Nghiên cứu ứng dụng cọc ống thép để xử lý nền cho móng đập trụ đỡ trong trường hợp cột nước sâu

LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực luận văn, tơi xin chân thành cảm ơn ý kiến đóng góp thầy giáo, quan tâm hỗ trợ nhiệt tình bạn đồng nghiệp Đồng thời, tơi xin cảm ơn giúp đỡ nhiệt tình tài liệu, thơng tin, hình ảnh có liên quan thực địa công trường thi công cầu Nhật Tân của: TS Nguyễn Thị Tuyết Trinh; GS.TS Nguyễn Viết Trung – Bộ mơn Cơng trình giao thơng thành phố Cơng trình thủy, Trường Đại học giao thơng vận tải, Hà Nội; TS Lê Hồng Hà – Cơng ty cổ phần TVTK đường bộ, Tổng công ty TVTK Giao thơng vận tải (TEDI) Bên cạnh đó, tơi xin gửi lời cảm ơn trân trọng đến Khoa Cơng trình phòng đào tạo Trường Đại học Thủy lợi, tập thể lớp Cao học 19C11 tạo điều kiện giúp đỡ tơi suốt q trình học tập hồn thành luận văn tốt nghiệp Đặc biệt, tơi xin trân trọng cảm ơn GS.TS Trương Đình Dụ, người thầy tận tâm hướng dẫn tơi hồn thành luận văn này.! Hà Nội, ngày 01 tháng 12 năm 2012 Học viên Phạm Tiến Kỳ BẢN CAM KẾT Tên đề tài luận văn: “Nghiên cứu ứng dụng cọc ống thép để xử lý cho móng đập Trụ đỡ trường hợp cột nước sâu” Tôi xin cam đoan đề tài luận văn tơi hồn tồn tơi làm Những kết nghiên cứu, tính tốn khơng chép từ nguồn thông tin khác Nếu vi phạm tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm, chịu hình thức kỷ luật Nhà trường Hà Nội, ngày 01 tháng 12 năm 2012 Học viên Phạm Tiến Kỳ MỞ ĐẦU T MỤC LỤC T CHƯƠNG TỔNG QUAN ỨNG DỤNG CỌC ỐNG THÉP XỬ LÝ NỀN T T T T 1.1 Ứng dụng dạng móng cọc ống thép để xử lý nền: T T 1.1.1 Ngoài nước: T T T T 1.1.2 Trong nước: 10 T T T T 1.2 Kết luận chung: 25 T T CHƯƠNG ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU VÀ THI CƠNG MĨNG CỌC ỐNG THÉP DẠNG GIẾNG 27 T T T T 2.1 Đặc điểm kết cấu móng cọc ống thép dạng giếng: 27 T T 2.1.1 Kết cấu tổng thể: 27 T T T T 2.1.2 Kết cấu chi tiết: 28 T T T T 2.1.3 Phân loại móng cọc ống thép dạng giếng: 36 T T T T 2.1.4 Vật liệu chế tạo cọc ống thép: 39 T T T T 2.2 Biện pháp, trình tự thi cơng móng cọc ống thép dạng giếng: 40 T T 2.2.1 Trình tự thi công: 40 T T T T 2.2.2 Sàn thi công: 41 T T T T 2.2.3 Hệ khung dẫn hướng: 43 T T T T 2.2.4 Công tác lắp dựng cọc ống thép vào hệ khung dẫn hướng: 44 T T T T 2.2.5 Phương pháp đóng cọc ống thép: 45 T T T T 2.2.6 Hàn cọc ống thép công trường: 48 T T T T 2.2.7 Xử lý tai nối: 50 T T T T 2.2.8 Bơm bê tông vào lòng cọc ống thép: 52 T T T T 2.2.9 Đào đất giếng: 53 T T T T 2.2.10 Thi công bê tông bịt đáy: 54 T T T T 2.2.11 Lắp đặt hệ khung chống: 54 T T T T 2.2.12 Công tác cắt cọc ống thép nước: 55 T T T T 2.3 Kết luận chung: 56 T T CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MÓNG CỌC ỐNG THÉP DẠNG GIẾNG ĐỂ XỬ LÝ NỀN CHO MÓNG ĐẬP TRỤ ĐỠ TRONG TRƯỜNG HỢP CỘT NƯỚC SÂU 58 T T T T 3.1 Đặt vấn đề: 58 T T 3.2 Tổng quan thiết kế móng cọc ống thép dạng giếng: 60 T T 3.2.1 Cơ sở tính tốn thiết kế: 60 T T T T 3.2.2 Trình tự thiết kế: 61 T T T T 3.3 Hệ số phản lực đất : 63 T T 3.3.1 Hệ số phản lực đất theo phương nằm ngang: 63 T T T T 3.3.2 Hệ số phản lực đất theo phương thẳng đứng: 67 T T T T 3.3.3 Hệ số phản lực cắt theo phương ngang đáy giếng: 67 T T T T 3.4 Sức chịu tải cho phép cọc ống thép: 67 T T 3.4.1 Sức chịu tải nén đứng cho phép: 68 T T T T 3.4.2 Sức chịu tải nhổ cho phép: 69 T T T T 3.5 Thiết kế móng cọc ống thép dạng giếng: 70 T T 3.5.1 Chuyển vị ngang góc xoay: 70 T T T T 3.5.2 Lực tác dụng đứng lên cọc ống thép: 75 T T T T 3.5.3 Ứng suất cọc ống thép tường giếng: 75 T T T T 3.5.4 Ứng suất tổng hợp cọc phần tường giếng: 77 T T T T 3.5.5 Ứng suất cọc đơn đóng bên giếng: 77 T T T T 3.5.6 Mô men uốn cọc giếng vị trí liên kết với bệ móng: 78 T T T T 3.6 Ví dụ thiết kế ứng dụng cho cơng trình cụ thể: 79 T T 3.6.1 Tổng quan cơng trình áp dụng: 79 T T T T 3.6.2 Đặc điểm địa hình: 79 T T T T 3.6.3 Đặc điểm địa chất: 80 T T T T 3.6.4 Kết cấu trụ cho cống Mương Chuối: 80 T T T T 3.6.5 Kết cấu móng cọc tính tốn: 83 T T T T 3.6.6 Tải trọng tính tốn: 84 T T T T 3.6.7 Tính tốn hệ số phản lực nền: 87 T T T T 3.6.8 Sức chịu tải ngang mô men uốn giếng cọc: 88 T T T T 3.6.9 Sức chịu tải cho phép 01 cọc ống thép: 89 T T T T 3.6.10 Lực tác dụng lên cọc ứng suất cọc: 89 T T T T 3.7 Kết luận chung: 91 T T KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 95 T T TÀI LIỆU THAM KHẢO 97 T T PHỤ LỤC T T Phụ lục 1: Chỉ tiêu lý đất cống Mương Chuối: T T Phụ lục 2: Mặt móng cọc ống thép dạng giếng áp dụng: T T Phụ lục 3: Tính tốn hệ số phản lực nền: T T Phụ lục 4: Sức chịu tải ngang mô men uốn: T T Phụ lục 5: Sức chịu tải cho phép cọc ống thép: T T Phụ lục 6: Lực tác dụng lên cọc ứng suất cọc: T T Hình 0.1: T T Hình 0.2: T T Hình 0.3: T T Hình 1.1: T T Hình 1.2: T T Hình 1.3: T T Hình 1.4: T T DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Sơ đồ hệ thống cống vùng cửa sông Đồng sông Cửu Long T T Quy hoạch hệ thống cơng trình chống ngập TP.HCM giai đoạn I T T Đóng cọc ống ly tâm D800mm xiên 1:4 T T Sân bay quốc tế Tokyo (Sân bay Haneda) [17]; [18] T T Bản vẽ chung Cầu Tokyo Gate [26] T T Đặc điểm địa chất xử lý trụ Cầu Tokyo Gate [26] T T Cọc ống thép D800; D900; D1000mm Cảng Cái Mép – Thị Vải 11 T T Cọc ống thép D812.8mm Cảng Container Gemalink 12 Hình 1.5: T T T Cọc ống thép D600mm đóng xiên 1:4 Dung Quất 12 Hình 1.6: T T T T T T T Hình 1.9: T T Cọc ống thép D900mm D1000mm Cảng Sơn Dương 13 Hình 1.8: T T Phối cảnh vị trí Cảng Sơn Dương 13 Hình 1.7: T T T Vòng vây thi cơng trụ cầu Thanh Trì [1] 15 T T T Hình 1.10: Trình tự thi cơng vịng vây ống thép (Cầu Thanh Trì) [8] 16 T T T T Hình 1.11: Kết cấu trụ tháp trạng thi công cầu Nhật Tân 18 T T T T Hình 1.12: Sơ đồ cấu tạo giếng cọc cho trụ tháp P13 – Cầu Nhật Tân [9] 19 T T T T Hình 1.13: Kết cấu liên kết đinh neo cọc bệ trụ cầu Nhật Tân [28] 20 T T T T Hình 1.14: Chi tiết liên kết cọc đơn, tường vách với bệ trụ cầu Nhật Tân [27] 21 T T T T Hình 1.15: Chi tiết tai nối cọc ống thép cầu Nhật Tân [27] 22 T T T T Hình 1.16: Chi tiết hàn nối ống thép trường [1]; [28] 23 T T T T Hình 1.17: Chi tiết tai nâng vận chuyển cọc ống thép [22]; [28] 23 T T T T Hình 1.18: Biện pháp hạ cọc ống thép cho cầu Nhật Tân [18]; [30]; [28] 24 T T T T Hình 1.19: Trình tự thi cơng bệ móng P12 cầu Nhật Tân [28] 25 T T T T T T Hình 2.3: T T T T T T T Cấu tạo tai nối vị trí cắt cọc ống thép dự kiến 32 T T T Kích thước tiêu chuẩn mối hàn nối cọc thiện trường [22] 33 Hình 2.9: T T Cấu tạo dạng tai nối điều chỉnh 31 T Hình 2.8: T T Điều chỉnh khoảng cách tai nối 31 T Hình 2.7: T T Phạm vi hàn tai nối vào cọc ống thép 30 T Hình 2.6: T T Hình dạng đầu tai nối 30 T Hình 2.5: T T Các dạng tai nối liên kết tai nối [15] 29 T Hình 2.4: T T Cấu tạo cọc ván ống thép điển hình [22]; [16] 28 Hình 2.2: T T Móng cọc ống thép dạng giếng kiêm làm vòng vây tạm [16] 27 Hình 2.1: T T T T T Hình 2.10: Hình dạng đai thép tăng cường mũi cọc [22] 33 T T T T Hình 2.11: Phạm vi bê tông nhồi cọc ống thép 34 T T T T Hình 2.12: Liên kết bệ móng kiểu thép hẩng 35 T T T T Hình 2.13: Liên kết bệ móng kiểu dùng cốt thép cắm 36 T T T T Hình 2.14: Phân loại theo hình thức chịu lực 37 T T T T Hình 2.15: Phân loại theo phương pháp thi công 38 T T T T Hình 2.16: Trình tự thi cơng móng cọc ống thép dạng giếng 40 T T T T Hình 2.17: Sơ đồ trình tự thi cơng móng cọc ống thép dạng giếng 41 T T T T Hình 2.18: Sàn thi cơng bờ 42 T T T T Hình 2.19: Sàn thi cơng cầu cạn 42 T T T T Hình 2.20: Sàn thi cơng sà lan 43 T T T T Hình 2.21: Kết cấu hệ khung dẫn hướng diển hình 44 T T T T Hình 2.22: Các ví dụ trình tự cơng tác lắp dựng cọc ống thép 45 T T T T Hình 2.23: Cách lựa chọn búa xung kích đóng cọc ống thép [25] 46 T T T T Hình 2.24: Đóng cọc ống thép búa xung kích 46 T T T T Hình 2.25: Cách lựa chọn búa rung hạ cọc ống thép [25] 47 T T T T Hình 2.26: Hạ cọc ống thép búa rung 47 T T T T Hình 2.27: Biện pháp điều chỉnh độ thẳng mối nối lệch 49 T T T T Hình 2.28: Lắp đặt tai nối hàn nối cọc ống thép 49 T T T T Hình 2.29: Xử lý tai nối cọc ống thép 50 T T T T Hình 2.30: Sơ đồ cơng tác lấy đất khỏi ống tai nối 50 T T T T Hình 2.31: Lấy đất phương pháp chân không 52 T T T T Hình 2.32: Cơng tác bơm bê tơng vào lịng cọc ống thép 53 T T T T Hình 2.33: Đổ bê tơng bịt đáy 54 T T T T Hình 2.34: Cấu tạo giằng chống bê tông nhồi bên giằng chống 55 T T T T Hình 2.35: Cắt thu hồi cọc ống thép làm vòng vây tạm 55 T T Hình 3.1: T T Hình 3.2: T T Hình 3.3: T T Hình 3.4: T T Hình 3.5: T T Hình 3.6: T T T T Mơ hình đập Trụ đỡ 59 T T Kích thước móng cọc ống thép dạng giếng 60 T T Các bước thiết kế móng cọc ống thép dạng giếng [26] 61 T T Trình tự thiết kế móng cọc ống thép dạng giếng [16]; [27] 62 T T Trình tự tính tốn hệ số phản lực [27] 66 T T Mơ hình tính tốn chuyển vị ngang góc xoay 71 T 34 T Mơ hình tính tốn thiết kế móng cọc ống thép dạng giếng 74 Hình 3.7: T T T Biểu đồ hệ số phân phối mô men uốn [27] 77 Hình 3.8: T T T T Mặt kết cấu trụ cống Mương Chuối 81 Hình 3.9: T T T T T Hình 3.10: Các mặt bên kết cấu trụ cống Mương Chuối 81 T T T T Hình 3.11: Kết cấu khoang điễn hình cho cống Mương Chuối 82 T T T T Hình 3.12: Mặt móng cọc ống thép dạng giếng áp dụng 83 T T Bảng 1.1: T T Bảng 1.2: T T Bảng 2.1: T T Bảng 2.2: T T Bảng 2.3: T T Bảng 2.4: T T Bảng 2.5: T T Bảng 2.6: T T Bảng 2.7: T T Bảng 2.8: T T Bảng 3.1: T T Bảng 3.2: T T Bảng 3.3: T T Bảng 3.4: T T Bảng 3.5: T T Bảng 3.6: T T Bảng 3.7: T T Bảng 3.8: T T Bảng 3.9: T T T T DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng thống kê thiết bị sử dụng [14] 15 T T Chi tiết kích thước tai nâng vận chuyển cọc ống thép 24 T T Các kích thước tai nối liên kết tai nối tiêu biểu [15] 29 T T Thành phần hóa học vật liệu cọc ván ống thép 39 T T Tính chất lý vật liệu cọc ván ống thép 39 T T Phạm vi áp dụng búa rung cho lắp dụng cọc ống thép [25] 45 T T Cấp phối 1m3 vữa xi măng phần làm móng thật [28] 51 T P P T Cấp phối 1m3 vữa xi măng + Bentonite cường độ thấp [27] 52 T P P T Cấp phối 1m3 bê tơng nhồi vào lịng cọc ống thép 52 T P P T Thiết bị thi công hút đất phương pháp chân không [25]; [28] 53 T T Modun biến dạng E α [30] 65 T R R T Thông số cấu tạo móng cọc ống thép dạng giếng áp dụng 83 T T Tổ hợp mực nước tính tốn cống Mương Chuối 86 T T Kết tính tốn tải trọng lên trụ cống 87 T T Ngoại lực lựa chọn tính tốn đáy bệ trụ 87 T T Kết tính tốn hệ số phản lực 87 T T Kích thước dầm quy đổi tính tốn 88 T T Tổng hợp kết tính tốn 90 T T So sánh số đặc điểm thiết kế 92 T T MỞ ĐẦU I Tính cấp thiết đề tài: Đập Trụ đỡ hai kết nghiên cứu đề tài KC 12.10:“Nghiên cứu áp dụng công nghệ tiên tiến cân bằng, bảo vệ sử dụng có hiệu nguồn nước Quốc gia” (1991-1995) GS TS Trương Đình Dụ làm chủ nhiệm [3] Kết nghiên cứu áp dụng vào thực tế xây dựng cơng trình: Cống Thảo Long (Thừa Thiên Huế), cống Sơng Cui (Long An), cống Phó Sinh (Bạc Liêu), Công nghệ đập Trụ đỡ đập Sà lan tiếp tục nghiên cứu áp dụng đề tài “Nghiên cứu công nghệ để thiết kế, xây dựng cơng trình ngăn sơng lớn vùng triều”, đề tài cấp Bộ PGS.TS Trần Đình Hịa chủ nhiệm [5] Hình 0.1: Sơ đồ hệ thống cống vùng cửa sông Đồng sông Cửu Long (Theo kết nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu công nghệ để thiết kế, xây dựng cơng trình ngăn sơng lớn vùng triều”) [5] Đối với cơng trình ngăn sông lớn vùng triều thuộc Đồng sông Cửu Long thường có địa chất phức tạp, chiều dày lớp đất yếu lớn Cao trình đáy lớp đất yếu (Đất bùn lỏng, đất sét pha trạng thái chảy, có số SPT N30 < 10) nằm khoảng từ -25,0m -:- -30,0m Và lớp đất cát hạt nhỏ đến hạt trung trạng thái chặt vừa phân bố sâu nằm khoảng cao trình -40,0m -:- 50,0m trở xuống Đồng thời chiều sâu đáy sông cửa sơng lớn thường có chiều sâu từ 15m đến 20m Dao động chế độ triều khoảng từ 2,5m đến 3m Dó cơng trình ngăn sơng vùng triều thường chịu lực ngang lớn Địi hỏi phải có giải pháp xử lý tăng khả kháng lực ngang cho cơng trình Năm 2008 Chính phủ phê duyệt quy hoạch Thủy lợi chống ngập úng khu vực TP Hồ Chí Minh Quyết định số 1547/QĐ-TTg ngày 28/10/2008 Các cơng trình chủ yếu lựu chọn dạng đập ngăn theo công nghệ đập Trụ Đỡ [6] Hình 0.2: Quy hoạch hệ thống cơng trình chống ngập TP.HCM giai đoạn I (Theo Quyết định số 1547/QĐ-TTg ngày 28/10/2008) [6] Khi vào thực tế nghiên cứu thiết kế cơng trình chống ngập úng Thành Phố Hồ Chí Minh hay nghiên cứu cơng trình ngăn sơng vùng triều Các đồ án thường sử dụng cọc thơng dụng để xử lý cho móng đập Trụ đỡ như: Cọc vịng ngồi Cọc tường ngăn Cọc tường ngăn Cọc tường ngăn 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 -10,15 -11,60 -13,05 -14,50 -15,95 -17,33 -18,57 -19,60 -20,38 -20,86 0,00 21,02 0,00 -21,02 -7,25 -7,25 -7,25 -7,25 -14,50 -14,50 -14,50 -14,50 7,25 7,25 7,25 7,25 14,50 14,50 14,50 14,50 7,25 7,25 7,25 7,25 14,50 14,50 103,02 134,56 170,30 210,25 254,40 300,33 344,84 384,16 415,34 435,14 0,00 441,84 0,00 441,84 52,56 52,56 52,56 52,56 210,25 210,25 210,25 210,25 52,56 52,56 52,56 52,56 210,25 210,25 210,25 210,25 52,56 52,56 52,56 52,56 210,25 210,25 -6,52 -6,52 -6,52 -6,52 -6,36 -5,71 -4,93 -3,90 -2,66 -1,28 6,52 0,00 -6,52 0,00 5,07 3,62 2,17 0,72 5,07 3,62 2,17 0,72 5,07 3,62 2,17 0,72 5,07 3,62 2,17 0,72 -5,07 -3,62 -2,17 -0,72 -5,07 -3,62 42,51 42,51 42,51 42,51 40,45 32,60 24,30 15,21 7,08 1,64 42,51 0,00 42,51 0,00 25,70 13,10 4,71 0,52 25,70 13,10 4,71 0,52 25,70 13,10 4,71 0,52 25,70 13,10 4,71 0,52 25,70 13,10 4,71 0,52 25,70 13,10 Vùng A-B Vùng B-C Vùng C-D Vùng D-A Vùng A Vùng B Vùng C Cọc tường ngăn Cọc tường ngăn Cọc tường ngăn Cọc đơn 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 14,50 14,50 -7,25 -7,25 -7,25 -7,25 -14,50 -14,50 -14,50 -14,50 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 -3,62 -10,88 3,62 10,88 3,62 10,88 -3,62 -10,88 -17,75 -17,75 210,25 210,25 52,56 52,56 52,56 52,56 210,25 210,25 210,25 210,25 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 13,10 118,37 13,10 118,37 13,10 118,37 13,10 118,37 315,06 315,06 -2,17 -0,72 -5,07 -3,62 -2,17 -0,72 -5,07 -3,62 -2,17 -0,72 5,07 3,62 2,17 0,72 -5,07 -3,62 -2,17 -0,72 2,17 2,17 2,17 2,17 -2,17 -2,17 -2,17 -2,17 0,00 0,00 4,71 0,52 25,70 13,10 4,71 0,52 25,70 13,10 4,71 0,52 25,70 13,10 4,71 0,52 25,70 13,10 4,71 0,52 4,71 4,71 4,71 4,71 4,71 4,71 4,71 4,71 0,00 0,00 Vùng D Vùng A-B Vùng C-D Vùng A Vùng B Vùng C Vùng D Vùng A-D Vùng B-C Phụ lục 3: Tính tốn hệ số phản lực nền: a; Xác định hệ số phản lực ngang: Căn vào tài liệu thí nghiệm trường thí nghiệm phịng lớp đất đáy móng trụ pin tính tốn điển hình Ta có tổng hợp tiêu quan trọng cho tính tốn hệ số phản lực thông số khác Bảng P.3 Bảng P.3 Phân bố tiêu đất giếng cọc TT Tên lớp địa chất Chiều sâu L i (m) R R Modun Chỉ số biến SPT dạng E N(Búa) (kN/m2) R P R P Lớp 1: Sét hữu cơ, trạng thái chảy 10,80 309 Lớp 1c: Á sét nặng, trạng thái dẻo mềm 6,10 715 10 Lớp 2a: Á sét nặng - sét cát, trạng thái dẻo cứng 9,20 3015 25 Lớp 2e: Á sét - cát hạt thô, kết cấu chặt vừa 4,10 5149 30 Lớp 2: Sét nâu vàng, trạng thái cứng - nửa cứng 8,30 2204 35 Căn vào công thức (3.1) đến (3.5) bước tính tốn Hình 3.5 ta có bảng tính tốn hệ số phản lực ngang trung bình cho lớp đất Bảng P.4 đến Bảng P.8 Đồng thời, trường hợp tính tốn đưa ra, tính cho trường hợp chỏ có H x M y Do xác định hệ số phản lực theo phương x tính tốn lớp đất Lúc đó, chiều rộng móng đặt tải tính tốn D(m) R R R R Bảng P.4 Xác định hệ số phản lực ngang cho lớp Ký hiệu Giá trị Lớp L1 Đơn vị 10,80 m Chiều sâu cấm xuống móng cọc Le 38,50 m Giả thiết đặc trưng móng Chiều rộng móng vng góc trụ tính tốn x 1/β D 38,50 13,03 m-1 m BH 22,40 m Hệ số suy luận lấy theo Bảng 3.1 Modun biến dạng lớp đất tính tốn α E0 309 kN/m2 Modun đàn hồi vật liệu làm cọc ES Thơng số tính tốn Hệ số phản lực lớp 1: Chiều dày lớp R R Chiều rộng móng đặt tải tính đổi B H = D Mơ men qn tính I y = n1+ n ∑ i =1 I 0i + µ β R R P P 200000000 kN/m2 R P n1+ n ∑A i =1 0i i x Hệ số phản lực theo phương ngang Tính lại đặc trưng móng β ' = k H D 4.ES I Kiểm tra 01 02 điều kiện I = Iy 707,32 m4 k Hx 162,21 kN/m3 1/β' 127,91 m R R P 1/β ≈ 1/β' 1/β ≤ L e R Hệ số phản lực theo phương ngang P k H1x R Thỏa mãn 324,43 kN/m3 P Bảng P.5 Xác định hệ số phản lực ngang cho lớp 1c Thơng số tính tốn Ký hiệu Giá trị Hệ số phản lực lớp 1c: Chiều dày lớp Lớp 1c L1 Đơn vị 6,10 m Le 38,50 m Chiều sâu cấm xuống móng cọc R R Giả thiết đặc trưng móng Chiều rộng móng vng góc trụ tính tốn x 1/β D 38,50 13,03 m-1 m BH 22,40 m Hệ số suy luận lấy theo Bảng 3.1 Modun biến dạng lớp đất tính tốn α E0 715 kN/m2 Modun đàn hồi vật liệu làm cọc ES Chiều rộng móng đặt tải tính đổi B H = D Mơ men quán tính I y = n1+ n ∑ i =1 I 0i + µ β R R P P 200000000 kN/m2 R P n1+ n ∑A i =1 0i i x 707,32 m4 k Hx 375,35 kN/m3 1/β' 103,71 m R Hệ số phản lực theo phương ngang Tính lại đặc trưng móng β ' = I = Iy R k H D 4.ES I P P 1/β ≈ 1/β' Kiểm tra 01 02 điều kiện 1/β ≤ L e R Hệ số phản lực theo phương ngang k H2x R Thỏa mãn 750,70 kN/m3 P Bảng P.6 Xác định hệ số phản lực ngang cho lớp 2a Thông số tính tốn Ký hiệu Giá trị Hệ số phản lực lớp 2a: Chiều dày lớp Lớp 2a L1 Đơn vị 9,20 m Chiều sâu cấm xuống móng cọc Le 38,50 m Giả thiết đặc trưng móng Chiều rộng móng vng góc trụ tính tốn x 1/β D 38,50 13,03 m-1 m BH 22,40 m Hệ số suy luận lấy theo Bảng 3.1 Modun biến dạng lớp đất tính tốn α E0 3015 kN/m2 Modun đàn hồi vật liệu làm cọc ES R R Chiều rộng móng đặt tải tính đổi B H = D Mơ men qn tính I y = n1+ n ∑ i =1 I 0i + µ β R R P P 200000000 kN/m2 R P n1+ n ∑A i =1 0i i Hệ số phản lực theo phương ngang x I = Iy 707,32 m4 k Hx 1582,76 kN/m3 R R P P Tính lại đặc trưng móng β ' = k H D 4.ES I 1/β' 72,37 m 1/β ≈ 1/β' Kiểm tra 01 02 điều kiện 1/β ≤ L e R Hệ số phản lực theo phương ngang k H3x Thỏa mãn 3165,52 R kN/m3 P Bảng P.7 Xác định hệ số phản lực ngang cho lớp 2e Thơng số tính tốn Ký hiệu Giá trị Hệ số phản lực lớp 2e: Chiều dày lớp Lớp 2e L1 Đơn vị 4,10 m Chiều sâu cấm xuống móng cọc Le 38,50 m Giả thiết đặc trưng móng Chiều rộng móng vng góc trụ tính tốn x 1/β D 38,50 13,03 m-1 m BH 22,40 m Hệ số suy luận lấy theo Bảng 3.1 Modun biến dạng lớp đất tính tốn α E0 5149 kN/m2 Modun đàn hồi vật liệu làm cọc ES R R Chiều rộng móng đặt tải tính đổi B H = D Mơ men qn tính I y = n1+ n ∑ i =1 I 0i + µ β R R P P 200000000 kN/m2 R P n1+ n ∑A i =1 0i i x Hệ số phản lực theo phương ngang Tính lại đặc trưng móng β ' = k H D 4.ES I Kiểm tra 01 02 điều kiện I = Iy 707,32 m4 k Hx 2703,03 kN/m3 1/β' 63,31 m R R P 1/β ≈ 1/β' 1/β ≤ L e R Hệ số phản lực theo phương ngang P k H4x R Thỏa mãn 5406,06 kN/m3 P Bảng P.8 Xác định hệ số phản lực ngang cho lớp Thơng số tính toán Hệ số phản lực lớp 2: Chiều dày lớp Ký hiệu Giá trị Lớp L1 Đơn vị 8,30 m R Chiều sâu cấm xuống móng cọc Le 38,50 m Giả thiết đặc trưng móng Chiều rộng móng vng góc trụ tính tốn x 1/β D 38,50 13,03 m-1 m BH 22,40 m Hệ số suy luận lấy theo Bảng 3.1 Modun biến dạng lớp đất tính tốn α E0 2204 kN/m2 Modun đàn hồi vật liệu làm cọc ES R Chiều rộng móng đặt tải tính đổi B H = D Mơ men qn tính I y = n1+ n ∑ i =1 I 0i + µ β R R P P 200000000 kN/m2 R P n1+ n ∑A i =1 0i i x Hệ số phản lực theo phương ngang Tính lại đặc trưng móng β ' = I = Iy 707,32 m4 k Hx 1157,02 kN/m3 1/β' 78,27 m R R k H D 4.ES I P P 1/β ≈ 1/β' Kiểm tra 01 02 điều kiện Thỏa mãn 1/β ≤ L e R Hệ số phản lực theo phương ngang k H5x R kN/m3 2314,03 P Tổng hợp kết tính tốn hệ số phản lực ngang Bảng P.9 Bảng P.9 Tổng hợp kết hệ số phản lực ngang TT Tên lớp địa chất Chiều sâu L i R (m) R Chiều rộng vng góc với trục x tính tốn D (m) Hệ số phản lực k Hix R R (kN/m ) P P Hệ số phản lực ngang cho dầm quy đổi D*k Hix R R (kN/m ) P P Lớp 1: Sét hữu 10,80 13,03 324,4 4227,3 Lớp 1c: Á sét nặng 6,10 13,03 750,7 9781,6 Lớp 2a: Á sét nặng - sét cát 9,20 13,03 3165,5 41246,7 Lớp 2e: Á sét - cát hạt thô 4,10 13,03 5406,1 70440,9 Lớp 2: Sét nâu vàng 8,30 13,03 2314,0 30151,8 b; Xác định hệ số phản lực chân giếng: Các hệ số phản lực chân giếng bao gồm: Hệ số phản lực đứng, hệ số phản lực chịu cắt hệ số phản lực xoay chân giếng Các hệ số phản lực chân giếng xác định dựa vào công thức (3.17) đến (3.20) Chi tiết tính tốn nêu Bảng P.10 Bảng P.10 Tính tốn hệ số phản lực chân giếng Chỉ tiêu tính tốn TT Ký hiệu Giá trị Đơn vị Chiều rộng gia tải cọc ống thép sử dụng B V = D BV 1,20 m Modun biến dạng lớp đất chân giếng E0 2204 kN/m2 Hệ số suy luận lấy theo Bảng 3.1 Hệ số phản lực đứng α 4 kv = kV 10389,8 kN/m3 kS 3116,9 kN/m3 KV 1269058,0 kN/m KS 380717,4 kN/m R R B α E ( v ) −3 / 0,3 0,3 Hệ số phản lực chịu cắt theo phương ngang k S = 0,30*k V Hệ số phản lực đứng cho dầm quy đổi R R R R R R R P P P R n1+ n K V = k V ∑ A1 R i =1 Hệ số phản lực cắt cho dầm quy đổi n1+ n K S = k S ∑ A1 R i =1 Hệ số đàn hồi quay chân giếng n1+ n K ry = kV ∑ A1 x i2 i =1 K Ry R 198154143,2 kN.m/Rad Phụ lục 4: Sức chịu tải ngang mô men uốn: Mô hình tính tốn phân tích sau: - Xác định sức chịu tải ngang mô men uốn: Dựa mơ hình lập Bảng 3.6 Bảng 3.7, cho ngàm chặt dầm vị trí đáy bệ móng, cho chuyển vị cưỡng theo phương ngang đoạn x = [∆ n ] = 3,0cm Kết phản lực ngang mơ men uốn ngàm sức chịu tải ngang mô men uốn giếng cọc R R - Xác định chuyển vị ngang với ngoại lực tính tốn: Với mơ hình tương tự trên, vị trí đáy bệ móng khống chế chuyển vị xoay theo phương y Đặt ngoại lực H x ; M y vào đầu dầm quy đổi Kết chuyển vị ngang đầu dầm quy đổi R R R R chuyển vị ngang đầu giếng cọc ∆ cần tìm Mơ hình tính tốn mơ tính tốn theo SAP2000 v12 với kích thước dầm quy đổi xác định Bảng 3.7 ngoại lực Bảng 3.5 x = [∆ n ] = 3,0cm; ∆ = 2,80cm < 3,0cm; [H x ] = 50682 kN; [M y ] = 1805318 kN; H x = 48283 kN; Mơ hình tính tốn sức chịu tải ngang mô men uốn R R R R R R R R Phụ lục 5: Sức chịu tải cho phép cọc ống thép: Sức chịu tải cho phép 01 cọc ống móng cọc ống thép dạng giếng bao gồm: Sức chịu tải nén cho phép sức chịu tải nhổ cho phép Tính tốn sức chịu tải nén nhổ 01 cọc ống thép giếng cọc dựa vào công thức (3.9) đến (3.13) Để xác định sức chịu tải nén nhổ cho phép cọc ống thép tường hợp làm việc bình thường (Trường hợp bản), phải dựa vào sức kháng bên sức kháng mũi cọc ống thép hệ cọc Chi tiết công thức xác định sức kháng mũi theo (3.11) sức kháng bên xác định đựa vào số xuyên động SPT (N) bình qn lớp đất tính tốn Chi tiết tính tốn sức kháng bên lớp đất nêu Bảng P.11 sức chịu tải nén, nhổ cọc ống thép nêu Bảng P.12 Bảng P.11 TT Sức kháng bên lớp đất Tên lớp Chiều dày lớp L i (m) Chỉ số SPT N (Búa) Sức kháng bên f i (kN/m2) Chiều dày lớp L i f i (kN/m) R R R R P P R R Lớp 1: Sét hữu 10,80 6,0 64,8 Lớp 1c: Á sét nặng 6,10 10 20,0 122,0 Lớp 2a: Á sét nặng - sét cát 9,20 20 40,0 368,0 Lớp 2e: Á sét - cát hạt thô 4,10 30 60,0 246,0 Lớp 2: Sét nâu vàng 8,30 35 70,0 581,0 Tổng cộng Bảng P.12 TT 38,50 R R 1381,8 Sức chịu tải nén nhổ cọc ống thép Chi tiêu mơ hình tính tốn Ký hiệu Giá trị Đơn vị Chu vi vòng giếng cọc U1 102,70 m Chu vi vòng trong, tường ngăn cọc đơn U2 238,90 m Diện tích mặt cắt khép kín cọc ống thép A1 1,131 m2 Chỉ số SPT lớp đất mũi cọc ống thép N 35 Búa R R R P Sức chống mũi đất với cọc ống thép qd 10500 kN/m2 Sức chịu tải nén cực hạn cọc ống thép Ru 15875 kN/cọc Hệ số an toàn nén (Trường hợp bản) n Sức chịu tải nén cho phép cọc ống thép Ra 5073 kN/cọc Sức chịu tải nhổ cực hạn cọc ống thép Pu 4000 kN/cọc 10 Hệ số an toàn nhổ (Trường hợp bản) n 11 Trọng lượng 01 cọc ống thép W 219 kN/cọc 12 Sức chịu tải nhổ cho phép cọc ống thép Pa 886 kN/cọc R R R R R P Phụ lục 6: Lực tác dụng lên cọc ứng suất cọc: Lực tác dụng lên cọc ống thép xác định theo công thức (3.21); ứng suất xuất cọc ống thép thuộc tường ngăn vịng ngồi giếng xác định theo công thức (3.22); ứng suất cọc đơn xác định theo công thức (3.24) đến (3.27) Chi tiết tính tốn lực tác dụng lên cọc ống thép ứng suất xuất cọc ống thép thuộc tường ngăn vòng ngồi giếng nêu Bảng P.13; Chi tiết tính toán ứng suất cọc đơn giếng cọc nêu Bảng P.14; Bảng P.13 Loại cọc Cọc vòng Lực tác dụng ứng suất cọc vịng ngồi tường ngăn STT xi (m) -1,45 -2,90 -4,35 -5,80 -7,25 -8,70 -10,15 -11,60 -13,05 R R Pi (kN/cọc) 1224,68 1213,48 1202,28 1191,08 1179,88 1168,68 1157,48 1146,28 1135,08 R R σi (N/mm2) 18,78 18,59 18,40 18,21 18,01 17,82 17,63 17,44 17,24 R R P Ghi P Vùng A Cọc vịng ngồi Cọc vịng ngồi 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 -14,50 -15,95 -17,33 -18,57 -19,60 -20,38 -20,86 1,45 2,90 4,35 5,80 7,25 8,70 10,15 11,60 13,05 14,50 15,95 17,33 18,57 19,60 20,38 20,86 1,45 2,90 4,35 5,80 7,25 8,70 10,15 11,60 13,05 14,50 15,95 17,33 18,57 19,60 1123,88 1112,68 1102,02 1092,44 1084,49 1078,46 1074,76 1247,08 1258,28 1269,48 1280,68 1291,88 1303,08 1314,28 1325,48 1336,68 1347,88 1359,08 1369,74 1379,32 1387,27 1393,30 1397,01 1247,08 1258,28 1269,48 1280,68 1291,88 1303,08 1314,28 1325,48 1336,68 1347,88 1359,08 1369,74 1379,32 1387,27 17,05 16,86 16,68 16,51 16,37 16,27 16,21 25,48 25,67 25,86 26,06 26,25 26,44 26,63 26,83 27,02 27,21 27,40 27,59 27,75 27,89 27,99 28,06 25,48 25,67 25,86 26,06 26,25 26,44 26,63 26,83 27,02 27,21 27,40 27,59 27,75 27,89 Vùng B Vùng C Cọc vòng ngồi Cọc vịng ngồi Cọc tường ngăn Cọc tường ngăn 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 20,38 20,86 -1,45 -2,90 -4,35 -5,80 -7,25 -8,70 -10,15 -11,60 -13,05 -14,50 -15,95 -17,33 -18,57 -19,60 -20,38 -20,86 0,00 21,02 0,00 -21,02 -7,25 -7,25 -7,25 -7,25 -14,50 -14,50 -14,50 -14,50 7,25 7,25 7,25 7,25 14,50 14,50 14,50 1393,30 1397,01 1224,68 1213,48 1202,28 1191,08 1179,88 1168,68 1157,48 1146,28 1135,08 1123,88 1112,68 1102,02 1092,44 1084,49 1078,46 1074,76 1235,88 1398,24 1235,88 1073,52 1179,88 1179,88 1179,88 1179,88 1123,88 1123,88 1123,88 1123,88 1291,88 1291,88 1291,88 1291,88 1347,88 1347,88 1347,88 27,99 28,06 18,78 18,59 18,40 18,21 18,01 17,82 17,63 17,44 17,24 17,05 16,86 16,68 16,51 16,37 16,27 16,21 25,29 28,08 25,29 16,19 18,01 18,01 18,01 18,01 17,05 17,05 17,05 17,05 26,25 26,25 26,25 26,25 27,21 27,21 27,21 Vùng D Vùng A-B Vùng B-C Vùng C-D Vùng D-A Vùng A Vùng B Cọc tường ngăn Cọc tường ngăn Cọc tường ngăn Cọc tường ngăn Cọc đơn 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 14,50 7,25 7,25 7,25 7,25 14,50 14,50 14,50 14,50 -7,25 -7,25 -7,25 -7,25 -14,50 -14,50 -14,50 -14,50 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 -3,62 -10,88 3,62 10,88 3,62 10,88 -3,62 -10,88 -17,75 -17,75 1347,88 1291,88 1291,88 1291,88 1291,88 1347,88 1347,88 1347,88 1347,88 1179,88 1179,88 1179,88 1179,88 1123,88 1123,88 1123,88 1123,88 1235,88 1235,88 1235,88 1235,88 1235,88 1235,88 1235,88 1235,88 1207,92 1151,84 1263,84 1319,92 1263,84 1319,92 1207,92 1151,84 1098,78 1372,98 27,21 26,25 26,25 26,25 26,25 27,21 27,21 27,21 27,21 18,01 18,01 18,01 18,01 17,05 17,05 17,05 17,05 25,29 25,29 25,29 25,29 25,29 25,29 25,29 25,29 Vùng C Vùng D Vùng A-B Vùng C-D Vùng A Vùng B Vùng C Vùng D Vùng A-D Vùng B-C Bảng P.14 Ứng suất lớn nhất, nhỏ cọc ống thép đơn Ký hiệu ES Giá trị Đơn vị 200000000 kN/m2 Ứng suất kéo cho phép σa 185 kN/m2 Hệ số tỷ lệ α1 Mơ men qn tính 01 cọc ống thép đơn I0 0,010 m4 W0 0,016 m3 A 03 0,056 m2 P maxđơn 1373,0 kN/cọc δ θ 0,028 0,00 m Rad L 37,7 m MU 231,76 kN.m/cọc ML -231,76 kN.m/cọc Md 231,76 kN.m/cọc σ max đơn 38,77 N/mm2 σ đơn 10,40 N/mm2 Chi tiêu mơ hình tính toán Modun đàn hồi vật liệu làm cọc ống thép R R R Mô mem chống uốn 01 cọc ống thép đơn Diện tích mặt cắt túy 01 cọc ống thép đơn Lực tác dụng lớn lên cọc đơn N=P maxđơn R R R R R Chuyển vị ngang cọc đáy bên móng Chuyển vị xoay cọc đáy bên móng Chiều sâu từ đáy bệ đến đỉnh lớp chịu lực (Lớp 2) Mô men uốn tác dụng đầu cọc E I  3.δ  MU = S  − 2θ  L R  P P P P   L Mô men uốn tác dụng mũi cọc E I  3.δ  M L = S  2θ −  L P R L  Mô men uốn tác dụng lên cọc đơn bên M d = max(M U ; M L ) R Ứng suất lớn cọc đơn σ max  N M d  −3 = + .10  A03 W03  R P Ứng suất nhỏ cọc đơn N M  − d .10 −3 σ =  A  03 W03  R Thỏa mãn So sánh với điều kiện σ max ≤ α σ a R R R R R Hết P N/mm2 P ... thực để đạt mục tiêu Nội dung dụng của luận văn gồm 03 chương sau: CHƯƠNG TỔNG QUAN ỨNG DỤNG CỌC ỐNG THÉP XỬ LÝ NỀN 1.1 Ứng dụng dạng móng cọc ống thép để xử lý nền: 1.1.1 Ngoài nước: Cọc ống thép. .. cắt cọc ống thép nước: 55 T T T T 2.3 Kết luận chung: 56 T T CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MÓNG CỌC ỐNG THÉP DẠNG GIẾNG ĐỂ XỬ LÝ NỀN CHO MÓNG ĐẬP TRỤ ĐỠ TRONG TRƯỜNG HỢP CỘT NƯỚC... Tên đề tài luận văn: ? ?Nghiên cứu ứng dụng cọc ống thép để xử lý cho móng đập Trụ đỡ trường hợp cột nước sâu? ?? Tôi xin cam đoan đề tài luận văn hồn tồn tơi làm Những kết nghiên cứu, tính tốn khơng