Nghiên cứu giải pháp móng cọc xiên chéo lớn áp dụng vào thiết kế các công trình ngăn sông lớn

Bộ giáo dục đào tạo Bộ nông nghiệp ptnt Trường đại học thuỷ lợi - - Nguyễn đình trường NGHIÊN CứU GIảI PHáP móng cọc xiên chéo lớn áp dụng vào thiết kế công trình ngăn sông lớn công nghệ đập trụ đỡ Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy MÃ số: 60.58.02.02 luận văn thạc sĩ Người hướng dẫn khoa học: TS Trần Văn Thái Hà nội 2017 LI CAM OAN Tên đề tài luận văn: “Nghiên cứu giải pháp móng cọc xiên chéo lớn áp dụng vào thiết kế cơng trình ngăn sơng lớn cơng nghệ đập trụ đỡ” Tôi xin cam đoan đề tài luận văn tơi hồn tồn tơi làm Những kết nghiên cứu không chép từ nguồn thông tin khác Nếu vi phạm tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm, chịu hình thức kỷ luật Nhà trường Hà Nội, ngày tháng năm Học viên cao học Nguyễn Đình Trường i LỜI CẢM ƠN Với nỗ lực thân giúp đỡ tận tình thầy cơ, đồng nghiệp, bạn bè gia đình giúp tác giả hồn thành luận văn Tác giả xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS Trần Văn Thái, người hướng dẫn trực tiếp, truyền cảm hứng vạch định hướng khoa học cho luận văn Cuối tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cha mẹ, anh em gia đình tạo điều kiện cho tác giả hồn thành q trình học tập viết luận văn Hà Nội, ngày tháng năm Học viên cao học Nguyễn Đình Trường ii MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài .1 Mục đích đề tài 3 Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu .3 Nội dung nghiên cứu Kết dự kiến đạt CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ GIẢI PHÁP CỌC XIÊN CHÉO LỚN 1.1 Tổng quan cơng trình ngăn sơng lớn 1.1.1 Trên giới 1.1.2 Một số cơng trình ngăn sông lớn Việt Nam 14 1.2 Tổng quan giải pháp móng cọc xiên lớn để xử lý .21 1.2.1 Trên giới 21 1.2.2 Trong nước 25 1.3 Kết luận chương 28 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN 30 2.1 Khái quát tiêu chuẩn thiết kế móng cọc giới Việt Nam 30 2.1.1 Tiêu chuẩn thiết kế móng cọc giới [15], [16], [17] ,[18] ,[19] .30 2.1.2 Tiêu chuẩn thiết kế móng cọc nước [11], [13] 32 2.2 Các quan điểm thiết kế móng cọc 33 2.2.1 Thiết kế cọc theo sức chịu tải cho phép [13] 33 2.2.2 Thiết kế cọc theo hệ số thành phần [11] 33 2.3 Nghiên cứu ảnh hưởng độ xiên đến khả chịu tải cọc 35 2.3.1 Tổng quan phần mềm FB_Pier [20] 35 2.3.2 Khảo sát ảnh hưởng độ cứng số lớp đất đất làm việc cọc 38 2.3.3 Khảo sát ảnh hưởng lực dọc trục đến cọc thẳng đứng cọc xiên 39 2.3.4 Khảo sát ảnh hưởng phương xiên cọc đến khả chịu lực 44 iii 2.3.5 Tính tốn so sánh trường hợp móng bố trí tồn cọc thẳng đứng, cọc xiên móng cọc xiên chéo 45 2.4 Nghiên cứu áp dụng móng cọc xiên chéo lớn vào cơng trình ngăn sơng có chênh cột nước lớn 53 2.4.1 Định nghĩa, phạm vi ứng dụng 53 2.4.2 Phương pháp tính toán 54 2.5 Kết luận chương 62 CHƯƠNG TÍNH TỐN ÁP DỤNG CHO CƠNG TRÌNH CỐNG CÁI LỚN 63 3.1 Giới thiệu chung công trình cống Cái Lớn 63 3.1.1 Tóm tắt nội dung định đầu tư 63 3.1.2 Đặc điểm tự nhiên 63 3.2 So sánh phân tích loại cọc 69 3.2.1 Phân loại cọc 69 3.2.2 Một số ưu điểm phạm vi sử dụng loại cọc 69 3.3 Phân tích hiệu kỹ thuật - kinh tế lựa chọn kết cấu móng cọc 75 3.3.2 Biện pháp chống ăn mòn[31] 79 3.4 Tính tốn thiết kế móng cọc xiên chéo 82 3.4.1 Xác định tải trọng ngang 82 3.4.2 Sức chịu tải trọng đứng cọc 83 3.4.3 Tính tốn số lượng cọc xiên tải trọng đứng yêu cầu 88 3.4.4 Phân tích xác định vùng độ xiên tối ưu 90 3.5 Giải pháp kết cấu 95 3.6 Kiểm tra ổn định tổng thể cơng trình 98 3.6.1 Xác định tải trọng tính tốn 98 3.6.2 Mơ hình tính tốn nội lực phần mềm 103 3.6.3 Kết tính tốn 109 3.7 Kết luận chương 113 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU CHỌN GIẢI PHÁP THI CÔNG VÀ QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ THI CƠNG CỌC XIÊN LỚN 114 iv 4.1 Đặt vấn đề 114 4.1.1 Biện pháp đóng cọc hệ sàn đạo kết hợp ray trượt 114 4.1.2 Biện pháp đóng cọc tàu đóng cọc chuyên dụng .118 4.2 Quy trình cơng nghệ thi cơng cọc thép xiên nước 120 4.2.1 Đề xuất biện pháp thi cơng đóng xiên cọc thép nước 120 4.3 Kết luận chương 122 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 124 Qua luân văn, tác giả đạt kết sau: 124 Những đề cần nghiên cứu tiếp: .125 TÀI LIỆU THAM KHẢO .126 v DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình - 1: Cơng trình Hollandse IJssel Hình - 2: Tổng thể cơng trình cống Oosterschelde Hình - 3: cơng trình Hagestein - Lower Rhine – Hà Lan Hình - 4: Cống Maeslandt Kering – Hà Lan Hình - 5: Cơng trình Hartel Canal Hình - 6: Đập Braddock - Mỹ Hình - 7: Tổng thể cơng trình Montezuma Hình - 8: Cơng trình ngăn triều Tam Xoa (Sancha) 10 Hình - 9: Cơng trình phịng lũ Chung Lâu (Zhonglou) 11 Hình - 10: Dự án ngăn cửa sông Vinece - Italia 11 Hình - 11: Cơng trình sơng Thames – Anh 12 Hình - 12: Cơng trình tuyến đê biển Seamangeum 13 Hình - 13: Cơng trình Marrina Barrage – Singapore 14 Hình - 14: Phối cảnh cống KST Tân Thuận 15 Hình - 15: Phối cảnh cống KST Phú Xuân 16 Hình - 16: Phối cảnh cống KST Bến Nghé 16 Hình - 17: Cơng trình cống Kinh Lộ 17 Hình - 18: Cơng trình kiểm soát triều Nhiêu Lộc – Thị Nghè 18 Hình - 19: Phối cảnh cống Mương Chuối 18 Hình - 20: Phối cảnh tổng thể cơng trình Sơng Dinh – Ninh Thuận 20 Hình - 21: Cơng trình Thảo Long – Huế 21 Hình - 22: Mơ hình cắt ngang tuyến đê biển New Orleans 22 Hình - 23: Thi cơng cọc thép hình “H” xiên 1:1,5 đê biển New Orleans 23 Hình - 24: Phân bố địa chất tuyến đê New Orleans 24 Hình - 25: Vị trí đập ngăn triều Ems Barrier 24 Hình - 26: Cơng trình Ems Barrier – Đức 25 Hình - 27: sơ họa mặt cắt ngang đập Ems Barrier 25 Hình - 28: Phối cảnh tổng thể cơng trình cống Nhà Mát 26 Hình - 29: Hình anh cống 27 Hình - 30: Phối cảnh cống trình cống Bào Chấu 28 vi Hình - 1: Biểu đồ chuyển vi (a), biểu đồ mô men (b) trường hợp ε 50 thay đổi có lực ngang tác dụng lên đầu cọc 39 Hình - 2: Biểu đồ chuyển vi (a), biểu đồ mô men (b) cọc thẳng đứng chịu đồng thời tải trọng ngang, thẳng đứng 41 Hình - 3: Biểu đồ chuyển vi (a), biểu đồ mô men (b) cọc xiên :5 chịu đồng thời tải trọng ngang, thẳng đứng 41 Hình - 4: Biểu đồ chuyển vi (a), biểu đồ mô men (b) cọc xiên 1:3 ; 1:4 ;1:5 chịu đồng thời tải trọng ngang, thẳng đứng 42 Hình - 5: Sơ đồ tính toán 44 Hình - 6: Biểu đồ chuyển vi (a), biểu đồ mô men (b) cọc xiên 1:3 ; 1:4 ;1:5 chịu đồng thời tải trọng ngang, thẳng đứng 44 Hình - 7: Sơ đồ tính tốn 49 Hình - 8: Biểu đồ chuyển vi (a), biểu đồ mô men (b) phương án móng cọc chịu đồng thời tải trọng ngang, thẳng đứng mômen 50 Hình - 9: Biểu đồ chuyển vi (a), biểu đồ mơ men (b) phương án móng cọc chịu đồng thời thẳng đứng, mômen lực ngang từ TL đến HL 52 Hình - 10: Biểu đồ chuyển vi (a), biểu đồ mơ men (b) phương án móng cọc chịu đồng thời thẳng đứng , mômen lực ngang từ HL đến TL 53 2.4 Nghiên cứu áp dụng móng cọc xiên chéo lớn vào cơng trình ngăn sơng có chênh cột nước lớn 53 Hình - 11: Sơ đồ xác định góc xiên cọc xiên .55 Hình - 12: Đồ quan hệ giá thành XDCT độ xiên cọc 57 Hình - 13: Sơ đồ tính tốn cọc xiên 58 Hình - 14: Biểu đồ tương tác tiết diện chữ nhật cốt thép đắt theo chu vi (8ϕ) với R b =14,5Mpa (M300); R s = 270Mpa 60 Hình - 15: Biểu đồ tương tác tiết diện chữ nhật cốt thép đắt theo chu vi (8ϕ) với R b =15,5Mpa (M350); R s = 270Mpa 60 Hình - 16: Các bước thiết kế móng cọc xiên chéo .61 Hình - 1: Bản đồ địa hình vùng Bán đảo Cà Mau 64 Hình - 2: Giá trị SPT hố khoan vị trí tim cơng trình lịng sơng 68 Hình - 3: Các loại cọc vng bê tông cốt thép 69 vii Hình - 4: Bản vẽ điển hình cọc ống ly tâm ứng lực trước [10] 71 Hình - 5: Quy trình sản xuất kiểm tra chất lượng cọc ống ly tâm [10] 71 Hình - 6: Các xu hướng ăn mịn mơi trường gây ra[31] 80 Hình - 7: Tổ hợp ngăn mặn 82 Hình - 8: Tổ hợp ngăn mặn 83 Hình - 9: Sơ đồ tính tốn áp lực nước ngang 83 Hình - 10: Đồ thi quan hệ độ xiên số lượng cọc 90 Hình - 11: Đồ thi quan hệ độ xiên tải trọng đứng yêu cầu 90 Hình - 12: Đồ thi quan hệ góc xiên sức kháng cọc 92 Hình - 13: Đồ thi quan hệ giá thành móng với độ xiên 93 Hình - 14: Kết cấu trụ cống 96 Hình - 15: Mặt kết cấu trụ cống 96 Hình - 16: Mặt khoang cống điển hình 97 Hình - 17: Cắt dọc khoang cống điển hình 97 Hình - 18: Phối cảnh tổng thể cống Cái Lớn 98 Hình - 19: Mơ hình tính tốn 106 Hình - 20: Thơng số cọc thép hình “H” 107 Hình - 21: Gán tải trọng tác dụng – ngăn mặn 108 Hình - 22: Gán tải trọng tác dụng – giữ 108 Hình - 1: Hệ sàn đạo kết hợp hệ thống ray trượt định vị cọc 114 Hình - 2: Đưa cọc lên giá búa 115 Hình - 3: Sơ đồ nguyên lý làm việc loại máy rung 116 Hình - 4: Hạ cọc búa rung 116 Hình - 5: Đóng cọc xiên BTCT dự ứng lực nước búa xung kích có kết cấu dẫn hướng đặt tàu đóng cọc 119 Hình - 6: Tàu đóng cọc Dai-Ichi Yutaka 119 Hình - 7: Sơ đồ cấu tạo tàu đóng cọc Dai-Ichi Yukata 119 Hình - 8: Biện pháp thi công cọc hệ sàn đạo kết hợp ray trượt định vị 120 Hình - 9: Mặt thi cơng theo phương án hệ sàn đạo kết hợp ray trượt 121 Hình - 10: Thi cơng đóng cọc xiên 121 Hình - 11: Thi cơng trụ cơng trình EMS –Đức 122 viii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng - 1: Giá trị chuyển vị ε 50 = 0,02; 0,01; 0,007; 0,005 38 Bảng - 2: Giá trị nội lực ε 50 = 0,02; 0,01; 0,007; 0,005 38 Bảng - 3: Bảng tổng hợp kết nội lực lớn cọc ứng với toán .45 Bảng - 4: Giá trị chuyển vị phương án móng cọc .49 Bảng - 5: Giá trị nội lực phương án móng cọc 49 Bảng - 1: Bảng tổng hợp tiêu lý .65 Bảng - 2: Bảng tổng hợp tiêu lý (tiếp) .66 Bảng - 3: Bảng so sánh đặc điểm cọc thép hình “H” cọc ống thép .74 Bảng - 4: Bảng phân tích kinh tế phương án móng cọc .76 Bảng - 5: Bảng tổng hợp sức chịu tải đứng theo 22TCN 272-05 .86 Bảng - 6: Bảng tổng hợp sức chịu tải đứng theo TCVN 10304-2012 87 Bảng - 7: Bảng tổng hợp sức chịu tải cọc 88 Bảng - 8: Bảng tổng hợp tính tốn .89 Bảng - 9: Bảng tính sức kháng ngang sức kháng đứng cọc 91 Bảng - 10: Bảng phân tích kinh tế phương án độ xiên cọc 92 Bảng - 11: Tính tốn chiều dài thực tế cọc 94 Bảng - 12: Tính tốn trọng lượng búa đóng cọc .94 Bảng - 13: Hệ số tổ hợp tải trọng .102 Bảng - 14: Tổ hợp tải trọng mặt cắt đáy móng -tổ hợp giữ .102 Bảng - 15: Tổ hợp tải trọng mặt cắt đáy móng -tổ hợp ngăn mặn 102 Bảng - 16: Thông số đất đưa vào phần mềm .104 ix ... ? ?Nghiên cứu giải pháp móng cọc xiên chéo lớn áp dụng vào thiết kế cơng trình ngăn sông lớn công nghệ đập trụ đỡ” 2 Mục đích đề tài Nghiên cứu phương pháp tính tốn thiết kế biện pháp thi cơng móng. .. móng cọc xiên chéo lớn để xử lý + Nghiên cứu sở lý thuyết phương pháp tính tốn móng cọc + Nghiên cứu phương pháp thi cơng móng cọc xiên chéo lớn Kết dự kiến đạt + Cơ sở để lựa chọn loại cọc xiên. . .giải pháp thi công cọc xiên áp dụng vào thi công cơng trình có quy mơ lớn đóng cọc với độ xiên lớn giới nước từ tác giả đề xuất lực chọn biện pháp thi 122 cơng móng cọc xiên chéo Qua phần trình