5. Kết quả kiến đạt đượ c
3.2.2.6 Tớnh toỏn ứng suất đỏy múng
Ứng suất đỏy múng được tớnh theo cụng thức trong mục 3.2.2.3, kết quả tớnh toỏn tại cỏc điểm tớnh toỏn như sau:
Bảng 3.11 Kết quả tớnh toỏn ứng suất đỏy múng
Thụng số Tổ hợp tải trọng tớnh toỏn Tổ hợp tải trọng tiờu chuẩn
Điểm A B C D A B C D x -8, 95 -8,95 8,95 8,95 -8,95 -8,95 8,95 8,95 y 17,35 -17,35 -17,35 17,35 17,35 -17,35 -17,35 17,35 T/hợp 1 11,79 12,76 12,28 11,31 11,02 11,44 11,78 11,35 T/hợp 2 4,29 8,73 8,44 4,00 4,03 7,66 8,45 4,82 3.2.2.7 Tớnh toỏn ổn định
Theo tiờu chuẩn thiết kế nền cỏc cụng trỡnh thuỷ cụng TCVN 4253-1986 thỡ chỉ tớnh toỏn ổn định cụng trỡnh theo sơ đồ trượt phẳng khi thoả món đồng thời cả 3 điều kiện sau:
- Điều kiện về chỉ số mụ hỡnh
Trong đú:
Nghiờn cứu lựa chọn kết cấu cọc hợp lý thi cụng xử lý nền,
- Chỉ số mụ hỡnh hoỏ
- ứng suất phỏp lớn nhất tại điểm gúc của đỏy múng cụng trỡnh
b - Kớch thước cạnh (chiều rộng) của đỏy múng chữ nhật, song song với lực trượt( khụng tớnh đến chiều dài sõn trước nộo vào múng cụng trỡnh)
- Trọng lượng thể tớch của đất nền( khi nền nằm dưới mực nước ngầm, cần xột đến sự đẩy nổi của nước)
- Chỉ số mụ hỡnh giới hạn, lấy =3 - Điều kiện về chỉ số khỏng cắt
Trong đú:
- Giỏ trị tớnh toỏn của hệ số trượt
; C1 – Giỏ trị tớnh toỏn cỏc đặc trưng của đất nền
- ứng suất phỏp trung bỡnh ở đỏy múng cụng trỡnh - Điều kiện về mức độ cố kết
Trong đú:
- hệ số mức độ cố kết KRtR - hệ số thấm
Nghiờn cứu lựa chọn kết cấu cọc hợp lý thi cụng xử lý nền,
- hệ số rỗng của đất ở trạng thỏi tự nhiờn to - thời gian thi cụng cụng trỡnh =1,5 năm a - hệ số nộn của đất
- trọng lượng riờng của nước = 1T/m3 hR0R - chiều dày tớnh toỏn của lớp cố kết
Nhận xột: Xột về điều kiện chỉ số khỏng cắt:
Thay số vào cụng thức với: ϕ = 4P
0
P
17’, c= 0,3 T/m2 ta được:
Như vậy điều kiện về chỉ số khỏng cắt khụng thoả món, nờn cụng trỡnh cú khả năng trượt sõu hoặc trượt hỗn hợp. Do nền khụng đồng nhất nờn cụng trỡnh chỉ cú khả năng trượt sõu do đú cần phải xử lý nền.
3.2.3 Tớnh toỏn lựa chọn kết cấu cọc cho múng cọc xử lý nền
Căn cứ vào tài liệu địa chất nền múng trạm bơm, tỏc giả nhận thấy nền múng trạm bơm được đặt trờn cỏc lớp đất yếu nờn trước khi xõy dựng cụng trỡnh cần phải xử lý nền.
Trong chương 2, tỏc giả đó nghiờn cứu hai phương phỏp chủ yếu để xử lý nền đất yếu cho cụng trỡnh, đú là dựng cọc bờ tụng cốt thộp đỳc sẵn (cọc cú tiết diện vuụng đặc, cọc cú tiết diện vuụng rỗng, cọc trũn, cọc ống) và cọc bờ tụng khoan nhồi. Sau đõy, tỏc giả sẽ trỡnh bày phương ỏn tớnh toỏn cỏc chỉ tiờu kinh tế, kỹ
Nghiờn cứu lựa chọn kết cấu cọc hợp lý thi cụng xử lý nền,
thuật cho cỏc loại cọc trờn để chọn ra phương ỏn kết cấu cọc tối ưu ỏp dụng để xử lý nền cho trạm bơm Nghi Xuyờn.
Sơ đồ dựng cho tớnh toỏn múng cọc như Hỡnh 3.3 3.2.3.1 Tớnh toỏn cho cọc bờ tụng cốt thộp đỳc sẵn
1. Về biện phỏp thi cụng
Trong chương 2, tỏc giả đó đưa ra cỏc biện phỏp chung cho cụng tỏc thi cụng cọc bờ tụng cốt thộp đỳc sẵn. Áp dụng cụ thể cho cụng trỡnh trạm bơm Nghi Xuyờn, tỏc giả nhận thấy: khu vực xõy dựng trạm bơm Nghi Xuyờn tương đối rộng rói nờn hoàn toàn cú thể bố trớ khu vực để xếp cọc bờ tụng cốt thộp cũng như tập trung cỏc thiết bị mỏy múc phục vụ cho cụng tỏc thi cụng cọc bờ tụng cốt thộp.
Việc chế tạo cọc bờ tụng cốt thộp đặc biệt là cọc bờ tụng cốt thộp tiết diện vuụng tại cụng trỡnh rất đơn giản, dễ quản lý chất lượng cọc trong quỏ trỡnh chế tạo, sản xuất cọc. Nguồn nguyờn vật liệu dựng cho chế tạo cọc cũng khỏ phong phỳ và dồi dào.
Đối với cọc bờ tụng cốt thộp trũn, thường phải đặt mua ở những cơ sở sản xuất cọc bờ tụng cốt thộp do cụng nghệ chế tạo cọc phức tạp hơn so với cọc vuụng. Tuy nhiờn vị trớ xõy dựng cụng trỡnh ở nơi rất xa so với cỏc cơ sở sản xuất cọc này nờn tốn kộm trong chi phớ vận chuyển cọc đến chõn cụng trỡnh. Mặt khỏc tuyến đường đến cụng trỡnh là tuyến đờ cấp I sụng Hồng nờn thường hạn chế tải trọng xe, cũng là khú khăn trong cụng tỏc thi cụng. Khi lựa chọn phương ỏn này, cần xem xột đến phương ỏn vận chuyển bằng đường sụng.
Cỏc thiết bị mỏy múc phục vụ cho cụng tỏc thi cụng cọc bờ tụng cốt thộp đỳc sẵn trờn địa bàn tỉnh luụn luụn đỏp ứng được yờu cầu kinh tế, kỹ thuật cho cụng trỡnh (khi đơn vị thi cụng cú nhu cầu).
2. Về khả năng chịu lực
Nghiờn cứu lựa chọn kết cấu cọc hợp lý thi cụng xử lý nền,
Căn cứ ứng suất đỏy múng và địa chất khu vực xõy dựng trạm bơm, múng trạm bơm đặt trờn lớp đất 5 là lớp đất yếu, nờn cần được xử lý bằng múng cọc bờ tụng cốt thộp. Tỏc giả nhận thấy lớp đất số 9 là lớp cỏt hạt nhỏ, kết cấu chặt và vừa, vỡ vậy khi tớnh toỏn độ sõu cọc phải đạt tới độ sõu của lớp đất số 9. Sơ đồ tớnh toỏn như Hỡnh 3.3, chiều dài cọc khi đúng qua lớp đất số 9 là 16m.
Tỷ số giữa chiều dài l trờn bề rộng b hoặc đường kớnh d là độ mảnh của cọc:
Đối với cọc thi cụng bằng đúng hoặc ộp thỡ độ mảnh khụng nờn quỏ 100, khi vượt quỏ 100 thỡ cần đảm bảo điều kiện đất nền để cho cọc xuyờn qua và điều kiện thi cụng giữ cho cọc khụng bị thay đổi dạng hỡnh học.
Mục 2.2 giỏo trỡnh nền múng của Đại học Bỏch khoa Đà Nẵng cũng đưa ra mối liờn hệ giữa kớch thước và chiều dài cọc như sau:
Kớch thước tiết diện (cm) 20 25 30 35 40 45 Chiều dài tối đa (m) 5 12 15 18 21 25
Căn cứ vào cỏc điều kiện trờn cũng như xột đến cụng tỏc chế tạo cọc, tỏc giả đề nghị chọn phương ỏn kớch thước cọc là 40x40 cm.
Nghiờn cứu lựa chọn kết cấu cọc hợp lý thi cụng xử lý nền,
Hỡnh 3.3 Sơ đồ mặt cắt địa chất trạm bơm a. Tớnh toỏn sực chịu tải cho cọc đơn:
- Tớnh toỏn sức chịu tải theo vật liệu làm cọc:
Sức chịu tải của cọc theo vật liệu làm cọc được tớnh theo cụng thức đó nờu trong mục 2.2.1:
Trong đú:
φ- hệ số uốn dọc (tra bảng 2.1 với LRttR=16-5,85=10,15m) RRbR- cường độ chịu nộn của bờ tụng
ARcR- diện tớch mặt cắt ngang cọc RRsR- cường độ chịu nộn của thộp ARsR- diện tớch cốt thộp bố trớ trong cọc
+ Cọc tiết diện vuụng đặc 40x40cm, bờ tụng mỏc 300, 4 18
RRbR=130 kg/cm2; RRsR=2700 kg/cm2 +2,05 mặt đất tự nhiên 1b 0,55 2 5 7 éỏy múng cát hạt nhỏ kết cấu rời xốp B = 1,58 = 5 08' C = 0,1 T/m2 = 1,79 T/m3 -5,6 585 900 1600 40 B = 0,26 = 12 32' C = 2,4 T/m2 = 1,98 T/m3 -21,60 -11,45 -20,45 -2,95 9 cát hạt nhỏ kết cấu chặt vừa 115
Nghiờn cứu lựa chọn kết cấu cọc hợp lý thi cụng xử lý nền,
ARcR= 40.40 = 1600 cmP
2
P
; ARsR = 4.2,54 = 10,16 cmP
2
LRttR = LR0R+6b với LR0Rchiều dài tự do tớnh từ đỏy múng đến đỏy lớp đất yếu LRttR=5,85+6.0,4=8,25 m
LRttR/b=8,25/0,4=20,63, tra bảng 2.1 ta được φ=0,80 Vậy
+ Cọc trũn đặc đường kớnh 40 cm, bờ tụng mỏc 300, 8 18 Tương tự như trờn ta tỡnh được:
+ Cọc ống đường kớnh 40cm, chiều dày thõn cọc 15 cm, bờ tụng mỏc 300, 10 7
- Tớnh toỏn sức chịu tải của cọc theo cỏc chỉ tiờu cơ lý của đất nền Cụng thức tớnh toỏn như trong mục 2.2.2.1
Trong đú:
KRatR- hệ số an toàn (xột đến hiệu ứng của nhúm) được lấy bằng: cọc chịu nộn nờn lấy bằng 1,4
QRtcR-bao gồm hai thành phần là khả năng chịu mũi và khả năng bỏm trượt bờn hụng.
Nghiờn cứu lựa chọn kết cấu cọc hợp lý thi cụng xử lý nền,
Trong đú:
mRrR- hệ số điều kiện làm việc tại mũi cọc, mr=1 cho cỏt. mRfR- hệ số điều kiện làm việc của đất bờn hụng, lấy mf=1
QRmR- khả năng chịu tải của đất dưới mũi cọc, tra bảng A1 TCXDVN205 - 1998
fRsiR- khả năng ma sỏt xung quanh cọc, tra bảng A2 TCXDVN 205-1998 FRcR- tiết diện cọc
LRiR- chiều dài phõn đoạn thứ i, trong tớnh toỏn Li≤2m u- chu vi cọc
Kết quả tớnh toỏn cỏc thành phần ma sỏt xem Bảng 3.11
+ Tớnh toỏn cho cọc vuụng: FRcR=0,4.0,4=0,16 m2 u = 0,4.4=1,6 m
Nghiờn cứu lựa chọn kết cấu cọc hợp lý thi cụng xử lý nền,
Bảng 3.12 Tớnh toỏn cỏc thành phần ma sỏt thõn cọc bờ tụng LỚP TT HRo lRi fRtc fRiRlRi QRm 5 1 8.65 2 4.47 8.94 2 10.65 2 4.67 9.34 3 12.58 1.85 4.86 8.99 7 4 14.50 2 5.88 11.76 5 16.50 2 6.11 12.22 6 18.50 2 6.35 12.7 7 20.50 2 6.58 13.16 8 22.00 1 6.75 6.75 9 9 23.08 1.15 5.91 6.80 Mũi cọc 23.65 16 90.6575 341 + Tớnh toỏn cho cọc trũn: Fc=3,14.0,22=0,1256 m2 u = 0,4.3,14=1,256 m b. Tớnh toỏn số lượng cọc xử lý nền
Từ cỏc kết quả tớnh toỏn ở trờn ta nhận thấy sức chịu tải của cỏc loại cọc tớnh theo chỉ tiờu cơ lý đất nền là nhỏ nhất. Để an toàn ta chọn kết quả tớnh toỏn sức chịu tải cú giỏ trị nhỏ nhất để tớnh toỏn. Khi đú sức chịu tải của cọc phụ thuộc vào dạng tiết diện của cọc là cọc vuụng hay trũn.
Nghiờn cứu lựa chọn kết cấu cọc hợp lý thi cụng xử lý nền,
Số lượng cọc được tớnh theo cụng thức:
Trong đú:
N- tổng tải trọng lờn đỏy múng, N=7475,17 (T) QRcR- sức chịu tải trọng của 1 cọc theo đất nền
- hệ số kinh nghiệm, lấy từ 1-1,5 với múng đài thấp, 1,6 với múng đài cao. Chọn
- Tớnh toỏn số lượng cọc với cọc vuụng:
- Tớnh toỏn số lượng cọc với cọc trũn:
3.2.3.2 Tớnh toỏn cho cọc khoan nhồi 1. Về biện phỏp thi cụng
Khi ỏp dụng biện phỏp xử lý nền múng trạm bơm Nghi Xuyờn bằng phương phỏp cọc khoan nhồi, tỏc giả nhận thấy một số vấn đề như sau:
Cọc khoan nhồi đũi hỏi cụng nghệ thi cụng hiện đại. Để đỏp ứng được yờu cầu này, rất ớt nhà thầu thi cụng đảm bảo đủ yờu cầu.
Nghiờn cứu lựa chọn kết cấu cọc hợp lý thi cụng xử lý nền,
Khõu quản lý chất lượng khi thi cụng cọc nhồi cũng cú những yờu cầu rất khắt khe. Trước khi thi cụng cọc nhồi, phải tiến hành thớ nghiệm cọc. Đõy cũng là một khõu làm tăng chi phớ dự toỏn cho cụng trỡnh.
Khu vực thi cụng xử lý nền múng được đặt trờn vựng đất ỳng trũng, nờn khi xử lý bằng phương phỏp cọc khoan nhồi, cần phải chỳ ý xử lý nước thấm vào cỏc hố khoan.
Tầng địa chất khu vực xõy dựng trạm bơm là cỏc tầng đất cỏt, trong cụng nghệ thi cụng cọc nhồi thường gặp một số vấn đề đối với ống vỏch như đó phõn tớch trong chương 2.
Khi gặp sự cố trong thi cụng cọc rất khú khắc phục do cụng nghệ thi cụng cọc nhồi chưa phỏt triển rộng rói, nơi thi cụng lại nằm trong khu vực tương đối xa và khụng cú dõn cư sinh sống.
Tải trọng cụng trỡnh khụng lớn.
Vỡ vậy khi ỏp dụng phương phỏp này để xử lý nền cho trạm bơm Nghi Xuyờn cần cõn xem xột những điều kiện khỏc để lựa chọn cho phự hợp.
2. Về khả năng chịu lực
Chọn cọc khoan nhồi cú đường kớnh ngoài D=600 mm, mũi cọc ở độ sõu 16 m, cốt thộp 12 14, mỏc bờ tụng 300
- Tớnh toỏn sức chịu tải của cọc theo vật liệu như sau:
Khả năng chịu tải theo vật liệu cọc được tớnh theo cụng thức:
Trong đú:
RRbR- cường độ chịu nộn của bờ tụng, RRbR=130kg/cm2
Nghiờn cứu lựa chọn kết cấu cọc hợp lý thi cụng xử lý nền,
ARcR- diện tớch mặt cắt ngang cọc, ARcR=2826 cmP
2
RRsR- cường độ chịu nộn của thộp, RRsR=2700kg/cmP
2
ARsR- diện tớch cốt thộp bố trớ trong cọc, ARsR=12.1,54=18,468 cmP
2
k.m- hệ số điều kiện làm việc, k.m=0,7
- Tớnh toỏn sức chịu tải của cọc theo cỏc chỉ tiờu cơ lý của đất nền:
Trong đú:
m- hệ số làm việc, lấy bằng 1
mRrR- hệ số điều kiện của đất dưới mũi cọc,lấy bằng 1 R- cường độ chịu tải của đất dưới mũi cọc, R=341 T/m2
F- diện tớch mũi cọc,lấy bằng tiết diện ngang, F=2826 cm2=0,2826 m2 mRfR- hệ số điều kiện làm việc của đất ở mặt bờn cọc, phụ thuộc phương phỏp tạo lỗ khoan (tra bảng 3.10 giỏo trỡnh nờn múng-Đại học bỏch khoa Đà Nẵng)
fRiR- ma sỏt bờn của đất và thõn cọc, tra bảng A2 TCXDVN205-1998 lRiR- chiều dày lớp phõn tố thứ i
Theo kết quả tớnh toỏn trong bảng 3.11 ta cú:
- Tớnh toỏn số lượng cọc nhồi:
Tỏc giả nhận thấy, kết quả tớnh toỏn theo chỉ tiờu đất nền nhỏ hơn so với tớnh toỏn theo vật liệu cọc, để an toàn ta tớnh toỏn với sức chịu tải theo chỉ tiờu cơ lý.
Nghiờn cứu lựa chọn kết cấu cọc hợp lý thi cụng xử lý nền,
Số lượng cọc tớnh theo cụng thức:
3.2.4 Đỏnh giỏ hiệu quả kinh tế của cỏc loại cọc xử lý nền 3.2.4.1 Căn cứ dựng cho tớnh toỏn
Cụng trỡnh trạm bơm Nghi Xuyờn nằm trờn địa bàn tỉnh Hưng Yờn, vỡ vậy ta sẽ dựa vào đơn giỏ của tỉnh Hưng Yờn để tớnh toỏn so sỏnh hiệu quả kinh tế của cỏc loại cọc bờ tụng như trờn.
Cỏc căn cứ dựng cho tớnh toỏn:
- Nghị định số 12/2009/NĐ-CP ngày 10/02/2009 về việc ban hành Quy chế quản lý đầu tư xõy dựng thay thế Nghị định 16/2005 và Nghị định 112/2006.
- Nghị định số 209/2004/NĐ-CP ngày 16/12/2004 về việc ban hành Quy chế quản lý chất lượng cụng trỡnh xõy dựng.
- Nghi định 112/2007/NĐ-CP của Chớnh phủ về Quản lý cho phớ đầu tư xõy dựng cụng trỡnh.
- Nghị định 205/2004/NĐ-CP ngày 14/12/2009 của Chớnh phủ quy định hệ thống bảng lương và chế độ phụ cấp lương cụng ty nhà nước.
- Thụng tư 05/2007/TT-BXD ngày 25/7/2007 của Bộ trưởng bộ xõy dựng hướng dẫn lập và quản lý chi phớ đầy tư xõy dựng cụng trỡnh thuộc cỏc dự ỏn đầu tư.
- Thụng tư 11/2005/TTLT-BNV-BLĐTBXH-BTC-UBDT ngày 5/1/2005 hướng dẫn thực hiện chế độ phụ cấp khu vực.
- Thụng tư 23/LĐTBXH-TT ngày 7/7/1993 hướng dẫn thực hiện chế độ phụ