Nghiên cứu ứng dụng cọc khoan nhồi mở rộng đáy dưới các công trình nhà 20 tầng trong điều kiện đất yếu ở tp hồ chí minh

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA BK TP HCM NGUYỄN NHẤT HƯNG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CỌC KHOAN NHỒI MỞ RỘNG ĐÁY DƯỚI CÁC CÔNG TRÌNH NHÀ 20 TẦNG TRONG ĐIỀU KIỆN ĐẤT YẾU Ở TP HỒ CHÍ MINH CHUYÊN NGÀNH : CÔNG TRÌNH TRÊN ĐẤT YẾU MÃ SỐ NGÀNH : 31.10.02 LUẬN VĂN THẠC SĨ T.P Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2003 CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học 1: GS.TSKH LÊ BÁ LƯƠNG Cán hướng dẫn khoa học 2: TS TRẦN THỊ HỒNG Cán chấm nhận xét 1: Cán chấm nhận xét 2: Luận văn thạc só bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày ……………tháng ……………năm 2003 Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc -o0o - NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên : NGUYỄN NHẤT HƯNG Ngày tháng năm sinh: 06 - 11 - 1977 Chuyên ngành : Công Trình Trên Đất Yếu Phái : Nam Nơi sinh : Tiền Giang Mã số ngành : 31.10.02 I TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CỌC KHOAN NHỒI MỞ RỘNG ĐÁY DƯỚI CÁC CÔNG TRÌNH NHÀ 20 TẦNG TRONG ĐIỀU KIỆN ĐẤT YẾU Ở TP HỒ CHÍ MINH II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG NHIỆM VỤ: Nghiên cứu ứng dụng cọc khoan nhồi mở rộng đáy công trình nhà 20 tầng điều kiện đất yếu Tp Hồ Chí Minh NỘI DUNG: PHẦN I: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN Chương I: Tổng quan tình hình nghiên cứu ứng dụng cọc khoan nhồi mở rộng đáy nước Chương II: Nghiên cứu đặc điểm địa chất công trình khu vực Tp Hồ Chí Minh PHẦN II: NGHIÊN CỨU ĐI SÂU VÀ PHÁT TRIỂN Chương III: Nghiên cứu giải pháp hợp lý tính toán sức chịu tải cọc khoan nhồi mở rộng đáy Chương IV: Nghiên cứu giải pháp cấu tạo thi công cọc khoan nhồi mở rộng đáy Chương V : Các phương pháp kiểm định không phá hủy để đánh giá chất lượng cọc khoan nhồi Chương VI: Ứng dụng tính toán thiết kế cho công trình cụ thể so sánh hiệu kinh tế kỹ thuật loại cọc mở rộng đáy cọc thẳng có đường kính PHẦN III: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Chương VII: Kết luận kiến nghị III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM NGÀNH TS TRẦN THỊ HỒNG GS.TSKH LÊ BÁ LƯƠNG BỘ MÔN QUẢN LÝ NGÀNH GS.TSKH LÊ BÁ LƯƠNG Nội dung đề cương luận văn thạc só Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua Ngày PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH tháng năm 2003 KHOA QUẢN LÝ NGÀNH Lời cảm ơn Trước hết em xin chân thành cảm ơn đến tất q Thầy Cô tận tình truyền đạt cho em kiến thức quý báu suốt hai năm học qua Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Giáo sư Tiến só khoa học LÊ BÁ LƯƠNG cô Tiến só TRẦN THỊ HỒNG hướng dẫn giúp đỡ em tận tình suốt trình thực hoàn thành luận văn Xin tỏ lòng biết ơn đến lãnh đạo tập thể thầy cô Phòng Đào Tạo Sau Đại Học Trường Đại Học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh tạo thuận lợi suốt khóa học cao học trường Xin chân thành cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp tạo điều kiện thuận lợi hỗ trợ động viên suốt hai năm học qua Con xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cha mẹ, người thân không ngại khó khăn vất vả để tạo điều kiện thuận lợi cho ăn học trưởng thành ngày hôm Xin chân thành cảm ơn người bạn giúp đỡ động viên để hoàn thành luận văn Tp Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 11 năm 2003 NGUYỄN NHẤT HƯNG TÓM TẮT LUẬN VĂN Do nhu cầu phát triển kinh tế nước ta thời kỳ đổi tạo đà cho ngành xây dựng phát triển mạnh Hàng loạt cao ốc, trung tâm kinh tế thương mại mọc lên với quy mô ngày lớn đại Một đặc điểm chung giới Việt Nam hầu hết thành phố lớn, khu công nghiệp thường tập trung vùng đồng ven sông ven biển Những nơi chủ yếu nằm vùng đất yếu Mặt khác trình xây dựng phát triển đô thị vấn đề xây chen công trình nhà cao tầng với tải trọng lớn bên cạnh công trình cũ diễn phổ biến Do việc chọn lựa thiết kế phương án móng hợp lý, có ý nghóa rấât quan trọng không giải vấn đề kỹ thuật mà có ý nghóa lớn mặt xã hội Một giải pháp móng sử dụng có hiệu việc ứng dụng móng cọc khoan nhồi đặc biệt móng cọc khoan nhồi mở rộng đáy Do điều kiện địa chất khu vực TP HCM có chiều dày lớp đất yếu lớn nên việc ứng dụng cọc khoan nhồi mở rộng đáy nhằm tăng cường khả chịu tải mũi cọc làø có ý nghóa, nói giải pháp móng hợp lý cho nhà cao tầng thi công điều kiện Do đó, việc nghiên cứu ứng dụng cọc khoan nhồi mở rộng đáy thực hiện, có ý nghóa lớn mặt khoa học thực tiễn Phương pháp tính toán, cấu tạo cọc giải pháp thi công phương pháp kiểm tra chất lượng cọc quan tâm nghiên cứu Đồng thời yếu tố ảnh hưởng gây nên khuyết tật cho cọc trình thi công phân tích đánh giá giải pháp hợp lý phòng ngừa khắc phục cố khuyết tật thân cọc đề cập luận văn ABSTRACT Thanks to the development of our country’s economics, the capital construction has strongly developed A number of modern skyscrapers and trading centers has grown on a great scale One of the general features of the whole world including Vietnam is that almost the big cities and industrial zones are situated on the areas near the rivers and seas The regions have the soft soil structures In addition, during the period of constructing and developing the cities, it is quite popular to build the new high - rise buildings of loading capacity and the old ones alternatively The choice and design of the foundation play an important part, which not only solves the technical problems but also very meaningful for the society One of the effective solutions of foundation is the bored pile foundation, especially the enlarged bottom bored piles Due to the geological condition, Ho Chi Minh City is a place of a weak stratum of large thickness Therefore, the application of enlarged - bottom piles to strengthen the bearing capacity of the pile bases is very meaningful and is a suitable foundation solution for the high- rise buildings Thus, the study and application of enlarged bottom of bored piles have been carried out practically and scientifically The calculating and constructing methods as well as the testing of piles’ quality have been taken into account Besides, the factors affecting the constructing that cause the faults of bored piles have been analyzed and assessed Also, some preventive measures and suitable solution to overcome these obstacles have been mentioned in my thesis My thesis includes three main parts: PART I: OVERVIEW Chapter 1: General study about the research and application of the enlarged bottom bored piles in Vietnam and abroad Chapter 2: Study of geological features of the constructions in Ho Chi Minh City PART II: THE DETAILS Chapter 3: Study of the suitable approach about the calculation of the bearing capacity of enlarged bottom bored piles Chapter 4: Study the suitable solution about the structure method and the construction of the enlarged bottom bored piles Chapter 5: The testing method Non-Destructive to assess the quality of bored piles Chapter 6: The application of the calculation and design of a construction; and the comparison of the economic - technical effects between the enlarged bottom bored piles and bored piles of the same diameter PART III: CONCLUSION AND RECOMMENDATION Chapter 7: Conclusion and recommendation  MỤC LỤC PHẦN I: TỔNG QUAN Chương 1: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG CỌC KHOAN NHỒI MỞ RỘNG ĐÁY TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CỌC KHOAN NHỒI 1.1 Khái niệm phạm vi áp dụng Trang 1 1.2 Phân loại cọc khoan nhồi theo đặc điểm chịu lực 1.2.1 Cọc ma sát 1.2.2 Cọc chống 1.2.3 Cọc vừa chịu ma sát vừa chống mũi 1.3 Các ưu khuyết điểm cọc khoan nhồi 1.3.1 Những ưu điểm cọc khoan nhồi 3 1.3.2 Những khuyết điểm cọc khoan nhồi II TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG CỌC KHOAN NHỒI MỞ RỘNG ĐÁY TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 2.1 Các nghiên cứu liên quan đến cọc khoan nhồi mở rộng đáy 2.2 Các công trình thực tế ứng dụng cọc khoan nhồi MRĐ nước 2.2.1 Ở nước 2.2.2 Ở nước 2.3 Những vấn đề tồn liên quan đến chất lượng cọc khoan nhồi 2.3.1 Các tượng cố cọc khoan nhồi xảy trình thi công 8 2.3.2 Phân tích nguyên nhân gây cố cọc khoan nhồi 12 2.3.3 Các vấn đề liên quan đến tính toán sức chịu tải cọc khoan nhồi mở rộng đáy 16 III XÁC LẬP NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 17 Chương 2: NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH Ở KHU VỰC TP HỒ CHÍ MINH I ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH KHU VỰC TP HCM 18 1.1 Đặc điểm cấu trúc địa chất 1.1.1 Tầng cấu trúc 18 18 1.1.2 Tầng cấu trúc 18 1.1.3 Tầng cấu trúc 20 1.2 Địa hình địa mạo 20 1.2.1 Địa hình bóc mòn 1.2.2 Địa hình tích tụ - xâm thực 20 21 1.2.3 Địa hình tích tụ 21 1.3 Tính chất lý đất đá 22 1.4 Đặc điểm địa chất thủy văn 28 1.4.1 Mực nước ngầm 1.4.2 Thành phần hóa học nước 28 28 1.5 Các mặt cắt địa chất công trình tiêu biểu II CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐỂ THỐNG KÊ CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA ĐẤT 33 III PHÂN VÙNG ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH KHU VỰC TP HCM 3.1 Vùng đồi núi thấp bóc mòn (A) 37 37 3.2 Vùng đồng tích tụ - xâm thực (B) 37 3.3 Vùng đồng tích tụ (C) 38 IV ĐẤT YẾU VÀ CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ LÝ CỦA ĐẤT YẾU Ở KHU VỰC TP HỒ CHÍ MINH 4.1 Khái niệm đất yếu 39 39 4.2 Đặc trưng lý đất yếu 39 V NHẬN XÉT CHUNG VỀ ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH KHU VỰC TP HCM: 42 PHẦN II: NGHIÊN CỨU ĐI SÂU VÀ PHÁT TRIỂN Chương 3: NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP HP LÝ TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỌC KHOAN NHỒI MỞ RỘNG ĐÁY I DỰ TÍNH KHẢ NĂNG CHỊU TẢI DỌC TRỤC CỦA CỌC KHOAN NHỒI 44 1.1 Dự tính sức chịu tải (SCT) cọc theo tiêu lý đất 44 1.1.1 Tổng quan phương pháp tính toán 44 1.1.2 Dự tính SCT cọc khoan nhồi theo tiêu chuẩn Việt Nam 48 1.1.2.1 Theo 20 TCN21-86 48 1.1.2.2 Theo TCXD 195-1997 50 1.1.2.3 Theo TCXD 205-1998 53 1.1.3 Dự tính SCT cọc khoan nhồi theo tiêu chuẩn nước 1.2 Dự tính sức chịu tải (SCT) cọc theo kết thí nghiệm đất trường 1.2.1 Theo TCXD 195-1997 1.2.1.1 Dự tính SCT cọc theo kết xuyên tónh (CPT) 54 55 55 55 1.2.1.2 Dự tính SCT cọc theo kết xuyên tiêu chuẩn (SPT) 1.2.2 Theo tiêu chuẩn thiết kế AASHTO (1992) Myõ 57 58 1.2.3 Theo AIJ (Architectural Institu of Japan) Nhật 59 1.2.4 Theo ALSAMMAN (1995) 60 - 183 -  ’r = P’r = 2x 0.981x 25.3 = 49.6 T/m < P’b = 80.7 T/m Hệ số an toaøn: F = P’b/ P’r = 80.7/49.6 = 1.63 > 1.5 (thỏa)  Đối với lớp đất thứ 4-2 (SM2): độ sâu (- 41.5m), h42 = 8.5m, ’ = 1.01 (T/m3), cu = 0.6 (T/m2), u = 30o50’, ka = 0.322 Ta coù: qs41 = qs3 +’41h41 = 12.73 + 0.981x25.3 = 37.5 T/m2 ’ha = (’42h42 + qs41 – 2cu)ka = (1.01x8.5 + 37.5 – 2x0.6)0.322 = 14.47 T/m2 P’a = (0.5’42h422 + qs41h42 – 2cu.h42)ka = (0.5x1.01x8.52 + 37.5x8.5 – 2x0.6x8.5)0.322 = 111.1 < p’b = 0.5x0.15x41.32 = 127.92T/m Vậy theo lý thuyết lớp đất ổn định  Đối với lớp đất thứ 4-3 (SM3): độ sâu (- 47.7m), h43 = 6.2m ’43 = 1.06 T/m3, cu = 1.2 T/m2, u = 29o43’, Ka = 0.337 Tương tự ta có: qs42 = qs41 +’42h42 = 37.5 + 1.01x8.5 = 46.1 T/m2 ’ha = (’43h43 + qs42 – 2cu)ka = (1.06x6.2 + 46.1 – 2x1.2)0.337 = 16.94 T/m2 P’a = (0.5’43h432 + qs42h43 – 2cu.h43)ka = (0.5x1.06x6.22 + 46.1x6.2 – 2x1.2x6.2)0.337 = 98.17 < p’b = 0.5x0.15x47.52 = 169.2 T/m  Đối với lớp đất thứ (CH): độ sâu (- 52.0m), h5 = 4.3m ’5 = 1.15T/m3, cu = 16.5 T/m2, u = 14o56’, Ka = 0.59 Tương tự ta có: qs4 = qs42 +’43h43 = 46.1 + 1.06x6.2 = 52.67 T/m2 - 184 - ’ha = (’5 h5 + qs4 – 2cu)ka = (1.15x4.3 + 52.67 – 2x16.5)0.59 = 14.52 T/m2 P’a = (0.5’5h52 + qs4h5 – 2cu.h5)ka = (0.5x1.15x4.3 + 52.67x4.3 – 2x16.5x4.3)0.59 = 56.17 < p’b = 0.5x0.15x 51.82 = 201.2 T/m Nhận xét: Vậy để đảm bảo ổn định thành vách hố khoan cần chọn bùn bentonite có tỷ trọng b = 1.15 T/m3 mực bùn bentonite cao mực nước ngầm 2m - 185 - PHỤ LỤC -2 H/ro Mối quan hệ m tỷ số độ sâu H/ro (theo TERZAGHI, 1943) m = ro/ro PHUÏ LUÏC -3 Mối quan hệ tỷ số độ sâu H/ro hệ số áp lực đất Kr, K = - sin vaø K = 1, (theo PRATER, 1977)  = 20o K = - sin K=1 H/r 25o  = 20o 30o 35o o 25 30o 35o 40o 40o 45o 45o Kr TÊN LỚP MÔ TẢ ĐẤT lớp Bùn sét hữu cơ, màu xám đen, TT chảy lớp Cát mịn lẫn sét, màu xám trắng, chặt Giá trị tính toán tiêu chuẩn Độ ẩm W% Dung trọng ướt W (g/cm3) Dung trọng khô W (g/cm3) Tỷ trọng hạt  Độ bảo hòa S (%) Độ rỗng n % Hệ số rỗng e độ sệt (B) Lực dính C (kg/cm2) Góc ma sát  (độ) Giá trị TC 77.475 1.349 0.728 2.630 85.750 72.625 2.622 1.164 0.0826 2.000  = 0.85 86.673 1.330 0.714 2.640 86.980 73.095 2.680 1.204 0.0677 0026'  = 0.95 93.079 1.319 0.704 2.648 87.836 73.423 2.721 1.232 0.0584 -0033' 28.375 1.773 1.383 2.628 82.750 47.250 0.904 - 0.0888 26.103  = 0.85 30.197 1.734 1.339 2.633 87.353 49.045 0.964 - 0.065 25.162  = 0.95 31.801 1.699 1.301 2.639 91.404 50.625 1.017 - 0.044 24.334 24.450 1.855 1.490 2.705 81.000 45.000 0.818 0.665 0.1808 5.053  = 0.85 25.765 1.825 1.450 2.709 81.884 46.531 0.868 0.712 0.172 4.632  = 0.95 26.923 1.799 1.416 2.712 82.662 47.878 0.912 0.754 0.164 4.261 18.850 1.908 1.613 2.660 73.250 39.500 0.665 - 0.0370 22.565  = 0.85 23.208 1.847 1.498 2.665 80.456 43.754 0.773 - 0.019 12.472  = 0.95 27.043 1.793 1.396 2.670 86.797 47.498 0.869 - 0.006 0.572 GT tính toán Giá trị TC GT tính toán Giá trị TC lớp lớp Sét lẫn bụi màu xám, trạng thái dẻo mềm Cát mịn lẫn sạn, màu xám trắng, chặt vừa GT tính toán Giá trị TC GT tính toán Bảng 2-8: Bảng tổng hợp kết thống kê tiêu lý đất Độ ẩm Mô tả đất STT W Lớp (CL1): Sét pha cát, trạng dẻo mềm Tỷ trọng w d n g/cm3 24.0 1.834 1.479 - 18.7 2.08 1.752 20.8 2.031 25.7 Độ Hệ Độ Giới hạn chảy dẻo (%) rỗng số bảo n rỗng hòa Độ sệt WL WP IP IL (%) e Sr 2.684 44.9 0.81 79 29.7 14.6 15.1 1.116 2.755 36.4 0.57 90.1 36.5 19.5 1.682 1.066 2.733 38.5 0.63 91.0 41.2 1.972 1.569 0.981 2.667 41.2 0.7 97.9 22.7 1.982 1.616 1.01 2.665 39.4 0.65 20.4 2.044 1.699 1.061 2.664 36.2 17.5 2.136 1.819 1.151 2.723 33.2 (%) Dung trọng (T/m3) Lực Góc dính ma saùt Cu kg/cm u () 0.62 0.13 6o19’ 17.0