Luận văn thạc sĩ chuyên ngành kỹ thuật xây dựng công trình và dân dụng nghiên cứu sử dụng cọc ép cho địa bàn hải phòng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÕNG - ĐỖ XUÂN HÙNG NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CỌC ÉP CHO ĐỊA BÀN HẢI PHÕNG Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Công trình Dân dụng & Công nghiệp Mã số: 60.58.02.08 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC GS.TSKH NGUYỄN VĂN QUẢNG Hải Phòng, 2015 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài luận văn: Hiện địa bàn thành phố Hải Phòng có nhiều trường hợp phải xây chen công trình khu dân cư có nhu cầu xây dựng công trình địa bàn rộng nên cần phải nghiên cứu sử dụng móng cọc ép công trình, phương pháp dùng thiết bị tĩnh thông thường Ngoài cần phải nghiên cứu thiết bị ép robot với cọc ép tròn rỗng bê tông ly tâm Mục đích đề tài Nghiên cứu áp dụng phương pháp thi công cọc trường hợp xây chen công nghệ ép robot phù hợp với điều kiện địa chất công trình, quy mô công trình trrên địa bàn Hải Phòng Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu công trình nhỏ xây chen khu đô thị công trình lớn xây dựng khu vực Phƣơng pháp nghiên cứu Nghiên cứu kinh nghiệm từ việc sử dụng cọc ép cho xây chen cọc ép robot địa bàn khác tương tự Hải Phòng, từ rút kinh nghiệm, sử dụng cho địa bàn Hải Phòng Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Đây đề tài nghiên cứu áp dụng có ý nghiaxkhoa học chỗ áp dụng cho phù hợp với địa bàn Hải Phòng, thực có hiệu mặt kỹ thuật thi công Bố cục luận văn Luận văn gồm nội dung sau: Mở đầu Chương I: Tổng quan móng cọc ép; Chương II:Nghiên cứu sử dụng móng cọc ép cho địa bàn Hải Phòng; Chương III: Kinh nghiệm từ việc áp dụng thi công cọc ép Hải Phòng; Kết luận Kiến nghị CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MÓNG CỌC ÉP 1.1 Khái niệm chung cọc ép: 1.1.1 Khái niệm cọc: Cọc vật thể dạng cắm vào đất theo phương dọc trục Cọc kết cấu có chiều dài lớn so với bề rộng tiết diện ngang, đóng hay thi công chỗ vào lòng đất, đá, để truyền tải trọng công trình xuống tầng đất, đá, sâu nhằm cho công trình bên đạt yêu cầu trạng thái giới hạn quy định(TCXD 205:1998) Trong xây dựng, cọc dùng với nhiều mục đích khác để gia cố đất (Cọc tre, cọc tràm, cọc cát, vv.); làm móng cho công trình (cọc bê tông, cọc thép, vv.); làm vách đứng ngăn đất nước (cọc ván, cọc cừ, ví dụ: cừ ván bê tông cốt thép, cừ ván thép); để định vị mặt đất (cọc tiêu, cọc mốc, vv.) Cắm cọc vào đất thường dùng cách: đóng cọc nhờ lực va chạm búa đóng cọc; búa rung ấn cọc nhờ thiết bị chuyên dùng; ép cọc lực tĩnh, khoan đất nhồi vật liệu vào thành dạng cọc nhồi Dùng móng cọc gặp đất yếu (bùn, cát chảy…) không chịu trực tiếp tải trọng từ công trình Tuỳ theo cách làm việc, chia cọc thành hai loại: cọc chống cọc ma sát Cọc chống truyền tải trọng qua đầu cọc lên lớp đất cứng đá Cọc ma sát (cọc treo) có đầu cọc tựa lên lớp đất bị nén co, truyền tải trọng vào đất phần lớn qua ma sát mặt bên phần qua đầu cọc Cọc ép cọc hạ lượng tĩnh, không gây nên xung lượng lên đầu cọc Cọc ép nhà liền kề: Với công trình xây chen hay nhà dân dụng nên dùng cọc 20x20cm chiều dài vừa đủ để Qa đạt 10 - 20 Sử dụng cọc nhỏ vừa đủ ta dùng đối trọng nhỏ ép, tránh việc gây ảnh hưởng cho công trình lân cận Nếu có nhà liền kề tim cọc phải cách nhà kế bên 70cm không đơn vị thi công ép sát cọc vào nhà hàng xóm diện tích cho khung giá ép Do phải thiết kế đài móng congson Trường hợp phải tính móng lệch tâm 1.1.2 Tiết diện cọc ép chế tạo loại cọc ép: 1.1.2.1 Tiết diện cọc ép: Cọc ép thường cọc bê tông cốt thép, có kích thước cọc tuỳ theo yêu cầu tính toán, tiết diện hình vuông tròn, dài từ 6-20m Có thể nối cọc bêtông cốt thép để phù hợp với phương tiện vận chuyển thi công cọc Vận chuyển cẩu lắp cọc cọc đạt đủ cường độ, tránh gây sứt mẻ, va chạm cọc vật khác Cọc bê tông cốt thép có độ bền cao, có khả chịu tải trọng lớn từ công trình truyền xuống, ứng dụng rộng rãi loại móng công trình dân dụng công nghiệp Tiết diện cọc: Cọc bê tông cốt thép có nhiều loại tiết diện khác như: Tròn, vuông, chữ nhật Loại cọc tiết diện vuông dùng nhiều có cấu tạo đơn giản tạo công trường Kích thước ngang loại cọc thường 20×20;25×25;30×30 tùy thuộc vào địa hình, thiết bị ép, nhiều công trình thi công ép cọc ly tâm hình tròn rỗng robot 1.1.2.2 Chế tạo cọc ép: Cọc ép chế tạo bê tông cốt thép đúc sẵn (có thể xưởng công trường) dùng thiết bị ép xuống đất Mác bê tông chế tạo cọc từ 300 trở lên Loại cọc phổ biến thường có tiết diện vuông, có kích thước từ 200×200 đến 300×300 Chiều dài tiết diện cọc phụ thuộc vào thiết kế Nếu chiều dài cọc lớn, chia cọc thành đoạn cọc ngắn để thuận tiện cho việc chế tạo phù hợp với thiết bị chuyên chở, thiết bị hạ cọc Cọc phải chế tạo theo thiết kế, đảm bảo chiều dày lớp bảo vệ (tối thiểu 3cm) để chống bong tách ép cọc chống rỉ cho cốt thép sau Bãi đúc cọc phải phẳng, không gồ ghề Khuôn đúc cọc phải thẳng, phẳng cần bôi trơn chống dính, tránh nước xi măng đổ bê tông Đổ bê tông phải liên tục từ mũi đến đỉnh cọc, đầm bê tông đầm dùi cỡ nhỏ Trong trình thi công đúc cọc cần đánh dấu cọc ghi rõ lý lịch để tránh nhầm lẫn thi công Đặt thép thân cọc: Mật độ thép cọc ép không nhỏ 0,5%, cọc ép mà thân cọc nhỏ dài không nên nhỏ 0,8% Trong trường hợp sau đây, mật độ thép phải nâng cao tới 1%-2%: - Mũi cọc phải xuyên qua lớp đất rắn có độ dày định; - Tỷ số dài đường kính L/D cọc lớn 60; - Cọc bố trí dày khoảng lớn Khi L/D lớn 80, khả chịu lực cọc đơn lớn mà số lượng cọc đài cọc có hàng, mật độ thép phải tăng thêm * Đường kính số thanh: - Đường kính cốt dọc không nên nhỏ 14mm, bề rộng đường kính cọc lớn 300mm số không * Các trường hợp sau nên đặt thép tăng thêm: - Khi dùng 1-2 cọc hàng cọc đơn, có tải trọng lệch tâm phải tăng thêm đặt thép phần đầu thân cọc - Khi thân cọc đặt thép theo ứng suất cẩu cọc phải tăng thêm đặt thép vùng móc cẩu Bê tông thân cọc: Cường độ bê tông thân cọc không thấp C30 Độ dày lớp bảo vệ cốt thép dọc không nhỏ 30mm Mối nối cọc: Số lượng đầu nối cọc không nên hai Khi tầng nông có tồn tầng đất khó xuyên qua dày 3m đầu nối phải bố trí phía bên tầng đất Mối nối keo sử dụng trường hợp dự tính cọc dễ xuyên vào đất Khi tải trọng thiết kế lớn cọc nhỏ dài, phải xuyên qua tầng đất cứng có độ dày định; vùng có động đất nơi tập trung nhiều cọc phải dùng phương pháp nối hàn 1.1.2.3 Quy trình sản xuất cọc: Bước 1: Chuẩn bị nguyên vật liệu: Vật liệu dùng quy trình sản xuất cọc BTCT phải đảm bảo yêu cầu kỹ thuật theo tiêu chuẩn hành, đồng thời đáp ứng yêu cầu bổ sung thiết kế Vật liệu phải cất giữ vận chuyển đảm bảo giữ nguyên chất lượng phù hợp vật liệu cho công trình Bên cạnh đó, nguyên vật liệu kiểm tra thí nghiệm lại trước đưa vào sử dụng cho công trình Bước 2: Thi công cốt thép: Đảm bảo chất lượng nguyên liệu cốt thép để quy trình sản xuất đạt chất lượng Cốt thép chủ nắn thẳng cắt kích thước, đảm bảo thép chủng loại vẽ thiết kế Cốt thép đai kéo thẳng tời, cắt kìm cộng lực, uốn bàn uốn theo kích thước thiết kế Thép đai liên kết với thép chủ dây thép buộc ly, khoảng cách cốt đai buộc yêu cầu vẽ thiết kế Thép chủ liên kết với hộp bích đầu cọc liên kết hàn Hộp bích đầu cọc gia công đảm bảo, bốn cạnh mặt cọc phải nằm mặt phẳng, đảm bảo vuông theo kích thước thiết kế Cốt thép cọc bố trí định vị thành lồng theo vẽ thiết kế cán kỹ thuật nghiệm thu trước lắp vào khuôn cốp pha Lồng ghép sau lắp đặt vào khuôn phải định vị xác chắn đảm bảo không bị xê dịch biến dạng lúc đổ bê tông Bước 3: Thi công bê tông: Bê tông đúc cọc phải trộn máy theo tỷ lệ Bê tông đúc cọc phải trộn máy theo tỷ lệ cấp phối, thời gian trộn theo quy định Cát, đá trước trộn phải đảm bảo sạch, không lẫn tạp chất Bước 4: Thi công ván khuôn: Sử dụng cốp pha thép định hình có đầy đủ phụ kiện gông, chống…bề mặt cốp pha phải phẳng bôi lớp dầu chống dính Bề mặt sân bãi đúc cọc phải đảm bảo phẳng Cốp pha thép phải vuông với mặt gông hệ thống gông định hình điều chỉnh kích thước nêm gỗ, khoảng cách gông 1,5 - 2m Ván khuôn tháo dỡ bê tông đạt 25% cường độ thiết kế (tức sau 12 - 16h theo thí nghiệm quy định) tiến hành tháo dỡ cốp pha Dùng sơn viết vào đầu cọc mặt cọc: tên đoạn cọc, ngày tháng đúc cọc, mác bê tông Lưu ý đến việc thi công ván khuôn quy định Bước 5: Đúc bảo dưỡng bê tông: Bảo dưỡng cọc bước quan trọng cuối vô quan trọng Bê tông phải đổ liên tục phải đầm chặt máy đầm rung, để tránh tạo lỗ hổng không khí, rỗ tổ ong hay khiếm khuyết khác Đặc biệt lưu ý bê tông đổ đến đâu phải đầm đến đó, sau sử dụng mặt bàn xoa để hoàn thiện mặt Mỗi cọc phải đúc xong lần nên mũi cọc đến đỉnh cọc Trong đầm phải cẩn thận, ý góc cạnh, không để máy đầm chạm làm rung cốt thép Trong trình đổ bê tông cọc phải lấy mẫu thí nghiệm theo quy định Công tác bảo dưỡng coi phần thiếu Tất bê tông đổ phải bảo dưỡng, công tác bảo dưỡng phải bắt đầu sau đổ bê tông xong khoảng - 6h, bề mặt bê tông se lại, ấn tay không lún tiến hành đến bước bão dưỡng Thời gian dưỡng hộ liên tục - ngày tùy theo thời tiết ẩm ướt hay khô hanh, ngày giữ cấu kiện trạng thái ẩm Tất cọc phải có bề mặt phẳng, nhẵn, không bị khiếm khuyết vuông góc với trục dọc cọc, hoàn theo kích thước bãn vẽ Đối với đoạn mũi, mũi cọc phải trùng với tâm cọc Bước 6: Bốc dỡ, vận chuyển xếp cọc: Bốc dỡ, vận chuyển xếp cọc phải đảm bảo cọc không bị nứt, gẫy trọng lượng thân cọc lực bám dính cốp pha, tránh gây vỡ hay sứt mẽ cạnh bê tông Cọc để kho bãi xếp chồng lên chiều cao chống không 2/3 chiều dài, tuổi kê lót Khi xếp ý để chỗ có ghi mác bê tông chồng có lối để kiểm tra sản phẩm Khi phát cọc có vết nứt, cọc bị hư trình vận chuyển phải sửa chữa khắc phục Bước 7: Nghiệm thu: Nghiệm thu vật liệu Nghiệm thu kích thước hình học Kiểm tra độ sai lệch cho phép 1.1.3 Chiều dài cọc ép: Cọc ngắn chiều dài 6m; Cọc vừa chiều dài khoảng 20÷25m; Cọc dài 25m tới 50, dùng cọc tròn, rỗng ép robot Cọc bê tông cốt thép đúc sẵn loại cọc sử dụng rộng rãi móng sâu chịu lực ngang lớn Cọc làm bê tông cốt thép thường M>300, chiều dài cọc đúc phụ thuộc vào điều kiện thi công (thiết bị chế tạo, lắp đặt, vận chuyển…) liên quan đến tiết diện chịu lực, Cọc tiết diện 20×20 đến 30×30 cm có chiều dài bé 10m Cọc tiết diện 30×30cm tiết diện tròn rỗng có chiều dài >10m Kích thước tiết diện(cm) 20, 25, 30 Chiều dài tối đa(m) 5, 12, 15, 18 1.2 Tính toán kiểm tra sức chịu tải cọc ép 1.2.1 Tính toán sức chịu tải theo vật liệu cọc: Hầu hết trường hợp thiết kế thực tế cọc chịu lực nén tâm đài truyền vào từ công trình bên trên, vật liệu cọc bêtông cốt thép thường Dùng công thức tính toán cấu kiện bêtông chịu nén tâm TCVN 5574:2012 sau: PVL=φ(RbAb+RscAst) Diễn giải công thức: Ast tổng diện tích cốt thép dọc cọc Ab diện tích bêtông tiết diện cọc Rsc cường độ tính toán nén cốt thép Rb cường độ tính toán nén bêtông cọc, cường độc tính toán gốc bêtông nhân với hệ số điều kiện làm việc γcb.γ′cb sau: γcb=0,85 kể đến đổ bêtông khoảng không gian chật hẹp hố khoan, ống vách γ′cb kể đến phương pháp thi công cọc, trường hợp phổ biến cọc khoan nhồi tương ứng trường hợp ghi TCVN 10304:2014 Trong nền, việc khoan đổ bêtông vào lòng hố khoan dung dịch khoan nước chịu áp lực dư (không dùng ống vách) γ′cb=0,7 Với cọc bêtông cốt thép đúc sẵn đóng, ép, hệ số γcb=γ′cb=1 φ hệ số giảm khả chịu lực ảnh hưởng uốn dọc, theo TCVN 5574:2012: Với λ 28,φ=1 Với 28