Nghiên cứu các sự cố cọc khoan nhồi và các phương pháp xử lý

Đại học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA o0o CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc o0o NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ HỌ VÀ TÊN HỌC VIÊN: NGUYỄN VĂN SĨ PHÁI: NAM NGÀY THÁNG NĂM SINH: 02-05-1978 NƠI SINH: BÌNH ĐỊNH CHUYÊN NGÀNH: CẦU, TUYNEN VÀ CÁC CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG KHÁC TRÊN ĐƯỜNG ÔTÔ VÀ ĐƯỜNG SẮT I TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU CÁC SỰ CỐ CỌC KHOAN NHỒI VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: NHIỆM VỤ: Nghiên cứu cố nguyên nhân gây cố thi công cọc khoan nhồi xây dựng cầu đường Việt Nam để có giải pháp phòng ngừa cố Và cố xảy có phương pháp xử lý thích hợp cho trường hợp NỘI DUNG: Chương I: Tổng quan cố thường gặp thi công cọc khoan nhồi Chương II: Các lý thuyết tính toán cọc khoan nhồi Chương III: Công nghệ thi công phương pháp thử tải cọc khoan nhồi Chương IV: Những cố cọc khoan nhồi phương pháp xử lý Chương V: Ảnh hưởng tải trọng động gần kề công trình tới việc thi công cọc khoan nhồi Chương VI: Kết luận kiến nghị III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 05/11/2007 V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS NGUYỄN BÁ HOÀNG PGS.TS LÊ VĂN NAM CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NGHIỆM BỘ MÔN TS NGUYỄN BÁ HOÀNG PGS.TS LÊ VĂN NAM TS LÊ THỊ BÍCH THỦY Nội dung đề cương luận án cao học thông qua hội đồng chuyên ngành ngày … tháng … năm PHÒNG ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC TRƯỞNG KHOA LỜI CẢM ƠN Em xin trân trọng bày tỏ Lòng biết ơn sâu sắc Thầy TS Nguyễn Bá Hoàng Thầy GS.TS Lê Văn Nam tận tình hướng dẫn em suốt thời gian thực luận văn Xin cảm ơn hai Thầy hết lòng giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thành tốt luận văn này! Em xin chân thành cảm ơn tất thầy cô môn Cầu Đường – Trường Đại học Bách Khoa TP HCM tận tình hướng dẫn giúp đỡ em suốt thời gian bắt đầu bước chân vào đại học giờ! Em xin chân thành cảm ơn Thầy Cô phòng Quản Lý Khoa Học Khoa Sau Đại Học giảng dạy, giúp đỡ em suốt năm học cao học! Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn toàn thể gia đình, Ba mẹ, bè bạn, đồng nghiệp đặc biệt vợ hỗ trợ động viên, tạo điều kiện cho em suốt thời gian học hoàn hành luận văn này! SVTH Nguyễn Văn Só ABSTRACT Nowaday, civil projects in bored pile foundation have many problem causes decreasing their longevity Certain construction practices can lead to defects in drilled shafts Defects can occur in the form of voids; degraded or debonded concrete; entrapped cuttings, slurry, or groundwater; and geometric error They are considered generically according to the place in the construction cycle at which the defect occurs: general defects, defect due to drilling, defects arising from casing management, defects arising from slurry management, and defects related to design The suggestions are made for post-construction integrity evaluation techniques that might be effective in locating a given defect and defining its extent Methods are also suggested for avoiding defects, which often involve subtle factors Because of modern construction techniques, experienced contractors, and knowledgeable inspectors, relatively few defective drilled shafts are currently constructed This thesis has three parts, involves six chapters with appendixes Every chapter has comments about theory and practice Overview part involve chapter I, presents and evaluates generally defects of drilled shafts foundation Research and development part involve four chapters Chapter II presents methods to process bored pile, chapter III presents drilled shafts construction and methods of testing of drilled shafts, chapters IV and V are the focus of thesis Defects of drilled shafts due to construction, methods are suggested for avoiding defects, analyse and process when the defects occurs, results of calculation a practical project to compare Conclusion and petition part involve chapter VI Relying on the results of previous chapters, especially chapter V, thesis presents conclusion and some problems about calculating vibration during pile installation and traffic moved MỤC LỤC MỞ ĐẦU Trang Đặt vấn đề nghiên cứu Mục đích, đối tượng phạm vi nghiên cứu Chương I TỔNG QUAN VỀ CÁC SỰ CỐ THƯỜNG GẶP KHI THI CÔNG CỌC KHOAN NHỒI 1.1 Phạm vi ứng dụng ưu, khuyết điểm cọc khoan nhồi cọc đóng 1.1.1 Phạm vi ứng dụng ưu điểm 1.1.1.1 Cọc khoan nhồi 1.1.1.2 Cọc đóng 1.1.2 Các khuyết điểm 1.1.2.1 Cọc khoan nhồi 1.1.2.2 Cọc đóng 1.2 Một số công trình xảy cố thi công cọc khoan nhồi 1.3 Các nghiên cứu liên quan đến cố cọc khoan nhồi Chương II CÁC LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN CỌC KHOAN NHỒI 2.1 Xác định sức chịu tải cọc khoan nhồi theo tiêu cường độ đất nền, tiêu chuẩn TCXD 195:1997 2.1.1 Sức chịu tải trường hợp tổng quát 2.1.2 Sức chịu tải cọc khoan nhồi từ kết thí nghiện phòng 2.1.2.1 Sức chịu tải cọc đất dính 2.1.2.2 Sức chịu tải cọc đất rời 2.1.3 Sức chịu tải cọc khoan nhồi theo kết xuyên tónh 11 2.1.3.1 Sức chịu tải cọc đất dính 11 2.1.3.2 Sức chịu tải cọc đất rời 11 2.1.4 Đánh giá sức chịu tải cọc từ kết xuyên tiêu chuẩn (SPT) 11 2.1.4.1 Sức chịu tải cọc đất rời 11 2.1.4.2 Sức chịu tải cho phép cọc, Qa tấn, gồm lớp đất dính đất rời tính theo công thức 12 2.1.5 Sức chịu tải cọc theo vật liệu 12 2.2 Xác định sức chịu tải cọc theo tiêu lý đất nền, tiêu chuẩn TCXD 205:1998 13 2.3 Xác định sức chịu tải cọc khoan nhồi theo tiêu chuẩn thiết kế Úc (AUSTROADS-1992), áp dụng cho cầu Mỹ Thuận 2.3.1 Đối với đất dính 2.3.2 Đối với đất rời 15 16 16 2.4 Xác định sức chịu tải cọc khoan nhồi theo kết khảo sát thiết bị thí nghiệm trường 17 2.4.1 Theo tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 272-05 (AASHTO-LRFD - 1998) 17 2.4.1.1 Sức kháng cọc khoan đất dính 17 2.4.1.2 Sức kháng cọc khoan đất rời 19 2.4.2 Xác định sức chịu tải cọc khoan nhồi theo kết thí nghiệm trình thử tải cọc khoan nhồi 22 2.4.2.1 Xác định sức chịu tải theo tiêu chuẩn Việt Nam TCXD 196: 1997 23 2.4.2.2 Xác định sức chịu tải cọc theo tiêu chuẩn Việt Nam TCXDVN 269: 2002 24 2.5 Nhận xét 29 Chương III CÔNG NGHỆ THI CÔNG VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP THỬ TẢI CỌC KHOAN NHỒI 3.1 Công tác vận hành thiết bị sông nước định vị vị trí thi công cọc 31 3.1.1 Công tác thi công khoan đào đất hố móng thiết bị đào đứng xà lan 31 3.1.2 Cố định xà lan hệ neo 31 3.1.3 Định vị lắp dựng ống thép 31 3.1.3.1 Chế tạo ống thép 31 3.1.3.2 Công tác khảo sát định vị cọc 32 3.1.3.3 Công tác lắp đặt ống thép 32 3.2 Công tác vận hành Bentonite dung dịch giữ thành vách hỗ trợ trình đào đất hố khoan 34 3.2.1 Sơ đồ vận hành trộn Bentonite bờ 34 3.2.2 Vận hành Bentonite sông 35 3.2.3 Các yêu cầu dung dịch Bentonite sử dụng trình khoan đào đất hố khoan 36 3.2.3.1 Bentonite 36 3.2.3.2 Trong trình đào đất hố khoan trình làm vệ sinh hố khoan 36 3.2.3.3 Trước lắp đặt lồng thép đổ bêtông 37 3.2.3.4 Thí nghiệm kiểm tra chung 37 3.3 Các thiết bị thi công sử dụng đào đất hố khoan 37 3.4 Đo kiểm tra độ thẳng đứng hố khoan thiết bị siêu âm KODEN DM-682 39 3.5 Gia công lắp đặt lồng thép 42 3.6 Công tác đổ bêtông cọc khoan nhồi 42 3.6.1 Thiết kế mẻ trộn 42 3.6.2 Tính dễ thi công 3.6.3 Công tác trộn hỗn hợp bêtông 3.6.4 Vận chuyển bêtông 3.6.5 Công tác đổ bêtông 3.7 Đo kiểm tra tính đồng bêtông cọc thiết bị siêu âm 3.7.1 Phương pháp thí nghiệm 3.7.2 Thiết bị thí nghiệm CSL 3.7.3 Trình tự đo thí nghiệm 3.7.4 Phân tích kết đo kiểm tra 3.8 Bơm vữa gia cố chân cọc 3.8.1 Mục đích phun vữa 3.8.2 Lắp đặt ống bơm vữa 3.8.3 Hỗn hợp vữa trộn 3.8.4 Trình tự bơm vữa 3.9 Công tác khoan lấy mẫu bêtông cọc 3.10 Phương pháp siêu âm truyền qua ống 3.10.1 Nguyên tắc 3.10.1.1 Vận tốc sóng 3.10.1.2 Vận tốc xung 3.10.1.3 Phản xạ, khúc xạ nhiễu xạ sóng siêu âm bêtông 3.10.2 Nguyên lý cấu tạo thiết bị phương pháp kiểm tra 3.10.2.1 Nguyên lý cấu tạo thiết bị 3.10.2.2 Phương pháp kiểm tra 3.10.2.3 Bố trí ống đo 3.10.3 Phân tích kết đo kiểm tra 3.10.3.1 Đánh giá độ đồng 3.10.3.2 Xác định vị trí phạm vi khuyết tật 3.10.3.3 Xác định cường độ bêtông thân cọc 3.11 Phương pháp thử động biến dạng lớn 3.11.1 Cơ sở phương pháp 3.11.2 Cơ học sóng tuyến tính 3.11.2.1 Tính tỷ lệ 3.11.2.2 Tốc độ sóng 3.11.3 Các cọc không đồng 3.11.4 Giả thiết truyền sóng tổng quát 3.11.5 Các lực kháng đất 3.11.6 Cọc có sức kháng mũi 3.11.7 Các ảnh hưởng búa tỷ số khối lượng cọc 3.11.8 Mô hình phương trình sóng khối lượng tập trung 43 43 43 43 44 44 45 46 46 47 47 48 48 49 50 53 53 54 56 57 58 58 59 59 60 60 60 61 61 61 62 62 63 64 64 65 67 67 68 3.11.8.1 Chuyển từ hệ thống liên tục sang hệ rời rạc 3.11.8.2 Mô hình cọc – đất Smith 3.11.9 Phương pháp Case 3.11.10 Sức chịu tải tónh 3.11.11 Phần mềm CAPWAP (Case Pile Wave Analysis Program) 3.11.11.1 Giới thiệu mô hình CAPWAP 3.11.11.2 Mô tả trình tự CAPWAP 3.11.12 Thiết bị thử PDA (theo ASTM 4945: 1989) 3.11.13 Các kết đo 3.11.14 Phạm vi áp dụng 3.12 Phương pháp thử động biến dạng nhỏ 3.12.1 Nguyên lý 3.12.1.1 Phương pháp phản hồi xung (Pluse echo method - PEM) 3.12.1.2 Phương pháp ứng xử nhanh (Transient response method - TRM) 3.12.2 Phạm vi ứng dụng 3.12.3 Thiết bị sử dụng 3.12.3.1 Thiết bị tạo lực va chạm 3.12.3.2 Thiết bị thu nhận số liệu 3.12.3.3 Truyền tín hiệu 3.12.3.4 Thiết bị ghi, xử lý trình diễn số liệu 3.13 Phương pháp thử tónh động Statnamic 3.13.1 Các sở vật lý giả thiết 3.13.1.1 Định luật 3.13.1.2 Định luật 3.13.1.3 Định luật 3.13.2 Cơ sở lý thuyết STN 3.13.2.1 Thời lượng tải trọng 3.13.2.2 Cơ học sóng ứng suất 3.13.2.3 Kỹ thuật nổ 3.13.2.4 Thu nhận số liệu 3.13.3 Thiết bị STN 3.14 Phương pháp thử tónh hộp Osterberg 3.14.1 Nguyên lý 3.14.2 Phương pháp xây dựng biểu đồ quan hệ tải trọng – chuyển vị đầu cọc tương đương 3.14.3 Thiết bị phương pháp lắp đặt 3.14.3.1 Hộp tải trọng Osterberg 3.14.3.2 Các thiết bị khác 68 69 70 71 73 73 74 80 80 80 81 81 81 81 82 83 83 83 84 84 85 85 86 86 86 86 86 87 88 89 90 90 90 92 94 94 95 3.14.3.3 Trình tự tiến hành yêu cầu kỹ thuật lắp đặt 3.14.3.4 Công tác phun vữa sau thử 3.14.4 Phương pháp đặt tải 3.15 Phương pháp thử tải trọng tónh truyền thống 3.16 Nhận xét Chương IV: 95 96 97 98 98 NHỮNG SỰ CỐ CỌC KHOAN NHỒI VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ 4.1 4.2 4.3 Khái quát chung cố cọc khoan nhồi 100 Những cố cọc khoan nhồi thường gặp thi công 100 4.2.1 Những cố cọc khoan nhồi giai đoạn khoan tạo lỗ 101 4.2.2 Những cố cọc khoan nhồi giai đoạn thổi rửa, vệ sinh hố khoan 101 4.2.3 Những cố cọc khoan nhồi giai đoạn cấu tạo, gia công hạ lồng thép 101 4.2.4 Những cố cọc khoan nhồi giai đoạn đổ bêtông đúc cọc 102 Các nguyên nhân gây cố cọc khoan nhồi 102 4.3.1 Nguyên nhân gây cố giai đoạn khoan tạo lỗ 102 4.3.1.1 Sự cố hố khoan bị nghiêng lệch 102 4.3.1.2 Sự cố rơi cần khoan kẹt cần khoan 102 4.3.1.3 Sự cố hố khoan bị vướng chướng ngại vật bên 103 4.3.1.4 Sự cố không rút ống vách lên phương pháp thi công có ống vách 103 4.3.1.5 Sự cố trượt, tụt ống vách phương pháp giữ thành hố khoan toàn ống vách 104 4.3.1.6 Sự cố dung dịch bentonite đông tụ nhanh lắng nhiều xuống đáy lỗ khoan 104 4.3.1.7 Sự có lớp màng áo sét bám quanh vách hố khoan dày 104 4.3.1.8 Sự cố lỗ khoan bị vữa bentonite 104 4.3.1.9 Sự cố vữa trào lên miệng hố khoan 104 4.3.1.10 Sự cố thành lỗ khoan bị co eo 105 4.3.1.11 Sự cố sập vách hố khoan 105 4.3.2 Nguyên nhân gây cố giai đoạn thổi rửa, vệ sinh hố khoan 105 4.3.2.1 Sự cố vệ sinh lớp bùn đáy hố khoan không 105 4.3.2.2 Sự cố thổi rửa mức yêu cầu gây sạt lở thành vách hố khoan 105 4.3.3 Nguyên nhân gây cố giai đoạn cấu tạo, gia công hạ lồng thép 106 4.3.3.1 Sự cố không hạ lồng cốt thép vào lỗ khoan 106 4.3.3.2 Sự cố ống vách bị lún 106 4.3.3.3 Sự cố lồng thép bị ngập đất 106 4.3.3.4 Sự cố tụt cốt thép chủ công nghệ khoan xoay vách 106 4.4 4.3.4 Nguyên nhân gây cố giai đoạn đổ bêtông đúc cọc 4.3.4.1 Sự cố tắc nghẽn bêtông ống đổ 4.3.4.2 Sự cố nút cách nước kẹt ống dẫn 4.3.4.3 Sự cố trồi cốt thép đổ bêtông 4.3.4.4 Sự cố khối lượng bêtông bị hạ xuống rút ống vách lên 4.3.4.5 Sự cố khối bêtông ống vách bị kéo lên rút ống vách 4.3.4.6 Sự cố Bêtông thân cọc bị phân tầng, rỗ tổ ong có thấu kính bùn, đất, vữa bentonite 4.3.4.7 Sự cố lớp bêtông tốt dâng lên chưa đến cao độ thiết kế 4.3.4.8 Dưới mũi cọc có lớp bùn lắng với bề dày vượt mức cho phép hay bêtông mũi cọc không đảm bảo chất lượng dẫn đến giảm sức chịu tải mũi cọc Các Giải Pháp Xử Lý Các Sự Cố Cọc Khoan Nhồi 4.4.1 Trong giai đoạn khoan tạo lỗ 4.4.1.1 Hố khoan bị nghiêng lệch 4.4.1.2 Rơi cần khoan kẹt cần khoan 4.4.1.3 Hố khoan bị vướng chướng ngại vật bên 4.4.1.4 Không rút ống vách lên phương pháp thi công có ống vách 4.4.1.5 Trượt, tụt ống vách phương pháp giữ thành hố khoan toàn ống vách 4.4.1.6 Dung dịch bentonite đông tụ nhanh lắng nhiều xuống đáy lỗ khoan 4.4.1.7 Lớp màng áo sét bám quanh vách hố khoan dày 4.4.1.8 Lỗ khoan bị vữa bentonite 4.4.1.9 Vữa trào lên miệng hố khoan 4.4.1.10 Thành lỗ khoan bị co eo 4.4.1.11 Sập vách hố khoan 4.4.2 Trong giai đoạn thổi rửa, vệ sinh hố khoan 4.4.2.1 Vệ sinh lớp bùn đáy hố khoan không 4.4.2.2 Thổi rửa mức yêu cầu gây sạt lở thành vách hố khoan 4.4.3 Trong giai đoạn cấu tạo, gia công hạ lồng thép 4.4.3.1 Không hạ lồng cốt thép vào lỗ khoan 4.4.3.2 Ống vách bị lún 4.4.3.3 Lồng thép bị ngập đất 4.4.3.4 Tụt cốt thép chủ công nghệ khoan xoay vách 4.4.4 Trong giai đoạn đổ bêtông đúc cọc 4.4.4.1 Tắc nghẽn bêtông ống đo 4.4.4.2 Nút cách nước kẹt ống dẫn 106 106 106 107 107 107 107 108 108 108 108 108 109 110 111 111 111 111 111 112 112 112 119 119 119 119 119 119 120 120 120 120 120 4.4.4.3 Trồi cốt thép đổ bêtông 121 4.4.4.4 Khối lượng bêtông bị hạ xuống rút ống vách lên 121 4.4.4.5 Cả khối bêtông ống vách bị kéo lên rút ống vách 121 4.4.4.6 Bêtông thân cọc bị phân tầng, rỗ tổ ong có thấu kính bùn, đất, vữa bentonite 121 4.4.4.7 Lớp bêtông tốt dâng lên chưa đến cao độ thiết kế 122 4.4.4.8 Dưới mũi cọc có lớp bùn lắng với bề dày vượt mức cho phép hay bêtông mũi cọc không đảm bảo chất lượng dẫn đến giảm sức chịu tải mũi cọc 122 Chương V: ẢNH HƯỞNG CỦA TẢI TRỌNG ĐỘNG GẦN KỀ CÔNG TRÌNH TỚI VIỆC THI CÔNG CỌC KHOAN NHỒI 5.1 Trường hợp cọc khoan nhồi thi công gần vị trí đóng cọc 131 5.1.1 Khái niệm mô hình truyền sóng 132 5.1.2 Các công thức tính vận tốc sóng đất 133 5.1.3 Các tiêu chuẩn giới hạn dao động 134 5.1.4 Mô hình kết tính toán dao động 136 5.2 Trường hợp cọc khoan nhồi thi công gần vị trí có đường xe chạy 138 Chương VI: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 6.1 Kết luận 140 6.1.1 Về cố cọc khoan nhồi giai đoạn thi công phương pháp xử lý 140 6.1.2 Về ảnh hưởng tải trọng động gần kề công trình 141 6.1.2.1 Lý thuyết dao động truyền sóng đất 141 6.1.2.2 Tiêu chuẩn dao động truyền sóng đất 141 6.1.2.3 Kết phân tích dao động truyền sóng đất 141 6.2 Kiến nghị 144 6.2.1 Về cố cọc khoan nhồi giai đoạn thi công phương pháp xử lý 144 6.2.2 Về ảnh hưởng tải trọng động gần kề công trình TÀI LIỆU THAM KHẢO PHẦN PHỤC LỤC TÍNH TOÁN 145 ... 1.1.1.1 Cọc khoan nhồi 1.1.1.2 Cọc đóng 1.1.2 Các khuyết điểm 1.1.2.1 Cọc khoan nhồi 1.1.2.2 Cọc đóng 1.2 Một số công trình xảy cố thi công cọc khoan nhồi 1.3 Các nghiên cứu liên quan đến cố cọc khoan. .. + Nghiên cứu cố thường gặp thi công cọc khoan nhồi điều kiện địa chất Việt Nam nghiên cứu phương pháp xử lý thích hợp cố xảy ra, không nghiên cứu khả làm việc cọc sau xử lý; + Nghiên cứu ảnh hưởng... TƯNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU: - - - Mục đích: Nghiên cứu cố nguyên nhân gây cố thi công cọc khoan nhồi xây dựng cầu đường Việt Nam để có giải pháp phòng ngừa cố Và cố xảy có phương pháp xử lý thích