Nghiên cứu ứng dụng cọc bê tông ly tâm ứng lực trước cho nhà cao tầng thi công bằng phương pháp sotobory (luận văn thạc sĩ)

NGUYỄN TRỌNG TRUNG KHÓA: 2017-2019 NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CỌC BÊ TÔNG LY TÂM ỨNG LỰC TRƯỚC CHO NHÀ CAO TẦNG THI CÔNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP SOTOBORY Chuyên nghành: Kỹ thuật xây dựng công trình

NGUYỄN TRỌNG TRUNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

HÀ NỘI - 2019 TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

-

NGUYỄN TRỌNG TRUNG KHÓA: 2017-2019

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CỌC BÊ TÔNG LY TÂM ỨNG LỰC TRƯỚC CHO NHÀ CAO TẦNG THI CÔNG BẰNG PHƯƠNG

PHÁP SOTOBORY

Chuyên nghành: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp

Mã số: 60.58.02.08

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH

DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TS.NGUYỄN ĐỨC NGUÔN

XÁC NHẬN CỦA CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN

TS.NGUYỄN NGỌC THANH

HÀ NỘI – 2019

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

-

LỜI CẢM ƠN

Trước hết, tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến quý Thầy, Cô Trường Đại học Kiến Trúc Hà Nội, đặc biệt là các Thầy, Cô trong Khoa Sau đại học

đã tận tình dạy bảo tôi trong suốt thời gian học tập tại Trường

Đồng thời, tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến Giáo viên hướng dẫn - PGS.TS Nguyễn Đức Nguôn đã dành rất nhiều thời gian và tâm huyết, tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi nghiên cứu và hoàn thành luận văn này

Tôi cũng xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè đồng nghiệp của tôi

đã quan tâm, động viên giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và làm luận văn

Mặc dù tôi đã cố gắng thực hiện luận văn trong phạm vi và khả năng cho phép, tuy nhiên không thể tránh khỏi những thiếu sót Vì vậy, tôi rất mong nhận được sự đóng góp của quý Thầy, Cô và các bạn để tôi có thể hoàn thiện hơn về kiến thức và có bước nghiên cứu bổ sung, phát triển

Hà Nội, Ngày tháng năm 2019 TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Nguyễn Trọng Trung

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sĩ này là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của tôi Các số liệu khoa học, kết quả nghiên cứu của Luận văn

là trung thực và có nguồn gốc rõ ràng

Hà Nội, Ngày tháng năm 2019 TÁC GIẢ LUẬN VĂN

MỤC LỤC

Lời cảm ơn

Lời cam đoan

Mục lục

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt trong Luận văn

Danh mục các hình trong Luận văn

Danh mục các bảng biểu trong Luận văn

Danh mục sơ đồ trong Luận văn

MỞ ĐẦU

* Lý do chọn đề tài 1

* Mục đích nghiên cứu 3

* Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3

* Phương pháp nghiên cứu 3

* Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3

* Cấu trúc luận văn 4

NỘI DUNG Chương 1 TỔNG QUAN VỀ GIẢI PHÁP CỌC BÊ TÔNG CHO NHÀ CAO TẦNG 5

1.1 Tình hình xây dựng nhà cao tầng ở Việt Nam [17] 5

1.2 Vai trò của móng cọc trong nhà cao tầng 6

1.3 Các giải pháp móng cọc cho nhà cao tầng 7

1.3.1 Móng cọc sử dụng cọc bê tông cốt thép đúc sẵn [14] 8

a Cọc bê tông cốt thép thường 8

b Cọc bê tông ly tâm dự ứng lực 9

c Các biện pháp thi công cọc bê tông ly tâm ƯLT 11

1.3.2 Móng sử dụng bê tông cốt thép đổ tại chỗ[14] 16

a Móng cọc khoan nhồi [14] 16

b Móng cọc Barrette [14] 17

1.3.3 Nhận xét về các giải pháp móng cọc sử dụng cho nhà cao tầng - 19

Chương 2 CƠ SỞ ÁP DỤNG CỌC BÊ TÔNG LY TÂM ỨNG LỰC TRƯỚC THI CÔNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP SOTOBORY 20

2.1 Khái niệm về cọc ống bê tông ly tâm dự ứng lực và thi công cọc bê tông ly tâm ứng lực trước bằng phương pháp Sotobory 20

2.1.1.Khái niệm về cọc ống bê tông ly tâm dự ứng lực 20

2.1.2.Khái niệm về thi công cọc bê tông ly tâm ứng lực trước bằng phương pháp Sotobory 22

2.2 Quy trình sản xuất cọc ly tâm trong nhà máy [17] 23

2.3 Tính toán sức chịu tải của cọc theo vật liệu [2] 28

2.4 Tính toán sức chịu tải của cọc theo đất nền [6] 29

2.5 Giải pháp thi công cọc ống ly tâm ứng lực trước cho nhà cao tầng bằng phương pháp Sotobory 32

2.5.1 Nội dung và yêu cầu kỹ thuật của phương pháp thi công 32

a Nội dung: 32

b Yêu cầu kỹ thuật [1]: 32

2.5.2 Máy thi công và vật liệu cọc [1] 35

a Máy và thiết bị thi công: 35

b Vật liệu cọc: 35

2.5.3 Tổ chức thi công và kỹ thuật thi công bằng phương pháp Sotobory 36

a Tổ chức thi công 36

b Kỹ thuật thi công khoan thả 36

c Giám sát và nghiệm thu [1] 48

2.6 Đề xuất quy trình ứng dụng cọc bê tông ly tâm dự ứng lực thi công bằng phương pháp Sotobory cho nhà cao tầng 53

Chương 3 TÍNH TOÁN ÁP DỤNG CỌC BÊ TÔNG LY TÂM ỨNG LỰC TRƯỚC VÀO MỘT CÔNG TRÌNH CAO TẦNG CỤ THỂ TRÊN ĐỊA

BÀN THÀNH PHỐ HÀ NỘI 55

3.1 Giới thiệu công trình cụ thể và điều kiện địa chất thủy văn 55

3.1.1 Giới thiệu công trình 55

3.1.2 Điều kiện khí hậu, khí tượng 55

3.1.3 Điều kiện địa chất thuỷ văn 55

3.1.4 Điều kiện địa chất công trình 56

3.2 Lựa chọn giải pháp cọc bê tông ly tâm ứng lực trước thi công bằng phương pháp Sotobory có vữa bê tông chèn thân và cọc khoan nhồi vào tính toán móng công trình 67

3.2.1 Tính toán sức chịu tải theo vật liệu cọc 67

a Sức chịu tải vật liệu cọc bê tông ly tâm ứng lực trước 67

b Sức chịu tải vật liệu cọc khoan nhồi 69

c Nhận xét sức chịu tải cọc theo vật liệu giữa cọc bê tông ly tâm ƯLT và cọc khoan nhồi 71

3.2.2 Tính toán sức chịu tải theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền 71

a Cọc bê tông ly tâm ứng lực trước 71

b Cọc khoan nhồi 74

3.2.3 Nhận xét về hai phương án cọc trên phương diện sức chịu tải 76

3.2.4 Đánh giá so sánh chi phí của hai phương án cọc 77

3.2.5 Đánh giá so sánh tiến độ thi công của 01 cọc khoan nhồi và 01 cọc bê tông ly tâm ứng lực trước thi công bằng phương pháp Sotobory 80

3.3 Nghiên cứu cải tiến thay thế vữa bê tông chèn thân cọc bằng vữa xi măng cát để giám chi phí và thời gian thi công: 81

3.3.1 Yêu cầu kỹ thuật [1]: 81

3.3.2 Máy thi công và vật liệu cọc [1] 82

a Máy và thiết bị thi công 82

b Vữa chèn thân và vữa mũi cọc 83

3.3.3 Tổ chức thi công và kỹ thuật thi công 84

a Tổ chức thi công (tương tự như chèn thân cọc vữa bằng bê tông) 84

b Kỹ thuật thi công 84

3 Giám sát và nghiệm thu [1] 91

3.3.4 Tính toán sức chịu tải theo vật liệu 93

3.3.5 Tính toán sức chịu tải theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền 93

3.3.6 Nhận xét về sức chịu tải của cọc bê tông ly tâm ứng lực trước thi công bằng phương pháp Sotobory khi dùng vữa bê tông chèn thân và dùng xi măng đất chèn thân 96

3.3.7 Đánh giá so sánh chi phí của phương án dùng vữa bê tông chèn thân và phương án dùng xi măng đất chèn thân 96

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 99

Kết luận 99

Kiến nghị 99 TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

Hình 2.3 Quét dầu chống dính vào khuôn

Hình 3.2 Mặt cắt ngang cọc khoan nhồi bê tông cốt thép D800

DANH MỤC BẢNG, BIỂU

Bảng 3.7 Bảng diện phân bố của đất lớp 5 ở các hố khoan

tâm ƯLT

theo vật liệu cọc khoan nhồi

giữa cọc ly tâm và cọc khoan nhồi

trước thi công bằng phương pháp khoan thả theo đất nền, chèn thân bằng vữa bê tông

D800

bằng phương pháp khoan thả và cọc khoan nhồi

tâm D600 thi công theo phương pháp khoan thả, chèn

thân bằng vữa bê tông

800

cọc bê tông ly tâm ứng lực trước thi công bằng phương pháp Sotobory

trước thi công bằng phương pháp khoan thả theo đất nền, chèn thân bằng xi măng đất

tông chèn thân và dung xi măng đất chèn thân

tâm D600 thi công theo phương pháp khoan thả, chèn thân bằng xi măng đất

DANH MỤC SƠ ĐỒ

phương pháp Sotobory

phương pháp Sotobory

Trong đó cọc bê tông ly tâm ứng lực trước hiện nay đang được sử dụng nhiều vì có nhiều ưu điểm như:

- So với cọc bê tông cốt thép thông thường thì cọc bê tông ly tâm ƯLT có

ưu điểm sau:

+ Được sản xuất và quản lý trong môi trường nhà máy nên chất lượng đồng đều được duy trì

+ Bê tông được nén trước, ở điều kiện sử dụng phần bê tông không xuất hiện ứng suất kéo (hoặc nếu có xuất hiện thì giá trị nhỏ không gây nứt);

+ Sử dụng bê tông và thép cường độ cao nên tiết diện giảm dẫn đến trọng lượng của cọc giảm Thuận lợi cho việc vận chuyển, thi công;

+ Sử dụng bê tông mác cao 60-80N/mm3 cùng với quá trình quay ly tâm,

và tác động của ứng suất trước làm cải thiện được kết cấu chịu lực của cọc và các tính năng ưu việt khác của cọc

+ Tải trọng dọc trục cao, khả năng chịu kéo cao, mô mem uốn lớn, chống nứt cọc

+ Chống ăn mòn sun phát và chống ăn mòn cốt thép

+ Không xuất hiện ứng suất gây xoắn nứt trong quá trình đóng

+ Cho phép đóng xuyên qua các lớp địa tầng cứng

+ Khả năng chịu tải theo vật liệu cọc lớn nên nếu đóng sâu vào nền đất để tăng khả năng chịu tải theo đất nền, cọc sẽ có sức chịu tải rất lớn, dẫn đến sử dụng ít cọc trong một đài móng hơn Chi phí xây dựng móng giảm, có lợi về kinh tế

- Cọc bê tông ly tâm ứng lực trước thi công bằng phương pháp Sotobory

có ưu điểm hơn thi công bằng phương pháp truyền thống (đóng hoặc ép) như:

+ Có thể thi công trong các điều kiện địa chất không cho phép như: lớp thấu kính cát, sét cứng, cát mịn, ép gây chấn động… mà không làm giảm sức chịu tải của cọc so với thiết kế hoặc ảnh hưởng đến các công trình lân cận

+ Thi công được ở các khu vực diện tích chật hẹp trong đô thị có công trình kiến trúc lân cận, không gây tiếng ồn

+ Tận dụng tối đa chiều dài cọc, không phải chặt bỏ đầu cọc khi thi công đài cọc

+ Lực ma sát thành cọc tăng do có vữa chèn xung quanh thành cọc

+ Cùng một chiều dài của cọc thì phương án cọc thả có sức chịu tải lớn nhất

+ Khắc phục được những hư hỏng tiềm ẩn của các phương án khác như

xô lệch đầu cọc, vỡ đầu cọc, hạ cọc không đúng cao độ thiết kế

- So với cọc khoan nhồi thì thi công cọc bê tông ly tâm ƯLT theo phương pháp Sotobory có ưu điểm sau:

+ Cọc bê tông lý tâm ƯLT có sức chịu tải theo vật liệu rất cao nhưng theo đất nền lại thấp, cọc khoan nhồi ngược lại (Sức chịu tải theo đất nền cao nhưng theo vật liệu thấp), khi thi công cọc bê tông theo phương pháp

Sotobory sẽ trung hòa hai giải pháp cọc trên như: tận dụng hết khả năng làm việc của cọc bê tông ly tâm theo vật liệu và cọc khoan nhồi theo đất nền

+ Khối lượng bê tông chèn thân của cọc bê tông ly tâm thi công theo phương pháp Sotobory ít hơn cọc khoan nhồi nên hạn chế rủi do trong quá trình đổ bê tông

+ Khuyết tật thân cọc được kiểm soát (không kể lớp bảo vệ), vì lớp vữa

bê tông giữa thành cọc và đất nền sau khi hoàn thành có chiều dày tương đương lớp bảo vệ cọc khoan nhồi là 7.5cm

* Mục đích nghiên cứu

- Nghiên cứu ứng dụng cọc bê tông ly tâm ứng lực trước thi công theo công nghệ khoan thả (Sotobory) cho nhà cao tầng ở Hà Nội

* Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu sự làm việc của cọc bê tông dự ứng lực trong móng nhà cao tầng và phương pháp thi công cọc bê tông ly tâm ứng lực trước theo phương pháp khoan thả (Sotobory)

- Phạm vi nghiên cứu: Nhà cao tầng loại 1, loại 2 (từ 9-21 tầng, cao tới 75m) tại Hà Nội

* Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp thu thập, kế thừa tài liệu, kết quả đã nghiên cứu

- Phương pháp điều tra khảo sát thực tế, các công trình đã sử dụng

- Phương pháp chuyên gia, đúc rút kinh nghiệm, đề xuất giải pháp mới

* Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Ý nghĩa khoa học: Kết quả nghiên cứu của đề tài góp phần làm cơ sở thực tiễn và lý luận để đưa phương pháp thi công cọc bê tông ly tâm dự ứng

lực trước theo công nghệ mới áp dụng phổ biến trong xây dựng nhà cao tầng

ở nước ta Kết quả này cũng là cơ sở khoa học cho việc nghiên cứu và áp dụng vào các công trình lớn hơn

- Ý nghĩa thực tiễn: Hướng đến áp dụng rộng rãi thi công cọc bê tông dự ứng lực trước theo giải pháp công nghệ mới cho nhà cao tầng ở nước ta, đảm bảo yêu cầu an toàn chịu lực cho công trình và hạ về giá thành, rút ngắn thời gian thi công, dễ dàng thi công thực tế và giảm thiểu tác động tới môi trường

* Cấu trúc luận văn

Ngoài các phần Mở đầu, Kết luận, Kiến nghị, Tài liệu tham khảo và Phụ lục, nội dung chính của Luận văn gồm ba chương:

- Chương 1: Tổng quan về các giải pháp cọc bê tông cho nhà cao tầng ở Việt Nam

- Chương 2: Cơ sở áp dụng cọc bê tông ly tâm ứng lực trước thi công bằng phương pháp Sotobory

- Chương 3: Áp dụng cọc bê tông ly tâm dự ứng lực vào một công trình

cụ thể trên địa bàn thành phố Hà Nội

NỘI DUNG

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ GIẢI PHÁP CỌC BÊ TÔNG CHO NHÀ CAO TẦNG

1.1 Tình hình xây dựng nhà cao tầng ở Việt Nam [17]

Tại các đô thị lớn, đặc biệt là ở Hà Nội và TP Hồ Chí Minh nhà cao tầng cũng có những bước phát triển mạnh Hằng trăm ngôi nhà cao tầng được sử dụng làm văn phòng làm việc, khách sạn, ngân hàng, trung tâm thương mại và hàng chục khu nhà ở chung cư cao tầng cũng đua nhau mọc lên với đà đổi mới, với nhịp điệu tăng trưởng của nền kinh tế

Xây dựng nhà cao tầng là xu thế tất yếu ở các đô thị lớn tại Việt Nam bởi:

- Tiết kiệm đất xây dựng: kinh tế đô thị phát triển và sự tập trung dân số

đã đặt ra yêu cầu đối với nhà ở nói riêng và kiến trúc đô thị nói chung Đất xây dựng có hạn,người tăng lên; do đó biện pháp giải quyết là ngoài việc mở rộng quy mô thành phố ra, còn phải tập trung suy nghĩ vào vấn đề làm sao trong một diện tích hữu hạn có thể tạo nên được càng nhiều nơi cư trú, và rõ ràng là việc xây nhà cao tầng có thể tiết kiệm một cách có hiệu quả việc sử dụng đất

- Việc các tòa nhà cao tầng hiện diện trong lòng các đô thị Việt Nam như hiện nay một sự tất yếu của quá trình đô thị hóa và phát triển hội nhập với toàn cầu Nhờ đó hàng triệu người dân ở các đô thị lớn Việt Nam có cơ hội tiếp cận với một nơi ở riêng cho mình

- Nhà cao tầng là một giải pháp tất yếu giúp giải quyết chỗ ở cho hàng triệu người dân và giải quyết vấn đề hạ tầng của các đô thị lớn

- Nhà cao tầng đang đóng góp không nhỏ vào bộ mặt cảnh quan đô thị, thay đổi diện mạo đô thị, thậm chí thay đổi cả nhận thức của người dân

- Tạo điều kiện để phát triển loại nhà đa năng: thoả mãn các nhu cầu sử dụng khác nhau trong một ngôi nhà

- Làm phong phú diện mạo của đô thị

1.2 Vai trò của móng cọc trong nhà cao tầng

Móng của công trình giống như những chân đế với kích thước và hình dạng khác nhau tuỳ theo tính chất của khu đất và tuỳ thuộc vào độ cao, tải trọng của công trình bên trên

Móng công trình có nhiều loại: móng đơn, móng bè, móng băng hay móng cọc Tuỳ thuộc vào tải trọng, chiều cao của công trình bên trên và tính chất các tầng đất của công trình mà kỹ sư sẽ quyết định, tính toán và sử dụng loại móng phù hợp và an toàn

Móng cọc: Là một bộ phân công trình dùng để phân chia tải trọng công trình và dùng để truyền tải trọng của công trình xuống lớp đất tốt đến tận sỏi

đá nằm ở dưới sâu Người ta có thể đóng, hạ những cây cọc lớn xuống các tầng đất sâu, nhờ đó làm tăng khả năng chịu tải trọng lớn cho móng

Trong nhà cao tầng, móng cọc có vai trò vô cùng quan trọng trong việc gánh đỡ toàn bộ tải trọng của nhà dồn xuống, bao gồm các loại tải trọng trong quá trình xây dựng, sử dụng, sửa chữa, bảo trì công trình Vai trò quan trọng nhất của cọc là đưa các tải trọng này xuống các lớp đất tốt nằm rất sâu trong lòng đất, thông qua ma sát bên thành cọc và sức chống của mũi cọc

Cọc cần chống vào tầng chịu lực cứng rắn (đá gốc, lớp cuội sỏi vững chắc ) hoặc tương đối rắn (đất sét dẻo rắn, cát chặt vừa ) nhờ đó khả năng chịu lực đứng của cọc đơn hoặc của nhóm cọc sẽ cao, đủ để mang toàn bộ tải trọng đứng của nhà cao tầng

Móng cọc có độ cứng cọc đơn (cọc chống) theo chiều đứng hoặc độ cứng nhóm cọc (cọc ma sát) rất lớn, dưới ảnh hưởng của trọng lượng bản thân hoặc tải trọng lân cận không sinh ra lún không đều quá nhiều, đảm bảo cho độ nghiêng của công trình không vượt quá trị số cho phép

Nhờ có độ cứng theo chiều ngang của cọc đơn (cọc đường kính lớn) và độ cứng theo chiều ngang của nhóm cọc cũng như năng lực chống nghiêng lật tổng thể rất lớn, nên chịu được tải trọng ngang và mô men do gió và động đất gây ra, đảm bảo được tính ổn định của nhà cao tầng

Thân cọc xuyên qua lớp đất có thể hóa lỏng để chống vào tầng đất rắn chắc ổn định hoặc ngàm chặt vào trong đá gốc, trong trường hợp động đất làm cho lớp đất nông bị hóa lỏng và lún sụt xuống thì móng cọc vẫn có thể có đủ khả năng chịu nén và chịu nhổ, đảm bảo cho nhà cao tầng được ổn định và không sinh ra sụt lún hoặc nghiêng lệch quá lớn

1.3 Các giải pháp móng cọc cho nhà cao tầng

Việc lựa chọn móng cho nhà cao tầng cần phải linh hoạt và uyển chuyển theo mặt bằng kiến trúc vì phải xét đến sự không đồng đều về tải trọng cũng như sự khác nhau về khoảng cách giữa các cột sao cho không để xảy ra lún lệch gây ảnh hưởng nguy hiểm đến kết cấu Có một số giải pháp móng cho nhà cao tầng, như móng nông, móng hộp, móng bè, móng băng, móng cọc Tuy nhiên hiện nay, do yêu cầu về vấn đề an toàn chịu lực tăng cao, yêu cầu

về tuổi thọ công trình lớn, điệu kiện tự nhiên, khí hậu biến đổi phức tạp mà phần lớn nhà cao tầng đều chỉ sử dụng phương án móng cọc

Sự phát triển của kỹ thuật đã sản xuất ra các kiểu cọc mới, điều đó đã mở

ra cho việc thiết kế móng cọc nhà cao tầng có nhiều giải pháp thiết kế móng, khiến cho người thiết kế có thể lựa chọn được những loại cọc có tính năng kỹ thuật tốt hơn, lợi ích kinh tế cao hơn

Tùy thuộc vào quy mô, tính chất của nhà, điều kiện và tính chất của nền đất, yêu cầu chịu lực, kỹ thuật thi công, hay điều kiện môi trường mà có thể

sử dụng các phương án cọc khác nhau cho nhà cao tầng

1.3.1 Móng cọc sử dụng cọc bê tông cốt thép đúc sẵn [14]

a Cọc bê tông cốt thép thường

Là loại cọc được sản xuất tại xưởng hoặc công trường bằng bê tông cốt thép đúc sẵn và dùng thiết bị đóng, hoặc ép xuống đất Loại cọc phổ biến thường có tiết diện vuông, chiều dài tiết diện cọc phụ thuộc vào thiết kế, nếu chiều dài cọc quá lớn, có thể chia cọc thành những đoạn ngắn để thuận tiện cho việc chế tạo và phù hợp với thiết bị chuyên chở và thiết bị hạ cọc

Kích thước cọc thường gặp ở Việt Nam hiện nay là 0,2 – 0,4m, chiều dài cọc thường nhỏ hơn 12m vì chiều dài tối đa của một cây thép là 11,7m Bê

Cọc bê tông cốt thép có độ bền cao, có khả năng chịu tải trọng lớn từ công trình truyền xuống, do đó nó được ứng dụng rộng rãi trong các loại móng của các công trình dân dụng và công nghiệp Đối với nhà cao tầng, tải càng lớn thì cần tiết diện cọc và chiều sâu càng lớn, dẫn tới hạn chế về khả năng thi công đóng hay ép cọc

Đoạn mũi cọc

Đoạn cọc nối

Hình 1.1: Cọc bê tông cốt thép đúc sẵn [17]

 Ưu điểm:

- Do là cọc đúc sẵn nên có thể quản lý tốt được chất lượng cọc

- Tiến độ thi công nhanh, chi phí không cao

- Có thể áp dụng nhiều phương án thi công: đóng, ép robot, ép tĩnh

 Nhược điểm:

- Khó khăn khi thi công cọc có tiết diện lớn và chiều sâu lớn;

- Do hạn chế về đường kính và chiều sâu ép mà cọc chỉ thích hợp với công trình có tải trọng không quá lớn; Trường hợp tải trọng chân cột lớn, đòi hỏi nhiều cọc trong một đài, dẫn tới kích thước đài rất lớn và việc bố trí các đài trong công trình khó khăn hơn

b Cọc bê tông ly tâm dự ứng lực

Cọc bê tông ly tâm dự ứng lực là cọc bê tông ly tâm ứng lực trước được sản xuất bằng phương pháp quay ly tâm, với cấp độ bền chịu nén của bê tông

không nhỏ hơn B40 Đây cũng là một dạng cọc bê tông đúc sẵn Tuy nhiên,

nó hạn chế được nhược điểm của cọc đúc sẵn thông thường đó là cường độ bê tông rất cao, chất lượng cọc tốt, cọc đặc chắc và thép cọc được dự ứng lực trước khi đổ bê tông Điều này cho phép cọc bê tông ly tâm dự ứng lực có khả năng chịu tải rất lớn, phù hợp cho nhà cao tầng

Cọc bê tông ly tâm dự ứng lực được đúc rỗng ở giữa, thành cọc khá mỏng, đường kính thân cọc có thể dao động từ 30-120cm Sức chịu tải theo vật liệu của cọc rất cao, nên đối với nhà cao tầng, việc sử dụng cọc có đường kính lớn để tăng sức chịu tải cọc theo đất nền là một yếu tố quan trọng và được áp dụng để giảm thiểu chi phí, đảm bảo an toàn cho công trình

 Ưu điểm:

- Cọc ống ly tâm ứng lực trước có thể chế tạo được đường kính lớn (tới 1.2m), nên có nhiều sự lựa chọn với các mức tải khác nhau, phù hợp với nhà cao tầng;

- Cọc sử dụng bê tông cường độ cao (cấp độ bền từ B40 đến B80) nên giảm được tiết diện bê tông (bằng cách tạo lỗ rỗng dọc thân cọc) và vẫn đảm bảo sức chịu tải theo vật liệu vẫn rất lớn, cọc lại nhẹ thuận tiện cho vận chuyển và thi công, làm tăng hiệu quả kinh tế

- Do cọc được ứng suất trước, kết hợp với quay ly tâm làm cho bê tông của cọc đặc chắc chịu được tải trọng cao, không nứt, tăng khả năng chống thấm, chống ăn mòn cốt thép, ăn mòn sulphate trong giai đoạn khai thác công trình

- Với tiết diện tròn, khả năng kháng uốn đều theo các phương, rất hữu dụng cho loại móng đài cao

- Cọc được sản xuất hoàn toàn trong nhà máy với quy trình khép kín nên chất lượng cọc ổn định, dễ kiểm soát, đảm bảo chất lượng

- Có nhiều biện pháp thi công phù hợp với nhiều điều kiện khác nhau về tải trọng, địa hình địa chất

- Có khả năng tăng sức chịu tải cọc theo đất nền bằng cách mở rộng mũi cọc khi thi công theo phương pháp khoan thả hay khoan ép

- Hiện tại đã có công nghệ cho phép có thể thi công được cọc với đường kính và độ sâu lớn

- Thân thiện hơn với môi trường do tiết kiệm được vật liệu So với cọc khoan nhồi nó còn giảm lượng rất lớn bùn thải khi thi công

 Nhược điểm:

- Kỹ thuật chế tạo phức tạp, đòi hỏi đội ngũ kỹ thuật lành nghề

- Chi phí đầu tư dây chuyền sản xuất, lắp đặt thiết bị lớn

- Thi công đòi hỏi độ chính xác cao, thiết bị thi công hiện đại hơn

- Đối với cọc có đường kính và yêu cầu chiều sâu lớn, cọc còn hạn chế về

kỹ thuật thi công

- Do chiều dài đúc cọc hạn chế nên phải nối các đoạn cọc riêng lẻ nếu cần cọc dài hơn

- Khả năng chịu cắt của cọc kém

c Các biện pháp thi công cọc bê tông ly tâm ƯLT

Ép tĩnh: Là phương pháp ép bằng máy ép thủy lực dùng lực nén vào đầu cọc ép cọc xuống đất

Hình 1.2: Ép tĩnh cọc theo phương pháp cổ điển [17]

 Ưu điểm:

Không gây ra tiếng động lớn

 Nhược điểm:

+ Không ép được cọc đường kính lớn và tải trọng lớn;

+ Thời gian thi công chậm do phải xếp tải bằng cẩu phục vụ; + Không gian cho hàn nối cọc chật hẹp rất khó khăn

Đóng: Là phương pháp sử dụng búa đóng để hạ cọc

Hình 1.3: Thi công đóng cọc [17]

 Ưu điểm:

- Đóng được cọc đường kính lớn với tải trọng cao;

- Hạ cọc vào trong đất nhanh

 Nhược điểm:

- Gây tiếng động và rung lớn;

- Thường hay làm vỡ đầu cọc

Rung hạ cọc: Là phương pháp sử dụng búa rung để hạ cọc

- Không rung hạ được cọc có đường kính và chiều sâu lớn

Ép cọc bằng rô bốt: là phương pháp ép tĩnh theo phương pháp ép ôm sử dụng các chấu là các tấm thép cong theo hình cọc ôm lấy thân cọc ép cọc xuống đất

Hình 1.4: Thi công ép cọc bằng Robot [17]

 Ưu điểm:

- Không gây chấn động và tiếng ồn lớn;

- Thi công nhanh và an toàn cho cọc và con người thi công;

- Sử dụng ít nhân lực nhưng năng suất thi công cho 1 ca sản xuất rất cao,

dễ kiểm soát chất lượng;

- Ép được cọc với tải trọng lớn, tự di chuyển và tự cẩu cọc vào giá ép không cần thiết bị cẩu bên ngoài hỗ trợ;

+ Robot ép cọc có thể ép được cả cọc vuông và cọc tròn

 Ưu điểm:

- Dễ dàng hơn khi ép cọc do đất đã được lấy lên một phần nên hạn chế lực cản khi ép;

- Có thể mở rộng mũi cọc bằng đầu khoan mở rộng hoặc xối nước

- Hạn chế được phần đất thải đổ đi

mà không làm giảm sức chịu tải của cọc so với thiết kế hoặc ảnh hưởng đến các công trình lân cận

- Thi công được ở các khu vực diện tích chật hẹp trong đô thị có công trình kiến trúc lân cận, không gây tiếng ồn lớn

- Không gây chấn động tới các công trình xung quanh

- Tận dụng tối đa chiều dài cọc, không phải chặt bỏ đầu cọc khi thi công đài cọc

- Lực ma sát thành cọc tăng do có vữa chèn xung quanh thành cọc

- Cùng một chiều dài thì phương án cọc thả có sức chịu tải lớn nhất

- Khắc phục được những hư hỏng tiềm ẩn của các phương án khác như xô lệch đầu cọc, vỡ đầu cọc, hạ cọc không đúng cao độ thiết kế

 Nhược điểm:

- Khi thi công thải ra bùn thải và dung dịch bentonite từ quá trình khoan, gây ô nhiễm môi trường trong trường hợp địa chất phải dùng dung dịch khoan

- Phải vận chuyển đất khoan đổ đi

1.3.2 Móng sử dụng bê tông cốt thép đổ tại chỗ[14]

 Ưu điểm:

- Cọc có khả năng chịu tải lớn, nên với các công trình có tải trọng lớn, số lượng cọc trong một đài ít đi, việc bố trí các đài cọc trong công trình dễ dàng hơn;

- Dễ dàng khi thi công, kể cả với cọc đường kính lớn và chiều sâu khoan lớn, tại những vị trí mà đất nền cứng, cọc đóng khó có thể xuyên qua;

- Có biện pháp tăng sức chịu tải theo đất nền như mở rộng mũi, đưa mũi cọc tới lớp đất tốt theo ý muốn;

 Nhược điểm:

- Khó kiểm soát chất lượng do bê tông đổ dưới đất, trong dung dịch chống sập thành hố đào (như hiện tượng phân tầng, tạo lỗ hổng, thân cọc có khuyết tật, mũi cọc nhiều bùn lắng );

- Chỉ được khuyên dùng trong trường hợp các công trình có tải trọng lớn bởi giá thành thi công cọc nhồi cao hơn cọc ép nhiều;

- Sức kháng bên đơn vị giảm đi so với cọc đóng/ép, do đất rời ra khi khoan;

- Tốn kém khi sử dụng một lượng rất lớn vật liệu;

- Khi thi công thải ra rất nhiều bùn thải và dung dịch bentonite từ quá trình khoan, gây ô nhiễm môi trường;

b Móng cọc Barrette [14]

Cũng giống như cọc khoan nhồi, cọc barrette cũng là cọc bê tông đổ tại chỗ nhưng thay vì phải khoan tạo lỗ người ta tiến hành tạo lỗ cho cọc barrette bằng cách sử dụng máy đào chuyên dụng đào tạo lỗ trong dung dịch chống sập vách đất hố đào

Cọc barrette có khả năng chịu tải trọng rất lớn nên cũng được ứng dụng trong thiết kế móng của các công trình cao tầng

Điểm khác biệt chính giữa cọc barrette và cọc khoan nhồi là hình dạng cọc và phương pháp tạo lỗ Mọi yếu tố kỹ thuật khác của cọc Barrette đều giống cọc nhồi

Cọc barrette chủ yếu là loại cọc tiết diện chữ nhật với cạnh ngắn từ 0.6 đến 1m và cạnh dài từ 2m đến 6m Ngoài ra, cọc còn có thể có hình dạng chứ

T, chữ Y

 Ưu điểm:

- Cọc có khả năng chịu tải lớn;

- Dễ dàng khi thi công, kể cả với cọc kích thước và chiều sâu khoan lớn, tại những vị trí mà đất nền cứng, cọc đóng khó có thể xuyên qua;

- Không gây chấn động tới các công trình xung quanh;

 Nhược điểm:

- Khó kiểm soát chất lượng do bê tông đổ dưới đất;

- Chỉ được khuyên dùng trong trường hợp các công trình có tải trọng lớn bởi giá thành thi công cọc cao;

- Sức kháng bên đơn vị giảm đi so với cọc đóng/ép;

- Tốn kém khi sử dụng một lượng rất lớn vật liệu;

- Khi thi công thải ra rất nhiều bùn thải và dung dịch bentonite từ quá trình khoan, gây ô nhiễm môi trường;

1.3.3 Nhận xét về các giải pháp móng cọc sử dụng cho nhà cao tầng

Cọc bê tông cốt thép đúc sẵn là loại cọc được sử dụng sớm nhất cho nhà cao tầng, tuy nhiên do hạn chế về khả năng thi công mà nó cũng chỉ dừng lại

ở loại nhà có số tầng nhỏ, tải trọng không quá lớn

Hiện tại ở Việt Nam, cọc khoan nhồi đang là lựa chọn phổ biến cho nhà cao tầng bởi khả năng chịu tải và sự “quen thuộc” của nó Tuy nhiên, với các nhược điểm của cọc khoan nhồi như đã phân tích ở trên, đồng thời công nghệ chế tạo hiện đại cho ra đời các loại cọc ưu việt mới cùng công nghệ thi công phù hợp, dần được sử dụng nhiều hơn, có khả năng thay thế được cọc khoan nhồi truyền thống

Với rất nhiều ưu điểm nổi trội của cọc bê tông ly tâm dự ứng lực như sức chịu tải vật liệu của cọc rất lớn, chất lượng đồng đều và kiểm soát tốt, trong khi tiết kiệm về vật liệu, công nghệ thi công hiện đại, các khuyết điểm của cọc ngày càng được khắc phục tốt hơn, việc sử dụng cọc ly tâm vào nhà cao tầng cho thấy hiệu quả cao cả về mặt sử dụng, kinh tế và môi trường và đến thời điểm hiện nay, đã có đủ hệ thống tiêu chuẩn cho sản xuất, thiết kế và thi công, nên việc áp dụng cọc bê tông ƯLT phổ biến và rõ ràng hơn

Có rất nhiều công trình nhà cao tầng ở nước ta áp dụng loại cọc này, đã đưa vào sử dụng, chứng minh được thực tế phù hợp để áp dụng nhiều hơn cho nhà cao tầng ở Hà Nội

Hiện nay, có một số giải pháp thi công cọc bê tông ly tâm theo công nghệ mới làm tăng sức chịu tải của cọc và có ưu điểm vượt trội so với công nghệ ép cọc bằng robot, dàn ép tải Tuy nhiên, hiện chưa có đánh giá về hiệu quả kinh

tế, hiệu quả sử dụng và qui trình thi công Luận văn này đưa ra phương pháp đánh giá về hiệu quả kinh tế, tiến độ thi công và quy trình thi công, tiêu chuẩn thiết kế của loại cọc này thi công bằng phương pháp Sotobory

Chương 2 CƠ SỞ ÁP DỤNG CỌC BÊ TÔNG LY TÂM ỨNG LỰC TRƯỚC THI CÔNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP SOTOBORY

2.1 Khái niệm về cọc ống bê tông ly tâm dự ứng lực và thi công cọc bê tông ly tâm ứng lực trước bằng phương pháp Sotobory

2.1.1.Khái niệm về cọc ống bê tông ly tâm dự ứng lực

a Định nghĩa

Cọc bê tông ly tâm ứng lực trước là cọc bê tông được sản xuất bằng phương pháp ứng lực trước, quay ly tâm trong nhà xưởng, có cường độ bền chịu nén của bê tông cao, được hạ vào nền đất ngoài công trường bằng thiết bị chuyên dùng [2]

b Phân loại cọc[2]

Cọc bê tông ly tâm ứng lực trước thường (PC): là cọc bê tông ly tâm ứng lực trước được sản xuất bằng phương pháp quay ly tâm, có cường độ chịu nén

được phân thành 4 cấp A, AB, B và C theo giá trị mômen uốn nứt

Cọc bê tông ly tâm ứng lực trước cường độ cao (PHC): là cọc bê tông ly tâm ứng lực trước được sản xuất bằng phương pháp quay ly tâm, có cường độ

Cọc PHC được phân thành 4 cấp A, AB, B và C theo ứng suất hữu hiệu tính toán

c Cấu tạo:

Cọc PC, PHC có hình trụ rỗng có chiều dài từ 6-30m, tiết diện cọc hình vành khuyên có đường kính ngoài 300-1200mm tương ứng với chiều dày thành cọc là 60-150mm, có đầu cọc, đầu mối nối hoặc mũi cọc phù hợp

Đường kính ngoài và chiều dày thành cọc không đổi tại mọi tiết diện của thân cọc Được thể hiện trên hình 2.1

Chú thích:

t: Chiều dày thành cọc; CTa: Đầu cọc hoặc đầu mối nối;

(a) Hình dáng, kích thước cọc

(b) Đoạn mũi cọc

(c) Đoạn cọc nối thêm

(d) Cọc thành phẩm Hình 2.1 (a,b,c,d): Cọc bê tông ly tâm ứng lực trước [17]

2.1.2.Khái niệm về thi công cọc bê tông ly tâm ứng lực trước bằng phương pháp Sotobory

Cọc bê cọc bê tông ly tâm ứng lực trước có thể được thi công bằng các phương pháp như:

- Ép tĩnh: là ép bằng máy ép thủy lực nén vào đầu cọc ép cọc xuống đất

- Đóng: là phương pháp sử dụng búa đóng để hạ cọc

- Rung hạ cọc: Sử dụng búa rung để hạ cọc

- Ép bằng rô bốt: là phương pháp ép tĩnh theo phương pháp ép ôm sử dụng các chấu là các tấm thép cong theo hình cọc ôm lấy thân cọc ép cọc xuống đất

- Khoan ép: Dùng phương pháp vừa ép cọc vừa khoan dẫn lấy đất lên từ guồng khoan thông qua lỗ rỗng của cọc ống

- Các phương pháp trên đều dùng lực tác động vào đầu cọc để hạ cọc xuống đất, còn thi công cọc bê tông ly tâm ứng lực trước bằng phương pháp Sotobory khác các phương pháp trên là khoan dẫn lấy đất nên trước sau đó đổ

một lượng vữa bê tông hoặc vữa xi măng xuống hố khoan sau đó cẩu hạ cọc xuống hố khoan sẵn, cọc được hạ xuống hố khoan sẵn bằng trọng lượng bản thân cọc (không bịt mũi cọc để tránh đẩy nổi)

2.2 Quy trình sản xuất cọc ly tâm trong nhà máy [17]

- Kiểm tra chất lượng vật liệu đầu vào: bao gồm xi măng, phụ gia, cát, đá

và thép Cốt liệu sử dụng phải phù hợp với tiêu chuẩn TCVN 7570:2006 (Cốt liệu cho bê tông và vữa – yêu cầu kỹ thuật), kích thước của cốt liệu lớn không lớn hơn 20mm và không vượt quá 2/5 chiều dày của thành cọc Cát, đá được kiểm tra sau đó được rửa và sàng kỹ trước khi đưa vào trạm trộn Xi măng poóc lăng phù hợp với TCVN 2682:2009 (Xi măng pooc lăng – Yêu cầu kỹ thuật), riêng với môi trường xâm thực cần dùng xi măng poóc lăng bền sun

hợp bền sun phát)

Hình 2.2: Kiểm tra vật liệu đầu vào

- Công tác chuẩn bị khuôn cọc: kiểm tra đúng chủng loại, kích thước, bề mặt khuôn cọc phải phẳng nhẵn, sau đó vệ sinh và quét dầu chống bám dính vào mặt trong khuôn

Hình 2.3: Quét dầu chống dính vào khuôn

- Công tác cốt thép: gồm các công tác cơ bản như cắt thép chủ, tạo đầu neo thép bằng cách dập đầu thép, tạo lồng, lắp mặt bích Thép đai được hàn bằng máy tạo độ chính xác và đồng đều cao

Hình 2.4: Gia công lồng thép và lắp lồng thép vào khuôn

- Công tác bê tông: bê tông được trộn với cấp phối đúng quy định, được rải vào khuôn bằng máy đảm bảo chính xác khối lượng, sau đó đóng nắp và xiết chặt khuôn lại

Hình 2.5: Rải bê tông vào khuôn

- Căng thép dự ứng lực: là bước ứng lực trước cho cọc bằng cách căng trước thép trước khi đưa hộp khuôn cọc vào hệ thống quay ly tâm

Hình 2.6: Kéo căng thép

- Quay ly tâm: quay tự động theo bốn giai đoạn là phân bố đều bê tông – nén chặt sơ bộ bê tông – nén chặt bê tông tạo láng – giảm tốc độ, hoàn thiện

Hình 2.7: Quay ly tâm

- Dưỡng hộ bê tông bằng lò hơi (hoặc lò hơi áp suất cao bằng máy hấp): cọc được dưỡng hơi trong lò hơi khoảng 12 tiếng rồi tháo khuôn đem ra kho chứa Sau 3 ngày có thể mang cọc đi thi công Nếu muốn cọc nhanh đạt đến cường độ tối đa, sau khi hấp ở lò hơi, cọc sẽ tiếp tục được dưỡng hộ trong lò cao áp (8-10 at; 1700oC) trong khoảng 8 tiếng

Hình 2.8: Dưỡng hộ cọc trong lò hơi và lò cao áp

- Kiểm tra, phân loại sản phẩm:

Hình 2.9: Kiểm tra chất lượng cọc

- Lưu kho bãi và vận chuyển cọc đến công trình thi công

Đánh giá chất lượng sản xuất: với quy trình khép kín trong nhà máy, máy móc phục vụ cho sản xuất cọc hiện đại đáng tin cậy, quá trình kiểm tra đầy đủ

và có cách thức, phương pháp rõ ràng, mà cọc bê tông ly tâm dự ứng lực có

sự đồng đều về chất lượng và đảm bảo được tiêu chuẩn khi xuất xưởng, phù hợp với thiết kế

Sơ đồ 2.1: Sơ đồ quy trình sản xuất cọc ly tâm ứng lực trước