Nghiên cứu giải pháp móng cọc khoan nhồi đường kính nhỏ d=400 đến d=600 trong điều kiện đất nền khu vực các quận nội thành thành phố hải phòng

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài “Nghiên cứu giải pháp móng cọc khoan nhồi đường kính nhỏ d=400 đến d=600 điều kiện đất khu vực quận nội thành thành phố Hải Phòng.” kết nghiên cứu riêng Các số liệu, kết đƣợc sử dụng luận văn trung thực, đƣợc trích dẫn từ nguồn liệu, báo cáo đáng tin cậy Hải Phòng, ngày 07 tháng 10 năm 2016 Tác giả luận văn Phạm Đức Toàn i LỜI CÁM ƠN Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới PGS.TS Phạm Văn Thứ, Viện Đào tạo Sau Đại học – Trƣờng Đại học Hàng hải Việt Nam, gia đình đồng nghiệp nhiệt tình giúp đỡ trình nghiên cứu, thực hoàn thành luận văn thạc sĩ ii MỤC LỤC Lời cam đoan i Lời cám ơn ii Mục lục iii Danh mục chữ viết tắt kí hiệu ix Danh mục bảng xi Danh mục hình xiv Mở đầu 1 Tính cấp thiết đề tài Mục đích nghiên cứu đề tài Phạm vi nghiên cứu đề tài Phƣơng pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn 6.Nội dung nghiên cứu CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ CỌC KHOAN NHỒI, CÔNG NGHỆ THI CÔNG VÀ ĐIỀU KIỆN ÁP DỤNG HỢP LÝ CỌC KHOAN NHỒI 1.1 Khái niệm chung cọc khoan nhồi công nghệ thi công 1.1.1 Ƣu điểm, nhƣợc điểm cọc khoan nhồi 1.1.2 Phƣơng pháp thi công cọc khoan nhồi 1.2 Tổng quan cọc khoan nhồi đƣờng kính nhỏ 1.2.1 Ƣu, nhƣợc điểm cọc khoan nhồi đƣờng kính nhỏ 1.2.2 Phạm vi áp dụng cọc khoan nhồi đƣờng kính nhỏ 10 1.2.3 Phân loại cọc khoan nhồi đƣờng kính nhỏ 10 1.3 Kỹ thuật xây dựng vật liệu 13 1.3.1 Các thiết bị khoan 14 1.3.2 Các kỹ thuật khoan 14 1.3.3 Các kỹ thuật Khoan qua lớp đá 16 1.3.4 Các kỹ thuật khoan hố mở 17 iii 1.3.5 Đổ vữa 18 1.3.6 Cốt thép 20 1.4 Xác định mức chịu tải cọc 24 1.4.1 Sức chịu tải cho phép vật liệu cọc 25 1.4.2 Sức chịu tải cho phép cọc theo đất 26 1.4.3 Xác định sức chịu tải theo kết nén tĩnh 28 CHƢƠNG 2: ĐẶC ĐIỂM ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH KHU VỰC THÀNH PHỐ HẢI PHÒNG 32 2.1 Đặc điểm điều kiện địa chất công trình khu vực thành phố Hải Phòng 32 2.1.1 Vị trí địa lý địa hình 32 2.1.2 Mặt cắt địa chất công trình đặc trƣng dạng khu vực nội thành TP Hải Phòng 40 2.1.2.1 Mặt cắt địa chất điển hình, tiệu lý đặc trƣng cho khu vực dạng B-2-b 41 2.1.2.2 Mặt cắt địa chất điển hình, tiệu lý đặc trƣng cho khu vực dạng B-3-b 43 2.2 Tình hình xử lý móng công trình xây dựng khu vực nội thành HP 45 2.2.1.Đối với nhà dân dụng từ - tầng; - tầng ; - 11 tầng địa bàn Hải Phòng 45 2.2.1.1.Nhà cao từ - tầng 45 2.2.1.2.Nhà cao tầng - tầng 46 2.2.1.3.Nhà cao từ -11 tầng 47 2.2.1.4.Nhà từ 12 - 20 tầng 47 2.2.2.Với nhà công nghiệp công trình công cộng 47 2.2.2.1 Các công trình nhà xƣởng, kho có độ nhỏ, cầu trục 47 iv 2.2.2.2 Các công trình nhà xƣởng có dầm cầu trục, công trình công cộng có tải trọng chân tƣờng cột lớn 48 2.3 Các công trình áp dụng cọc khoan nhồi khu vực nội thành hp 49 2.3.1Khu vực Dạng B-2-b 49 2.3.2 Khu vực Dạng B-3-b 50 2.4 Đánh giá hiệu xử lý móng cọc khoan nhồi khu vực nội thành Hải Phòng 51 CHƢƠNG ĐỀ XUẤT ỨNG DỤNG CỌC KHOAN NHỒI TIẾT DIỆN NHỎ CHO CÁC CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG KHU VỰC NỘI THÀNH HẢI PHÒNG 52 3.1 Quy hoạch phát triển kinh tế - xã hội Hải Phòng giai đoạn tới 52 3.1.1 Quan điểm phát triển 52 3.1.2 Mục tiêu phát triển 53 3.1.3 Định hƣớng phát triển ngành lĩnh vực 55 3.1.3.1 Phát triển ngành, lĩnh vực kinh tế 55 3.1.3.2 Quy hoạch phát triển không gian, lãnh thổ 57 3.1.4 Các giải pháp thực Quy hoạch 57 3.1.4.1 Huy động nguồn vốn đầu tƣ 57 3.1.4.2 Phối hợp chặt chẽ với tỉnh, thành phố vùng 58 3.1.4.3 Điều hành tổ chức thực quy hoạch 58 3.2 Quy hoạch chung xây dựng thành phố Hải Phòng đến năm 2025 tầm nhìn đến năm 2050 58 3.2.1 Tính chất đô thị 58 3.2.2 Phạm vi ranh giới, quy mô lập quy hoạch 59 3.2.3 Quy mô dân số phân bố dân cƣ đô thị 59 3.2.4 Quy mô đất xây dựng đô thị 59 3.2.5 Định hƣớng phát triển không gian đô thị Hải Phòng 60 3.2.5.1 Lựa chọn đất xây dựng đô thị 60 3.2.5.2 Phân khu chức 60 v 3.2.6 Quy hoạch xây dựng đợt đầu (giai đoạn từ năm 2009 ÷ 2015): 64 3.2.7 Danh mục chƣơng trình, dự án ƣu tiên đầu tƣ thời kỳ 2006 – 2020 65 3.2.7.1 Giai đoạn 2006 – 2010 65 3.2.7.2 Giai đoạn 2011 – 2020 67 3.3 Sức chịu tải cọc khoan nhồi tiết diện nhỏ khu vực nội thành 68 3.3.1 Lựa chọn chiều dài cọc " hợp lý " tiết diện cọc cho trƣớc khu vực có dạng B-2-b 71 3.3.1.1 Tính toán chiều dài cọc hợp lý với cọc ép tiết diện 30x30cm 71 3.3.1.2 Tính toán chiều dài cọc hợp lý với cọc ép tiết diện 35x35cm 83 3.3.1.3 Tính toán chiều dài cọc hợp lý với cọc ống tiết diện D600 75 3.3.1.4 Tính toán chiều dài cọc hợp lý với cọc khoan nhồi tiết diện D400 76 3.3.1.5 Tính toán chiều dài cọc hợp lý với cọc khoan nhồi tiết diện D500 78 3.3.1.6 Tính toán chiều dài cọc hợp lý với cọc khoan nhồi tiết diện D600 80 3.3.1.7 Tổng hợp lại, ta có kết chiều dài cọc hợp lý sức chịu tải tƣơng ứng loại tiết diện cọc vùng B-2-b nhƣ sau 81 3.3.2 Lựa chọn chiều dài cọc " hợp lý " tiết diện cọc cho trƣớc khu vực có dạng B-3-b 82 3.4 Yêu cầu móng công trình xây dựng khu vực nội thành 83 3.4.1 Tính toán móng cọc " hợp lý " công trình B-2-b 83 3.4.1.1 Tính toán móng cọc " hợp lý " công trình tầng 83 3.4.1.2 Tính toán móng cọc " hợp lý " công trình tầng 84 3.4.1.3 Tính toán móng cọc " hợp lý" công trình tầng 85 3.4.1.4 Tính toán móng cọc " hợp lý " công trình 11 tầng 86 vi 3.4.1.5 Tính toán móng cọc " hợp lý " công trình 13 tầng 87 3.4.1.6 Giải pháp móng cọc " hợp lý " cho công trình xây dựng khuc vực Dạng B-2-b 88 3.4.2 Tính toán móng cọc " hợp lý " công trình B-3-b 88 3.4.2.1 Tính toán móng cọc " hợp lý " công trình tầng 89 3.4.2.2Tính toán móng cọc " hợp lý " công trình tầng 90 3.4.2.3Tính toán móng cọc " hợp lý " công trình tầng 90 3.4.2.4Tính toán móng cọc " hợp lý " công trình 11 tầng 91 3.4.2.5Tính toán móng cọc " hợp lý " công trình 13 tầng 92 3.4.2.6 Giải pháp móng cọc " hợp lý " cho công trình xây dựng khu vực Dạng B-3-b 93 3.5 Khuyến nghị ứng dụng móng cọc khoan nhồi tiết diện nhỏ cho công trình khu vực nội thành HP 93 3.5.1 Cọc khoan nhồi giải pháp móng có nhiều ƣu điểm sau 94 3.5.1.1 Về mặt kết cấu 94 3.5.1.2 Về mặt thi công 95 3.5.2 Đối với Vùng B-2-b: 95 3.5.2.1 Tổng hợp lại, ta có kết chiều dài cọc hợp lý sức chịu tải tƣơng ứng loại tiết diện cọc vùng B-2-b nhƣ sau: 95 3.5.2.2 Giải pháp móng cọc " hợp lý " cho công trình xây dựng khuc vực Dạng B-3-b 96 3.5.3 Đối với Vùng B-3-b: 97 3.5.3.1 Lựa chọn chiều dài cọc " hợp lý " tiết diện cọc cho trƣớc khu vực có dạng B-3-b 97 3.5.3.2 Giải pháp móng cọc " hợp lý " cho công trình xây dựng khu vực Dạng B-3-b 98 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 99 I KẾT LUẬN 99 II.KIẾN NGHỊ 99 vii III CÁC HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP CỦA ĐỀ TÀI 100 TÀI LIỆU THAM KHẢO 101 viii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU Chữ viết tắt Giải thích AP Diện tích tiết diện mũi dọc As Tổng diện tích mặt bên kể đến tính toán B Bề rộng đáy móng quy ƣớc c Lực dính đất d Bề rộng tiết diện cọc dp Đƣờng kính mũi cọc ES Mô - đun biến dạng đất EP Mô - đun biến dạng vật liệu cọc FS Hệ số an toàn chung cọc FSS Hệ số an toàn cho ma sát biên cọc FSP Hệ số an toàn cho sức chống mũi cọc G1 Giá trị mô - đun lớp đất xung quanh thân cọc G2 Giá trị mô - đun cắt lớp đát dƣới mũi cọc L Chiều dài cọc IL Chỉ số sệt đất MX,MY giá trị mô men tác dụng lên đài cọc theo trục x y N Tải trọng nén tác dụng lên cọc NK Tải trọng nhổ tác dụng lên cọc NH Tải trọng ngang tác dụng lên cọc Nc, Nq,Ny NSPT Thông số sức chịu tải lấy theo giá trị góc ma sát đất Chỉ số SPT từ thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT) Qa Sức chịu tải trọng nén cho phép cọc Qak Sức chịu tải trọng nhổ cho phép cọc Qah Sức chịu tải trọng ngang cho phép cọc Qu Sức chịu tải trọng nén cực hạn cọc ix Quk Sức chịu tải trọng nhổ cực hạn cọc Quh Sức chịu tải trọng ngang cực hạn cọc x D50x37.5 m Khoan Nhồi 232,416,953 D60x 37.5 m Khoan Nhồi 237,160,156 Nhƣ với công trình 1s3 tầng, phƣơng án móng hợp lý dùng cọc nhồi D40 dài 37.5 m hạ vào lớp cát hạt trung lẫn hạt thô 3.4.1.6 Giải pháp móng cọc " hợp lý " cho công trình xây dựng khuc vực Dạng B-2-b Từ kết trên, tổng hợp lại ta có giải pháp hợp lý cho công trình xây dựng vùng có dạng B-2-b số tầng khác nhƣ sau: Bảng 3.17 Tổng hợp kết lựa chọn phƣơng án móng cọc dạng B-2-b Thứ tự Số tầng Phƣơng án móng hợp lý lựa chọn Cọc ép D60x37m Cọc nhồi D50x37,5m Cọc nhồi D40x37,5m 11 Cọc nhồi D50x37,5m 13 Cọc nhồi D40x37,5m 3.4.2 Tính toán móng cọc " hợp lý " công trình B-3-b: Sau tính toán, ta có giá thành cọc, bao gồm tiền mua cọc, công ép cọc nhƣ sau: Bảng 3.18 Tổng hợp kinh phí cọc công trình B-3-b ( Gồm giá thành cọc, công ép cọc ) 88 Thứ tự Loại cọc 30x30x34,0m Sức chịu tải ( Tấn ) Biện pháp hạ cọc Kinh phí cọc 51,47 Cọc ép 13.580.000đ 35x35x35,0m 61,59 Cọc ép 18.496.000đ Cọc ống 69,0 Cọc ép 29.847.000đ D60x36,0m Cọc khoan nhồi D40x40,0m 87.79 Khoan nhồi 25,297,083 Cọc khoan nhồi D50x40,0m 135.97 Khoan nhồi 35,415,917 Cọc khoan nhồi D60x42,0m 196,92 Khoan nhồi 53,123,875 3.4.2.1 Tính toán móng cọc " hợp lý " công trình tầng: Ta tính toán lựa chọn giải pháp móng cọc hợp lý sở nghiên cứu công trình CT1 quy mô tầng Từ kết tổng hợp chọn giải pháp hợp lý Với phƣơng án giá thành thấp xếp thứ , phƣơng án thứ nhì có giá thành thấp thứ Phƣơng án cuối xếp thứ Bảng 3.19 Tổng hợp kết tính toán phƣơng án móng cọc công trình CT1 - Tầng TT Loại cọc Phƣơng pháp Số cọc hại cọc đài Kinh phí (1.000Đ) Xếp thứ tự 30x30x34m Cọc ép 123,462,000 35x35x35m Cọc ép 127,351,000 ống D60x36m Cọc ép 92,562,000 D40x40,0m D50x40,0m Khoan nhồi Khoan nhồi 101,188,333 106,247,750 D60x42,0m Khoan nhồi 106,247,750 89 Nhƣ với công trình tầng, phƣơng án móng hợp lý dùng cọc ép D60cm dài 36 m, hạ vào lớp cát hạt trung 3.4.2.2 Tính toán móng cọc " hợp lý " công trình tầng: Ta tính toán lựa chọn giải pháp móng cọc hợp lý sở nghiên cứu công trình CT1 quy mô tầng Từ kết tổng hợp chọn giải pháp hợp lý Với phƣơng án giá thành thấp xếp thứ , phƣơng án thứ nhì có giá thành thấp thứ Phƣơng án cuối xếp thứ Bảng 3.20 Tổng hợp kết tính toán phƣơng án móng cọc công trình CT1 - Tầng TT Loại cọc Phƣơng pháp Số cọc đài hại cọc Kinh phí (1.000Đ) Xếp thứ tự 30x30x34m Cọc ép 13 178,334,000 35x35x35m Cọc ép 10 181,930,000 ống D60x36m Cọc ép 154,270,000 D40x40,0m Khoan nhồi 151,782,500 D50x40,0m Khoan nhồi 141,663,667 D60x42,0m Khoan nhồi 159,371,625 Nhƣ với công trình tầng, phƣơng án móng hợp lý dùng cọc nhồi D50cm dài 40 m, hạ vào lớp cát hạt trung 3.4.2.3 Tính toán móng cọc " hợp lý " công trình tầng: Ta tính toán lựa chọn giải pháp móng cọc hợp lý sở nghiên cứu công trình 90 CT1 quy mô tầng Từ kết tổng hợp chọn giải pháp hợp lý Với phƣơng án giá thành thấp xếp thứ , phƣơng án thứ nhì có giá thành thấp thứ Phƣơng án cuối xếp thứ Bảng3.21 Tổng hợp kết tính toán phƣơng án móng cọc công trình CT1 - Tầng TT Loại cọc Phƣơng pháp Số cọc đài hại cọc Kinh phí (1.000Đ) Xếp thứ tự 30x30x34m Cọc ép 14 192,052,000 35x35x35m Cọc ép 11 200,123,000 ống D60x36m Cọc ép 185,124,000 D40x40,0m Khoan nhồi 177,079,583 D50x40,0m Khoan nhồi 177,079,583 D60x42,0m Khoan nhồi 159,371,625 Nhƣ với công trình tầng, phƣơng án móng hợp lý dùng cọc nhồi D60cm dài 42 m, hạ vào lớp cát hạt trung 3.4.2.4 Tính toán móng cọc " hợp lý " công trình 11 tầng: Ta tính toán lựa chọn giải pháp móng cọc hợp lý sở nghiên cứu công trình CT1 quy mô 11 tầng Từ kết tổng hợp chọn giải pháp hợp lý Với phƣơng án giá thành thấp xếp thứ , phƣơng án thứ nhì có giá thành thấp thứ Phƣơng án cuối xếp thứ Bảng 3.22: Tổng hợp kết tính toán phƣơng án móng cọc công trình CT1 - 11 Tầng 91 TT Loại cọc Phƣơng pháp Số cọc đài hại cọc Kinh phí (1.000Đ) Xếp thứ tự 30x30x34m Cọc ép 16 219,488,000 35x35x35m Cọc ép 13 236,509,000 ống D60x36m Cọc ép 215,978,000 D40x40,0m Khoan nhồi 202,376,667 D50x40,0m Khoan nhồi 177,079,583 D60x42,0m Khoan nhồi 212,495,500 Nhƣ với công trình 11 tầng, phƣơng án móng hợp lý dùng cọc nhồi D50cm dài 40 m, hạ vào lớp cát hạt trung 3.4.2.5 Tính toán móng cọc " hợp lý " công trình 13 tầng: Ta tính toán lựa chọn giải pháp móng cọc hợp lý sở nghiên cứu công trình CT1 quy mô 13 tầng Từ kết tổng hợp chọn giải pháp hợp lý Với phƣơng án giá thành thấp xếp thứ , phƣơng án thứ nhì có giá thành thấp thứ Phƣơng án cuối xếp thứ Bảng3.23 Tổng hợp kết tính toán phƣơng án móng cọc công trình CT1 - 13 Tầng TT Loại cọc Phƣơng pháp Số cọc đài hại cọc 30x30x34m Cọc ép 35x35x35m Cọc ép 92 Kinh phí (1.000Đ) Xếp thứ tự 21 288,078,000 16 291,088,000 ống D60x36m Cọc ép 246,832,000 D40x40,0m Khoan nhồi 10 252,970,833 D50x40,0m Khoan nhồi 247,911,417 D60x42,0m Khoan nhồi 265,619,375 4 Nhƣ với công trình 13 tầng, phƣơng án móng hợp lý dùng cọc ép D60cm dài 36 m, hạ vào lớp cát hạt trung 3.4.2.6 Giải pháp móng cọc " hợp lý " cho công trình xây dựng khu vực Dạng B-3-b Từ kết trên, tổng hợp lại ta có giải pháp hợp lý cho công trình xây dựng vùng có dạng B-3-b số tầng khác nhƣ sau: Bảng 3.24: Tổng hợp kết lựa chọn phƣơng án móng cọc dạng B-3-b Thứ tự Số tầng Phƣơng án móng hợp lý lựa chọn Cọc ép D60x36m Cọc nhồi D50x40m Cọc nhồi D60x42m 11 Cọc nhồi D50x40m 13 Cọc ép D60x36m 3.5 Khuyến nghị ứng dụng móng cọc khoan nhồi tiết diện nhỏ cho công trình khu vực nội thành HP Cọc khoan nhồi dùng để gia cố đất liên kết với móng giữ ổn định cho công trình Đây phƣơng pháp tiên tiến đỡ đƣợc công trình lớn 93 đất yếu Cọc khoan nhồi giải pháp móng đƣợc áp dụng rộng rãi xây dựng nhà cao tầng giới Việt Nam Chúng thƣờng đƣợc thiết kế để mang tải lớn nên chất lƣợng cọc luôn vấn đề đƣợc quan tâm Khâu quan trọng để định chất lƣợng cọc khâu thi công, bao gồm kỹ thuật, thiết bị, lực đơn vị thi công, nghiêm túc thực hiên qui trình công nghệ chặt chẽ, kinh nghiệm xử lý gặp trƣờng hợp cụ thể Trong mƣời năm qua, công nghệ cọc khoan nhồi đƣợc áp dụng mạnh mẽ xây dựng công trình nƣớc ta Hiện nay, ƣớc tính hàng năm thực khoảng 50 ÷ 70 nghìn mét dài cọc khoan nhồi có đƣờng kính 0,8 ÷ 2,5m, với chi phí khoảng 1300 ÷ 1400 tỷ đồng 3.5.1 Cọc khoan nhồi giải pháp móng có nhiều ƣu điểm sau: 3.5.1.1 Về mặt kết cấu: Căn vào tài liệu khảo sát địa chất, ngƣời thiết kế xác định đƣợc chiều sâu cọc cho sức chịu tải đất tƣơng đƣơng với sức chịu tải vật liệu làm cọc (Pvl≈ Pđn) Điều với phƣơng pháp cọc đóng, nén tĩnh ép neo không thực đƣợc Đó điều kiện đƣa đến giải pháp móng hợp lý kinh tế hơn.Khả chịu lực cao 1,2 lần so với công nghệ khác Cọc khoan nhồi đƣợc đặt vào lớp đất cứng, chí tới lớp đá mà cọc đóng tới đƣợc Có tiết diện độ sâu mũi cọc lớn nhiều so với cọc chế sẵn sức chịu tải lớn nhiều so với cọc chế tạo sẵn Số lƣợng cọc đài cọc ít, việc bố trí đài cọc (Cùng công trình ngầm) công trình đƣợc rễ ràng Sức chịu tải ngang cọc khoan nhồi lớn, việc thi công cọc nhồi có chấn dung nhỏ nhiều so với cọc đóng, thi công cọc nhồi không gây tƣợc trồi đất xung quanh, không đẩy cọc sắn có xung quanh sang ngang Thích hợp với loại đất đá, kể vùng có hang castơ Thích hợp với công trình lớn, tải trọng nặng, địa chất móng đất 94 có địa tầng thay đổi phức tạp Không gây ảnh hƣởng đến công trình xây dựng liền kề (lún nứt, tƣợng chồi đất, lún sụt cuc bộ, ) Xây dựng nhà cao tầng khu dân cƣ đông đúc, nhà xây chen, nhà xây liền kề mặt phố, nhà biệt thự khắc phục đƣợc cố lún nứt nhà liền kề, lấy lại thăng nhà xây dựng bị nghiêng lún sử dụng, gia cố móng nhà bị yếu, thi công địa điểm chật hẹp ngõ ngách nhỏ Công nghệ tạo khối cọc bê tông đúc liền khối (không phải hàn nối nhƣ công nghệ đóng cọc khác), tăng khả chịu lực độ bền co móng công trình công nghiệp, cầu giao thông quy mô nhỏ, Công nghệ thi công cọc khoan nhồi đƣờng kính lớn giải quýêt vấn đề kỹ thuật móng sâu địa chất phức tạp, nơi mà loại cọc đóng bú xung kích hay búa rung có mặt cắt vuông tròn có đƣờng kính D