Đánh giá khả năng chịu tải của cọc khoan dẫn trong lớp vỏ phong hóa

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -X W - TRẦN PHÚ NHẬT QUANG ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA CỌC KHOAN DẪN TRONG LỚP VỎ PHONG HÓA CHUYÊN NGÀNH : ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG MÃ NGÀNH : 60.58.60 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP Hồ Chí Minh, tháng năm 2011 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: TS BÙI TRƯỜNG SƠN Cán chấm xét 1: GS.TS TRẦN THỊ THANH Cán chấm xét 2: TS ĐỖ THANH HẢI Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa - ĐHQG TP.HCM ngày 27 tháng năm 2011 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ bao gồm: PGS.TS Châu Ngọc Ẩn GS.TS Trần Thị Thanh TS Bùi Trường Sơn TS Trần Xuân Thọ TS Đỗ Thanh Hải Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn Bộ môn quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn Bộ môn quản lý chuyên ngành TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc Tp HCM, ngày tháng năm 2010 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên : Trần Phú Nhật Quang Phái : Nam Ngày, tháng, năm sinh : 10/02/1985 Nơi sinh : An Giang Chuyên ngành MSHV : Địa kỹ thuật xây dựng : 09090306 I- TÊN ĐỀ TÀI: Đánh giá khả chịu tải cọc khoan dẫn lớp vỏ phong hóa II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Nhiệm vụ : - Phân tích, đánh giá khả chịu tải tính hiệu cọc khoan dẫn - So sánh với kết thử tải trường đưa kiến nghị đặc điểm khả chịu tải tính hiệu loại cọc Nội dung: Mở đầu Chương : Các phương pháp xác định khả chịu tải cọc Chương : Đặc điểm đánh giá, kiểm tra khả chịu tải cọc khoan dẫn Chương : Khả chịu tải tính hiệu giải pháp cọc khoan dẫn Kết luận kiến nghị III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 14/02/2011 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 01/7/2011 V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN TS BÙI TRƯỜNG SƠN : TS BÙI TRƯỜNG SƠN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH PGS TS VÕ PHÁN LỜI CẢM ƠN Tôi xin gửi lời cảm ơn đến Quý Thầy Cô Bộ môn Địa Cơ Nền móng – Khoa Kỹ thuật Xây dựng - Trường Đại học Bách Khoa nhiệt tình giảng dạy, quan tâm giúp đỡ tạo điều kiện tốt cho tơi suốt q trình học tập vừa qua Tôi cảm ơn bạn lớp đồng nghiệp giúp đỡ đóng góp nhiều ý kiến quý báu cho luận văn Và đặc biệt tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến TS Bùi Trường Sơn, người Thầy khơi gợi giúp tơi có định hướng đắn để thực đề tài Với nhiệt tình, tận tụy, Thầy truyền đạt trang bị cho nhiều kiến thức không phạm vi luận văn mà phương pháp nghiên cứu, phong cách sống làm việc Xin chân thành cảm ơn Thầy Kính chúc Q Thầy Cơ thật nhiều sức khỏe Trân trọng kính chào./ Học viên Trần Phú Nhật Quang TĨM TẮT LUẬN VĂN Tên đề tài: “Đánh giá khả chịu tải cọc khoan dẫn lớp vỏ phong hóa” Tóm tắt: Cọc thường thi cơng phương pháp đóng, ép hay đổ bê tơng chỗ Trong trường hợp xuất lớp mỏng có kích thước hạt lớn sỏi sạn hay lớp đá phun trào, phương pháp khoan dẫn sử dụng để hạ cọc vào đất Việc đánh giá phân tích khả chịu tải cọc khoan dẫn luận văn giúp làm sáng tỏ độ xác tính hiệu phương pháp thi cơng Abstract: Piles is often installed by pilling, pressing into the ground or pouring concrete on the predrilled hole In case there are thin ground layers with large-size particles such as gravel, grit or extrusive rock, to install preformed piles, a method is selected, that is drilling a hole and then pressing the pile into it The assessment and analysis of the bearing capacity of drill-in piles clarifies the accuracy and effectiveness of this method MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU 1 Ý nghĩa khoa học thực tiễn Mục đích phương pháp nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu CHƯƠNG 1: CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA CỌC 1.1 Sức chịu tải cọc theo vật liệu 1.2 Sức chịu tải cọc theo đất 1.2.1 Sức chịu tải cọc theo tiêu học đất 1.2.2 Sức chịu tải cọc theo tiêu trạng thái đất 15 1.2.3 Sức chịu tải cọc theo tiêu cường độ đất 21 1.2.4 Sức chịu tải cọc theo thí nghiệm cọc trường 24 1.3 Nhận xét phương hướng đề tài 32 CHƯƠNG 2: ĐẶC ĐIỂM ĐÁNH GIÁ, KIỂM TRA KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA CỌC KHOAN DẪN 33 2.1 Trình tự thi công 33 2.1.1 Công tác chuẩn bị .33 2.1.2 Công tác ép cọc 33 2.2 Khả chịu tải cọc khoan dẫn theo dẫn CHиП II-И 9-62 36 2.3 Kiểm tra khả chịu tải cọc thí nghiệm nén tĩnh cọc .39 2.3.1 Thiết bị thí nghiệm 39 2.3.2 Quy trình thí nghiệm 40 2.3.3 Khai thác kết thí nghiệm 41 2.4 Các kết nghiên cứu ảnh hưởng điều kiện thi công lên khả chịu tải cọc 45 2.4.1 Ảnh hưởng việc hạ cọc vào lớp đất dính 45 2.4.2 Ảnh hưởng việc hạ cọc vào lớp đất rời 51 2.4.3 Ảnh hưởng thời gian đến sức chịu tải cọc q trình thi cơng 53 2.5 Nhận xét chương 56 CHƯƠNG 3: KHẢ NĂNG CHỊU TẢI VÀ TÍNH HIỆU QUẢ CỦA GIẢI PHÁP CỌC KHOAN DẪN 57 3.1 Giới thiệu cơng trình điều kiện địa chất cơng trình 57 3.1.1 Giới thiệu cơng trình 57 3.1.2 Điều kiện địa chất cơng trình 58 3.2 Khả chịu tải cọc khoan dẫn lớp vỏ phong hóa 62 3.2.1 Khả chịu tải theo tiêu lý đất .62 3.2.2 Khả chịu tải theo tiêu cường độ đất .63 3.2.3 Khả chịu tải theo kết thí nghiệm nén tĩnh cọc 64 3.2.4 Khả chịu tải cọc ép thông thường (không khoan dẫn) .65 3.2.5 Nhận xét khả chịu tải cọc lớp vỏ phong hóa 66 3.3 Khả chịu tải cọc khoan dẫn lớp trầm tích sơng - biển 68 3.3.1 Sơ lược cơng trình đặc điểm địa chất 68 3.3.2 Khả chịu tải theo tiêu lý đất .69 3.3.3 Khả chịu tải theo tiêu cường độ đất .70 3.3.4 Khả chịu tải theo kết thí nghiệm nén tĩnh cọc 71 3.3.5 Khả chịu tải cọc ép thông thường (không khoan dẫn) .72 3.3.6 Nhận xét khả chịu tải cọc lớp trầm tích sơng - biển 73 3.4 Đánh giá tính hiệu giải pháp khoan dẫn thi công cọc .74 3.5 Kết luận chương 77 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO 80 -1- MỞ ĐẦU Ý nghĩa khoa học thực tiễn Khi thi công cọc bê tông cốt thép đúc sẵn, phương pháp đóng ép cọc thường lựa chọn tùy thuộc vào điều kiện thi công, điều kiện địa chất vị trí cơng trình Đối với khu vực có địa chất tương đối tốt, đất trạng thái nửa cứng cứng (chỉ số N ≥ 16) lẫn sỏi sạn hay tảng lăn, hạ cọc cách đóng ép cọc, biện pháp khoan dẫn trước ép thường đề nghị sử dụng Điều ảnh hưởng đến khả chịu tải cọc Vì vậy, việc đánh giá khả chịu tải cọc thi công theo phương pháp ép kết hợp khoan dẫn (tạm gọi cọc khoan dẫn) cần thiết Đề tài “Đánh giá khả chịu tải cọc khoan dẫn lớp vỏ phong hóa” đặt nhằm đánh giá khả chịu tải tính hiệu cọc khoan dẫn, góp phần làm hạn chế rủi ro phát sinh cho cơng trình Kết đề tài giúp ích cho việc tính tốn thiết kế móng cọc cho loại cơng trình xây dựng điều kiện địa chất khu vực miền Đơng, Tây Ngun khu vực có địa chất tương tự Mục đích phương pháp nghiên cứu Khi thi công với phương pháp khoan dẫn ép cọc, rõ ràng khả huy động sức kháng bên cọc có khác biệt đáng kể so với phương pháp đóng ép cọc thơng thường Hiện phương pháp tính tốn khả chịu tải cọc phổ biến không xét đến ảnh hưởng việc khoan dẫn Do đó, mục đích đề tài là: - Đánh giá khả chịu tải cọc khoan dẫn; - Xem xét, đánh giá mối tương quan khả chịu tải cọc đóng ép thông thường với cọc khoan dẫn điều kiện địa chất cụ thể; - Đánh giá tính hiệu việc sử dụng giải pháp cọc khoan dẫn, từ giúp kỹ sư thiết kế lựa chọn phương án móng tối ưu, hạn chế phát sinh (thời gian, chi phí) cho cơng trình Phương pháp nghiên cứu lựa chọn cho đề tài: tính tốn đánh giá khả chịu tải cọc theo phương pháp lý thuyết thông thường; sử dụng kết thí nghiệm nén tĩnh cọc trường theo phương pháp ép kết hợp khoan dẫn để xem xét mối tương quan chúng, từ rút nhận xét chất lượng khả chịu tải cọc khoan dẫn -2- Phạm vi nghiên cứu - Đề tài tập trung nghiên cứu khả chịu tải tính hiệu cọc khoan dẫn - Các số liệu thực nghiệm tổng hợp từ cơng trình có cấu tạo địa chất đặc trưng xã Đơng Hịa, huyện Dĩ An, tỉnh Bình Dương phường 7, quận 10, thành phố Hồ Chí Minh -3- CHƯƠNG CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA CỌC 1.1 Sức chịu tải cọc theo vật liệu Sức chịu tải hiểu sức chịu tải dọc trục cọc Cọc làm việc chịu nén tâm, lệch tâm chịu kéo (khi cọc bị nhổ) sức chịu tải cọc theo vật liệu tính theo cơng thức: Qvl = ϕ A p Rvl Với: (1.1) Qvl - sức chịu tải cọc theo vật liệu Ap - diện tích tiết diện ngang cọc Rvl - cường độ chịu nén tính toán vật liệu làm cọc ϕ - hệ số ảnh hưởng độ mảnh cọc Cọc làm việc đất chịu tác động áp lực nén đất xung quanh, nên thông thường ta không xét đến ảnh hưởng uốn dọc Ngoại trừ trường hợp đặc biệt cọc mảnh tác động rung động gây triệt tiêu áp lực xung quanh hay cọc qua lớp đất bùn nhão Ảnh hưởng độ mảnh phải xét đến sức chịu tải cọc theo vật liệu Với cọc bê tông cốt thép, sức chịu tải cực hạn cọc theo vật liệu xác định theo công thức chịu nén có xét đến uốn dọc Sự uốn dọc xét tính cột tính tốn bê tông Qa = ϕ ( Rn A p + Ra Aa ) (1.2) Với: Ra - sức chịu kéo hay nén cho phép thép Rn - sức chịu nén cho phép bê tông ϕ - hệ số xét đến ảnh hưởng uốn dọc phụ thuộc độ mảnh theo thực nghiệm lấy sau: ϕ = 1,028 − 0,0000288λ2 − 0,0016λ (1.3) ϕ = 1,028 − 0,0003456λ2d − 0,00554λd (1.4) Có thể xác định ϕ cách tra bảng 1.1 - 68 - 3.3 Khả chịu tải cọc khoan dẫn lớp trầm tích sơng - biển 3.3.1 Sơ lược cơng trình đặc điểm địa chất Hình 3.2: Phối cảnh cơng trình Cơng trình gồm khối nhà với số tầng từ 8÷12 tầng nằm khu vực phường 7, quận 10, thành phố Hồ Chí Minh Cấu tạo địa chất lớp trầm tích sơng - biển, tóm tắt sau: - Lớp 1A: sét pha nặng, xám trắng - nâu đỏ, trạng thái dẻo cứng, bề dày 1,0÷1,5m - Lớp 1: sét lẫn hạt cát sỏi sạn laterit, nâu vàng - nâu đỏ - xám trắng, trạng thái nửa cứng, bề dày 3,0÷6,0m - Lớp 2: sét pha nặng, xám trắng - nâu vàng - nâu đỏ, trạng thái nửa cứng, bề dày 4,0÷7,0m - Lớp 3: Cát pha nặng lẫn sỏi, nâu vàng - vàng nhạt - nâu đỏ nhạt, trạng thái dẻo, bề dày 24,7÷28,5m - 69 - - Lớp 3A: sét pha nặng, đỏ hồng - xám trắng, trạng thái dẻo mềm, bề dày 1,0÷3,5m - Lớp 4: sét nửa béo, nâu vàng - xám trắng - nâu đỏ, trạng thái nửa cứng cứng, bề dày 1,0÷11,5m - Lớp 5: cát pha nặng lẫn sỏi, nâu xám - xám tro - xám xanh, trạng thái dẻo, bề dày 9,0÷11,0m (chưa kết thúc đáy lỗ khoan) Tại thời điểm khảo sát độ sâu trung bình mực nước ngầm 3,5m so với mặt đất tự nhiên Các thông số địa chất xem chi tiết phụ lục 2B Căn vào hồ sơ Báo cáo kết khảo sát địa kỹ thuật, quy mơ tính chất cơng trình, giải pháp móng sâu lựa chọn, cụ thể sử dụng cọc với thông số sau: - Số lượng cọc sử dụng cho cơng trình: 564 cọc Khả chịu tải cho phép cọc 120 T/cọc - Loại cọc: cọc bê tông cốt thép đúc sẵn với bê tông mác 400 (module đàn hồi Ep = 2,9.106 T/m2), tiết diện cọc 350 × 350mm, chiều dài 35m - Do cọc phải xuyên qua lớp đất sét lẫn sỏi sạn laterite nên theo đề nghị tư vấn thiết kế, biện pháp thi công chọn khoan dẫn sâu 15m trước ép với đường kính lỗ khoan 350mm Theo hồ sơ thiết kế, khả chịu tải cọc đánh giá theo tiêu lý đất theo TCXD 205:1998 Để rút kết luận khả chịu tải cọc cách an tồn, cọc tiến hành thí nghiệm nén tĩnh Chúng tơi trình bày tính tốn chi tiết khả chịu tải cọc ứng với vị trí hố khoan HK4 Kết khả chịu tải cọc tổng hợp bảng 3.2 Kết tính tốn chi tiết cọc khác trình bày phụ lục 1C 1D 3.3.2 Khả chịu tải theo tiêu lý đất n Qtc = Q p + Qs = m R q p A p + u ∑ (m fi f si l i ) i =1 mR = A p = 0,35 × 0,35 = 0,1225m 2 q p = 410 T/m u = 0,35 × = 1,4m - 70 - Thi công theo biện pháp khoan dẫn Lớp đất Chiều dày li Độ sâu TB (m) (m) Độ sệt B c (T/m ) ϕ (độ) ρ ρ’ fsi mfi (T/m ) (T/m ) (T/m ) m fi f si li (T/m) 1A sét 1,5 0,75 0,40 2,64 15,17 2,06 1,11 1,35 0,500 1,01 sét 4,5 3,75 0,18 3,65 18,83 2,03 1,06 5,18 0,500 11,66 sét 5,5 8,75 0,23 3,00 17,48 2,03 1,07 5,76 0,500 15,84 cát 3,5 13,25 0,97 23,88 2,04 1,07 4,93 0,500 8,63 cát 17,0 23,50 0,97 23,88 2,04 1,07 5,95 0,900 91,04 3A sét 1,0 32,50 1,79 10,48 1,92 0,95 2,42 0,884 2,14 cát 2,0 34,00 0,97 23,88 2,04 1,07 6,92 0,900 12,46 0,58 ∑m Q p = m R q p A p = 50,23 T fi × f si × li 142,77 n Qs = u ∑ (m fi f si li ) = 199,87 T ; i =1 Qtc = Q p + Qs = 250 T Thi công theo biện pháp không khoan dẫn Lớp đất Chiều dày li Độ sâu TB (m) (m) Độ sệt B c (T/m2) ϕ (độ) ρ ρ’ fsi (T/m3) (T/m3) (T/m2) mfi m fi f si li (T/m) 1A sét 1,5 0,75 0,40 2,64 15,17 2,06 1,11 1,35 0,920 1,86 sét 4,5 3,75 0,18 3,65 18,83 2,03 1,06 5,18 0,964 22,47 sét 5,5 8,75 0,23 3,00 17,48 2,03 1,07 5,76 0,954 30,22 cát 3,5 13,25 0,97 23,88 2,04 1,07 4,93 0,900 15,53 cát 17,0 23,50 0,97 23,88 2,04 1,07 5,95 0,900 91,04 3A sét 1,0 32,50 1,79 10,48 1,92 0,95 2,42 0,884 2,14 cát 2,0 34,00 0,97 23,88 2,04 1,07 6,92 0,900 12,46 0,58 ∑m Q p = m R q p A p = 50,23 T ; fi × f si × li 175,72 n Qs = u ∑ (m fi f si li ) = 246 T i =1 Qtc = Q p + Qs = 296 T 3.3.3 Khả chịu tải theo tiêu cường độ đất n Qu = Qs + Q p = As f s + A p q p = u ∑ f si li + A p q p i =1 • q p = cN c + σ vp' N q + γd p N γ Mũi cọc nằm lớp 3: ϕ = 23,88o → Nc = 23,167; Nq = 11,261; Nγ = 8,647 σ vp' = 40,42 T/m2 → q p = 480,87 T/m → Q p = 58,91 T - 71 - • f s = c a + K sσ v' tgϕ a Chiều dày li (m) Lớp đất với K s = − sin ϕ c (T/m2) ϕ (độ) ρ (T/m3) ρ’ (T/m3) Ks σ v' (T/m ) fsi (T/m2) f si × li (T/m) 1A 1,5 2,64 15,17 2,06 1,11 0,7383 1,55 2,95 4,42 1,7 3,65 18,83 2,03 1,06 0,6772 4,82 4,76 8,10 2,8 3,65 18,83 2,03 1,06 0,6772 8,03 5,50 15,41 5,5 3,00 17,48 2,03 1,07 0,6996 12,45 5,74 31,59 20,5 0,97 23,88 2,04 1,07 0,5952 26,36 7,92 162,28 3A 1,0 1,79 10,48 1,92 0,95 0,8181 37,80 7,51 7,51 2,0 0,97 23,88 2,04 1,07 0,5952 39,35 11,34 22,68 × li 251,99 ∑f si → Qs = 352,78 T → Qu = Q p + Qs = 412 T 3.3.4 Khả chịu tải theo kết thí nghiệm nén tĩnh cọc Theo phương pháp Davisson, khả chịu tải cực hạn cọc tải trọng ứng với độ lún đường cong tải trọng - độ lún có lúc thử tĩnh: Sf = QL p AE p + 0,0038 + d 264 × 35 0,35 = + 0,0038 + = 29,9mm 120 0,1225 × 2,9.10 120 Biểu đồ quan hệ Tải trọng - Chuyển vị 50 100 150 200 250 300 350 -5 Chuyển vị (mm) -10 -15 -20 -25 -30 -35 S f = 29,9 mm Tải trọng (T) Hình 3.2a: Biểu đồ quan hệ tải trọng - chuyển vị cọc thử Từ biểu đồ ta có: Qu = 342 T Chu kỳ Chu kỳ 400 - 72 - 3.3.5 Khả chịu tải cọc ép thông thường (không khoan dẫn) Giả sử chiều dài cọc 25m thi cơng theo biện pháp ép thơng thường khả chịu tải cọc sau: Theo tiêu lý đất n Qtc = Q p + Qs = m R q p A p + u ∑ (m fi f si l i ) i =1 mR = A p = 0,35 × 0,35 = 0,1225m 2 q p = 350 T/m Lớp đất Chiều dày li (m) Độ sâu TB (m) u = 0,35 × = 1,4m Độ sệt B ϕ c (T/m2) ρ (độ) ρ’ fsi (T/m3) (T/m3) (T/m2) mfi m fi f si li (T/m) 1A sét 1,5 0,75 0,40 2,64 15,17 2,06 1,11 1,35 0,920 1,86 sét 4,5 3,75 0,18 3,65 18,83 2,03 1,06 5,18 0,964 22,47 sét 5,5 8,75 0,23 3,00 17,48 2,03 1,07 5,76 0,954 30,22 cát 13,5 18,25 0,97 23,88 2,04 1,07 5,43 0,900 65,97 ∑m Q p = m R q p A p = 42,88 T fi × f si × li 120,53 n Qs = u ∑ (m fi f si li ) = 168,74 T ; i =1 Qtc = Q p + Qs = 212 T Theo tiêu cường độ đất n Qu = Qs + Q p = As f s + A p q p = u ∑ f si li + A p q p i =1 • q p = cN c + σ N q + γd p N γ ' vp Mũi cọc nằm lớp 3: ϕ = 23,88o → Nc = 23,167; Nq = 11,261; Nγ = 8,647 σ vp' = 29,84 T/m2 → q p = 361,73 T/m → Q p = 44,31 T • f s = c a + K sσ v' tgϕ a với K s = − sin ϕ Lớp đất Chiều dày li (m) c (T/m2) ϕ (độ) ρ (T/m3) ρ’ (T/m3) Ks 1A 1,5 2,64 15,17 2,06 1,11 1,7 3,65 18,83 2,03 2,8 3,65 18,83 5,5 3,00 17,48 f si × li (T/m2) fsi (T/m2) 0,7383 1,55 2,95 4,42 1,06 0,6772 4,82 4,76 8,10 2,03 1,06 0,6772 8,03 5,50 15,41 2,03 1,07 0,6996 12,45 5,74 31,59 ∑f → Qs = 214,29 T σ v' si × li → Qu = Q p + Qs = 255 T (T/m) 153,06 - 73 - 3.3.6 Nhận xét khả chịu tải cọc lớp trầm tích sơng - biển Bảng 3.2: Bảng tổng hợp khả chịu tải cọc thử Đơn vị: Tấn Cọc 2’ 4’ Vị trí HK1 HK2 HK3 HK4 HK5 HK6 HK2 HK4 120 (Hệ số an toàn FS = 1,75) Q thiết kế L cọc 34m 33m 35m 35m 30m 31m 25m 35,8m Qu lý (khoan dẫn) 238 217 256 250 211 217 175 258 Qu lý (không khoan) 283 262 301 296 260 264 221 306 Qu cường độ 392 364 435 412 339 340 270 426 Q ép 242 242 242 242 242 242 250 154 Qmax 264 264 264 264 264 264 264 264 Qu 312 332 336 342 332 309 379 > 400 L cọc 25m 25m 25m 25m 25m 25m Qu lý (không khoan) 210 213 211 212 216 213 Qu cường độ 257 256 274 255 264 253 Nén tĩnh Do đặc thù cấu tạo địa chất, chiều dài cọc cơng trình khu vực thành phố Hồ Chí Minh lớn, mũi cọc thường cắm vào lớp cát vừa mịn độ sâu 30÷40m Theo bảng tổng hợp kết khả chịu tải (bảng 3.2) khẳng định ln có khác biệt lớn giá trị khả chịu tải cọc đơn tính theo phương pháp lý thuyết thực tế trường Theo tiêu chuẩn thiết kế móng cọc TCXD 205:1998, khả chịu tải tính theo tiêu cường độ không xét đến ảnh hưởng việc khoan dẫn nên giá trị cách tính ln lớn nhiều so với tính theo tiêu lý Trong trường hợp tính tốn khả chịu tải theo kết thí nghiệm nén tĩnh ln có giá trị lớn so với tính theo tiêu lý ln lớn giá trị lực ép lớn theo thiết kế (Qmax), tức cọc đạt yêu cầu khả chịu tải theo kết thí nghiệm nén tĩnh đạt tỉ lệ 100% Như phần lý thuyết trình bày, khả chịu tải cọc không phụ thuộc vào độ bền mà phụ thuộc vào đặc điểm biến dạng đất q trình thi cơng ép cọc Do dồn ép đất, phản lực đất xung quanh mũi cọc làm tăng khả chịu tải cọc - 74 - 3.4 Đánh giá tính hiệu giải pháp khoan dẫn thi cơng cọc Để đánh giá tính hiệu giải pháp khoan dẫn, tiến hành tập hợp số liệu ép cọc, tính tốn xác định khả chịu tải theo phương pháp đề nghị kiểm tra khả chịu tải chọn lựa giải pháp không khoan dẫn với chiều dài cọc ngắn Việc thống kê lực ép chiều dài cọc thể bảng 3.3 3.4 Bảng 3.3: Bảng thống kê lực ép chiều dài 507 cọc đại trà (Địa điểm: xã Đơng Hịa, huyện Dĩ An, tỉnh Bình Dương) Chiều dài thiết kế (m) 18m (khoan dẫn đường kính 0,3m sâu 13m) Chiều dài thực (m) ≥ 18 ≥ 15,5÷18 ≥ 13÷15,5 < 13 Số lượng cọc 209 180 79 38 50 79 38 107 43 Lực ép (Tấn) ≥ Qmax ≥ 250 ≥ Qmin ≥ 200÷250 34 (1,5÷2) Qtk ≥ 150÷200 136 (1,25÷1,5) Qtk ≥ 125÷150 36 (1÷1,25) Qtk ≥ 100÷125 Bảng 3.4: Bảng thống kê lực ép chiều dài 556 cọc đại trà (Địa điểm: phường 7, quận 10, thành phố Hồ Chí Minh) Chiều dài thiết kế (m) 32m (khoan dẫn đường kính 0,35m sâu 15m) Chiều dài cọc (m) ≥ 32 ≥ 25÷32 ≥ 15÷25 < 15 Số lượng cọc 408 139 139 Lực ép (Tấn) ≥ Qmax ≥ 240 399 ≥ Qmin ≥ 180÷240 (1÷1,5) Qtk ≥ 120÷180 < Qtk ≥ 125÷150 - 75 - Từ kết tính tốn mục trước thấy có khác biệt đáng kể khả chịu tải cọc theo thành phần sức kháng mũi ma sát bên theo phương pháp tính tốn theo kết nén tĩnh Trong hầu hết trường hợp, khả chịu tải cực hạn cọc từ kết thí nghiệm nén tĩnh trường cho giá trị lớn với chênh lệch xem đáng kể Ngồi ra, cần nhận thấy thành phần biến dạng đàn hồi chiếm tỷ lệ cao lớn đáng kể so với độ biến dạng dư tỷ lệ 3:7 xem hợp lý Như vậy, biến dạng đo đầu cọc chủ yếu biến dạng thân cọc bê tông đất xung quanh cọc cịn chuyển vị mũi khơng đáng kể Do nhận thấy khả chịu tải thực tế cọc cịn lớn Theo đề nghị tiêu chuẩn CHиП, để tính tốn cho cọc khoan dẫn, đường kính lỗ khoan (thực trường hợp đất có lớp thấu kính với độ cứng lớn hay nơi có địa hình phức tạp nhằm tránh phá hoại cọc hay chống nghiêng lệch) chọn lựa nhỏ cạnh cọc từ 100÷150mm Trong thiết kế nêu, đường kính lỗ khoan chọn lựa chí lớn cạnh cọc Sự chọn lựa khơng có rõ ràng nên việc tính tốn có xét đến yếu tố khoan dẫn đưa đến kết khơng kiểm soát Cũng trường hợp này, chiều sâu đoạn khoan dẫn không qua lớp đất gây bất lợi cho việc đảm bảo tính nguyên vẹn cọc mà lớn đáng kể Theo hồ sơ khảo sát, kết thí nghiệm xác định thành phần hạt đất cho thấy có mẫu có chứa khơng tới 5% hạt có kích thước bé 10mm Với kích thước hàm lượng cỡ hạt lớn này, việc chọn biện pháp khoan dẫn khơng hợp lý Theo chúng tơi, việc khoan dẫn khơng cần thiết trường hợp mà nên thiết kế cọc với chiều dài ngắn lại đảm bảo khả chịu tải Một vấn đề cần đề cập thêm việc tính tốn ứng suất trọng lượng thân Theo nhiều tài liệu, áp lực nước lỗ rỗng hình thành xuất nước tự chủ yếu lớp sét mềm hay tầng chứa nước cát, sỏi sạn, đá nứt nẻ Trong lớp đất loại sét có giá trị độ sệt nhỏ trạng thái dẻo cứng, nửa cứng, cứng, nước lỗ rỗng tồn dạng nước liên kết nên không truyền áp lực thủy tĩnh Như vậy, ứng suất trọng lượng thân đất gây ứng suất theo phương ngang thực tế lớn đáng kể (gần gấp đôi), khả chịu tải ma sát bên tăng tương ứng kết khả chịu tải cọc thực tế dự tính có giá trị lớn nhiều so với hồ sơ thiết kế - 76 - Từ bảng 3.3 thấy lớp vỏ phong hóa thì: - Cọc đạt độ sâu thiết kế (Ltk) đồng thời đạt lực ép yêu cầu (Qmin) chiếm tỷ lệ thấp: 34/506 cọc (7%) - Cọc đạt lực nén yêu cầu (thậm chí đạt đến lực nén lớn Qmax) chưa đạt đến độ sâu thiết kế chiếm tỷ lệ xấp xỉ 50%, tỷ lệ cọc treo (chưa ép đến đáy hố khoan dẫn) 8% - Cọc ép đến độ sâu thiết kế chưa đạt lực ép yêu cầu cao (35%), có đến 39 cọc (chiếm 8%) đạt lực ép (1,25÷1,5) Qtk Thế tiến hành thí nghiệm thử tĩnh đạt khả chịu tải theo yêu cầu (xem bảng 3.1: cọc P2, P4 P6) - Theo tính tốn lý thuyết theo tiêu chuẩn thiết kế móng cọc TCXD 205:1998, không xét đến yếu tố khoan dẫn, để đạt khả chịu tải thiết kế độ sâu cọc cần 15,5m (xem bảng 3.1) Thống kê cho thấy khoan dẫn có đến gần 25% cọc đạt độ sâu bé 15,5m Điều lạ cọc đạt yêu cầu khả chịu tải (đã thí nghiệm nén tĩnh cọc treo P3 để kiểm chứng) Tóm lại thấy cọc thiết kế q an tồn Việc khoan dẫn gần khơng ảnh hưởng đến khả chịu tải cọc (ở xét trường hợp đường kính lỗ khoan với cạnh cọc vuông) Điều thể rõ qua bảng 3.1 Từ bảng 3.4 thấy lớp trầm tích sơng - biển thì: - Tỷ lệ cọc đạt độ sâu thiết kế (Ltk) đồng thời đạt lực ép yêu cầu (Qmin) chiếm tỷ lệ cao: 70% - Tỷ lệ cọc đạt lực nén yêu cầu (thậm chí đạt đến lực nén lớn Qmax) chưa đạt đến độ sâu thiết kế chiếm tỷ lệ 29% (khơng có cọc treo) - Tỷ lệ cọc đạt độ sâu thiết kế không đạt lực ép yêu cầu 1% Với trường hợp cọc đạt độ sâu thiết kế không đạt lực nén yêu cầu trường hợp cọc đạt lực ép yêu cầu không đạt độ sâu thiết kế, kiểm tra khả chịu tải thí nghiệm nén tĩnh thấy đạt u cầu Theo tính tốn lý thuyết theo tiêu chuẩn thiết kế móng cọc TCXD 205:1998, không xét đến yếu tố khoan dẫn, để đạt khả chịu tải thiết kế độ sâu cọc cần 25m Theo bảng thống kê có cọc (chiếm tỷ lệ 1%) có độ sâu - 77 - 25m Để bảo đảm tính an tồn, cọc tiến hành thí nghiệm thử tĩnh để kiểm tra khả chịu tải, kết đạt (xem bảng 3.2: cọc 2’) Như vậy, việc khoan dẫn với đường kính lỗ khoan cạnh cọc vuông gần không ảnh hưởng đến khả chịu tải cọc 3.5 Kết luận chương Từ kết phân tích thống kê, rút kết luận sau: - Do đặc thù cấu tạo địa chất, chiều dài cọc cơng trình khu vực có vỏ phong hóa ngắn so với khu vực thành phố Hồ Chí Minh chủ yếu lớp trầm tích có nguồn gốc sơng - biển - Ở khu vực có vỏ phong hóa, cịn sót lại nhiều đá hịn lớn nên thường xuất hiện tượng cọc treo (ép không đến đáy hố khoan) (chiếm tỷ lệ 38 507 = 8% ) - Giá trị dự báo khả chịu tải cọc phân tán theo cách dự báo khác Khả chịu tải dự báo theo tiêu lý đất bé nhất, thiết kế cọc theo cách dự báo này, sau tiến hành nén tĩnh cọc để rút kết luận giá trị khả chịu tải mang tính an toàn cao - Việc khoan dẫn gần không ảnh hưởng đến khả chịu tải cọc (chỉ xét trường hợp đường kính lỗ khoan với cạnh cọc vng) Vì người thiết kế nên xem xét kỹ điều - Đối với cọc đạt giá trị lực ép yêu cầu (mặc dù chưa đạt độ sâu thiết kế) ép đến độ sâu thiết kế (nhưng chưa đạt lực ép yêu cầu) đạt khả chịu tải yêu cầu Điều thể qua kết 100% tỷ lệ cọc đạt theo kết nén tĩnh - Không có mối liên hệ mang tính quy luật giá trị lực ép khả chịu tải thực cọc đơn - 78 - KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ Kết luận Từ kết thiết kế, tính tốn, thống kê theo hồ sơ ép cọc nén tĩnh kiểm tra với số lượng cọc đáng kể theo điều kiện địa chất đặc thù nơi có vỏ phong hóa, kết nghiên cứu luận văn cho phép rút kết luận sau: - Khả chịu tải cọc tính tốn theo phương pháp khác khác đáng kể nhỏ so với kết nén tĩnh cọc trường Trong đó, khả chịu tải theo tiêu lý có xét đến yếu tố khoan dẫn có giá trị bé - Khơng tìm thấy mối liên hệ mang tính quy luật giá trị lực ép khả chịu tải thực cọc đơn (lực ép nhỏ khả chịu tải từ kết nén tĩnh) - Kết thống kê cho thấy việc chọn đường kính khoan dẫn chiều sâu lớn khơng có gây tốn kém, chất lượng cọc không đồng - Số lượng cọc ép đến độ sâu thiết kế chiếm tỷ lệ 35%, có 8% khơng đạt lực ép u cầu - Số lượng cọc ép không đạt đến độ sâu thiết kế chiếm tỷ lệ đáng kể Kiến nghị Qua việc phân tích thống kê khả chịu tải cọc có sử dụng biện pháp khoan dẫn với đường kính lỗ khoan cạnh cọc vuông, số kiến nghị tổng hợp sau: Giải pháp khoan dẫn thường dùng trường hợp sau: Trường hợp xuất lớp mỏng dạng kết vón laterite cứng hay tảng lăn - 79 - Trong trường hợp không cần thiết không nên thực biện pháp khoan dẫn Việc thực khoan dẫn thiết phải với đường kính bé cạnh cọc để có sở xác định thành phần ma sát bên - 80 - TÀI LIỆU THAM KHẢO Châu Ngọc Ẩn, Cơ học đất, Nhà xuất Đại học Quốc gia TP.HCM, 2009 Châu Ngọc Ẩn, Nền móng, Nhà xuất Đại học Quốc gia TP.HCM, 2010 Trần Quang Hộ, Giải pháp móng cho nhà cao tầng, Nhà xuất Đại học Quốc gia TP.HCM, 2009 Nguyễn Bá Kế, Nguyễn Hữu Đẩu, Chất lượng móng cọc - Quản lý đánh giá, Nhà xuất Giao thông vận tải, 2000 Vũ Cơng Ngữ, Nguyễn Thái, Móng cọc - phân tích thiết kế, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2006 Võ Phán, Hoàng Thế Thao, Móng cọc, Nhà xuất Đại học Quốc gia TP.HCM, 2010 Shamsher Prakash - Harid.Sharma, Móng cọc thực tế xây dựng (bản dịch), Nhà xuất xây dựng, 2008 Nguyễn Văn Quảng, Nền móng nhà cao tầng, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2009 Bùi Trường Sơn, Địa chất cơng trình, Nhà xuất Đại học Quốc gia TP.HCM, 2009 10 Trần Văn Việt, Cẩm nang cho kỹ sư địa kỹ thuật, Nhà xuất Xây dựng, 2004 11 TCXD 205:1998, Móng cọc - Tiêu chuẩn thiết kế, 1998 12 TCXDVN 269: 2002, Cọc - Phương pháp thí nghiệm tải trọng tĩnh ép dọc trục, 2002 13 TCXDVN 286:2003, Đóng ép cọc - Tiêu chuẩn thi công nghiệm thu, 2003 14 Tuyển tập báo cáo khoa học Hội nghị khoa học toàn quốc lần thứ hai Sự cố hư hỏng cơng trình xây dựng, Nhà xuất Xây dựng, 2003 15 Viện nghiên cứu cơng trình ngầm, Viện thiết kế móng quốc gia, Viện thiết kế móng (Liên Xơ), Sổ tay thiết kế móng tập II (bản dịch), Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 1975 16 Joseph E Bowles, P.E., S.E., Foundation analysis and design, The McGrawHill Companies, Inc, 2002 - 81 - 17 Das, Principles of Foundation Engineering, PWS-Kent, Boston, 1984 18 J.Lysebjerg, A.Augustesen, C.S.Sorensen, The influence of time on the bearing capacity of driven pile, Alborg University, Denmark, 2004 19 H.G.Poulos, E.H.Davis, Pile foundation analysis and design, The University of Sydney,1980 20 M.J.Tomlinson, Pile design and contruction practice, A Viewpoint Publication, London, 1981 21 A.S.West, Piling practice, Butterworths, London, 1972 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên : Trần Phú Nhật Quang Ngày sinh : 10/02/1985 Địa liên lạc : Ban Quản lý Dự án Đầu tư Xây dựng – Trường Đại học Bách Nơi sinh: An Giang Khoa - ĐHQG TP.HCM (số 268 đường Lý Thường Kiệt, phường 14, quận 10, TP.HCM - Phòng 206 Nhà B4) Điện thoại : 0939 727208 Email : tranphunhatquang@yahoo.com QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO 2003 - 2008: Học Đại học ngành Xây dựng Cầu đường Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG TP.HCM 2009 - 2011: Học Cao học ngành Địa Kỹ thuật Xây dựng Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG TP.HCM Q TRÌNH CƠNG TÁC 6/2008 đến nay: Làm việc Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG TP.HCM ... pháp ép kết hợp khoan dẫn (tạm gọi cọc khoan dẫn) cần thiết Đề tài ? ?Đánh giá khả chịu tải cọc khoan dẫn lớp vỏ phong hóa? ?? đặt nhằm đánh giá khả chịu tải tính hiệu cọc khoan dẫn, góp phần làm hạn... khả chịu tải cọc khoan dẫn lớp vỏ phong hóa? ?? - 33 - CHƯƠNG ĐẶC ĐIỂM ĐÁNH GIÁ, KIỂM TRA KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA CỌC KHOAN DẪN Để đánh giá khả chịu tải cọc, đặc biệt cọc khoan dẫn, thực tế cần lưu... thí nghiệm nén tĩnh cọc 64 3.2.4 Khả chịu tải cọc ép thông thường (không khoan dẫn) .65 3.2.5 Nhận xét khả chịu tải cọc lớp vỏ phong hóa 66 3.3 Khả chịu tải cọc khoan dẫn lớp trầm tích sơng