Nghiên cứu giải pháp móng cọc cho công trình thấp tầng trên địa bàn thành phố sóc trăng

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sĩ cơng trình nghiên cứu thân Các số liệu kết trình bày luận văn thật, có nguồn gốc rõ ràng chưa cơng bố cơng trình nghiên cứu Tác giả Thái Chí Cường i LỜI CẢM ƠN Luận văn hoàn thành thành cố gắng, nỗ lực giúp đỡ tận tình thầy môn Địa kỹ thuật trường Đại học Thủy lợi, Hà Nội, đặc biệt hướng dẫn khoa học thầy TS Nguyễn Văn Lộc Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy hướng dẫn, tận tâm hướng dẫn khoa học suốt trình từ lựa chọn đề tài, xây dựng đề cương đến hoàn thành luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn thầy cô môn Địa kỹ thuật, Khoa Cơng trình giúp đỡ tạo điều kiện tác giả hoàn thành luận văn Hà Nội, ngày tháng năm 2017 Tác giả Thái Chí Cường ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH vii DANH MỤC CÁC BIỂU BẢNG viii MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Đối tượng phạm vi nghiên cứu Các tiếp cận phương pháp nghiên cứu Kết dự kiến đạt Bố cục luận văn MỞ ĐẦU CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT VÀ GIẢI PHÁP MÓNG 1.1 Đánh giá địa chất cơng trình địa bàn thành phố Sóc Trăng 1.2 Các giải pháp móng cơng trình phổ biến áp dụng 1.2.1 Phương án móng nơng 1.2.2 Phương án móng cọc ép, cọc đóng 1.2.3 Phương án móng cọc khoan nhồi 1.3 Phân tích giải pháp xử lý móng áp dụng địa bàn thành phố Sóc Trăng 1.3.1 Móng bè 1.3.2 Gia cố cừ tràm: 1.3.3 Gia cố cọc khoan nhồi: 1.3.4 Gia cố cọc bê tông cốt thép đúc sẵn: 11 1.3.5 Phương pháp Cọc cát: 12 1.3.6 Phương pháp Giếng cát: 13 1.4 Một số công trình sử dụng móng cọc địa bàn thành phố Sóc Trăng 14 1.5 Đánh giá ưu nhược điểm giải pháp: 16 1.5.1 Đối với móng băng: 16 1.5.2 Ưu nhược điểm phương án móng bè: 17 1.5.3 Ưu nhược điểm phương án móng cọc: 19 1.6 Kết luận chương I 20 iii CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT MĨNG CỌC BÊ TƠNG CỐT THÉP 21 2.1 Đặc điểm móng cọc tiêu chuẩn thiết kế 21 2.1.1 Định nghĩa phân loại 21 2.1.1.1 Định nghĩa: 21 2.1.2 Các tiêu chuẩn thiết kế 23 2.2 Lý thuyết tính sức chịu tải cọc 23 2.2.1 Khái niệm sức chịu tải cọc đơn 23 2.2.1.1 Định nghĩa 23 2.2.1.2 Nguyên tắc xác định 24 2.2.2 Tính tốn sức chịu tải cọc theo độ bền vật liệu 24 2.2.3 Tính tốn sức chịu tải cọc đất theo kết thí nghiệm phòng 24 2.2.4 Xác định sức chịu tải cọc phương pháp thí nghiệm 35 2.3 Thiết kế móng cọc 40 2.3.1 Chọn loại móng cọc 41 2.3.2 Xác định đài cọc 41 2.3.3 Chọn loại cọc, kích thước cọc sức chịu tải cọc đơn 41 2.3.3.1 Chọn loại cọc kích thước cọc 41 2.3.3.2 Xác định sức chịu tải cọc đơn 42 2.3.4 Xác định số lượng cọc bố trí cọc móng 43 2.3.4.1 Xác định số lượng cọc 43 2.3.4.2 Bố trí cọc móng 43 2.3.5 Tính tốn móng theo trạng thái thứ I ( kiểm tra cường độ) 44 2.3.5.1 Kiểm tra tải trọng tác dụng lên đầu cọc 44 2.3.5.2 Kiểm tra sức chịu tải 46 2.3.5.3 Kiểm tra ổn định cho móng cọc cơng trình chịu lực ngang lớn 48 2.3.6 Tính tốn móng theo trạng thái thứ II ( kiểm tra biến dạng) 48 2.3.6.1 Tính độ lún móng 48 2.3.6.2 Tính chênh lệch độ lún móng 50 2.4 Tính tốn kích thước cọc chiều dày lớp đất yếu phân lớp khác 50 2.5 Phân tích so sánh với phương pháp xác định sức chịu tải áp dụng cho cơng trình thấp tầng 52 iv 2.5.1 Phương pháp xác định sức chịu tải theo công thức ký thuyết 52 2.5.2 Phương pháp xác định sức chịu tải cọc theo phương pháp tra bảng dựa vào tài liệu thu thập thống kê 52 2.5.3 Phương pháp xác định sức chịu tải cọc theo thí nghiệm động 52 2.5.4 Phương pháp xác định sức chịu tải cọc theo thí nghiệm tĩnh 53 2.5.5 Phương pháp xác định sức sức chịu tải cọc theo thí nghiệm trường 53 2.6 Kết luận chương II 54 CHƯƠNG III: THIẾT KẾ MĨNG CỌC BÊ TƠNG CỐT THÉP CHO CƠNG TRÌNH THẤP TẦNG TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ SÓC TRĂNG - ỨNG DỤNG CHO CƠNG TRÌNH ÁNH QUANG PLAZA 55 3.1 Tổng quan cơng trình 55 3.1.1 Quy mô dự án 55 3.1.2 Các điều kiện địa chất 57 3.2 Tính tốn lựa chọn phương pháp xử lý 59 3.2.1 Phân tích đề xuất phương án móng 59 3.2.2 Lựa chọn kích thước vật liệu cho cọc móng cọc 60 3.2.3 Tính tốn sức chịu tải dọc trục cọc 61 3.2.3.1 Theo điều kiện cường độ vật liệu cọc: 61 3.2.3.2 Theo điều kiện đất nền: 61 3.2.3.3 Áp dụng công thức xác định sức chịu tải cọc ứng với đường kính cọc khác 63 3.2.3.4 Xác định số lượng cọc móng 67 3.3 Tính tốn phương án sử dụng móng cọc xử lý 70 3.3.1 Chọn loại móng cọc, kích thươc cọc đài cọc 70 3.3.2 Tải trọng tác dụng lên đáy cột cơng trình: 70 3.3.3 Sức chịu tải cọc đơn: 71 3.3.4 Xác định số lượng cọc bố trí cọc móng 72 3.3.4.1 Xác định số lượng cọc 72 3.3.4.2 Bố trí cọc móng 72 3.3.5 Kiểm tra khả chịu tải cọc 73 3.3.5.1 Kiểm tra lực thẳng đứng tác dụng vào cọc 73 v 3.3.6 Kiểm tra móng cọc theo trạng thái giới hạn cường độ 77 3.4 Sử dụng phần mềm Geoslop tính tốn biến dạng móng cọc 86 3.5 Nhận xét kết tính 91 3.6 Kết luận chương 92 KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 93 Kết luận 93 Kiến nghị 93 TÀI LIỆU THAM KHẢO 95 vi DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Móng băng hai phương Hình 1.2 Cơng tác bố trí thép móng bè Hình 1.3 Cừ tràm dùng xử lý Hình 1.4 Sử dụng cừ tram gia cố Hình 1.5 Cọc khoan nhồi xử lý 10 Hình 1.6 Cọc bê tơng đúc sẵn xử lý 11 Hình 1-7: Cọc cát 13 Hình 1-8: Giếng cát 14 Hình 1.9 : Đóng cọc bê tơng cốt thép xử lý cơng trình 15 Hình 1.10 : Cơng trình sử dụng cọc bê tơng cốt thép xử lý cơng trình 15 Hình 1.11 : Cơng trình sử dụng cọc khoan nhồi mini xử lý cơng trình 16 Hình 2.1a: Cấu tạo móng cọc đài thấp: 1- cọc; 2- đài cọc; 3- kết cấu phần 21 Hình 2.1b: Cấu tạo móng cọc đài cao: 1- cọc; 2- đài cọc; 3- kết cấu phần 21 Hình 2.2: Gia tải kích thủy lực, dùng cọc neo làm phản lực 39 Hình 2.3 Quan hệ tải trọng độ lún cọc………………………………… 39 Hình 2.4 Sơ đồ xác định kích thước đáy móng……………………………………….46 Hình 2.5 Biểu đồ ứng suất 50 Hình 3.1: Mặt cắt ngang cơng trình 56 Hình 3.2: Mặt cơng trình 57 Hình 3.4: Mặt bố trí cọc 73 Hình 3.5 Sơ đồ khối móng quy ước 78 Hình 3.6 Biểu đồ ứng suất cột số 86 Hình 3.7: Sơ đồ áp suất đáy móng Ptb Ptt 88 Hình 3.8: Phác họa toán 89 Hình 3.9: Mơ hình tốn 89 Hình 3.10: Đường đẳng chuyển vị theo phương y 90 Hình 3.11: Đường đẳng chuyển vị theo phương x 90 Hình 3.12: Biểu đồ chuyển vị theo phương y 91 vii DANH MỤC CÁC BIỂU BẢNG Bảng 2.1 Bảng xác định hệ số ktc 25 Bảng 2.2 Sức kháng ma sát thành cọc đất fi 26 Bảng 2.3 Hệ số mf 27 Bảng 2.4 - Trị số qp 28 Bảng 2.5 Hệ số m 31 Bảng 2.6 Trị số τi loại đất ( T/m2) 31 Bảng 2.7 Trị số Ri (T/m2) 32 Bảng 2.8 Hệ số Kc α 33 Bảng 2.10 Chiều cao rơi búa tính tốn H 36 Bảng 2.11 : Hệ số điều kiện làm việc cọc 45 Bảng 2.12 : Trị số Hng (T) ứng với ∆C = 1cm 46 Bảng 2.13 Mô tả chiều dài cọc tương thích với địa tầng khác 51 Bảng 3.1: Bảng tiêu đất cơng trình 58 Bảng 3.2: Giá trị Nội lực chân cột 59 Bảng 3.3: Bảng tính giá trị sức chịu tải cọc 25x25 cm 64 Bảng 3.4: Bảng tính giá trị sức chịu tải cọc 30x30 cm 65 Bảng 3.5: Bảng tính giá trị sức chịu tải cọc 35x35 cm 65 Bảng 3.6: Trường hợp tiết điện 25×25cm 67 Bảng 3.7: Trường hợp tiết điện 30×30cm 68 Bảng 3.8: Trường hợp tiết điện 35×35cm 68 Bảng 3.9 Bảng tính ứng suất tâm móng cột 85 viii MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Thành phố Sóc Trăng phấn đấu đến năm 2020 đạt đô thị loại II, nên việc cải tạo chỉnh trang đô thị xây dựng công trình ngày nhiều góp phần vào việc nâng cấp đô thị đặc biệt phát triển kinh tế xã hội Thành Phố Tuy nhiên, khu vực Thành phố Sóc Trăng có cấu trúc địa chất đa dạng phức tạp với nhiều loại đất có thành phần tính chất lý khác nhau, với phân bố không đồng điều khu vực khác Giải pháp cơng trình xây dựng địa bàn thành phố Sóc Trăng chủ yếu sử dụng cọc ép có chiều dài từ 25-30m đến lớp đất tốt Vì vậy, việc nghiên cứu ứng dụng cọc Bê tông cốt thép cần thiết phù hợp với địa chất Đề tài luận văn thạc sĩ “Nghiên cứu giải pháp móng cọc cho cơng trình thấp tầng địa bàn thành phố Sóc Trăng” giải vấn đề xúc đó, góp phần định hướng cho chủ đầu tư, người thiết kế, quan quản lý chất lượng xây dựng sử dụng hợp lý môi trường địa chất, tăng hiệu đầu tư xây dựng Mục đích đề tài Nghiên cứu ứng dụng móng cọc bê tông cốt thép đúc sẵn cho công trình thấp tầng địa bàn thành phố Sóc Trăng Đánh giá, lựa chọn giải pháp móng hợp lý cho cơng trình thấp tầng địa bàn thành phố Sóc Trăng vừa đảm bảo tính kỹ thuật kinh tế Nội dung phương pháp nghiên cứu - Thu thập, tổng hợp phân tích tài liệu thực tế (tài liệu khảo sát địa chất, tài liệu thiết kế sở,…) để làm rõ điều kiện địa chất cơng trình tổ hợp tải trọng; - Phân tích chọn giải pháp cọc bê tơng cốt thép đúc sẵn để xử lý cơng trình; - Phương pháp phần tử hữu hạn, phương pháp mơ hình số với việc sử dụng phần mềm Geo-slope, Plaxis để phân tích, kiểm tra ổn định biến dạng Kết dự kiến đạt - Hiểu lý thuyết tính tốn móng cọc; - Đánh giá điều kiện địa chất cơng trình khu vực thành phố Sóc Trăng; - Tổng hợp kinh nghiệm sử dụng giải pháp móng địa bàn thành phố Sóc Trăng; - Đề xuất giải pháp móng hợp lý kinh tế-kỹ thuật khu vực thành phố Sóc Trăng kiểm chứng tính tốn phần mềm Geo – slope Plaxis Bố cục luận văn MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT VÀ GIẢI PHÁP MĨNG CHO CÁC CƠNG TRÌNH TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ SÓC TRĂNG CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÓNG CỌC BÊ TƠNG CỐT THÉP CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MĨNG CỌC BÊ TƠNG CỐT THÉP CHO CƠNG TRÌNH THẤP TẦNG TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ SÓC TRĂNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ TÀI LIỆU THAM KHẢO b’ khoảng cách mép cọc theo chiều rộng b’ = 0,35+1 = 1,35 m h chiều cao cọc tính từ đáy đà đến mũi cọc h = 17,5m γtb :Góc ma sát trung bình lớp đất từ mũi cọc trở lên ϕtb =28,9o Vậy ta có : Lqư=l’ + 2h.tg α=1,35+2.17,5.tg7,2o =5,8 m Bqư=b’+2.h.tgα=1,35+2.17,5.tg7,2o=5,8 m Diện tích khối móng quy ước :Fqư=Lqư.Bqư=33,64 m2 Trị số trung bình dung trọng đất: = γ tb ∑ γ l i l = ∑ li (1,82 − 1).2,5 + (2,15 − 1).3 + (1,92 − 1).9 = 0.95(T / m3 ) 14,5 Trọng lượng khối móng quy ước tính gần đúng: G1=Gqư=γtb Fqư.hm= 0,95.33,64.20,5=655,1 T Trọng lượng cọc: G2=Gcọc=Vcọc γbt nc=0,25.0,25.18,5.2,5.4=11,56 T Vậy tổng lực thẳng đứng tính tới chân cọc: N=P Dọc + G1 + G2 =237,468 + 655,1 +11,56 =904,1 (T) -Ứng suất đáy móng cọc: 82 σ max,min = N ∑ Mo ± Fm Wm Trong : ∑M o = 26, 04(T/ m) :Tổng momen tâm đáy Fm:Diện tích đáy Fm=33,64 m2 Wm : momen chống uốn tiết diện đáy móng Lqu Bqu 5,8.5,82 Wm = = = 32,5m3 6 σ max = 904,1 26, 04 + = 27, 68(T / m ) 33, 64 32,5 σ max = 904,1 26, 04 − = 26, 07(T / m ) 33, 64 32,5 = σ tb σ max + σ = 26.87(T / m ) Cường độ tiêu chuẩn đất đáy móng quy ước: Ra=m1.A1.(B+2hd) γII +A2.(hm+hd) γII +D.CII Trong đó: m1 :Hệ số điều kiện làm việc cảu móng.Chọn m1=1 B: Chiều rộng đáy móng quy ước B=5,8 m hm:Độ sâu chon móng hm=1,5m hd:Chiều dày lớp đệm.hd=17,5m C:lực dính đơn vị đất.C=0,37 A1 , A2 ,D : hệ số phụ thuộc vào góc ma sát đất Với ϕtb =28,9o Tra bảng 9-TCVN9362-2012 83 ta được: A1=1,063 ; A2 =5,23 ; D =7,72 Ra = 1.1,063.(5,8+2.17,5) 0,82 + 5,23.(1,5 + 17,5).0,82 + 7,72.0,37= 120 (T/m2) Ta thấy: { σ tb < Ra σ max