Phân tích, xác định khả năng chịu tải của cọc ép và cọc khoan nhồi theo lý thuyết và theo thí nghiệm hiện trường tại khu vực cần thơ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHẠM XUÂN TRUNG PHÂN TÍCH, XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA CỌC ÉP VÀ CỌC KHOAN NHỒI THEO LÝ THUYẾT VÀ THEO THÍ NGHIỆM HIỆN TRƯỜNG TẠI KHU VỰC CẦN THƠ Chuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG Mã số ngành: 60.58.61 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 02/2014 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - - - - - -X Z- - - - - - Cán hướng dẫn khoa học: TS LÊ BÁ VINH Cán chấm nhận xét 1: TS NGUYỄN MINH TÂM Cán chấm nhận xét 2: TS PHẠM TƯỜNG HỘI Luận văn thạc sĩ bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày 28 tháng 02 năm 2014 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm có: Chủ tịch hội đồng: PGS.TS Võ Phán Cán nhận xét 1: TS Nguyễn Minh Tâm Cán nhận xét 2: TS Phạm Tường Hội Thư ký: TS Nguyễn Mạnh Tuấn Xác nhận Chủ tịch hội đồng đánh giá luận văn Trưởng khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: PHẠM XUÂN TRUNG MSHV: 11864467 Ngày, tháng, năm sinh: 02/3/1983 Nơi sinh: Cần Thơ Chuyên ngành: Địa kỹ thuật Xây dựng Khóa: 2011 I TÊN ĐỀ TÀI: PHÂN TÍCH, XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA CỌC ÉP VÀ CỌC KHOAN NHỒI THEO LÝ THUYẾT VÀ THEO THÍ NGHIỆM HIỆN TRƯỜNG TẠI KHU VỰC CẦN THƠ II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Chương 1: Tổng quan việc xác định sức chịu tải cọc Việt Nam giới Chương 2: Các phương pháp xác định sức chịu tải cọc theo lý thuyết Chương 3: Các phương pháp xác định sức chịu tải cọc theo thí nghiệm trường Chương 4: Phân tích sức chịu tải cọc cho cơng trình thực tế Cần Thơ Kết luận kiến nghị III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 22/11/2013 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS LÊ BÁ VINH Tp HCM, ngày CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN tháng năm 2013 TRƯỞNG KHOA ĐÀO TẠO TS Lê Bá Vinh PGS TS Võ Phán TS Nguyễn Minh Tâm LỜI CẢM ƠN Lời xin cảm ơn sâu sắc thầy giáo hướng dẫn TS Lê Bá Vinh dành nhiều thời gian tâm huyết hướng dẫn nghiên cứu giúp tơi hồn thành luận văn thạc sĩ Xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành đến q thầy mơn địa móng tận tình dạy bảo, truyền đạt kiến thức quý báo cho suốt thời gian khóa học vừa qua Cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Ban Giám hiệu, Phòng Đào tạo sau đại học tạo điều kiện cho tơi q trình học tập Và khơng quên lời cảm ơn đến tất bạn bè, đồng nghiệp động viện tinh thần nhiệt tình hỗ trợ cung cấp hồ sơ, tài liệu giúp có thơng tin cần thiết phục vụ cho việc nghiên cứu Lời cám ơn sau xin dành cho ba mẹ người thân gia đình hết lòng quan tâm tạo điều kiện tốt để tơi hồn thành luận văn thạc sĩ TP Hồ Chí Minh, ngày 22 tháng 11 năm 2013 Học viên thực PHẠM XUÂN TRUNG TÓM TẮT Tên đề tài: “ PHÂN TÍCH XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA CỌC ÉP VÀ CỌC KHOAN NHỒI THEO LÝ THUYẾT VÀ THEO THÍ NGHIỆM HIỆN TRƯỜNG TẠI KHU VỰC CẦN THƠ “ Hiện nay, mật độ xây dựng cơng trình cao tầng, giao thơng thành phố Cần Thơ phát triển mạnh.Khi xây dựng cơng trình này, đặc biệt khu vực đất yếu thành phố Cần Thơ với tầng đất chịu lực nằm sâu,do móng cọc phương án tối ưu so với phương án móng khác.Vì tính tốn thiết kế xây dựng cơng trình sử dụng kết cấu móng cọc, việc xác định xác sức chịu tải cọc có ý nghĩa định chất lượng xây dựng cơng trình móng cọc.Tuy nhiên phương pháp tính tốn theo lý thuyết có sai lệch lớn sai khác lớn kết tính tốn theo lý thuyết thí nghiệm trường.Vì tác giả sâu nghiên cứu, phân tích nội dung sau đây: + Nghiên cứu sở lý thuyết phương pháp dự báo sức chịu tải cọc thông qua tiêu lý đất nền, tiêu cương độ đất nền, theo kết xuyên tiêu chuẩn SPT phương pháp phần tử hữu hạn phần mềm Plaxis 3D Foundation + Phân tích số liệu thu thập từ thí nghiệm thử động biến dạng lớn PDA thí nghiệm nén tĩnh cọc trường để xác định sức chịu tải cực hạn cọc hợp lý + Đưa phân tích, so sánh đánh giá phù hợp phương pháp so với kết thử động biến dạng lớn PDA thí nghiệm nén tĩnh cọc trường ABSTRACT ANALYSIS AND EVALUATION ON THE LOAD BEARING CAPACITY OF BORED PILES AND PRECAST CONCRETE PLIES ON THE BASIS OF THEORY AND FIELD EXPERIMENTS AT CAN THO AREA Currently, CanTho city has been increasingly constructing high buildings and traffic infrastructure, thus leading to a high density of such works As these works were constructed at the soft soil area in Can Tho city, particularly the area with very deep bearing soil layer, the piled foundation could be considered as the best option At the design stage of the construction works that applied pile foundation structure option, precise evaluation of pile bearing capacity is essential for the quality of the pile foundation structure However, there is a large variation in the results of different theoretical design methods There also exists a large variation in the results of field experiments Due to these variations, deeper research on evaluation of pile capacity is needed Therefore, this study aims to address this topic The study is structured as follows: + Presenting literature review on pile bearing capacity forecast methods in terms of foundation soil physico-mechanical criteria, foundation soil strength criteria, standard penetration test SPT and finite element method by Plaxis 3D Foundation Software + Analyzing data collected from Pile Dynamic Analysis PDA and the test for piles under static axial compressive load This data analysis aims to precisely evaluate the ultimate bearing capacity of pile + Comparing and assessing the pros and cons of each method in comparison with the result of Pile Dynamic Analysis PDA and test for piles under static axial compressive load MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VIỆC XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI 1.1 Tình hình sử dụng móng cọc 1.2 Tổng quan việc xác định sức chịu tải cọc Việt Nam giới CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO LÝ THUYẾT 2.1 Công thức tổng quát xác định sức chịu tải dọc trục cọc theo đất 2.2 Xác định sức chịu tải cọc theo tiêu lý đất 2.3 Xác định sức chịu tải cọc theo tiêu cường độ đất 12 2.4 Xác định sức chịu tải cọc theo kết xuyên tiêu chuẩn SPT 18 2.5 Xác định sức chịu tải cọc theo phương pháp phần tử hữu hạn 20 CHƯƠNG 3: CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO THÍ NGHIỆM HIỆN TRƯỜNG 27 3.1 Xác định sức chịu tải cọc từ kết thí nghiệm nén tĩnh cọc 27 3.2 Xác định sức chịu tải cọc từ kết thử động biến dạng lớn PDA 34 CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC CHO CÁC CƠNG TRÌNH THỰC TẾ Ở CẦN THƠ 43 4.1 Các cơng trình sử dụng cọc ép 43 4.2 Các cơng trình sử dụng cọc khoan nhồi 55 4.3 So sánh kết tính tốn sức chịu tải cực hạn cọc theo lý thuyết với kết thí nghiệm trường 65 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ………… ……………………………………… 101 TÀI LIỆU THAM KHẢO MỞ ĐẦU Đất nước Việt Nam, với sách mở cửa hợp tác với nước khu vực giới làm cho ngành kinh tế - kỹ thuật nói chung ngành xây dựng nói riêng phát triển với tốc độ nhanh.Cùng với q trình thị hóa ngày gia tăng, nhiều cơng trình cầu, cơng trình xây dựng dân dụng cao tầng xây dựng nhiều nước ta.Khi tiến hành xây dựng cơng trình trên, móng cọc giải pháp khả thi có nhiều ưu điểm: sức chịu tải lớn, độ lún không đáng kể… Trong q trình thiết kế móng cọc, tốn xác định sức chịu tải cọc quan trọng nhất.Hiện để dự báo sức chịu tải cọc sử dụng công thức theo tiêu lý đất nền, theo tiêu cương độ đất nền, theo kết xuyên tiêu chuẩn SPT…Các công thức lý thuyết phần lớn thừa kế kết nghiên cứu thực nghiệm từ nước Liên Xô (cũ) nước Tây Âu, Mỹ Các kết phù hợp với cấu trúc địa tầng nước đó.Do việc tính tốn cho kết phù hợp khó khăn Tính cấp thiết đề tài “ Phân tích, xác định khả chịu tải cọc ép cọc khoan nhồi theo lý thuyết theo thí nghiệm trường khu vực Cần Thơ “ nhằm giải vấn đề sau đây: Phân tích xác định sức chịu tải cọc theo lý thuyết Phân tích số liệu thí nghiệm thử động biến dạng lớn PDA thí nghiệm nén tĩnh cọc trường để tìm phương pháp xác định sức chịu tải cực hạn cọc Đánh giá so sánh kết từ thí nghiệm trường với kết tính tốn theo lý thuyết Từ đưa nhận xét ưu nhược điểm phương pháp tính tốn theo lý thuyết, xem xét hệ số hiệu chỉnh cho phù hợp Các vần đề nêu nghiên cứu phân tích sau: Nghiên cứu sở lý thuyết phương pháp dự báo sức chịu tải cọc thông qua tiêu lý đất nền, tiêu cương độ đất nền, theo kết xuyên tiêu chuẩn SPT… phương pháp phần tử hữu hạn phần mềm Plaxis 3D Foundation Phân tích số liệu thu thập từ thí nghiệm thử động biến dạng lớn PDA thí nghiệm nén tĩnh cọc trường để xác định sức chịu tải cực hạn cọc hợp lý Đưa phân tích, so sánh đánh giá phù hợp phương pháp so với kết thử động biến dạng lớn PDA thí nghiệm nén tĩnh cọc trường Ý nghĩa khoa học giá trị thực tiễn đề tài nghiên cứu Cùng với phát triển cơng trình xây dựng quy mơ lớn, móng cọc ép, cọc khoan nhồi ngày trở thành hình thức móng sâu dùng nhiều cho cơng trình xây dựng, giao thơng, thủy lợi, công nghiệp, nhà cao tầng Dựa vào kết thử động biến dạng lớn PDA thí nghiệm nén tĩnh cọc trường đưa phương pháp xác định sức chịu tải cực hạn cọc Phân tích đánh giá so sánh kết từ thí nghiệm trường với kết tính tốn theo lý thuyết Từ đưa hệ số hiệu chỉnh sức chịu tải cực hạn cọc gần với thí nghiệm trường Nội dung luận văn gồm: Phần mở đầu, chương chính, phần kết luận - kiến nghị Giới hạn đề tài nghiên cứu: Chỉ nghiên cứu cho đất yếu Cần Thơ Đi sâu vào nghiên cứu loại cọc: cọc ép cọc khoan nhồi Hiện có nhiều phương pháp kiểm tra sức chịu tải cọc trường, đề tài nghiên cứu sâu vào phương pháp thí nghiệm trường phổ biến Việt Nam PDA nén tĩnh CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VIỆC XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI 1.1 TÌNH HÌNH SỬ DỤNG MÓNG CỌC HIỆN NAY Trong năm gần đây, mật độ xây dựng cơng trình cao tầng, loại cầu dây văng nhịp lớn phát triển mạnh nhiều tỉnh thành nước, đòi hỏi việc phân tích, lựa chọn giải pháp móng cho cơng trình phải kinh tế bền vững.Đối với cơng trình trên, tải trọng truyền xuống móng lớn nên phương án móng nơng thiên nhiên sử dụng.Giải pháp móng chọn cho cơng trình thường móng cọc Ngày nay, với tiến khoa học kỹ thuật nói chung, móng cọc ngày cải thiện, hồn thiện, đa dạng chủng loại phương pháp thi công phù hợp với yêu cầu cho loại công trình 1.1.1.Cọc khoan nhồi Cọc khoan nhồi ứng dụng rộng rãi để xử lý móng đất yếu cho cơng trình cầu đường, cơng trình dân dụng công nghiệp.Sở dĩ việc áp dụng cọc khoan nhồi xây dựng, cầu đường phát triển mạnh chủ yếu cọc khoan nhồi có ưu điểm sau: máy móc thiết bị đại nhỏ gọn thi công điều kiện xây dựng chật hẹp Cọc khoan nhồi đặt vào lớp đất cứng, chí tới lớp đá mà cọc đóng khơng thể tới được.Trong q trình thi cơng khơng gây trồi đất xung quanh, không gây lún nứt cơng trình kế cận.Khả chịu lực cao thích hợp với cơng trình lớn, tải trọng nặng.Bên cạnh ưu việt trên, cọc khoan nhồi thường có nhược điểm sau đây: Yêu cầu kỹ thuật thi công cao, khó kiểm tra xác chất lượng bê tơng nhồi vào cọc Bê tông xung quanh thân cọc dễ bị rửa trôi lớp xi măng gặp mạch nước ngầm gây rỗ mặt thân cọc Hiện tượng co thắt, hẹp cục thân cọc thay đổi kích thước tiết diện qua lớp đất khác Do lắng đọng bùn khoan tạo thành lớp vật liệu nhão mũi cọc làm giảm sức kháng mũi cọc Vì cọc khoan nhồi có sức chịu tải lớn nên cơng tác thí nghiệm nén tĩnh phức tạp Ở Cần Thơ cọc khoan nhồi sử dụng rộng rãi cơng trình xây dựng cầu đường như: Cơng trình trụ sở làm việc Ngân hàng TMCP Sài Gịn Thương Tín Chi nhánh Cần Thơ sử dụng cọc khoan nhồi D 800mm dài 52m, Chung cư Tây Nguyển Plaza-Cần Thơ, sử dụng cọc khoan nhồi D 800mm dài 47m; cơng trình Cầu Ba Láng sử dụng cọc khoan nhồi D 1500mm, dài 71m … ... “ Phân tích, xác định khả chịu tải cọc ép cọc khoan nhồi theo lý thuyết theo thí nghiệm trường khu vực Cần Thơ “ nhằm giải vấn đề sau đây: Phân tích xác định sức chịu tải cọc theo lý thuyết Phân. .. TÀI: PHÂN TÍCH, XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA CỌC ÉP VÀ CỌC KHOAN NHỒI THEO LÝ THUYẾT VÀ THEO THÍ NGHIỆM HIỆN TRƯỜNG TẠI KHU VỰC CẦN THƠ II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Chương 1: Tổng quan việc xác định. .. “ PHÂN TÍCH XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA CỌC ÉP VÀ CỌC KHOAN NHỒI THEO LÝ THUYẾT VÀ THEO THÍ NGHIỆM HIỆN TRƯỜNG TẠI KHU VỰC CẦN THƠ “ Hiện nay, mật độ xây dựng cơng trình cao tầng, giao thơng