Nghiên cứu công nghệ thi công cọc bê tông cốt thép dự ứng lực trong công trình thủy lợi

LỜI CẢM ƠN Lời tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc tới thầy cô giáo dạy làm việc Trường Đại Học Thuỷ Lợi tận tâm giảng dạy, truyền đạt kiến thức tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ tác giả học tập, trau dồi kiến thức, đạo đức suốt năm học trường thời gian học cao học để tác giả có ngày hơm Trước hết tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến TS Vũ Quốc Vương trực tiếp hướng dẫn giúp đỡ học viên từ lúc bắt đầu viết Đề cương đến lúc hoàn thành luận văn Và thầy cô giáo truyền đạt kiến thức bổ ích q trình học tập Xin cảm ơn phòng Đạo tạo Đại học sau Đại học, khoa Cơng trình tạo điều kiện thuận lợi trình học tập trình thực luận văn tác giả Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến Anh chị em đồng nghiệp nơi tác giả công tác tạo điều kiện thuận lợi trình tác giả hồn thành luận văn Cuối tác giả xin cảm ơn động viên khích lệ gia đình tạo điều kiện tốt cho tác giả suốt trình làm luận văn tốt nghiệp để tác giả có thêm nhiều niềm tin nghị lực để hoàn thành tốt nhiệm vụ luận văn giao Với thời gian trình độ cịn hạn chế, luận văn tránh khỏi thiếu sót Tác giả mong nhận bảo đóng góp ý kiến thầy giáo, quý vị quan tâm bạn bè đồng nghiệp Luận văn "Nghiên cứu công nghệ thi công cọc bê tơng cốt thép dự ứng lực cơng trình thủy lợi ” hồn thành Khoa Cơng trình, Trường Đại học Thủy lợi Hà Nội, tháng 12 năm 2012 Học viên Phan Tiến Mạnh CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc - BẢN CAM KẾT Tên là: Phan Tiến Mạnh Tôi học viên cao học lớp 17C2 Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Những nội dung kết trình bày luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khoa học Học viên Phan Tiến Mạnh MỤC LỤC MỞ ĐẦU .1 T T CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ CỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP DỰ ỨNG LỰC VÀ T CÁC PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG T 1.1 Sơ lược bê tông cốt thép dự ứng lực T T 1.1.1 Khái niệm bê tông cốt thép dự ứng lực.[15] T P T P 1.1.2 Nguyên lý làm việc bê tông cốt thép dự ứng lực [15] T P T P 1.2 Giới thiệu móng cọc bê tơng cốt thép dự ứng lực T T 1.2.1 Cấu tạo cọc bê tông cốt thép dự ứng lực T T 1.2.2 Phân loại cọc bê tông cốt thép dự ứng lực 10 T T 1.3 Tình hình sử dụng cọc BTDƯL cơng trình xây dựng giới T Việt Nam 11 T 1.3.1 Tình hình sử dụng cọc BTDƯL cơng trình xây dựng giới 11 T T 1.3.2 Tình hình sử dụng cọc BTDƯL cơng trình xây dựng Việt Nam .14 T T 1.4 Các phương pháp thi công cọc bê tông cốt thép dự ứng lực 16 T T 1.4.1 Phương pháp ép cọc 16 T T 1.4.2 Phương pháp đóng cọc .17 T T 1.4.3 Phương pháp xói nước .24 T T CHƯƠNG II PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN THIẾT KẾ MĨNG CỌC BÊ TƠNG CỐT T THÉP DỰ ỨNG LỰC TRONG CƠNG TRÌNH THUỶ LỢI TRÊN NỀN ĐẤT YẾU 25 2.1 Lựa chọn phương pháp tính tốn theo tiêu chuẩn ngồi nước 25 T T 2.1.1 Quy trình tính tốn thiết kế móng cọc.[2] .25 T P T P Trong mục tập trung nghiên cứu phương pháp tính tốn xác định sức chịu T tải dọc trục cọc BTDƯL theo tiêu chuẩn nước .25 T 2.1.2 Tính tốn sức chịu tải dọc trục cọc theo tiêu chuẩn nước 25 T T 2.1.3 Tính tốn sức chịu tải cọc theo tiêu chuẩn Việt Nam 27 T T 2.1.3.1 Tính tốn sức sức chịu tải theo vật liệu làm cọc cọc Bê tông dự ứng lực T theo (TCXD 205-1998 22TCN272-05) 28 T 2.1.3.2 Tính ứng suất hữu hiệu cốt thép dự ứng lực trước 28 T T 2.1.3.3 Tính toán sức chịu tải cọc theo tiêu lý đất (Phụ lục A T TCXD 205 :1998) 30 T 2.1.3.4 Tính toán sức chịu tải cọc theo tiêu cường độ đất (Phụ lục B T -TCXD 205 :1998) .31 T 2.1.3.5 Tính tốn sức chịu tải cọc theo kết thí nghiệm xuyên (Phụ lục C T -TCXD 205 :1998) .32 T 2.2 Thiết kế móng cọc bê tông cốt thép dự ứng lực cho công trình thủy lợi .33 T T 2.2.1 Giới thiệu chung cơng trình 33 T T 2.2.2 Tài liệu dùng cho tính tốn 34 T T 2.2.3 Kiểm tra sức chịu tải .35 T T 2.2.4 Tính tốn móng cọc cho cơng trình 35 T T 2.2.5 Các thông số kỹ thuật cọc 36 T T 2.2.6 Tính tốn sức chịu tải theo vật liệu cọc 39 T T 2.2.7 Tính tốn sức chịu tải cọc theo tiêu lý đất (Phụ lục A T TCXD 205 :1998) .39 T 2.2.8 Tính tốn số lượng cọc 39 T T 2.2.9 Kiểm tra khả chịu tải cọc móng .40 T T 2.3 Thiết kế thành phần bê tông cường độ cao cho cọc bê tông cốt thép dự ứng lực 41 T T 2.3.1 Đặt vấn đề 41 T T 2.3.2 Khái quát bê tông cường độ cao.[3] 42 T P T P 2.3.2.1 Định nghĩa bê tông cường độ cao 42 T T 2.3.2.2 Đặc điểm bê tông cường độ cao .42 T T 2.3.2.3 Phân loại bê tông cường độ cao 43 T T 2.3.3 Thành phần cấu trúc bê tông cường độ cao [3] 44 T P T P 2.3.3.1 Nguyên tắc phối hợp công thức thành phần .44 T T 2.3.3.2 Cấu trúc vữa xi măng 45 T T 2.3.3.3 Cấu trúc bê tông cường độ cao (CĐC) .49 T T 2.3.3.4 Một số tính chất bê tơng cường độ cao [3],[12] 52 T P T P 2.3.4 Thiết kế thành phần bê tông chất lượng cao [3] .58 T P T P 2.3.4.1 Các bước thiết kế thành phần bê tông cường độ cao 58 T T 2.3.4.2 Lựa chọn vật liệu .60 T T 2.3.4.3 Thiết kế thành phần bê tông cường độ cao theo phương pháp ACI 763-R92 T – Tiêu chuẩn 22TCN 726-01 [3],[7] 66 P T P 2.3.5 Thiết kế thành phần bê tông cường độ 60MPa cho cọc ống bê tông ly tâm ứng T suất trước sử dụng tro bay, phụ gia hóa dẻo sản xuất nước 72 T 2.3.5.1 Vật liệu chế tạo bê tông 73 T T 2.3.5.2 Tính tốn thiết kế thành phần cấp phối bê tông cường 60MPa cho cọc bê T tông ly tâm ứng suất trước 74 T CHƯƠNG III SO SÁNH PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ MĨNG CỌC BÊ TƠNG CỐT T THÉP DỰ ỨNG LỰC VỚI PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ MÓNG CỌC BÊ TÔNG ĐẶC TRUYỀN THỐNG .78 3.1 So sánh kỹ thuật .78 T T 3.1.1 Phương án sử dụng cọc bê tông đặc truyền thống 78 T T 3.1.2 Phương án sử dụng cọc bê tông cốt thép dự ứng lực 78 T T 3.2 So sánh kinh tế 79 T T 3.2.1 Tính giá thành sản xuất cọc BTCT đúc sẵn 350x350 81 T T 3.2.2 Tính giá thành sản xuất cọc BTDƯL 350x350 81 T T 3.2.3 So sánh hiệu kinh tế việc sử dụng hai loại cọc .82 T T KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 83 T T TÀI LIỆU THAM KHẢO 85 T T PHỤ LỤC 87 T T DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Ngun lý làm việc bê tông cốt thép dự ứng lực Hình 1.2.Thép dự ứng lực Hình 1.3 Chi tiết ốp thép .9 Hình 1.4 Cấu tạo phần đầu cọc BTDƯL .9 Hình 1.8 Các dạng mặt cắt tiết diện cọc BTDƯL 11 Hình 1.9 Cọc bê tộng dạng ống cơng trình cầu Oosterschelde – Hà Lan 12 Hình 1.10 Vận chuyển cọc BTDƯL đường kính lớn xây dựng cầu Oosterschelde – Hà Lan .13 Hình 1.11 Hạ móng cọc Cầu 8B, Đại lộ phía tây vào .13 sân bay quốc tế Miami, Florida, Mỹ 13 Hình 1.12 Thi cơng cọc bê tông ly tâm dự ứng lực – 15 Nhiệt điện Nghi Sơn- Thanh Hóa .15 Hình 1.13 Thi cơng cừ dự ứng lực làm móng trụ pin cống Ba Voi – Hậu Giang 15 Hình 1.14 Máy ép đỉnh 16 Hình 1.15 Hệ trũ dẫn hướng quay 17 Hình 1.16 thành phần mũ đệm cọc 18 Hình 1.17 Các loại búa rung 19 Hình 1.18 Búa chiều 21 Hình 1.19 Búa hai chiều 21 Hình 1.20 Búa Diesel chiều 22 Hình 1.21 Búa thủy lực 23 Hình 1.22 Phương pháp xói nước 24 Hình 2.1 Cấu trúc muội silic xi măng 47 Hình 2.2 Sơ đồ hệ thống hạt xi măng-Hạt siêu mịn 48 Hình 2.3 Sơ đồ quan hệ thay đổi thành phần thay đổi tính chất bê tơng 62 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1-Yêu cầu thành phần hóa học loại tro bay: 63 Bảng 2.2- Đường kính lớn cốt liệu thơ (đá) .67 Bảng 2.3- Dự tính lượng nước trộn cần thiết hàm lượng khơng khí bê tơng tươi sở sử dụng cát có độ rỗng 35% 68 Bảng 2.4- Giá trị tối đa N/CKD khuyên dùng bê tông 69 sản xuất có PGSD 69 Bảng 2.5 - Các giá trị khuyên dùng cho phần thay tro xi măng Pc lăng 70 Bảng 2.6 - Thể tích đá đầm chặt đơn vị thể tích bê tơng , 70 m3/m3 bê tơng (Vđ) 70 P P P P Bảng 3.1 –Giá thành sản xuất 1m cọc BTCT đúc sẵn 350x350 .81 Bảng 3.2 –Giá thành sản xuất 1m cọc BTDƯL 350x350 81 DANH MỤC NHỮNG CHỮ VIẾT TẮT BTCĐC : Bê tông cường độ cao BTCT : Bê tông cốt thép BTDƯL : Bê tông cốt thép dự ứng lực C : Cát CKD : Chất kết dính Đ : Đá N : Nước X, XM : Xi mắng PG : Phụ gia T : Tro bay TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam PGSD : Phụ gia siêu dẻo MỞ ĐẦU Tính cấp thiết Đề tài: Cọc bê tơng phận quan trọng móng cơng trình xây dựng đất yếu, đặc biệt đất có lớp đất yếu mặt dày khu vực Đồng sông Cửu Long Trước cơng nghệ truyền thống sử dụng thép có cường độ thấp A1, A2, A3 với lực kéo tương đương 4000 kG/cm2 mác bê tông thấp khoảng 250P P 300kG/cm2, thường sản xuất sản phẩm cọc đặc vng 200x200mm đến P P 300x300mm… với trình độ thấp, suất nhỏ, chất lượng không cao thường bị nứt từ lúc chưa thi công qua thời gian sử dụng với nguồn nước có tác nhân gây xâm thực bê tơng bị xâm thực, phá hủy ảnh hưởng lớn đến chất lượng độ bền cơng trình đặc biệt cơng trình lớn có yêu cầu cao chất lượng Ngày nay, nhiều cơng trình địi hỏi phải sử dụng cọc dài, chịu tải ngang lớn nằm môi trường ăn mịn cao, đặc biệt cơng trình thủy lợi, cọc BTCT thường khơng đáp ứng được, cịn cọc khoan nhồi chi phí cao, kỹ thuật chế tạo phức tạp, chất lượng khó kiểm sốt Trong cọc BTDƯL đáp ứng yêu cầu Cọc BTDƯL với ưu điểm trội giảm hàm lượng thép nhờ sử dụng thép ứng suất trước cường độ cao Ra=14500kG/cm2 với bê tông mác cao từ P P 400kG/cm2 đến gần 1000kG/cm2 theo tiêu chuẩn Việt Nam ,được dưỡng hộ tự P P P P nhiên bể chưng áp Cọc BTDƯL có khả chống nứt, chống xâm thực tốt, trọng lượng cọc nhẹ dễ thi công Hiện nay, loại cọc BTDƯL tiêu chuẩn hóa quốc tế, có quy trình quản lý chất lượng nghiêm ngặt, chất lượng ổn định chủ đầu tư nhà thầu nước tin dùng Mặt khác, xét tiêu chí kinh tế cọc BTDƯL sử dụng bê tông cường độ cao, cốt thép ứng suất trước cường độ cao nên tiết kiệm vật liệu chế tạo so với loại cọc bê tông đặc truyền thống Do giá thành cọc BTDƯL thường rẻ so với giá thành cọc BTCT đặc truyền thống, chi phí xây dựng cơng trình giảm Cọc BTDƯL, đặc biệt cọc bê tông ly tâm dự ứng lực, sản xuất dây truyền đại, dưỡng hộ môi trường nước áp suất cao nên bê tông cọc đạt cường độ thiết kế sớm bê tông cọc truyền thống dưỡng hộ tự nhiên nhiều Vì vậy, cọc BTDƯL xuất xưởng để thi công sau vài chế tạo Do cọc BTDƯL đáp ứng cơng trình địi hỏi tiến độ thi cơng nhanh Chính nhờ ưu điểm mà cọc BTDƯL ngày tỏ lựa chọn hợp lý kỹ thuật kinh tế nên ứng dụng rộng rãi cơng trình xây dựng dân dụng, giao thơng, thủy lợi, cầu cảng, hạ tầng kỹ thuật Vì đề tài: "Nghiên cứu công nghệ thi công cọc bê tơng cốt thép dự ứng lực cơng trình thủy lợi ” cần thiết có ý nghĩa thực tiễn giai đoạn Mục đích Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng Cọc bê tông cốt thép dự ứng lực vào cơng trình thuỷ lợi Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu: a) Cách tiếp cận Nghiên cứu thông qua việc thu thập tài liệu có liên quan tới đề tài như: Các giáo trình địa kỹ thuật, giáo trình thiết kế thi công cọc, tài liệu chuyên nghành vật liệu xây dựng đặc biệt vật liệu bê tông Kết hợp với tham khảo tài liệu chuyên ngành nước nước ngoài, báo internet b) Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết phương pháp tính tốn, lựa chọn phương pháp tính tốn phù hợp với điều kiện Việt Nam 73 2.3.5.1 Vật liệu chế tạo bê tông - Xi măng: PC40 Bút Sơn - Cốt liệu mịn : Cát sơng Lơ có sẵn thị trường xây dựng nước ta Thành phần hạt tính chất lý cát sau: Kích thước lỗ Lượng sót riêng Lượng sót tích lũy sàng (mm) (%) (%) 9,8 2,5 12,4 12,4 1,25 14,8 27,2 0,63 22,7 49,9 0,315 24,6 74,5 0,15 22,7 97,2