như các khung vây trong suốt quá trình thi công

với cọc tường ngăn bên ngoài chống đỡ áp lực kết cấu bên trên và áp lực

ứng suất sinh ra ở các phần liên kết của cọc ống thép phía ngoài với bệ trụ Đồng thời cũng làm vách ngăn để thi công bê tông bịt đáy trong quá trình thi công trụ

- Các cọc đơn được đóng ở bên trong giếng móng, cọc có tác dụng giảm ứng

suất sinh ra ở phần liên kết của cọc ống thép phía ngoài với bệ trụ, đồng

thời làm tăng sức chịu tải thẳng đứng của toàn hệ móng cọc

Để đảm bảo đầy đủ khả năng chịu tải đầu cọc, chiều dài cọc được cắm dưới

móng sẽ là hình ô van theo hướng dòng chảy để giảm áp lực của nước đối với hệ móng và chống xói mòn

- Sơ đồ tổng thể cầu Nhật Tân:

- Thông s ố móng cọc ống thép dạng giếng cho cầu Nhật Tân:

Móng cọc ống thép dạng giếng áp dụng cho cầu Nhật Tân được cầu tạo từ các

Kích thước móng cọc ống thép dạng giếng được áp dụng như sau:

Hình 1.12: Sơ đồ cấu tạo giếng cọc cho trụ tháp P13 – Cầu Nhật Tân [18]

Chiều dài lớn nhất của nền móng giếng cọc ống ván thép tính cả giếng chìm

tạm là 50m Cao độ mũi cọc của giếng: 34,5m tại các trụ P13; P14; P15; P16 và 40,5 tại P12 Số lượng cọc ống sử dụng cho cả 05 trụ tháp chính là 632 cọc

Chi ti ết liên kết giữa bệ trụ và ống thép biên ngoài (Thành giếng):

ThÐp chèng m«men

ThÐp chèng c¾t

Moment reinforcement

Moment reinforcement Shear reinforcement ThÐp chèng m«men

ThÐp chèng c¾t

ThÐp chèng m«men -3.00

ThÐp chèng m«men φ22

ThÐp chèng c¾t φ22

Hình 1.13: K ết cấu liên kết đinh neo giữa cọc và bệ trụ cầu Nhật Tân [28]

Liên kết giữa thân cọc ống thép biên ngoài và bệ trụ bằng cốt thép liên kết

kiểu đinh neo Khoảng cách giữa các đinh neo trên bề mặt ống thép là 10cm Tổng

số lượng đinh neo chịu uốn là: 2x5x4 = 40 đinh neo và tổng số lượng đinh neo chịu

cắt là: 35x4 = 140 đinh neo

- Chi ti ết liên kết cọc ống thép tường vách, cọc đơn với bệ trụ:

Cọc ống thép tường vách và cọc đơn giữa giếng cọc được liên kết với bệ trụ

bằng vòng đai cốt thép được hạ vào trong lòng cọc, phần lồng cốt thép dưới cọc được đổ bê tông liền cứng với cọc, phần cốt thép còn lại của lồng được liên kết với

cốt thép của bệ trụ và ngập trong bê tông của bệ trụ Tùy vào mô mem đầu cọc của

mỗi mỗi cọc trong các trụ tháp mà đường kính cốt thép chịu lực của lồng thép khác nhau

6 7 7 7

810 1000 1000 1080

- Chi ti ết tai nối của cọc ống thộp (cọc vỏn ống thộp):

0 6.1

tấm đế 6

tấm đế

tấm đế

Hỡnh 1.15: Chi ti ết tai nối của cọc ống thộp cầu Nhật Tõn [28]

- Chi ti ết hàn nối ống thộp tại hiện trường

Cụng tỏc hàn nối ống là cụng tỏc quan trọng và khối lượng nhiều đối với múng

cọc ống thộp dạng giếng Cụng tỏc bao gồm: Hàn nối ống thộp chớnh, hàn nối khúa ống thộp (me nối – tai nối), Đối với cỏc liờn kết hàn cỏc ống thộp chớnh thỡ đường hàn phải đi hết chu vi ống tại vị trớ hàn nối Đối với cỏc liờn kết hàn tại cỏc

cọc ống thộp phần trờn cú tỏc dụng là cọc dẫn ở cọc tường ngăn và cọc đơn thỡ chỉ

cần 08 điểm hàn trờn toàn bộ chu vi cọc

Cỏc cọc ống được hàn cỏch nhau và được

thi cụng hạ cọc lần lượt so le nhau

Đai đồng

Thanh chặn (8 vị trí)

Gốc hàn liên kết

Thành ống thép dưới Thành ống thép trên

Chi tiết hàn nối khóa (me nối)

Chi tiết hàn nối thân ống thép chính

Hỡnh 1.16: Chi ti ết hàn nối ống thộp tại hiện trường [1]; [28]

- Chi ti ết tai nõng vận chuyển cọc:

A E

Hỡnh 1.17: Chi ti ết tai nõng vận chuyển cọc ống thộp [22]; [28]

Tựy thuộc vào trọng lượng của mỗi đoạn cọc ống thộp dự kiến được lắp ghộp hay vận chuyển mà tai nõng cú kớch thước tương ứng, xem Bảng 1.2

Bảng 1.2: Chi tiết kích thước tai nâng vận chuyển cọc ống thép

Max lifting load (ton)

120120200

300 250150100100

150905555

50302525

50302525

22221612

80654040

151596

cần kết hợp hệ sàn đào đóng cọc phụ trợ Ở bãi thi công, các cọc ống được đóng

này được áp dụng để đóng các cọc có chiều sâu đến 6D (D: đường kính cọc) trên mũi cọc Sau đó lần đóng cuối cùng (đoạn 6D) còn lại vào địa tầng chống được thực

hiện bằng búa diêzen

H ạ cọc bằng búa rung + xói nước H ạ đoạn cọc 6D còn lại bằng búa diêzen Hình 1.18: Bi ện pháp hạ cọc ống thép cho cầu Nhật Tân [18]; [30]; [28]

- Trỡnh t ự thi cụng bệ múng trong vũng võy ống thộp:

- Đặt bản bê tông lên trên lớp cát tạo phẳng

- Tháo nước đến cao độ +7.00m sau khi bản bê tông đạt cường độ

- Tháo nước đến cao độ +5.00 sau khi lắp khung chống thứ 2

- Tháo nước đến cao độ +3.00 sau khi lắp khung chống thứ 3

- Tháo nước đến cao độ -8.50 sau khi lắp khung chống thứ 6

Top slab

Bệ mố

- Cắt bỏ phần cọc ống thép chìa ra của phần cọc ống thép vòng ngoài phần cọc ống thép vòng ngoài

Hỡnh 1.19: Trỡnh t ự thi cụng bệ múng P12 cầu Nhật Tõn [28]

Qua cỏc cụng trỡnh điển hỡnh sử dụng múng cọc ống thộp cỏc loại ở trong, ngoài nước cho thấy: Việc ỏp dụng múng cọc ống thộp là khỏ phổ biến Đặc biệt, qua hai cụng trỡnh giao thụng đầu tiờn ở Việt Nam đó và đang được ỏp dụng múng

dạng giếng cũng đưa ra nhiều vấn đề cần giải quyết như:

- Hiện tại, việc nghiên cứu tiêu chuẩn thiết kế và thi công loại móng cọc ống thép dạng giếng chưa phát hành;

trong nước thì việc thi công đóng các cọc có đường kinh D > 1000mm, các

các loại búa đóng cọc > 7,5 tấn là chưa có định mức Do đó, để áp dụng được cần thành lập bổ sung định mức cho các hạng mục này;

- Các loại thiết bị phục vụ thi công như: Búa rung TOMEC, máy cắt đặt trong lòng ống để cắt phần trên của ống, thiết bị hàn thép cường độ cao phù

hợp với vật liệu thép SKY490, các loại máy cẩu cở lớn trên xà lan,…đều

phải nhập khẩu và cần sự hổ trợ của chuyên gia nước ngoài (Nhật Bản);

cần được áp dụng và phù hợp với điều kiện khí hậu, môi trường của Việt Nam

Tuy nhiên, hiện nay khả năng thi công của các nhà thầu Việt Nam phát triển

rất nhanh, và bắt kịp yêu cầu của thị trường Các loại tàu đóng cọc Việt Nam chế

kính 1200mm với búa 11-:-14 tấn Đây cũng là một bước tiến để nhà thầu thi công trong nước có thể đảm nhận được việc thi công cọc ống thép các loại

Ngoài ra, công tác chế tạo cọc ống thép các loại, cọc ván ống thép theo tiêu chuẩn chế tạo và vật liệu của Nhật Bản đã được sản xuất ở Việt Nam Nhà máy sản

xuất đặt tại Khu công nghiệp Phú Mỹ 2 – Tân Thành – Bà Rịa Vũng Tàu vào 09/2011 thuộc tập đoàn Nippon Steel Điều này sẽ rút ngắn công tác nhập khẩu cọc ống thép các loại

Cùng với sự yêu cầu thực tiễn xây dựng các công trình ngăn sông vùng triều,

việc sử dụng cọc ống thép để xử lý nền là một phương án cần được tính đến Đồng

rất lớn, yêu cầu kỹ thuật thi công loại cọc ống có me nối khá cao và phức tạp Do

đó, phương án sử dụng móng cọc SPSP cần phải được tìm hiểu, nghiên cứu và thảo

luận trước khi áp dụng vào thực tế

CHƯƠNG 2 ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU VÀ THI CÔNG MÓNG CỌC ỐNG

nhồi vữa vào bên trong để đảm bảo kín nước trong suốt quá trình thi công, phần đầu

cọc được liên kết cứng với bệ móng, do đó móng được đánh giá là có sức chịu tải cao theo phương thẳng đứng và phương ngang

Tùy vào mỗi loại móng cọc dạng giếng khác nhau mà có cầu tạo tổng thể khác nhau, tùy thuộc vào mục đích và điều kiện ứng dụng Dạng cấu tạo tổng quát nhất

của móng cọc dạng giếng là dạng kiêm làm vòng vây tạm (Hình 2.1)

Hình 2.1: Móng c ọc ống thép dạng giếng kiêm làm vòng vây tạm [16]

Căn cứ vào cấu tạo tổng thể móng cọc ống thép trên, cấu tạo tương ứng (kiểu tai nối dạng P – P) của cọc ván ống thép như Hình 2.2

Hình 2.2: C ấu tạo cọc ván ống thép điển hình [22]; [16]

2.1.2 K ết cấu chi tiết:

a; K ết cấu tai nối:

Đối với các khe liên kết các cọc ván ống thép, có các kiểu nối thông dụng: (

L-T , P-L-T và P-P) trong đó kiểu P- P là tiêu chuẩn được quy định trong tiêu chuẩn JIS

A 5530 – 2010 [22] (Hình 2.2) Kích thước tai nối và liên kết tai nối được thể hiện ở

B ảng 2.1

Bảng 2.1: Các kích thước tai nối và liên kết tai nối tiêu biểu [22]

L: A x C x t T: B x tR 2 R (x H x tR 1 R)

L: 75 x 75 x 9 T: 125 x 9(x 39 x 12) L: 100 x 75 x 10 T: 125 x 9(x 39 x 12)

P: Thép ống

P: φ165,2 x 9 P: φ165,2 x 11

P: D x t T: H x B x tR 1 R x tR 2

Hình 2.3: Các d ạng tai nối và liên kết tai nối [22]

Để đảm bảo độ cứng của toàn hệ cọc ống thép, nên hàn ống tai nối của cọc ống thép trên toàn bộ chiều dài của cọc ống thép Đồng thời khi đóng xuống nền đất

chịu lực tại mũi cọc ống thép tăng lên, gây ra việc khó đóng cọc và làm hỏng tai

nối Do đó để tránh hiện tượng này phạm vi hàn tai nối chỉ đến cao độ gần nền chịu

Hình 2.4: Hình d ạng đầu tai nối

Hình 2.5: Ph ạm vi hàn tai nối vào cọc ống thép

Khoảng cách tiêu chuẩn của các tai nối khi bố trí cọc ống thép vòng ngoài và

cọc ống thép tường ngăn lấy bằng 1,5 lần đường kính ngoài của ống tai nối

- Trường hợp móng chỉ cấu tạo từ cọc ống thép vòng bên ngoài thì dùng giá

trị tiêu chuẩn này để bố trí cọc ống thép

vòng ngoài như hình tròn, ô van, chữ nhật góc lượn tròn thì khoảng cách các tai nối của cọc ống thép vòng vây ngoài về nguyên tắc sẽ lấy giá trị tiêu chuẩn nhưng có thể điều chỉnh bố trí khoảng cách các tai nối của cọc ống

thép làm tường ngăn trong phạm vi khoảng ±20mm Tuy nhiên , đối với trường hợp khó bố trí khi chỉ điều chỉnh khoảng cách tai nối của cọc ống thép làm tường ngăn thì có thể điều chỉnh khoảng cách tai nối cọc ống thép làm vòng ngoài tại phần góc lượn tròn Khi đó khoảng cách các tai nối của

cọc ống thép làm vòng bên ngoài tại phần góc lượn tròn lấy giá trị gần với giá trị tiêu chuẩn Trường hợp điều chỉnh theo cách này mà vẫn khó bố trí

cọc ống thép làm tường ngăn thì có thể dùng đường kính ống tai nối khác

với đường kính ống tai nối của cọc ống thép làm tường ngăn

A C

F F

E

F B

38650

B D A F

247.8 Gi¸ trÞ tiªu chuÈn

Nhåi v÷a

Joint pipe Steel pipe Nèi èng

Joint pipe Steel pipe Nèi èng

Lo¹i E

Nhåi v÷a Motal filling

Joint pipe Steel pipe Nèi èng

Lo¹i F

Hình 2.7: C ấu tạo các dạng tai nối điều chỉnh

b; C ấu tạo tai nối tại vị trớ cắt của cọc ống thộp:

Cọc ống thộp sau dựng làm vũng võy tạm, sau khi thi cụng xong thõn trụ sẽ được thỏo ra Phần thỏo ra này sẽ được cắt tại vị trớ trờn bệ múng bằng mỏy cắt trong nước, đặt trong lũng ống thộp hoặc mỏy cắt ngoài ống bằng thợ lặn Khi đú,

do trong tai nối cú vữa điền đầy để ngăn nước, và năng lực của mỏy cắt trong nước

cú hạn, nờn rất khú để cú thể cắt cả ống thộp và tai nối cựng một lỳc Vỡ vậy, trong quỏ trỡnh thi cụng người ta phải cắt trước phần tai nối, và để ra một khoảng khụng hàn khoảng 1m xung quanh vị trớ cắt cọc ống thộp dự kiến Với yờu cầu trờn, vữa

nhồi vào trong ống tai nối phải cú tớnh đàn hồi tốt, cú tớnh bỏm dớnh và ngăn nước cao

Vị trí cắt trước của ống tai nối

Vị trí cắt trước của ống tai nối

Hỡnh 2.8: C ấu tạo tai nối tại vị trớ cắt cọc ống thộp dự kiến

c; Hàn n ối cọc ống thộp tại cụng trường:

Hàn nối cọc ống thộp là cụng tỏc rất quan trọng, yờu cầu đảm bảo khả năng

chịu tải của mối hàn phải đạt như bản thõn vật liệu cọc ống thộp Để đảm bảo yờu

cầu kỹ thuật và chất lượng của đường hàn trờn suốt chu vi cọc ống thộp thỡ phải cú

kết cấu phụ trợ, thụng thường là sử dụng vành đệm kết hợp bớch chặn để hàn nối

Số lượng bớch chặn, kớch thước vành đệm xem chi tiết ở Hỡnh 2.9