ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ VĂN HỌC NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP NỀN MÓNG HỢP LÝ CHO CỘT ĂNG TEN TRẠM BTS KHU VỰC ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG CHUYÊN NGÀNH : ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG MÃ SỐ NGÀNH 605860 : LUẬN VĂN THẠC SĨ Tp Hồ Chí Minh, tháng 11/2012 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Hà Văn Học MSHV: 11864419 Ngày, tháng, năm sinh: 14/3/1976 Nơi sinh : Nam Định Chuyên ngành: Địa kỹ thuật Xây dựng Mã số : 605860 I TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu giải pháp móng hợp lý cho cột ăng ten trạm BTS khu vực đồng sông Cửu Long II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Nghiên cứu giải pháp xử lý móng cột ăng ten trạm BTS khu vực ĐBSCL Nội dung đề tài sau: Mờ đầu Chương Tổng quan đất yếu giải pháp móng hợp lý cho móng cột ăng ten trạm BTS Chương Cơ sở lý thuyết tính xử lý móng cơng trình phương pháp Top Base Chương Giải pháp móng Top-Base cho cột ăng ten trạm BTS khu vực ĐBSCL Kết luận kiến nghị III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 02/7/2012 IV.NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 30/11/2012 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS Trần Xuân Thọ Tp HCM, ngày 02 tháng năm 2012 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên chữ ký) TS Trần Xuân Thọ PGS.TS Võ Phán TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG (Họ tên chữ ký) PGS.TS Bùi Cơng Thành CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG TP.HCM Cán hướng dẫn khoa học: TS Trần Xuân Thọ (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét 1: PGS.TS Võ Phán (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét 2: TS Lê Trọng Nghĩa (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 24 tháng 01 năm 2013 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) GS.TSKH Nguyễn Văn Thơ Chủ tịch Hội đồng TS Bùi Trường Sơn Thư ký Hội đồng PGS.TS Võ Phán Ủy viên Hội đồng TS Lê Trọng Nghĩa Ủy viên Hội đồng Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG PGS.TSKH Nguyễn Văn Thơ TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG PGS.TS Bùi Công Thành LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành Luận văn thạc sĩ, tác giả trải qua khoảng thời gian học tập nghiên cứu tài liệu, sách báo, tạp chí khoa học có liên quan Tuy nhiên tất khơng khơng có cơng lao lớn Quý Thầy, Cô giảng dạy nhà trường Tác giả muốn bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Quý Thầy, Cô giảng dạy Bộ mơn khóa học, đặc biệt Ts Trần Xuân Thọ người đặt tảng ban đầu cho nghiên cứu này, người hướng dẫn tác giả chu đáo nhiệt tình thời gian qua Tác giả bày tỏ lòng cảm ơn gia đình, bạn bè, đồng nghiệp có hỗ trợ thiết thực cho trình học tập nghiên cứu ngày hôm Xin trân trọng cảm ơn! HỌC VIÊN: HÀ VĂN HỌC MSHV: 11864419 TÓM TẮT Khi xây dựng trạm thu phát sóng di động (BTS) khu vực đất yếu Đồng sơng Cửu Long (ĐBSCL) chi phí xử lý móng tốn Với giải pháp móng cọc bê tông cốt thép (BTCT) điều kiện thi cơng khó khăn vùng sâu, vùng xa phải áp dụng móng cừ tràm đồng thời mở rộng kích thước móng để đảm bảo khả chịu tải giảm độ lún dẫn đến chi phí xây dựng cao Để khắc phục hạn chế phương pháp truyền thống nói cách ứng dụng cơng nghệ Top-base xử lý móng cho cột ăng ten trạm BTS giải pháp hợp lý nhằm góp phần làm giảm chi phí đầu tư xây dựng cơng trình Đây cơng nghệ có tính đột phá nhờ chi phí thấp thời gian thi công ngắn sử dụng vật liệu thi công chỗ, dễ vận chuyển đến công trường phương pháp thi công đơn giản Trong luận văn này, tác giả tiến hành phân tích phương pháp giải tích mơ phương pháp phần tử hữu hạn thông qua phần mềm Plaxis 2D để xem xét khả chịu tải mức độ giảm độ lún móng Top-base Từ rút kết luận khả ứng dụng phương pháp Top-base xử lý móng cột ăng ten trạm BTS cao khu vực ĐBSCL ABSTRACT When building the base transceiver stations (BTS) in the soft soil area of Mekong Delta, the constructions of foundation are often expensive due to the high cost of foundation treatment Using the reinforced concrete piles or in the difficult construction conditions in remote areas, the cajuputs used instead and the size of the foundation widened to ensure the bearing capacity and settlement, the cost of foundation treatment is usually quite high To overcome the limitations of traditional methods mentioned, the application of Top-base foundation for BTS antenna in soft soils is a very reasonable solution to reduce the cost of construction This is a new technology breakthrough thanks to lower costs by short construction time as well as the use of construction materials on site, easy to transport to the site and a simple construction method In this thesis, the problems have been analyzed by using the analytical method as well as simulated by finite element method through software PLAXIS 2D to consider a bearing capacity of soils and the settlement reduction of the Top-base foundation This can be concluded the applicability of the Top-base method as foundation treatment to the BTS antenna pole is very high in the Mekong Delta LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sĩ “Nghiên cứu giải pháp móng hợp lý cho cột ăng ten trạm BTS khu vực đồng sơng Cửu Long” cơng trình nghiên cứu cá nhân không trùng lặp với đề tài khác, số liệu Luận văn số liệu thực Tôi xin cam đoan giúp đ cho việc thực luận văn cảm ơn thơng tin trích dẫn luận văn rõ nguồn gốc Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2012 NGƯỜI CAM ĐOAN Hà Văn Học Học viên cao học khóa 2011 Chuyên ngành: Địa Kỹ thuật Xây dựng Trường Đại học Bách khoa Tp Hồ Chí Minh MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Thị trường dịch vụ thông tin di động ngày cạnh tranh liệt với nhà khai thác cung cấp dịch vụ tồn quốc Để tạo chỗ đứng cho thị trường, nhà khai thác dịch vụ thông tin di động tập trung đầu tư phát triển mạng lưới, cung cấp nhiều dịch vụ tiện ích cho khách hàng Mật độ xây dựng trạm thu phát sóng di động (BTS) ngày dày để đảm bảo khả cung cấp dịch vụ thoại nhiều dịch vụ giá trị gia tăng khác Đặc điểm đất khu vực đồng sông Cửu Long (ĐBSCL) chủ yếu đất yếu, đầu tư xây dựng trạm BTS nhà mạng trở nên tốn chi phí xử lý móng cột ăng ten cao Đối với trạm BTS nút truyền dẫn quan trọng tải trọng treo lắp lên cột tải trọng thân cột ăng ten tương đối lớn Khi đó, việc xử lý móng cơng trình để đảm bảo khả chịu tải giảm độ lún, lật quan trọng Giải pháp xử lý móng thường áp dụng đóng cừ tràm vị trí xây dựng có đủ diện tích để đào hố móng móng cọc bê tơng cốt thép cho vị trí xây dựng chật hẹp đô thị Các giải pháp tốn khoản chi phí lớn, chiếm tỷ trọng 45% giá trị hạng mục cơng trình Với mong muốn tìm giải pháp móng hợp lý cho cột ăng ten trạm BTS, đề tài: “Nghiên cứu giải pháp móng hợp lý cho cột ăng ten trạm BTS khu vực đồng sông Cửu Long” chọn cho Luận văn thạc sĩ Việc tìm giải pháp hợp lý để áp dụng vào thực tiễn cơng việc làm khích lệ bước để nghiên cứu khoa học kỹ thuật Nội dung nghiên cứu Từ kiến thức học tìm hiểu giải pháp xử lý móng cơng trình, đặc biệt móng cho trạm BTS, tác giả xác định nghiên cứu đề tài nhằm mục đích ứng dụng vào thực tế cơng việc thân nơi công tác Trong phạm vi nghiên cứu đề tài, tác giả tập trung nghiên cứu khả ứng dụng phương pháp Top-base vào việc xử lý móng cho cơng trình trạm BTS khu vực ĐBSCL Từ ứng dụng thay dần giải pháp xử lý móng truyền thống đóng cừ tràm, cọc BTCT cho cơng trình trạm BTS Phƣơng pháp nghiên cứu Để tiến hành nghiên cứu đề tài này, tác giả trọng tìm hiểu giải pháp xử lý móng cơng trình, đặc biệt cơng trình xây dựng sử dụng phương pháp Top-base Từ kết tính tốn, phân tích thu thập số liệu thực tế, tác giả phân tích giải pháp cụ thể đối chiếu với thực tiễn để từ đánh LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sĩ “Nghiên cứu giải pháp móng hợp lý cho cột ăng ten trạm BTS khu vực đồng sơng Cửu Long” cơng trình nghiên cứu cá nhân không trùng lặp với đề tài khác, số liệu Luận văn số liệu thực Tôi xin cam đoan gi p đ cho việc thực luận văn cảm ơn thông tin trích dẫn luận văn rõ nguồn gốc Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2012 NGƯỜI CAM ĐOAN Hà Văn Học Học viên cao học khóa 2011 Chuyên ngành: Địa Kỹ thuật Xây dựng Trường Đại học Bách khoa Tp Hồ Chí Minh giá mức độ ứng dụng giải pháp xử lý móng hợp lý vào thực tiễn Trong phạm vi đề tài, chọn phương pháp tổng hợp phương pháp để nghiên cứu như: phương pháp phần tử hữu hạn, thu thập trường, thống kê, trích lọc báo cáo khoa học, phân tích liên quan giải pháp xử lý móng cơng trình đất yếu, phương pháp so sánh giải pháp để từ đưa giải pháp hợp lý Tính khoa học thực tiễn đề tài Top-base phương pháp xử lý đất yếu, làm tăng khả tiếp nhận tải trọng đất nền, làm giảm độ lún thời gian cố kết đất Đối với ĐBSCL, trình phát triển mạng lưới thông tin di động, nhà mạng tốn đầu tư xây dựng sở hạ tầng Trong việc xây dựng cột ăng ten chiếm chi phí lớn, chi phí phần móng chiếm khoảng 45% giá trị hạng mục cột ăng ten Giải pháp xử lý móng cừ tràm sử dụng không áp dụng cho công trình có tải trọng lớn Giải pháp xử lý móng cọc BTCT lại khơng thể sử dụng địa hình mà phương tiện thi cơng giới khơng đến cơng trình có tải trọng lớn Do đó, phương pháp Top-base xem giải pháp hợp lý khắc phục hạn chế hai giải pháp thông thường cừ tràm hay cọc BTCT Phương pháp Top-base mang lại ưu việt sau: - Có khả ứng dụng cho loại đất yếu; - Đảm bảo an toàn cho tải trọng đặt đất yếu; - Giảm độ lún tổng thể lún lệch cơng trình, đồng thời tăng khả chịu tải ban đầu; - Có khả thi cơng nơi điều kiện thi cơng khó khăn, vùng sâu, vùng xa, hay nơi chật hẹp; - Tiến độ thi cơng nhanh qua giảm tiếp giá thành xây dựng; - Thân thiện với môi trường Cấu trúc đề tài Đề tài “Nghiên cứu giải pháp móng hợp lý cho cột ăng ten trạm BTS khu vực đồng sông Cửu Long” tác giả tập trung vào nội dung sau: + Chƣơng Tổng quan đất yếu giải pháp móng hợp lý cho móng cột ăng ten trạm BTS Tác giả trình bày nội dung mang tính khái quát đất yếu, giải pháp thông dụng áp dụng để xử lý đất yếu, giải pháp móng hợp lý cho cơng trình đất yếu Hạng mục cơng việc STT Khối lƣợng Đơn vị tính Đơn giá Thành tiền (VND) (VND) 140 m 150.000 Chi phí ép cọc 21.000.000 Tổng chi phí xử lý móng 108.260.000 Chi phí xử lý móng cọc BTCT cao khối lượng cọc phải chuyển máy móc thiết bị cơng trình lớn Chi phí xử lý móng Top-base - Móng Top-base có kích thước tính tốn phần trên, L 4)m Mỗi Top-block có 0,0280 m³ bê tơng - B = (4 Chi phí sau: STT Hạng mục cơng việc Khối lƣợng Đơn vị tính Đơn giá Thành tiền (VND) (VND) Đào móng cột, rộng >1 m, sâu >1 m, đất cấp II, hệ số vát 1,1 90 m³ 188.152 16.933.680 Lắp đặt Top-block bao gồm bê tông, thép liên kết 81 151.772 12.293.532 Chèn đá dăm, đầm chặt 9,42 m³ 368.000 3.466.560 Tổng chi phí xử lý móng 32.693.672 Bảng so sánh chi phí xử lý móng STT Giải pháp xử lý móng cho hạng mục cơng trình Giá thành (VND) Đánh giá Xử lý móng cừ tràm Xử lý móng cọc BTCT 108.260.000 Tốn Xử lý móng Top-base 32.693.672 Ít tốn 3.6 49.627.005 Nhận xét đánh giá Từ phân tích tính tốn phần cho thấy giải pháp móng Top-base giải pháp móng hợp lý cho móng cột ăng ten trạm BTS khu vực ĐBSCL Giải pháp móng Top-base mang lại khả xử lý hiệu quả, khả chịu tải tăng lên, độ lún giảm rõ rệt, chi phí giảm 80 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Từ kết phân tích, tính tốn xử lý móng cột ăng ten trạm BTS khu vực ĐBSCL phương pháp Top-base, rút kết luận sau: - Phương pháp Top-Base có khả ứng dụng cho loại đất, đặc biệt đất yếu Với nguyên lý bánh xích Top-Shape máy ủi giúp cho phần trụ nón nghiêng với phương ngang 45o có tác dụng phân phối lại ứng suất tải trọng, phần mũi vát thiết kế đặc biệt để ngăn cản biến dạng ngang Top-block - Đối với loại đất yếu, có góc ma sát nhỏ ( ≤ 10o), có dung trọng tự nhiên ≤ 15 kN/m³, hệ số rỗng e 1,5÷2,0 sức chịu tải ban đầu đất (qa) không phụ thuộc vào bề rộng móng (B) hệ số khả chịu tải N’r = Trường hợp sử dụng Top-base lớp mà khả chịu tải mũi Top-block q’k > qk (tải trọng phân bố gây mũi Top-block) cần phải xem xét đến khả dùng Top-base lớp tăng diện tích móng khơng hiệu Khi sử dụng Top-base lớp khắc phục khả chịu tải giảm độ lún cơng trình - Đối với loại đất tương đối tốt, góc ma sát ( > 10o), dung trọng tự nhiên > 15 kN/m³, hệ số rỗng e < 1,5 hiệu xử lý Topbase lớp hợp lý, đảm bảo khả chịu tải cơng trình hạn chế độ lún Kích thước đáy móng Top-base giảm so với phương án xử lý móng cừ tràm khả chịu tải Top-base tăng 2,5 ÷ lần so với đất chưa xử lý Giải pháp khắc phục nhược điểm dùng phương án đóng cừ tràm, thi cơng dễ dàng, nhanh chóng - Với tính ưu việt phương pháp Top-base giải hạn chế giải pháp móng khác như: đóng cừ tràm, cọc BTCT (cọc ép cọc khoan nhồi), cột đất trộn xi măng Giải pháp cịn làm giảm chi phí đầu tư xây dựng sở hạ tầng trạm BTS, làm giảm thời gian thi cơng đưa cơng trình vào lắp đặt thiết bị sớm góp phần làm tăng hiệu đầu tư xây dựng cơng trình Kiến nghị Từ kết phân tích cho thấy, với tính ưu việt giá thành, độ bền vững phạm vi ứng dụng rộng rãi phương pháp Top-base Móng Top-base 81 ngày phát triển rộng rãi thị trường xây xựng Việt nam Nhất vùng đất yếu, đặc biệt vùng đất ĐBSCL Vì vậy, doanh nghiệp viễn thơng nên nghiên cứu áp dụng giải pháp móng Top-base cho móng cột ăng ten móng hạng mục xây dựng khác đầu tư xây dựng sở hạ tầng phát triển mạng lưới khu vực ĐBSCL Hƣớng nghiên cứu Việc nghiên cứu giải pháp móng Top-base cho cột ăng ten khu vực ĐBSCL bước ban đầu nghiên cứu phương pháp Top-base để xử lý móng cơng trình Để ứng dụng rộng rãi việc xử lý móng cơng trình đất yếu phương pháp Top-base khơng riêng cho móng cột ăng ten mà cịn ứng dụng cho cơng trình khác cần phải tính tốn với nhiều điều kiện địa chất khác Ngồi ra, để có kết luận xác khả chịu tải Topbase cần tiến hành thí nghiệm bàn nén trường để có số liệu cụ thể để từ có giải pháp ứng dụng phương pháp Top-base hiệu 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO Châu Ngọc Ẩn Nền Móng Cơng trình Nhà xuất xây dựng, 2009 Châu Ngọc Ẩn Cơ Học đất Nhà xuất ĐHQG Tp.HCM, 2011 Đậu Văn Ngọ Trần Xn Thọ Ổn định cơng trình Nhà xuất ĐH Quốc Gia TP HCM, 2008 Nguyễn Văn Quảng Nguyễn Hữu Kháng ng Đình Chất, Nền Móng cơng trình dân dụng – cơng nghiệp Nhà xuất xây dựng, 1996 Trần Quang Hộ Cơng trình đất yếu Nhà xuất ĐHQG Tp.HCM, 2011 Banseok Top-base Co., ltd, IN-PLACE TOP-BASE METHOD - New Foundation Method on Soft Ground C Jin-Hyuck C Hye-Kwun Lee.Song “Behavior of Floating Top-base Foundation on Soft Soils” Journal of the Korean Geotechnical Society Volume 27 No February 2011 pp 5-15 TBS Banseok Seoul In-place Top Base Method Seoul, Korea 2008 K Jae-Young J Sang-Seom K Soo-Kwan “Load-Settlement Characteristics of Concrete Top-base” Journal of the Korean Geotechnical Society Volume 26 No January 2010 pp 35-43 10 H.Nagase S.Yasuda Author et al, “Effectiveness of top-shaped concrete blocks in reducing settlement in ground liquefied by an earthquake” Earthquake Engineering Tenth World Conference © 1992 Balkema, Rotterdam ISBN 90 5410 060 11 Lê Bá Lương, Lê Bá Khánh, Lê Bá Vinh – Trường ĐHBK Tp.Hồ Chí Minh – “Nghiên cứu giải pháp móng cơng trình hợp lý cho đất yếu Đồng sông Cửu Long điều kiện chung sống với lũ” Hội khoa học kỹ thuật xây dựng TP HCM 20 năm Xây dựng phát triển Trang 126 – 132 12 Nguyễn Trọng Ngân, Lê Trọng Nghĩa – Trường ĐHBK Tp.Hồ Chí Minh – “Nghiên cứu xử lý đất yếu đường vào cầu giải pháp kết hợp cột đất trộn xi măng công nghệ Top-base” 83 13 Võ Phán, “Các phương pháp thí nghiệm móng cơng trình”, Trường Đại học Bách khoa Tp HCM, 2004 14 Tiêu chuẩn TCXD 45-78: Tiêu chuẩn thiết kế nền, nhà cơng trình 15 Nguồn Internet: http://www.bs-top.com; http://www.topbasemethod.com; http://ketcau.wikia.com http://geossil.com/korean 84 MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƢƠNG I TỔNG QUAN VỀ NỀN ĐẤT YẾU VÀ GIẢI PHÁP NỀN MÓNG HỢP LÝ CHO MÓNG CỘT ĂNG TEN TRẠM BTS 1.1 Tổng quan đất yếu đồng sông Cửu Long 1.2 Các vấn đề xây dựng cơng trình đất yếu 1.3 Giải pháp xử lý móng hợp lý .5 1.3.1 Các giải pháp xử lý kết cấu cơng trình .5 1.3.2 Các giải pháp xử lý móng 1.3.3 Các giải pháp xử lý .6 1.4 Một số phương án xử lý móng cơng trình trạm BTS đồng Sơng Cửu Long 1.4.1 Móng cừ tràm .7 1.4.2 Móng cừ tràm phối hợp với đệm cát đá dăm 1.4.3 Móng đơn gia cố cột đất trộn xi măng (CDM) 1.4.4 Móng cọc bê tông cốt thép tiết diện nhỏ 10 1.4.5 Móng cọc khoan nhồi tiết diện nhỏ 11 1.5 Hướng tiếp cận đề tài .11 1.6 Nhận xét 12 CHƢƠNG II 13 CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN XỬ LÝ NỀN MĨNG CƠNG TRÌNH BẰNG PHƢƠNG PHÁP TOP-BASE 13 2.1 Tổng quan phương pháp Top-base 13 2.2 Nguyên lý phương pháp Top-base .14 2.2.1 Hình dạng kích thước Top-block .14 2.2.2 Cơ chế phương pháp Top-base 16 2.2.3 Các đặc tính phương pháp Top-base .18 2.3 Các nguyên tắc thiết kế 21 2.3.1 Mục đích gia cố .21 2.3.2 Tác dụng giảm độ lún .21 2.3.3 Tác dụng tăng khả chịu lực 24 2.4 Cơ chế cải tạo đất 25 2.5 Tính tốn thiết kế Top-base 27 2.5.1 Lựa chọn phương pháp 27 2.5.2 Tính tốn thiết kế 28 2.6 Các đặc tính vật liệu 36 2.7 Tính ưu việt phạm vi áp dụng phương pháp Top-base .37 2.7.1 Tính ưu việt 37 85 2.7.2 Phạm vi ứng dụng 37 2.8 Thi công Top-base 37 2.9 Cách xử lý vài tình q trình thi cơng Top-base 43 2.9.1 Chèn đá dăm chưa đạt yêu cầu (do lượng đá dăm chưa đủ) 43 2.9.2 Khi đặt Top-base đất yếu 44 2.9.3 Trường hợp hố móng sâu 44 2.9.4 Trường hợp đặt Top-base độ cao khác 44 2.9.5 Trường hợp đặt Top-base đất đắp 44 2.10 Nghiệm thu thi công Top-base .45 2.11 Nhận xét đánh giá 45 CHƢƠNG III 46 GIẢI PHÁP MÓNG TOP-BASE CHO CỘT ĂNG TEN TRẠM BTS KHU VỰC ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG .46 3.1 Đặt vấn đề .46 3.2 Mơ tả cơng trình .46 3.2.1 Cơng trình trạm BTS cột ăng ten tự đứng cao 45m – Cần Thơ 219 46 3.2.2 Cơng trình trạm BTS cột ăng ten dây co cao 100m – Sóc Trăng 319 46 3.3 Điều kiện địa chất 47 3.3.1 Cơng trình trạm BTS cột ăng ten tự đứng cao 45m – Cần Thơ 219 47 3.3.2 Cơng trình trạm BTS cột ăng ten dây co cao 100m – Sóc Trăng 319 47 3.4 Phân tích tính tốn 48 3.4.1 Lý chọn phương pháp Top-base xử lý móng cột ăng ten 48 3.4.2 Tính tốn thiết kế Top-base cho móng cột ăng ten 49 3.4.3 Mơ móng Top-base phương pháp phần tử hữu hạn 67 3.5 Đánh giá so sánh hiệu giải pháp Top-base giải pháp móng khác 78 3.5.1 Đánh giá mặt kỹ thuật 78 3.5.2 Phân tích chi phí xử lý móng 79 3.6 Nhận xét đánh giá 80 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO 83 86 LÝ LỊCH KHOA HỌC - Họ tên: Hà Văn Học Phái: Nam - Sinh ngày: 14/3/1976 Nơi sinh: Nam Định - Địa liên lạc: số 06 Đại lộ Hịa Bình, quận Ninh kiều, Tp.Cần Thơ - Điện thoại: 0939 588899 Email: hochv@vms.com.vn QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO : - Từ tháng 9/1995 đến tháng 9/2000: Sinh viên khoa Xây dựng, Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội - Từ tháng 01/2008 đến tháng 03/2011: Sinh viên 2, chuyên ngành Luật Thương mại, Khoa Luật, Trường Đại học Cần Thơ - Từ tháng 11/2011 đến nay: Học viên cao học chuyên ngành Địa Kỹ thuật Xây dựng, khoa Kỹ thuật Xây dựng, Trường Đại học Báck khoa Tp.Hồ Chí Minh Q TRÌNH CƠNG TÁC : - Từ ngày 02/10/2000 đến ngày 01/10/2005: Cơng tác Xí nghiệp Tư vấn Thiết kế Xây dựng - Công ty Đầu tư Xây dựng Miền Tây (nay Công ty CP đầu tư Xây dựng số 10) - Từ ngày 01/10/2005 đến ngày 05/7/2007: Cơng tác Cơng ty Cấp nước – Cơng trình thị Hậu Giang - Từ ngày 18/8/2007 đến nay: Công tác Trung tâm Thông tin Di động Khu vực IV – Công ty Thông tin Di động (VMS – MobiFone) ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA DANH MỤC BÀI BÁO ĐƯỢC CÔNG BỐ NĂM 2013 ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ TOP-BASE XỬ LÝ NỀN MÓNG CỘT ĂNG TEN TRẠM BTS KHU VỰC ĐẤT YẾU ĐBSCL Application of Top-base technology to the foundation of BTS antenna in soft soil in the Mekong Delta Tác giả: TS Trần Xuân Thọ - Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng, Trường Đại học Bách khoa TP HCM KS Hà Văn Học - Trung tâm Thông tin Di động Khu vực IV (Cần Thơ) - Công ty Thơng tin Di động (VMS) – Tập đồn Bưu Viễn thơng Việt Nam Tp Hồ Chí Minh, tháng 01/2013 ỨNG DỤNG CƠNG NGHỆ TOP-BASE XỬ LÝ NỀN MĨNG CỘT ĂNG TEN TRẠM BTS KHU VỰC ĐẤT YẾU ĐBSCL Application of Top-base technology to the foundation of BTS antenna in soft soil in the Mekong Delta TS Trần Xuân Thọ Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng, Trường Đại học Bách khoa TP HCM 268 Lý Thường Kiệt, Q 10, TP HCM, Email: txtho@hcmut.edu.vn, ĐT: 0908.155.131 KS Hà Văn Học Trung tâm Thông tin Di động Khu vực IV (Cần Thơ) - Cơng ty Thơng tin Di động (VMS) – Tập đồn Bưu Viễn thơng Việt Nam TĨM TẮT Khi xây dựng trạm thu phát sóng di động (BTS) khu vực đất yếu Đồng sông Cửu Long (ĐBSCL) chi phí xử lý móng tốn Với giải pháp móng cọc bê tơng cốt thép (BTCT) điều kiện thi cơng khó khăn vùng sâu, vùng xa phải áp dụng móng cừ tràm đồng thời mở rộng kích thước móng để đảm bảo khả chịu tải giảm độ lún dẫn đến chi phí xây dựng cao Để khắc phục hạn chế phương pháp truyền thống nói cách ứng dụng cơng nghệ Top-base xử lý móng cho cột ăng ten trạm BTS giải pháp hợp lý nhằm góp phần làm giảm chi phí đầu tư xây dựng cơng trình ABSTRACT When building the base transceiver stations (BTS) in the soft soil area of Mekong Delta, the constructions of foundation are often expensive due to the high cost of foundation treatment Using the reinforced concrete piles or in the difficult construction conditions in remote areas, the cajuputs used instead and the size of the foundation widened to ensure the bearing capacity and settlement, the cost of foundation treatment is usually quite high To overcome the limitations of traditional methods mentioned, the application of Top-base foundation for BTS antenna in soft soils is a very reasonable solution to reduce the cost of construction Keywords: Soft soil, Top-base method, BTS foundation, settlement Đặt vấn đề Với đặc điểm đất khu vực ĐBSCL chủ yếu đất yếu, việc xây dựng trạm BTS nhà mạng trở nên tốn chi phí xử lý móng cột ăng ten cao Để giảm bớt chi phí đầu tư, nhà mạng tập trung đầu tư xây dựng sở hạ tầng trạm BTS có cột ăng ten dây co tiết diện cột loại nhỏ, tải trọng nhỏ nhằm giảm thiểu tối đa chi phí xử lý móng cơng trình Với vị trí nút truyền dẫn quan trọng phải đầu tư xây dựng trạm cột ăng ten tự đứng (kết cấu cột ăng ten dạng tháp, tiết diện hình vng hình tam giác) có chiều cao từ 45m đến 100m Khi đó, việc xử lý móng cơng trình để đảm bảo cơng trình tồn khơng bị biến dạng lún quan trọng Giải pháp móng thường nhà mạng sử dụng móng bè cừ tràm vị trí xây dựng có đủ diện tích để đào hố móng; móng cọc BTCT móng cọc khoan nhồi tiết diện nhỏ cho vị trí xây dựng chật hẹp thị Các giải pháp tốn khoản chi phí lớn, chiếm tỷ trọng đến 45% giá trị hạng mục cơng trình Giải pháp xử lý móng cừ tràm sử dụng khơng áp dụng cho cơng trình có tải trọng lớn Giải pháp xử lý móng cọc BTCT lại khơng thể sử dụng địa hình mà phương tiện thi cơng giới khơng vào cơng trình Do đó, phương pháp Top-base xem giải pháp hợp lý khắc phục hạn chế hai giải pháp gia cố cừ tràm hay cọc BTCT Phương pháp Top-base mang lại ưu việt có khả ứng dụng cho loại đất yếu, đảm bảo an toàn cho tải trọng đặt đất yếu, giảm độ lún tổng thể lún lệch cơng trình, có khả thi cơng nơi điều kiện thi cơng khó khăn vùng sâu, vùng xa hay nơi chật hẹp Mơ tả cơng trình 2.1 Cấu tạo móng cơng trình Cơng trình ứng dụng cơng nghệ Top-base để xử lý móng trạm BTS cột ăng ten tự đứng cao 45m xây dựng phường An Thới, quận Bình Thủy, TP Cần Thơ Cột ăng ten có mặt cắt ngang hình vng, kích thước chân cột (4,54,5)m đỉnh có kích thước (0,80,8)m tạo dáng kiến trúc để treo loại ăng ten thông tin di động Móng cột ăng ten BTCT có kích thước (BL) = (77) m, dày 0,5m Độ sâu chơn móng Df = 2m Tải trọng tác dụng lên móng Ntc = 86,02 kN Tải trọng trọng lượng thân móng đất 1960 kN Tổng tải trọng tác dụng lên đáy móng P = 2046,02 kN Lực phân bố tác dụng đáy móng q = 41,75 kN/m2 2.2 Cấu tạo địa chất - Lớp 1: Cát san lấp, dày 1,4m, dung trọng bão hòa sat = 19,6 kN/m³, = 27o55', c = 1,6 kN/m², Eref = 10800 kN/m², kx = ky = 10-2 m/s - Lớp 2: Bùn sét, chảy, dày 31,3m, dung trọng bão hòa sat = 15 kN/m³, = 8o50', c = 7,2 kN/m², Eref = 4800 kN/m², kx = ky = 10-6 m/s - Lớp 3: Sét, dẻo cứng, dày 4,6m, dụng trọng bão hòa sat = 19,4 kN/m³, = 10o26', c = 27,7 kN/m², Eref = 18000 kN/m², kx = ky = 10-10 m/s Giải pháp xử lý công nghệ Top-base 3.1 Kết phân tích phương pháp giải tích a) Tính tốn khả chịu tải đất ban đầu Khả chịu tải đất ban đầu theo công nghệ Top-base: qa = (1/F).(2/3..C.N'c + β.1.B.N'r + Po.N'q) (1) F = : hệ số an toàn; = 1,3; β = 0,4 (hệ số yếu tố hình đất ban đầu); N‟c, N‟r, N‟q: hệ số sức chịu tải ban đầu phụ thuộc vào Po = 2Df : tải trọng xuyên Các lớp đất móng có: 2 = 10,72 kN/m³ Po = 10,72 = 21,44 kN/m² Lớp đất đáy móng có: 1 = kN/m³, C = 7,2 kN/m²; = 8o50‟, N‟c = 7,75; N‟r = 0; N‟q = 1,83 Xác định qa = 29,19 kN/m2 < q = 41,75 kN/m² nên cần phải gia cố móng b) Tính tốn khả chịu lực cho phép Top-base Chọn loại Top-base lớp, Top-block có Φ500 có quy cách Hình Hình Chi tiết hình dạng, kích thước Top-block Với B = L = 7m, chọn phương án phần Top-base lấy bên móng rộng ½ đường kính Top-block BK = B + 0,5 = + 0,5 = 7,5m Khả chịu lực cho phép Top-base qka: qka = (1/F).K1.K2.{α.C.Nc + β..BK.Nr/2} + Po.Nq (2) K1 = (BK + 2H tan ω)2 /(B‟.L‟) Do móng tâm móng vng nên: B‟ = L‟= B = 7,0 m = 30o: góc khuếch tán ứng suất H = 0,5 m: chiều cao Top-block K1 = 1,3315 ; K2 = (đất bùn sét, móng hình vng, Top-block Φ 500) α = 1,3, β = 0,6 (hệ số yếu tố hình dạng Top-block) Φ =8o50‟ ~ 9o, có Nc = 7,66; Nr = 0,46; Nq = 2,32 Po = 21,44 kN/m² Xác định qka = 71,43 kN/m² > q = 41,75 kN/m² , thỏa mãn sức chịu tải c) Kiểm tra khả chịu tải lớp đất mũi Top-block Theo phương pháp Top-base q K' q K' q.B.L ( BK 2.H tan ) ( LK 2.H tan ) 41,75.7.7 o (3) o (7,5 2.0,5 tan(30 ).(7,5 2.0,5 tan(30 ) = 31,36 kN/m² > qa = 29,19 kN/m2 Do không thỏa mãn điều kiện chịu tải đất mũi Top-block, nên phải dùng Top-block lớp Hình 2: q K' 41,75.7.7 (7,5 2.2.0,5 tan(30 o ).(7,5 2.2.0,5 tan(30 o ) q‟k = 27,31 kN/m² < qa = 29,19 kN/m2 , thỏa mãn sức chịu tải mũi Top-block Hình Các bước tải trọng phân bố áp dụng cho móng Top-base lớp Theo TCVN Để đảm bảo móng Top-base ổn định biến dạng nằm giới hạn cho phép phải đảm bảo điều kiện (Hình 3): bt1 + z2 ≤ Rtc (4) bt1 – ứng suất thân đất cốt đáy móng lớp Top-block tác dụng lên lớp đất yếu bt1 = tb.Df + topblock Ht Ht chiều cao lớp Top-base (tính tốn Top- block lớp), Ht= 2H = 1m bt1 = 20.2+ 20.1 = 60 kN/m2 (lấy tb = 20 kN/m3, topblock = 20 kN/m3) z2 : ứng suất tải trọng mũi Top-block z2 = k0 pgl = k0 (p - .Df); k0 = f (l/b, z/b); l/b = 1; z/b = 3/7,0 = 0,428 Tại độ sâu z = 3,0 m, k0 = 0,7722 Tải trọng phân bố tác dụng lên móng: p N tc 86,02 tb D f 20.2 41,75kN / m F 7.7 z2 = k0 (p - .Df) = 0,7722 (41,75- 10,72 2) = 15,69 kN/m² Cường độ đất mũi Top-block: (5) Rtc mA.bz B.(D f H ). ' D.c Hệ số điều kiện làm việc đất, m = Dung trọng tự nhiên lớp đất đáy móng: „ = kN/m³ (có kể đến đẩy nổi) Dung trọng tự nhiên lớp đất lớp Top-block: ‟= 8,81 kN/m³ Góc ma sát = 8o50‟, có A = 0,157, B = 1,626, D = 4,028 Móng hình vng: bz Fz , ( a = (l - b)/2 = 0); l = b = 7m Fz N tc 2 86,02 1960 130,4m 15,69 bz 130,4 11,42m Thay vào công thức (5) xác định sức chịu tải Rtc 80,9 kN/m² Vậy: bt1 + z2 = 60 + 15,69 = 75,69 kN/m2 < Rtc = 80,9 kN/m2 Thỏa mãn điều kiện áp lực lên lớp đất yếu mũi Top-block Hình Tính tốn khả chịu tải đất mũi Top-block d) Tính tốn độ lún móng Top-base Theo phương pháp Top-Base Độ lún móng Top-base tính theo cơng thức: (6) S S i ( zi H ) Biến dạng thẳng đứng lớp đất thứ i xác định theo công thức sau: zi (1 2. K o ) zi (7) E εzi : Biến dạng theo chiều thẳng đứng lớp “i”; E: Mô đun đàn hồi đất bên lớp top- block H : Chiều cao Top-block (H = 0,5m); : Hệ số Poisson ( = 0,3); Ko: Hệ số áp lực đất tĩnh (Ko = 0,5) ∆бzi: Áp lực gây lún trung bình lớp “i” q K B (8) zi B z tan Mô đun đàn hồi E lớp đất lớp Top-block tính: (1 ).(1 2 ) (9) E (1 ).mv Cường độ tải để tính tốn độ lún: qK P 2046,02 36,37T / m BK LK 7,5.7,5 Xác định hệ số nén lún trung bình lớp thứ i: mvi aoi e1i e2i e1i ( p1i p 2i ).(1 e1i ) (10) Chia lớp đất lớp Top-base thành thành lớp phân tố có chiều dày H (chiều cao Top-block) Lập bảng tính xác định độ lún móng Top-base vùng ảnh hưởng BK, tính tốn độ lún S = 14,75 cm < 20cm, thỏa mãn yêu cầu độ lún theo TCVN 45-78 Độ lún giảm nhờ hiệu ứng phân bổ ứng suất hạn chế biến dạng ngang Tính tốn độ lún theo TCVN Ta có: Pgl = p - .Df = 41,75 – 10,72.2 = 20,13 kN/m2 Chia mũi Top-block thành lớp phân tố dày chiều cao Top-block H = 0,5m, lập bảng tính xác định tổng độ lún S = 13,37 cm < Sgh = 20 cm Giữa phương pháp tính lún theo Hàn Quốc hay Việt Nam độ lún móng Top-base thỏa mãn độ lún cho phép Độ sâu nén lún BK theo phương pháp Hàn Quốc không phụ thuộc vào tỷ lệ gl 0,1 bt (đối với đất yếu) hay gl 0,2 bt (đối với đất tốt) 3.2 Kết phân tích phương pháp phần tử hữu hạn a) Quy đổi mơ hình Top-block sang mơ hình 2D Quy đổi từ mơ hình 3D sang mơ hình 2D theo ngun lý cân thể tích Hình Từ mô đun đàn hồi ban đầu Top-block đá dăm xung quanh Top-block, qui đổi thành dãy Top-block có kích thước hình lăng trụ có mô đun đàn hồi tương đương Mô đun đàn hồi tương đương Top-block quy đổi: E Vblock E đá dăm Vđá dăm (11) Etđblock block Vblock Vđá dăm Etđ 0,509 Eblock 0,4191 Eđá dăm (12) Vblock: thể tích Top-block; Vđá dăm: thể tích đá dăm xung quanh Top-block; E block: mô đun đàn hồi ban đầu Top-block (23.000.000 kPa); Eđá dăm: mô đun đàn hồi đá dăm xung quanh Top-block (300.000 kPa); Etđblock : mô đun đàn hồi tương đương Top-block sau quy đổi; thể tích Top-block: Vblock = 0,028m3; thể tích dãy lăng trụ tương đương đươc tính sau: Vtđ = Vblock + Vđá dăm = 0,055m3 Do đó, mơ hình Plaxis 2D, lấy Etđblock = 11.854.300 kPa Hình Quy đổi mơ đun đàn hồi tương đương Top-block b) Mơ hình Plaxis 2D móng Top-base sau nhập thông số vật liệu Mơ hình móng Top-base thể Hình Hình mơ Top-block điểm khảo sát độ lún điểm A điểm B Điểm A Hình Mơ hình móng Top-base Plaxis 2D Điểm B Hình Mơ hình móng Top-base Plaxis 2D c) Độ lún móng Top-base Hình Độ lún đặt 50% tải trọng Hình Độ lún đặt 100% tải trọng Hình Độ lún cố kết năm Hình 11 Độ lún điểm A Hình 10 Độ lún cố kết 10 năm Hình 12 Độ lún điểm B Từ kết phân tích tính tốn mơ hình Plaxis 2D cho thấy độ lún móng Top-base giai đoạn thi cơng lún Khi tải trọng đạt 50%, độ lún đạt 2,32cm Hình Khi tải trọng đạt 100%, độ lún 5,31cm thể Hình Sau cố kết, độ lún móng Top-base bắt đầu tăng lên Cụ thể cơng trình sau năm sử dụng, độ lún đạt 11,67cm Hình xem hết lún đạt độ lún ổn định 11,68cm Hình 10 Hinh 11 12 cho kết độ lún theo thời gian điểm khảo sát A B Kết luận - Công nghệ Top-base giải pháp xử lý móng hợp lý cho móng cột ăng ten thi cơng vùng sâu, vùng xa, nơi có điều kiện thi cơng phức tạp, địa hình khó khăn thiết bị thi cơng giới khơng đến - Có khả ứng dụng móng Top-base cho loại địa chất, đặc biệt đất yếu, làm tăng khả chịu tải làm giảm độ lún cơng trình nhờ tác dụng phân phối lại ứng suất tải trọng phần mũi vát thiết kế đặc biệt để ngăn cản biến dạng ngang Top-block - Khắc phục hạn chế giải pháp móng truyền thống cừ tràm, cọc BTCT Giải pháp cịn làm giảm chi phí đầu tư xây dựng sở hạ tầng trạm BTS, giảm thời gian thi cơng đưa cơng trình vào lắp đặt thiết bị sớm góp phần làm tăng hiệu đầu tư xây dựng TÀI LIỆU THAM KHẢO Banseok Top-base Co., ltd, IN-PLACE TOP-BASE METHOD - New Foundation Method on Soft Ground C Jin-Hyuck C Hye-Kwun Lee.Song “Behavior of Floating Top-base Foundation on Soft Soils” Journal of the Korean Geotechnical Society Volume 27 No February 2011 pp 5-15 TBS Banseok Seoul In-place Top Base Method Seoul, Korea 2008 K Jae-Young J Sang-Seom K Soo-Kwan “Load-Settlement Characteristics of Concrete Top-base” Journal of the Korean Geotechnical Society Volume 26 No January 2010 pp 35-43 H.Nagase S.Yasuda Author et al, “Effectiveness of top-shaped concrete blocks in reducing settlement in ground liquefied by an earthquake” Earthquake Engineering Tenth World Conference © 1992 Balkema, Rotterdam ISBN 90 5410 060 Tiêu chuẩn TCXD 45-78: Tiêu chuẩn thiết kế nền, nhà cơng trình ... TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu giải pháp móng hợp lý cho cột ăng ten trạm BTS khu vực đồng sông Cửu Long II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Nghiên cứu giải pháp xử lý móng cột ăng ten trạm BTS khu vực ĐBSCL Nội... móng hợp lý cho cột ăng ten trạm BTS, đề tài: ? ?Nghiên cứu giải pháp móng hợp lý cho cột ăng ten trạm BTS khu vực đồng sông Cửu Long? ?? chọn cho Luận văn thạc sĩ Việc tìm giải pháp hợp lý để áp dụng... ? ?Nghiên cứu giải pháp móng hợp lý cho cột ăng ten trạm BTS khu vực đồng sông Cửu Long? ?? tác giả tập trung vào nội dung sau: + Chƣơng Tổng quan đất yếu giải pháp móng hợp lý cho móng cột ăng ten