Nghiên cứu ứng dụng khảo sát thiết kế thi công kiểm tra chất lượng và sức chịu tải của cọc khoan nhồi cho các công trình cầu ở việt nam

Luận văn tốt nghiệp cao học khoá 12 HD: TS Lê Văn Nam Đai Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LUẬN VĂN THẠC SỸ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG KHẢO SÁT – THIẾT KẾ – THI CÔNG – KIỂM TRA CHẤT LƯNG VÀ SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC KHOAN NHỒI CHO CÁC CÔNG TRÌNH CẦU Ở VIỆT NAM CHUYÊN NGÀNH: CẦU, TUYNEL VÀ CÁC CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG KHÁC TRÊN ĐƯỜNG ÔTÔ VÀ ĐƯỜNG SẮT MÃ SỐ NGÀNH: 2.15.10 NGUYỄN CHI ĐOÀN TP HỒ CHÍ MINH, Tháng 12 Năm 2003 Học Viên: Nguyễn Chi Đoàn Trang Luận văn tốt nghiệp cao học khoá 12 HD: TS Lê Văn Nam CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: TS LÊ VĂN NAM 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 Học Viên: Nguyễn Chi Đoàn Trang Luận văn tốt nghiệp cao học khoá 12 Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HD: TS Lê Văn Nam CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phuùc -o0o - -o0o - NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ Và Tên Học Viên: NGUYÊN CHI ĐOÀN Phái: nam Ngày tháng năm sinh: 25/04/1975 Nơi sinh: Buôn Mê Thuật Chuyên ngành: Cầu, Tuynel công trình xây dựng khác đường ôtô đường sắt Mã số ngành: 2.15.10 I - TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên Cứu ng Dụng Khảo Sát – Thiết Kế – Thi Công – Kiểm Tra Chất Lượng Và Sức Chịu Tải Của Cọc Khoan Nhồi Cho Các Công Trình Cầu Việt Nam II - NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG 1- NHIỆM VU: Nghiên cứu ứng dụng cọc khoan nhồi cho công trình cầu Việt Nam 2- NỘI DUNG: CHƯƠNG 1: CHƯƠNG 2: CHƯƠNG 3: CHƯƠNG 4: CHƯƠNG 5: CHƯƠNG 6: Khảo Sát Địa Chất Trong Xây Dựng Móng Cọc Khoan Nhồi Thiết Kế Cọc Khoan Nhồi Thi Công Cọc Khoan Nhồi Kiểm Soát Chất Lượng Cọc Khoan Nhồi Kiển Tra Sức Chịu Tải Cọc Khoan Nhồi Các Nhận Xét, Kết Luận Và Kiến Nghị III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: Ngày tháng năm 2003 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: Ngày tháng .năm 2003 V- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS LÊ VĂN NAM VI- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT 1: VII- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT 2: CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CÁN BỘ NHẬN XÉT CÁN BỘ NHẬN XÉT TS LÊ VĂN NAM Nội dung đề cương luận văn thạc só Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua Ngày tháng năm 2003 TRƯỞNG PHÒNG QLKH-SĐH Học Viên: Nguyễn Chi Đoàn CHỦ NHIỆM NGÀNH Trang Luận văn tốt nghiệp cao học khoá 12 HD: TS Lê Văn Nam LỜI CẢM ƠN Trước hết, tác giả chân thành cảm ơn thầy hướng dẫn TS Lê Văn Nam quan tâm đến đề tài tận tình hướng dẫn tác giả thực thành công đề tài Thứ đến tác giả cảm ơn qúy thầy, cô hướng dẫn tác giả khỏang thời gian qua học tập nghiên cứu trường giải đáp thắc mắc tác giả yêu cầu Tác giả chân thành cảm ơn tác giả khác sách, tài liệu liên quan đến luận văn mà tác giả tham khảo, đồng cảm ơn cán có liên quan tạo điều kiện cho tác giả thực nghiệm công trường để có số liệu thực tế qua công trình cụ thể để làm số liệu tham khả o cho tài liệu nghiên cứu Xin chân thành cảm ơn./ Tác Giả Luận Văn Nguyễn Chi Đoàn Học Viên: Nguyễn Chi Đoàn Trang Luận văn tốt nghiệp cao học khoá 12 HD: TS Lê Văn Nam SUMMARY OF THESIS Nowadays, in bridge construction field all over the world, bored pile solution is very popular because of advantages: - Bored pile can bear heavy horizontal and vertical loads - Bored pile solution is suitable for most of different types of geology - Construction of bored pile does not shake to others construction In Viet Nam, application of bored piles is just in the first stage, but has given reliable results However, there are also many problems in application of bored pile in Viet Nam In order to understand more about the application of bored piles for bridge construction projects in Viet Nam, the author writes this paper with an aim to make this paper become a good reference for interested people in this field The title of paper: Research and application of examination of geology – designing bored pile – construction of bored pile - Quality and Load endurance controll for bored pile Contents of paper: - Research on the characteristics of geology to apply bored pile solution for bridge construction - Research on the calculation of bearing capacity, stability and deformation of bored pile in typical characteristics of geology in Viet Nam - Research on the suitable solution to build bored pile - Research on the quality verifying solution of bored pile - Research on the load endurance verifying solution of bored pile -o0o - Học Viên: Nguyễn Chi Đoàn Trang Luận văn tốt nghiệp cao học khoá 12 HD: TS Lê Văn Nam MỤC LỤC -o0o Phần A: GIỚI THIỆU CHUNG Trang Đặt vấn đề Trang Tính cấp thiết đề taøi Trang 10 Tính thực tiễn đề tài Trang 10 Tình hình thực Viện Nam Trang 10 Nguồn gốc điều kiện áp dụng xây dựng cọc khoan nhồi (CKN) Trang 11 Các ưu khuyết điểm cọc khoan nhồi so với cọc đóng Trang 12 Các thiết bị thi công cọc khoan nhồi nước Trang 14 Phần B: CÁC CHƯƠNG THỰC HIỆN CHÍNH CỦA ĐỀ TÀI Trang 25 Chương 1: Khảo sát địa chất xây dựng móng cọc khoan nhồi Trang 25 A Những vấn ñeà chung Trang 25 B Những nội dung khảo sát địa chất Trang 26 Việc chọn phương pháp khoan Trang 26 Theo dõi, đo đạc ghi chép qúa trình khoan Trang 28 Kết luaän Trang 28 Kiến nghị khảo sát địa chất thủy văn cho cọc khoan nhồi Trang 28 Chương 2: Thiết kế cọc khoan nhoài Trang 31 I Tổng quát xu hướng tính toán khả chịu tải CKN Trang 31 Sức chịu tải cọc đơn dựa theo tiêu lý đất Trang 31 Sức chịu tải CKN dựa vào kết qủa khảo sát thiết bị thí nghiệm trường Trang 32 II Khả chịu tải CKN đơn theo tiêu lý đất Trang 32 A Một số quan điểm tính toán chung Trang 32 Đối với cọc đất seùt Trang 33 Đối với cọc khoan nhồi đất cát Trang 34 B Sức chịu tải CKN theo số quan điển tính toán riêng Trang 35 Công thức xác định sức chịu tải Terzaghi Trang 35 Công thức xác định sức chịu tải Vesic Trang 36 Sức chịu tải CKN theo tiêu chuẩn SNIP 2.02.03.85 (TCXD 205:1998) Trang 37 Sức chịu tải CKN theo 22TCN –272 - 01 (AASHTO – LRFD – 1998) Trang 39 Sức chịu tải CKN theo FHWA Trang 47 Sức chịu tải CKN theo Braja M.Das Trang 51 III Sức chịu tải CKN có kể đến ma sát âm Trang 62 IV Sức chịu tải CKN theo kết qủa thí nghiệm trường Trang 64 Theo kết qủa xuyên tónh (CPT) tiêu chuẩn Việt Nam 195: 1997 Trang 64 Cách tính LCPC dựa thí nghiệm CPT Trang 65 Học Viên: Nguyễn Chi Đoàn Trang Luận văn tốt nghiệp cao học khoá 12 HD: TS Lê Văn Nam Cách tính Alsamman (1995) dựa thí nghiện CPT Trang 68 Sức chịu tải cọc theo kết qủa xuyên tiêu chuẩn (SPT) Trang 71 Sức chịu tải cọc dựa vào kết qủa thí nghiệm tải trọng Trang 72 V Thí dụ tính toán, nhận xét kiến nghị Trang 72 Xác định sức chịu tải CKN Trang 72 Nhận xét kiến nghị Trang 85 Chương 3: Thi công cọc khoan nhồi Trang 87 Công tác khoan tạo lỗ Trang 87 Công tác gia công lồng cốt thép Trang 87 Công tác đổ bê tông cọc Trang 94 nh hưởng biện pháp thi công đến khả chịu tải Trang 94 Dung dòch khoan Trang 98 Tác dụng vữa Bentonite thành vách hố khoan Trang 99 Nhận xét kết luận Trang 108 Chương 4: Kiểm soát chất lượng cọc khoan nhồi Trang 110 A Kiểm tra thi công coïc Trang 110 Yêu cầu chung Trang 110 Khối lượng kiểm tra Trang 110 Kieåm tra chất lượng lỗ cọc Trang 112 Điều chế qủan lý dung dịch giữ thành Trang 116 Kiểm tra lồng thép lắp đặt ống đo Trang 117 Kiểm tra chất lượng bê tông công nghệ đổ bê tông Trang 118 Một số cố thøng gặp Trang 120 B Kiểm tra thi công xong cọc Trang 123 Phương pháp siêu âm truyền qua oáng Trang 123 Phương pháp thử động biến dạng nhỏ Trang 126 10 Phương pháp tia GAMA truyền qua lỗ Trang 128 11 Phương pháp khoan lấy mẫu Trang 131 12 Quan sát thiết bị vô tuyến Trang 131 13 Kết luận Trang 132 Chương 5: Kiểm tra sức chịu tải cọc khoan nhồi Trang 133 Phương pháp thử động biến dạng lớn PDA (Pile Driving Analizer) Trang 133 Phương pháp thử tónh động STN (Statnamic) Trang 145 Phương pháp thử tải trọng tónh truyền thống Trang 145 Phương pháp thử tải trọng tónh hộp tải trọng OSTERBERG Trang 151 Nhận xét Trang 157 Chương 6: Các nhận xét, kết luận kiến nghị Trang 159 I Công tác khảo sát địa chất – thủy văn để thiết kế thi công CKN Trang 159 II Quan điểm tính toán thiết kế cọc khoan nhồi Trang 159 Học Viên: Nguyễn Chi Đoàn Trang Luận văn tốt nghiệp cao học khoá 12 HD: TS Lê Văn Nam III Thi công cọc khoan nhồi Trang 159 IV Ứng dụng phương pháp để kiểm tra chất lượng cọc khoan nhối Trang 160 V Ứng dụng phương pháp thử tải cho cọc khoan nhoài Trang 160 Học Viên: Nguyễn Chi Đoàn Trang Luận văn tốt nghiệp cao học khóa 12 HD: TS Lê Văn Nam PHẦN I TỔNG QUAN VỀ CỌC KHOAN NHỒI GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Đặt Vấn Đề Nền móng phận quan trọng công trình mà chúng gánh chịu toàn tải trọng từ truyền xuống Việt Nam, xây dựng cầu công trình chịu tải trọng lớn, vùng đất yếu (Đồng sông Cửu Long Đồng sông Hồng), để truyền tải trọng lớn xuống lớp đất tốt bên không gây ảnh hưởng xấu đến môi trường xung quanh, người ta nghó đến việc sử dụng móng cọc khoan nhồi Móng cọc khoan nhồi, công nghệ thi công móng phát triển rộng rãi nước Phương tây kỷ XX, du nhập vào Việt Nam năm 90, nhanh chóng phát huy ưu tuyệt đối lónh vực Song, điều kiện Việt Nam, việc thiếu thiết bị thi công, thiếu trang thiết bị kiểm tra chất lượng cọc, kiểm tra khả chịu tải cọc, xử lý khuyết tật có … nên việc ứng dụng móng cọc khoan nhồi giai đoạn bước đầu Nhằm đáp ứng yêu cầu trên, nội dung luận văn tốt nghiệp Cao học với đề tài “Nghiên cứu ứng dụng khảo sát – thiết kế – thi công – kiểm tra chất lượng, khả chịu tải cọc khoan nhồi cho công trình cầu Việt Nam “ với mong muốn đạt đến mục đích: Nghiên cứu áp dụng phương pháp khảo sát địa kỹ thuật để phục vụ cho công tác thiết kế, thi công móng cọc khoan nhồi cho công trình cầu phù hợp với quan điểm thiết kế điều kiện thi công Việt Nam Nghiên cứu ứng dụng phương pháp tính tóan khả chịu tải cọc khoan nhồi loại địa chất khác Việt Nam với điều kiện khảo sát địa kỹ thuật Nghiên cứu ứng dụng đề suất số phương pháp để kiểm tra chất lượng cọc khoan nhồi điều kiện kinh tế, kỹ thuật Việt Nam Nghiên cứu ứng dụng đề suất số phương pháp kiểm tra khả chịu tải cọc khoan nhồi để ứng dụng có hiệu qủa, phù hợp điều kiện Việt Nam Vì thời gian thực đề tài có hạn, nên đề tài nghiên cứu không tránh khỏi khuyết điểm thiếu sót Rất mong góp ý bảo Quý Cô, Thầy, bạn ngườiø quan tâm đến nội dung đề tài 1.2 Tính Cấp Thiết Của Đề Tài Như đề cập trên, việc ứng dụng cọc khoan nhồi vào ngành xây dựng công trình cầu đột phá quy mô công trình xây dựng, từ phương án móng cọc (đóng, ép, cọc ống ) chịu tải trọng nhỏ (vài trăm / cọc) người ta truyền tải trọng hàng ngàn tấn/cọc Việt Nam nước có hệ thống Học viên: Nguyễn Chi Đoàn Trang Luận văn tốt nghiệp cao học khóa 12 HD: TS Lê Văn Nam sở hạ tầng phát triển mạnh theo nhu cầu đòi hỏi cấp bách phát triển xã hội, việc ứng dụng công nghệ kỹ thuật có hiệu qủa để phát triển sở hạ tầng cần thiết Hiện việc ứng dụng cọc khoan nhồi vào xây dựng cầu điều hoàn toàn Nhưng việc ứng dụng cho hợp lý, đạt chất lượng, có hiệu qủa mặt kỹ thuật, kinh tế vấn đề lớn mà cần phải làm sáng tỏ để ứng dụng cách tốt phù hợp với điều kiện Việt Nam 1.3 Tính Thực Tiễn Của Đề Tài Đây đề tài “Nghiên Cứu ng Dụng” quan điểm tính toán theo lý thuyết thực nghiệm, công nghệ thi công, kiểm tra chất lượng thử tải cho cọc khoan nhồi thực giới đề suất ứng dụng cần thiết để sử dụng cọc khoan nhồi cho phù hợp với điều kiện Việt Nam Giới hạn đề tài: Đề tài không sâu nghiên cứu để xây dựng hay phát triển sở lý thuyết Khoa học kỹ thuật giới (các nước phát triển) ngày phát triển với trình độ cao với việc nghiên cứu thí nghiệm có hệ thống, nên việc ứng dụng kịp thời, đắn cách có hiệu qủa thành tựu khoa học thành công lớn cho đất nước Tài liệu nghiên cứu ứng dụng có ý nghóa thiết thực cho việc tham khảo để tiến hành thực công đoạn khảo sát, thiết kế, thi công, kiểm tra chất lượng thử tải cho cọc khoan nhồi để người tham gia thực làm tài liệu tham khảo áp dụng, tài liệu đáp ứng kịp thời yêu cầu cấp thiết tương lai cho việc phát triển sở hạ tầng Việt Nam TÌNH HÌNH ỨNG DỤNG CỌC KHOAN NHỒI Ở VIỆT NAM Việt Nam, việc ứng dụng cọc khoan nhồi muộn màng ngày ưa chuộng, đặc biệt công trình cầu chịu tải trọng đứng ngang lớn, công trình cầu khu vực dân cư đông đúc thành phố Hồ Chí Minh, Hà Nội … Tổng Công ty Xây dựng cầu Thăng Long, trang bị máy khoan vận hành ngược TRC-15 hãng Tone máy khoan đất Sanua D60 KP-SE hãng Sanwakizai để thi công cầu vùng đô thị Với thiết bị này, người ta thi công cọc khoan nhồi với đường kính từ 600 – 1500 mm, chiều sâu từ 30m – 60m Điển hình móng trụ cầu Việt Trì, thuộc tuyến đường sắt Hà Nội – Lào Cai km 70 + 196 gồm 18 cọc khoan nhồi có đường kính 1420 mm khoan sâu 40m, thời gian 78 ngày (5/1992) khu vực phía Nam, Xí nghiệp Khảo sát xây dựng số 4, 65Bis – Mạch Đỉnh Chi – Q.1 – TP.HCM mạnh dạn cải biên máy khoan Liên Xô YRB 3AM 500 YRB 2,5A để thi công cọc khoan nhồi có đường kính 400 – 800mm với chiều sâu tối đa khoảng 40 – 50m Học viên: Nguyễn Chi Đoàn Trang 10 Luận văn tốt nghiệp cao học khóa 12 D: TS Lê Văn Nam (indicator), dây căng, gương thước đo, máy thủy chuẩn Trong hệ thống đo chuyển vị kế, hai dầm đỡ đặt song song hai bên cọc thí nghiệm đặt gối cố định, gối phải đặt xa dầm thí nghiệm 2.5 m (hình 3.2.1) 3.2.1.2 Dây, gương hệ thống thườc đo: bao gồm hai dây song song dây phía cọc thí nghiệm hai đầu tỳ lên vị trí xa cọc neo (được neo chặt vào gối đỡ) Mỗi dâu ngang qua mặt cọc thí nghiệm cách mặt cọc khoảng 25 mm Gương thước đo đặt mặt cọc đối diện với dây Chuyển vị dọc trục cọc ghi lại từ số đọc trực tiếp thang đobằng đường trùng hợp dây ảnh gương (hình 3.2.1) 3.2.1.3 Hệ quan sát thủy chuẩn: máy thủy chuẩn nói chung dùng để đo chuyển vị dọc trục cọc với nghóa kiểm tra nghóa đo Hê gồm máy thủy chuẩn đặt cách cọc thí nghiệm cọc neo 10 lần đường kính cọc 3.3 Quy Trình Thí Nghiệm (phương pháp thử trì chậm SM) Qui trình thí nghiệm ASTM D1143-81 (1998) đề nghị gồm bước sau: - Gia tải tải cọc gồm bước đạt tới 200% tải trọng thiết kế nghóa 25%, 50%, 75%, 100%, 125%, 150%, 175% 200% - Duy trì nấc tải trọng tới tốc độ lún cọc giảm tới 0.25 mm/h không dài hai cho phép tăng lên cáp tải - Duy trì nấc tải 200% 24 -Sau thời gian trì yêu cầu lại giảm tải nấc 20% lần trì - Sau tăng tải giảm tải lại tiếp tục tăng giảm tải tới 1.5 lần tải trọng thiết kế nấc tải trọng giữ thời gian 20 phút - Sau lại tăng tải với bước tăng 10% tải trọng thiết kế phá hoại nấc tải giữ thời gian 20 phút Trên sở kết thử tải cọc, biểu đồ độ lún đầu cọc sức chịu tải thành lập khả mang tải cọc xác định với hệ số an toàn thiết kế 3.4 Một Số Công Trình Thực Tế Thử Tải Bằng Phương Pháp Này Ví dụ: Hình 3.4a: dàn thử tải trọng tónh công ty 68, nén cọc khoan nhồi cầu vượt Sóng thần thuộc dự án đường Xuyên Á: Hình 3.4a Dàn thử tải trọng tónh -cầu vượt Sóng Thần thuộc dự án đường Xuyên Á Học viên: Nguyễn Chi Đoàn Trang 146 Luận văn tốt nghiệp cao học khóa 12 D: TS Lê Văn Nam CẦU SỐ 1-Mố A - Cọc số (Thuộc dự án cải tạo đường dọc kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè) Đặc điểm cọc thí nghiệm: Cọc khoan nhồi Þ1000mm, cọc thi công theo phương pháp khoan đổ bê tông nước ống tremie, cọc thí nghiệm có thông số kỹ thuật sau: Số hiệu cọc Cầu số 1-mố A- cọc số Đường kính cọc 1000mm Chiều dài cọc 42.3m Tải trọng thiết kế 350 Tải trọng thí nghiệm 700 Kết thí nghiệm: - Chu kỳ 1: tải trọng thí nghiệm 350T (100% tải thiết kế), độ lún đầu cọc 3.14mm, sau giảm tải không độ lún dư 0.64mm - Chu kỳ 2: tải trọng thí nghiệm 700T (200% tải thiết kế), tổng độ lún đầu cọc 8.68mm, sau giảm tải không độ lún dư 1.18mm Nhận xét kết qủa thí nghiệm: Kết qủa thí nghiệm đạt tải trọng thiết kế theo lý thuyết ban đầu, độ lún cấp tải hai chu kỳ thỏa yêu cầu kỹ thuật đề ra, chứng tỏ kết qủa tính toán thiết kế theo lý thuyết chấp nhận Các biểu đồ quan hệ: Học viên: Nguyễn Chi Đoàn Trang 147 Luận văn tốt nghiệp cao học khóa 12 Học viên: Nguyễn Chi Đoàn D: TS Lê Văn Nam Trang 148 Luận văn tốt nghiệp cao học khóa 12 D: TS Lê Văn Nam 3.5 Nhân Xét Kết Luận: Trong phương pháp thử tải trọng cọc khoan nhồi: Phương pháp thử tải trọng tónh truyền thống không dùng thiết bị đại chi phí cũn g cao gặp điều kiện khó khăn mặt Kết thử tải sức chịu tải tổng cộng cọc (không cho biết riêng: sức chịu tải mũi cọc sức chịu tải thân cọc) Đối với vị trí cọc khoan nhồi nằm nơi sông rộng, nước sâu địa hình chật hẹp việc chất tải đối trọng để thử tải tónh truyền thống gặp khó khăn gây tốn kém, không thực Bên cạnh cọc khoan nhồi có sức chịu tải từ 4.000-10.000 lớn hệ đối trọng để gia tải theo phương pháp gặp khó khăn, không thực Do phạm vi áp dụng thử tải tónh truyền thống chủ yếu sử dụng để thử tải cọc có tải trọng 4.000 cọc bố trí mặt rộng rãi cạn Việc kiểm tra sức chịu tải cọc khoan nhồi nước ta có TCXD 196-1997 hiệu lực Sử dung tiêu chuẩn có nhiều điểm bị hạn chế như: thử tải trọng tónh 1% tổng số cọc thiết kế Như với cọc thử không đủ xác suất đại diện cho 99 cọc lại Ngoài sử dụng phương pháp tốn nhiều thời gian, phương tiện kỹ thuật Tuy nhiên phương pháp cho kết qủa xem xác phương pháp nay, làm sở cho việc thí nghiệm phương pháp khác Do cọc lại phải tiến hành thí nghiệm động lực học để đối chiếu đảm bảo chất lượng móng cọc khoan nhồi PHƯƠNG PHÁP THỬ TẢI TĨNH BẰNG HỘP TẢI TRỌNG OSTERBERG Như phân tích trên, việc xác định sức chịu tải cọc phương pháp thử tải trọng tónh coi có độ xác cao Tuy nhiên lúc thực lý sau: - Chi phí cho thí nghiệm lớn, đặc biệt cọc mặt đất tự nhiên (ngoài sông, biển…) - Tốn thời gian cho công tác chuẩn bị thí nghiệm nên ảnh hưởng đến thời gian xây dựng - Khó khăn thực điều kiện mặt thi công chật hẹp Ngoài ra, kết qủa thu từ phương pháp thử tải trọng tónh hạn chế giá trị thành phần sức kháng thành bên sức chống mũi mà cho giá trị tổng cộng hai thành phần Để khắc phục nhược điểm trên, năm 1980, GS Jory O Osterberg người Mỹ trường Đại Học Northwestern, Florida đưa công nghệ nén tónh có tên thử tải trọng tónh hộp thử Osterberg Phương pháp áp dụng rộng rãi giới nước ta ứng dụng thành công công trình tháp Vietcombank số 198 phố Trần Nhật Duật Hà Nội công ty Bachy Soletanche tiến hành, phía nam có công trình cầu Mỹ Thuận Đó nhờ ưu điểm sau: - Chi phí thấp so với thử tải trọng tónh truyền thống Học viên: Nguyễn Chi Đoàn Trang 149 Luận văn tốt nghiệp cao học khóa 12 D: TS Lê Văn Nam - Tiết kiệm thời gian - Không chiếm dụng mặt phía đầu cọc - Xác định cách riêng rẽ thành phần ma sát bên sức chông mũi cọc 4.1 Nguyên Lý: Dùng hay nhiều hộp tải trọng OSTERBERG (hộp thủy lực làm việc kích thủy lực) đặt mũi cọc khoan nhồi hay vị trí mũi thân cọc trước đổ bê tông thân cọc Sau đổ bê tông đủ cường độ, tiến hành thử tải cách bơm dầu thủy lực để tạo áp lực hộp kích Đối trọng trọng lượng cọc sức chống ma sát hông Theo nguyên lý phản lực, lực truyền xuống đất mũi cọc lực truyền lên thân cọc Việc thử đạt tới phá hoại hai phá hoại xảy mũi cọc quanh thân cọc Dựa theo thiết bị đo chuyển vị đo lực gắn sẵn hộp tải trọng OSTERBERG vẽ biểu đồ quan hệ lực tác dụng chuyển vị mũi cọc thân cọc Tuỳ theo trường hợp phá hoại thu biểu đồ quan hệ tải trọng – chuyển vị Việc gia tải đo đạc, áp dụng theo tiêu chuẩn ASTM D1143-1995 “ Trình tự thử tải nhanh” Mỹ Cách xác định tải trọng giới hạn: Do có phá hoại mũi thân cọc nên phải áp dụng phương pháp ngoại suy để tìm phá hoại thứ hai, tính theo công thức sau: Pghcọc = Pghmũi + Pghthân Nếu không tin tưởng ngoại suy thiên an toàn (lấy trị số bé), ta lấy: Pghcọc = Pghthu Thực hiện: Đổ lớp bêtông đủ dày đáy thả hệ hộp kích (O-cell) xuống (thường mũi cọc hay vị trí thích hợp thân cọc), sau lại đổ bê tông tiếp phần cọc Nhờ phương pháp dùng hệ gia tải bên đối trọng hệ neo mà dùng trọng lượng thân cọc ma sát thành bên làm đối trọng Để tạo tải, thân cọc bố trí hộp tải trọng làm việc kích thủy lực thông thường có cấu tạo phù hợp chôn trước thân cọc Sau cọc đủ cường độ tiến hành tạo tải cách bơm dầu vào kích chôn cọc (hình 4.1) Hệ điều khiển ghi chép từ mặt đất Sử dụng phương pháp thí nghiệm riêng biệt đồng thời hai tiêu sức chịu mũi cọc lực ma sát bên cọc Tải thí nghiệm đạt đến 18.000 tấn, thời gian gian tiến hành thí nghiệm vòng 24 Sau thử xong bơm bê tông xuống lấp đầy hệ kích cho hệ liên tục Gọi tổng lực ma sát thành bên toàn chiều dài cọ c Pms lực chống mũi Pm lực hộp tải trọng P0 ta có nhận xét sau: tạo lực P0 hộp Osterberg theo nguyên lý cân phản lực, lực P0 truyền lên thân cọc hướng lên phía cân với lực ma sát thành bên trọng lượng thân cọc (G) Còn lực P khác hướng xuống chống lại sức chống đất mũi cọc Như qúa trình chất tải tăng P0 ta có: Học viên: Nguyễn Chi Đoàn Trang 150 Luận văn tốt nghiệp cao học khóa 12 D: TS Lê Văn Nam Hình 4.1: Sơ đồ bố trí thiết bị chất tải theo phương pháp thử tónh hộp Osterberg P0.(G+Pms) < G + Pmsgiới hạn (6.11) Hoặc P0.(Pm) < Pmgiới hạn (6.12) Cọc thí nghiệm đạt tới giới hạn phá hoại đạt đến cân hai biểu thức nêu trên, tức cọc bị phá hoại mũi trước (đất mũi cọc đạt đến phá hoại) bị phá hoại thành bên trước (cọc đất xung quanh có chuyển dịch dẻo) 4.2 Phạm Vi p Dụng: - Có thể thấy phương pháp phù hợp với cọc có sức chống giới hạn thành bên mũi cọc tương đương Còn trường hợp sức chống giới hạn mũi nhỏ sức Học viên: Nguyễn Chi Đoàn Trang 151 Luận văn tốt nghiệp cao học khóa 12 D: TS Lê Văn Nam chống thành bên đặt tầng mũi cọc thân cọc để thử Cao trình đặt tầng thân phải đảm bảo điều kiện Pghmũi  Pgh đoạn thân AB Ở Cầu Mỹ Thuận thực theo phương pháp Khi trình tự chất tải phức tạp để xác định P ghmũi, Pghđoạn thân Pghđoạn toàn thân cọc - Phương pháp áp dụng thử tải cho cọc khoan nhồi có sức chịu tải lớn, nơi khó khăn mặt thi công, hay cọc sông nước 4.3 Biểu Đồ Quan Hệ Tải Trọng – Chuyển Vị Đầu Cọc Do kết qủa thu hai biểu đổ tải trọng – chuyển vị mũi độc lập nên để dễ sử dụng so sánh với thử tải tónh truyền thống phải xây dựng biểu đồ tải trọng – chuyển vị đầu cọc tương đương thử tải tónh truyền thống Muốn phải dựa vào giả thiết sau: - Đường cong tải trọng - chuyển vị mũi cọc giống đường cong tải trọng - chuyển vị chất tải truyền thống với tải trọng dịch chuyển xuống hộp tải trọng - Đường cong tải trọng - chuyển vị ma sát bên chuyển dịch lên giống đường cong tải trọng - chuyển vị xuống thí nghiệm truyền thống - Bỏ qua độ nén co thân cọc xem vật rắn Với giả thiết trên, giả sử chuyển vị điểm đường cong dịch chuyển lên Hình 4.3a: Đường cong tải trọng – chuyển vị đạt đến ma sát giới hạn Học viên: Nguyễn Chi Đoàn Trang 152 Luận văn tốt nghiệp cao học khóa 12 D: TS Lê Văn Nam (hình 4.3a) ghi lại giá trị tải trọng ứng với chuyển vị Trên đường cong dịch chuyển xuống tìm điểm có chuyển vị giống chuyển vị điểm đường cong dịch chuyển lên ghi lại tải trọng tương ứng Cộng hai tải trọng cho giá trị tải trọng tổng cộng ma sát bên chống mũi chuyển vị điểm Đường cong xây dựng lại có chuyển vị chuyển vị điểm đường cong dịch chuyển lên xuống tải trọng tổng tải trọng hai đường nói có chuyển vị điểm (hình 4.3b) Tiến hành tương tự cho số điểm khác chuyển vị cực đại thí nghiệm hộp tải trọng Do thí nghiệm phá hoại xẩy ma sát bên nên đường cong sức chống mũi xuống ngoại suy phá hoại Qúa trình tiếp tục dùng đường cong xuống ngoại suy đường cong lên đo điểm – 12 hình 4.3a Cách xây dựng tương tự cho trường hợp phá hoại xẩy sức chống mũi cọc TRƯỜNG HP ĐẠT ĐẾN SỨC CHỊU TẢI BÊN GIỚI HẠN Hình 4.3b: Đường cong chuyển vị chất tải đỉnh tương đương Học viên: Nguyễn Chi Đoàn Trang 153 Luận văn tốt nghiệp cao học khóa 12 D: TS Lê Văn Nam MỘT SỐ HÌNH ẢNH GIA CÔNG HỘP TẢI TRỌNG OSTERBERG CHO CÔNG TRÌNH CẦU MỸ THUẬN Học viên: Nguyễn Chi Đoàn Trang 154 Luận văn tốt nghiệp cao học khóa 12 D: TS Lê Văn Nam Nhận Xét: Qua phương pháp kiểm tra chất lượng cọc khoan nhồi trình bày có nhận xét – kết luận sau:  Khâu kiểm tra chất lượng cọc khoan nhồi khâu quan trọng thiếu Vì vậy, cần phải lựa chọn phương pháp kiểm tra chất lượng cọc khoan nhồi cho đảm bảo yêu cầu mà chi phí lại thấp + Trong phương pháp kiểm tra chất lượng bê tông cọc khoan nhồi phương pháp khoan lấy lõi cho kết xác nhất, chí phí cao thời gian kiểm tra lâu Kế đến, phương pháp tia gamma siêu âm truyền qua lỗ cho kết đáng tin cậy, thời gian kiểm tra nhanh giá thành không cao, phương pháp biến dạng cho kết với mức tin cậy không cao thời gian thử lại nhanh chi phí rẻ Do vậy, tuỳ theo mức độ quan trọng công trình mà ta lựa chọn phương pháp cho thích hợp  Phương pháp thử động biến dạng lớn không thay hoàn toàn phương pháp thử tónh Nhưng kết thử động biến dạng lớn sử dụng thiết bị phân tích đóng cọc – PDA phân tích chi tiết, so sánh với thử tónh phân tích CAPWAP tương đương giúp giảm bớt thử tónh   Đối với công trình nước móng cảng, cầu, v.v… dự án nhỏ mà việc thử tónh gặp khó khăn điều kiện thi công, thời gian chờ đợi làm tăng chi phí thử tải cọc Khi việc thử động biến dạng lớn thiết bị phân tích đóng cọc – PDA thích hợp  Sử dụng thiết bị phân tích đóng cọc – PDA giúp ta kiểm soát chất lượng cọc trình thi công Theo dõi vấn đề xảy búa, cọc, đất sớm phát cố để xử lý kịp thời vấn đề ảnh hûng đến tiến độ thi công giảm chi phí rủi ro  Dễ dàng kiểm soát hồi phục hay giãn đất sau đóng vỗ lại Xác định sức chịu tải cọc nhát búa, cao độ đặt mũi cọc trình đóng cọc Qua lựa chọn chiều dài cọc phù hợp  Phương pháp thử tải cọc khoan nhồi hộp tải trọng Osterberg mang lại độ xác cao, kiểm tra khả chịu lực lớp đất cọc qua (thông qua giá trị sức kháng ma sát thành bên sức kháng mũi đất nền) Với thíết bị thí nghiệm gọn nhẹ, loại thí nghiệm dạng hộp tải trọng Osterberg dùng thử tải cọc chịu tải 4.00018.000 lớn Thử tải hộp tải trọng Osterberg cell khắc phục khuyết điểm phương pháp thử tải tónh truyền thống như: bố trí thử tải cọc nơi sông rộng, sâu nước chảy siết nơi mặt chật hẹp v.v Nhược điểm thử tải Osterberg cần có đội ngũ chuyên gia kỹ thuật cao thực thí nghiệm (hiện Công ty LoadTest Inc Mỹ đơn vị chuyên trách thí nghiệm này) Hiện chi phí thử tải cao, tương lai lâu dài phương pháp thử tải tónh hộp tải Học viên: Nguyễn Chi Đoàn Trang 155 Luận văn tốt nghiệp cao học khóa 12 D: TS Lê Văn Nam trọng Osterberg có chi phí thấp có xu hướng sử dụng thay hoàn chỉnh phương pháp thử tải tónh truyền thống công tác thí nghiệm cọc khoan nhồi đường kính lớn Học viên: Nguyễn Chi Đoàn Trang 156 Luận văn tốt nghiệp cao học khóa 12 D: TS Lê Văn Nam CHƯƠNG CÁC NHẬN XÉT, KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Qua kết qủa qúa trình nghiên cứu tổng quan, khảo sát địa chất, thiết kế cọc khoan nhồi, thi công cọc khoan nhồi, kiểm tra chất lượng cọc khoan nhồi kiểm tra sức chịu tải cọc khoan nhồi rút kết luận văn sau: Tùy thuộc vào đặc điểm địa chất, thủy văn vị trí địa lý vùng khác Việt Nam, việc chọn móng cọc khoan nhồi cho công trình cầu cần quan tâm đến số vấn đề sau: CÔNG TÁC KHẢO SÁT ĐỊA CHẤT ĐỂ THIẾT KẾ – THI CÔNG CKN - Hiện nước ta tài liệu khảo sát địa chất mang tính chất quy họach phân vùng xây dựng chung, chưa phục vụ đồng cho nghành cụ thể - Việc chọn thiết kế giải pháp móng hợp lý mang lại hiệu qủa đầu tư cao yếu tố kỹ thuật lẫn yếu tố kinh tế - Công tác khảo sát địa chất cho cọc khoan nhồi phải khoan sâu đến lớp đất tốt, đảm bảo mũi cọc lớp đất yếu Dùng xuyên động tiêu chuẩn SPT phải khảo sát đến độ sâu mà đất đạt giá trị thí nghiệm SPT N30=50100 - Ngòai tiêu lý đất, cần thí nghiệm để biết rõ thành phần khoáng vật, dung lượng trao đổi cation đất, nước ngầm có áp hay không, độ pH cation hoà tan có sẳn nước Nếu có nước ngần phải xác định lưu tốc, vận tốc nước áp lực nước ngầm - Ngoài ra, đất sét cần phải xác định thêm loại khoáng vật có đất sét như: Ilit, Kaolinite, Monmorilonite, thành phần khoáng vật ảnh hưởng nhiều đến vấn đề ổn định thành vách hố khoan QUAN ĐIỂM TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CỌC KHOAN NHỒI - Về nguyên lý làm việc cọc, ban đầu cọc làm việc từ ma sát thành bên sau chuyển đến sức kháng mũi Kiến nghị: Qua kết qủa thử tónh tải số công trình cầu thực tế, so sánh kết qủa thử tónh tải với số liệu tính tóan thiết kế theo quan điểm (tiêu chuẩn thiết kế) khác nhau, tác giả kiến nghị quan điểm tính tóan sức chịu tải cọc khoan nhồi sau: Sử dụng TCXD 205-1998 (giống SNIP 2.02.03.85) làm sở pháp lý để tính tóan thiết kế, cần sử dụng số phương pháp (tiêu chuẩn thiết kế) tính toán khác để so sánh với kết qủa tính toán sức chịu tải TCXD 205-1998, giá trị thử tải tónh cọc sở cuối cho tải trọng thiết kế cọc THI CÔNG CỌC KHOAN NHỒI Trong công tác thi công cọc khoan nhồi nhìn chung công đoạn từ định vị lỗ cọc đến đổ bê tông cọc quan trọng, thông thường người thi công hay gặp trở ngại số công đoạn quan trọng sau: Học viên: Nguyễn Chi Đoàn Trang 157 Luận văn tốt nghiệp cao học khóa 12 D: TS Lê Văn Nam Chất lượng lỗ khoan cọc nhồi: Độ đáy hố khoan (độ dày lớp lắng cặn cho phép), điều đẫn đến hậu qủa làm giảm sức chịu tải cọc, làm giảm chất lượng bê tông đầu cọc, làm cho công trình bị lún Chất lượng dung dịch giữ thành: Việc điều chế sử dụng dung dịch khoan không phù hợp với địa chất thủy văn hay không tiêu chuẩn kỹ thuật dung dịch khoan vị trí khoan công nghệ khoan dẫn đến cố sập thành vách hố khoan, lắng cặn đáy cọc, bị sói ngầm vữa bê tông đúc cọc Công nghệ đổ bê tông chất lượng bê tông: Độ sụt thích hợp cho công tác đổ bê tông nước cần kiểm soát chặt chẽ, bê tông nhão hay không đủ độ linh động dễ dẫn đến cố tắc nghẽn bơm nhồi, bê tông dễ bị phân tầng, bê tông giảm cường độ, bê tông dễ bị rửa trôi hay xâm thực nước móng có nước ngầm Nếu bê tông khô dẫn đến tắc nghẽn bơm, bê tông dễ phân tầng, rỗ bề mặt, không bảo đảm lớp bảo vệ cốt thép cho cọc ỨNG DỤNG CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỂ KIỂM TRA CHẤT LƯNG CKN Giải pháp coi hợp lý là: “kết hợp phương pháp đo sóng ứng suất (pp: biến dạng nhỏ, siêu âm, tia gama) với phương pháp khoan lấy mẫu” cách làm sau: 1- Trước tiên cọc kiểm tra phương pháp biến dạng nhỏ, sau phát khuyết tật sử dụng phương pháp khoan lấy lõi để kiểm tra, giải pháp phù hợp cho cọc có chiều sâu không lớn (khỏang 30 lần đường kính cọc) 2- Với cọc có chiều dài lớn (hơn 30 lần đường kính cọc) nên kết hợp phương pháp siêu âm hay tia gama với phương pháp khoan lấy lõi Khi đặt ống siêu âm nên đặt ống lớn có đường kính cỡ 114mm cách mũi cọc khỏang 1m, để dùng ống làm ống siêu âm hay dùng phương pháp tia gama để kiểm tra tính nguyên vẹn đồng kết cấu, sau khoan 1m bê tông mũi cọc để kểm tra lớp mùn đầu cọc chất lượng bê tông mũi cọc ỨNG DỤNG CÁC PHƯƠNG PHÁP THỬ TẢI CHO CKN Công tác thử tải cọc: Thông thường cọc có đường kính 8001500mm vị trí thi công cạn không vướng mặt chất tải thử tải tónh chất tải truyền thống mang lại hiệu kinh tế Trong cầu có móng cọc khoan nhồi đường kính lớn (Þ>1500mm) hay cọc thi công suối, sông, biển, mặt thi công chật hẹp sử dụng phương pháp thử tải tónh hộp tải trọng Osterberg hợp lý Học viên: Nguyễn Chi Đoàn Trang 158 Luận văn thạc sỹ khoá 12 165 TÀI LIỆU THAM KHẢO -o0o [1] Móng cọc – Tiêu chuẩn thiết kế TCXD 205:1998 [2] Cọc khoan nhồi – yêu cầu chất lượng thi công TCXD 206:1998 [3] Tiêu chuẩn thi công nghiệm thu cọc khoan nhồi 22TCN –2000 [4] Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN – 272 - 01 [5] 22TCN 257-2000 cọc khoan nhồi – tiêu chuẩn thi công nghiệm thu [6] 22TCN 259-2000 quy trình khoan thăm dò địa chất công trình [7] 22TCN 260-2000 quy trình khảo sát địa chất công trình công trình đường thủy [8] PGS.TS Nguyễn Viết Trung, ThS Lê Thanh Liêm – Cọc khoan nhồi công trình giao thông, nhà xuất xây dựng Hà Nội năm 2003 [9] Bài giảng lớp chuyên đề ‘cọc khoan nhồi’ TP.HCM 20, 21, 22/08/1998 [10] GS.TS Nguyễn Văn Quảng – dẫn kỹ thuật thi công kiểm tra chất lượng cọc khoan nhồi, nhà xuất xây dựng Hà Nội 1998 [11] PGS.TS Nguyễn Bá Kế – Thi công cọc khoan nhồi, nhà xuất xây dựng Hà Nội 1999 [12] Dự báo sức chịu tải cọc khoan nhồi địa tầng phức tạp ThS Nguyễn Thái hội nghị khoa học kỹ thuật, công nghệ xây dựng qủan lý sở hạ tầng Việt nam-Quảng Ninh 07/2002 [13] Thí nghiệm trường ứng dụng phân tích móng, Vũ Công Ngữ, Nguyễn Thái-NXB khoa học kỹ thuật – Hà Nội 2002 [14] Principles of foundation engineering Braja M.Das [15] Pile foundations in engineering practice Shamsher Prakash, Haji D.Sharma John Wiley & Sons, inc 1990 [16] Cơ học đất N.A.Xưtovich.NXB Nông nghiệp Hà Nội, NXB Maxcova HN 1987 [17] Vấn đề đánh giá sức mang tải cọc khoan nhồi đường kính lớn PTS Đoàn Thế Phùng, tạp chí khoa học công nghệ xây dựng số 1-1998 [18] Pile foundation analysis and design, HG Poulos & E.H.Davis [19] Thi công cọc khoan nhồi PGS.PTS Nguyễn Bá Kế [20] Cọc – phương pháp thí nghiệm tải trọng tónh ép dọc trục TCXDVN 269-2002 [21] Nền móng công trình cầu đường – Bùi Anh Định & Nguyễn Sỹ Ngọc [22] Kinh nghiệm xây dựng móng nước dịch từ tiếng nga NXB KH&KT Luận văn thạc sỹ khoá 12 166 TÓM TẮT LÝ LỊCH KHOA HỌC Họ Tên: NGUYỄN CHI ĐOÀN Ngày tháng năm sinh: 25 - 04 - 1975 Nơi sinh: Buôn Mê Thuật Địa liên lạc: số nhà 03 – đường Nguyễn Thị Định – phường Khánh Xuân – TP Buôn Mê Thuật – tỉnh ĐakLak Nghành tốt nghiệp đại học: Kỹ Sư Xây Dựng CẦU ĐƯỜNG QÚA TRÌNH ĐÀO TẠO: Từ tháng 09 năm 1995 tới tháng 01 năm 2000 học Đại Học trường Đại Học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh Từ tháng 09 năm 2001 tới học sau Đại Học trường Đại Học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh QÚA TRÌNH CÔNG TÁC: Từ 03/2000 – 07/2001 công tác Công ty CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG 60 thuộc Tổng Công Ty Xây Dựng Công Trình Giao Thông Từ 07/2001 – 05/2002 công tác Công ty UDESCO Từ 06/2002 tới công tác Ban Qủan Lý Dự n Các Công Trình Điện Mieàn Nam ... Nghiên Cứu ng Dụng Khảo Sát – Thi? ??t Kế – Thi Công – Kiểm Tra Chất Lượng Và Sức Chịu Tải Của Cọc Khoan Nhồi Cho Các Công Trình Cầu Việt Nam II - NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG 1- NHIỆM VU: Nghiên cứu ứng. .. đáp ứng yêu cầu trên, nội dung luận văn tốt nghiệp Cao học với đề tài ? ?Nghiên cứu ứng dụng khảo sát – thi? ??t kế – thi công – kiểm tra chất lượng, khả chịu tải cọc khoan nhồi cho công trình cầu Việt. .. Song, điều kiện Việt Nam, việc thi? ??u thi? ??t bị thi công, thi? ??u trang thi? ??t bị kiểm tra chất lượng cọc, kiểm tra khả chịu tải cọc, xử lý khuyết tật có … nên việc ứng dụng móng cọc khoan nhồi giai đoạn