thiết kế cọc khoan nhồi theo địa chất I. Tính toán khả năng chịu lực của cọc khi cọc đi qua vùng Caster theo AASHTO 1996 A- Khái niệm về chỉ số RQD Hội cơ học đá quốc tế đề nghị phân loại đá dựa trên cơ sở cờng độ của vật liệu đá, khoảng cách, hớng, độ nhám và những chất kẹp trong khối đá. Bởi vậy, trong tình trạng ở những nơi móng xây dựng trên nền đá gốc thì phải quyết định khảo sát cao độ tầng đá gốc, loại đá, độ sâu và kiểu phong hoá hiện diện của đờng rãnh trong đá nh những chỗ không liên tục , phân vỉa và các vỉa Chất lợng và độ bền của khối đá phụ thuộc rất nhiều vào khoảng cách gián đoạn, các khoảng cách này có thể đo đợc ở các vết lộ, các rãnh, các mẫu khoan hoặc quan sát ở hố khoan bằng camera và kính tiềm vọng. Sự gián đoạn này đợc xác định bằng cách đo các khoảng cách giữa hai gián đoạn liền kề vợt quá chiều dài nhỏ nhất của mẫu (3.3m). Chỉ định chất lợng của đá ( RQD ) đợc định nghĩa : RQD = x100 Chỉ số RQD là viết tăt của tên tiếng Anh - Rock Quality Designation. RQD là một chỉ số chất lợng chung của đá cho mục đích kỹ thuật, đợc đo trực tiếp ở nhiều vết nứt và tổng số những chỗ bị mềm hoặc có những biến đổi trong khối đá. Nó đợc xác định bằng cách lấy tổng của tất cả các mẫu lấy đợc có chiều dài 10 cm hoặc dài hơn. 1 Chiều dài của các đoạn lõi 10 cm và dài hơn Chiều dài hành trình của lõi Trong việc xác định RQD, nếu nh lõi bị vỡ do vận chuyển hoặc quá trình khoan thì các miếng vỡ còn mới sẽ đợc gắn lại với nhau và đợc tính là một miếng liền. Trong thực tế công trình cầu Đá Bạc việc lấy mẫu để tính toán trị số RQD rất khó khăn do các nguyên nhân sau : - Theo qui định của qui trình lấy mẫu khoan trị số RQD thì phải dùng thùng lấy lõi đá cỡ N khoan hai nòng có đờng kính ngoài 75mm, có thùng bên trong không quay để lấy lõi đá đợc an toàn và chất lợng tốt. Nhng hiện nay ở Việt Nam rất ít công ty có loại thùng lấy lõi đá này. - Thêm vào đó tầng đá ở vị trí xây dựng cầu Đá Bạc là tầng đá có cờng độ cao nhng lại nứt nẻ mạnh hơn nữa lại gặp rất nhiều hang Caster sống ( mất vữa sét) nên việc lấy mẫu nguyên dạng rất khó khăn. Vì vậy đơn vị khoan địa chất đã phải khắc phục bằng cách cho tốc độ máy khoan địa chất rất chậm, áp lực khoan chỉ còn 1.4 Mpa đến 1.7 Mpa và đã lấy đợc mẫu đá nguyên dạng đạt yêu cầu. B- Nguyên lý tính toán cọc khi cọc ngàm vào trong đá. Về nguyên lý cơ bản tính toán khả năng chịu lực của cọc cũng giống nh các quy trình của Việt Nam hay của Nga ( Liên Xô cũ) thì đều có hai thành phần là lực kháng do ma sát thành bên và lực kháng đầu cọc. Nhng tiêu chuẩn AASHTO có các điều qui định khác hoàn toàn về tính toán lực kháng của cọc ngàm trong đá nh sau: Theo qui trình AASHTO 1996, khi xác định khả năng chịu lực của cọc trong đá, lực ma sát bên của cọc trong các lớp đất nằm trên tầng đá sẽ bị bỏ qua không tính đến trong khả năng chịu lực của cọc. Đối với cọc khoan nằm trong đá nếu nh tải trọng tác dụng vào cọc mà gây ra chuyển vị đầu cọc lớn hơn 0.4 in thì lực ma sát thành bên của cọc ( giữa đá và bê tông 2 cọc ) sẽ không còn khả năng chịu lực nữa mà tất cả các tải trọng tác dụng sẽ đợc truyền vào lực kháng đầu cọc. 1. Lực kháng ma sát bên : Sức kháng bên cực hạn ( Q SR ) đối với lỗ khoan trong đá sẽ đợc xác định theo công thức sau: Q SR = BrDr (0.144q SR ) (AASHTO 4.6.5.3.1-1) Trong đó : Giá trị q SR đợc nội suy từ hình vẽ 4.6.5.3.1A ( AASHTO 1996). Giá trị q SR này phụ thuộc vào cờng độ nén không kiềm chế của bê tông (c ) hoặc của khối đá gốc ( Cm). So sánh hai giá trị này và lấy giá trị nào nhỏ hơn để nội suy q SR . Giá trị Cm đợc tính theo mối quan hệ sau : Cm = E C 0 (AASHTO 4.6.5.3.1-2) E là một hàm của giá trị RQD, tham chiếu với mục AASHTO 1996 - 4.4.8.2.2 thì E thể hiện hệ số giảm nhỏ đợc tính toán do sự không liên tục của khối đá và đợc tính bằng : E = 0.0231 (RQD) - 1.32 0.15 (AASHTO 4.4.8.2.2-4) Br : Đờng kính của lỗ khoan trong đá ( ft). Dr : Chiều dài của lỗ khoan trong đá gốc (ft). C 0 : Cờng độ nén một trục của mẫu đá nguyên dạng (ksf). 2 . Lực kháng đầu cọc : Khi tính toán sức kháng đầu cọc đối với cọc ngàm trong đá sẽ phải tính đến ảnh hởng không liên tục của vỉa địa tầng đá gốc. Lực kháng đầu cọc Q TR sẽ đợc tính theo công thức sau: 3 Q TR = N ms C 0 At (AASHTO 4.6.5.3.2-1) Trong đó : Giá trị Nms là hệ số hiệu chỉnh đợc tra theo Bảng 4.4.8.1.2.A ( AASHTO 1996). Giá trị này phụ thuộc vào chất lợng của đá và chỉ số RQD. At : Diện tích đầu cọc ( ft 2 ) . Ngoài các điều trên ra qui trình AASHTO còn qui định một số điều kiện sau : - Nếu lỗ khoan trong đá mà đi vào các lớp xen kẽ nhau giữa lớp đá khoẻ và đá yếu thì phải lấy cờng độ của lớp đá yếu để tính toán. - Lực kháng bên đợc cung cấp bởi các lớp đá mềm hoặc phong hoá sẽ phải bỏ qua trong việc xác định chiều dài yêu cầu của cọc khi mà lỗ khoan phải kéo dài xuyên qua các lớp đá mềm hoặc phong hoá đến lớp đá gốc có đủ cờng độ. Đá đợc định nghĩa là đá mềm khi cờng độ nén một trục của lớp đá yếu ít hơn 20% cờng độ của đá khoẻ hoặc chỉ số RQD ít hơn 20%. - Mũi cọc khoan trong trờng hợp địa tầng lớp đá khoẻ nằm dới lớp đá yếu thì không đợc đặt mũi cọc vào lớp đá yếu mà phải kéo dài cọc xuyên qua lớp đá yếu cho mũi cọc chống vào lớp đá gốc. - Khi địa tầng là vỉa đá nghiêng thì mũi cọc yêu cầu phải ngàm vào đá để đảm bảo tỳ đầy đủ mũi cọc vào đá gốc - Hệ số an toàn : Cọc khoan trong đá sẽ phải tính toán với hệ số an toàn nhỏ nhất là 2.0 khi tính toán cọc dựa trên các cơ sở thí gnhiệm tại hiện trờng. Còn ngoài ra thì phải tính toán với hệ số an toàn nhỏ nhất là 2.5. 3. Các bớc tính toán cọc khoan nhồi khi ngàm vào trong đá: - Xác định các tải trọng tác dụng lên đầu cọc ( M, Q, H) 4 - Thu thập số liệu địa chất ( Cờng độ đá, chỉ số RQD, Hình trụ lỗ khoan ) - Kiểm tra ớc tính độ lún của cọc trong đá - Nếu kết quả tính toán nhỏ hơn 0.4in thì tính theo cọc theo sức kháng bên, nếu nh độ lún lớn hơn 0.4 i n thì phải tính toán theo cọc chống. 4. áp dụng vào tính toán cọc khoan nhồi ĐK2 m ở trụ chính Cầu Đá Bạc P5,P6 Sau khi đã tính toán nội lực đầu cọc , và thu thập số liệu địa chất bớc tiếp theo là tính toán độ lún của cọc trong đá: ớc tính độ lún của cọc trong đá Tính toán độ lún của cọc trong đá bao gồm có hai thành phần: A. Độ co ngắn đàn hồi của cọc khoan , n (mm), đợc tính nh sau : =( ) / (C.10 AASHTO 1998) Trong đó : = Chiều cao của lỗ khoan (mm) = 2500 (àà) Pi = Tổng tải trọng tác dụng vào cọc khoan (N) = 12533747 () = Diện tích mặt cắt ngang của lỗ khoan (mm2) = 3141593 (2) = Modulus đàn hồi của bê tông cọc khoan nhồi, có xét đến bất kỳ thanh cốt thép nào trong cọc (Mpa) = 26380 () =( ) /( ) = 0,378 () B. Độ lún cơ bản của cọc khoan , (àà), đợc tính nh sau =( ) / Trong đó : = Hệ số ảnh hởng thu đợc từ hình vẽ C1 (DIM) = 0,55 (à) Do Hs/Ds = 1,25 = Đờngkính cơ bản của lỗ khoan(mm)= 2000 (àà) = Modulus đàn hồi của đá tại lỗ khoan (Mpa) Đợc tính toán nh sau: 5 = (10.8.3.53 1998) Trong đó : = Mô đun của đá nguyên dạng đợc tính theo hình vẽ C2(Mpa) = 160000 () = Tỷ số sửa đổi Modulus, liên quan đến chất lợng đá (RQD), nh hình vẽ C3 (DIM) = 0,16 (à) = = 25600 () Kết quả là : = ( ) / = 0,135 (àà) : + = 0,513 (àà) Tổng độ lún của cọc khoan là 0,513 mm < 0,4 in = 10,16 mm tính toán khả năng chịu lực của cọc theo sức kháng bên tính toán khả năng chịu lực của cọc Cọc 7 (Lỗ khoan p6-7) Tên cầu DABAC BRIDGE Trụ P6 Loại cọc 2 ('1'= Đúc sẵn,'2'= Đổ tại chỗ) ĐK: 2000 (mm) số liệu đầu vào Cao độ đáy bệ -8,742 Cao độ tầng đá gốc -15,415 Hệ số an toàn FP= 2,50 Chiều dài cọc L= 12,40 m 6 Chu vi m.cắt ngangcọc P= 6,28 m Diện tích mặt cắt ngang cọc A t = 3,140 m 2 = 19,01 ft 2 Cờng độ bê tông cọc f' c = 30 Mpa= 3060 (T/m 2 ) Trọng lợng đơn vị của bê tông c = 25 KN/m 3 Cờng độ nén một trục nguyên dạng C 0 = 1221,22 Ksf = 5960 T/m2 tính toán cờng độ kháng bên của cọc khoan ( áp dụng điều 4.6.5.3.1 và hình vẽ 4.6.5.3.1A trong Công thức Q SR =.Br.Dr.(0,144.q SR ) AASHTO 1996 - tham khảo AASHTO 1998) Trong đó : Dr= Chiều dài lỗ khoan đá (ft) Br= Đờng kính lỗ khoan đá (ft) q SR = Sức kháng ma sát bên đơn vị dọc theo bề mặt cọc khoan và đá (psi) Tính toán cọc khoan trong đá sẽ dựa vào cờng độ nén không kiềm chế của khối đá hoặc của bê tông lấy giá trị nào nhỏ hơn. E = 0.0231*(RQD) - 1.32 >= 0.15 Cm = E *C 0 Lựa chọn q SR 7 (Lấy giá trị từ hình vẽ 4.6.5.3.1.A) Lớp Chiều sâu RQD E Co Cm,f'c Cm q SR Q SR m % T/m2 T/m2 psi psi T 1 1,300 7,00 0,150 3175 476,3 680,35 7 68 390,86 2 1,200 17,00 0,150 3175 476,3 680,35 7 68 360,79 3 1,200 20,00 0,150 3175 476,3 680,35 7 68 360,79 4 1,000 65,00 0,182 5960 1081,7 1545,3 4 100 442,15 5 1,030 68,00 0,251 5960 1494,8 2135,3 8 125 569,27 Tổng 5,730 2123,86 Lực đẩy nổi, W Pile = c *L*At - At*L* n = 584,18 (KN) trọng lợng bản thân = 59,55 (T) Khả năng chịu lực của cọc K/N chịu lực của cọc Q T =(Q SR -W PILE )/FS 825,72 (T) Tổng hợp: K/N chịu lực của cọc = 825,72 (T) nội lựcđầu cọc = 764,73 (T) Với cao độ mũi cọc là - 21,145 (Ok) A. CễNG TC THIT K T CHC THI CễNG CC KHOAN NHI : 8 2.1 Khi thiết kế tổ chức thi công cọc khoan nhồi cần phải điều tra và thu thập các tài liệu sau : 1. Bản vẽ thiết kế móng cọc khoan nhồi, khả năng chịu tải, các yêu cầu thử tải và phương pháp kiểm tra, nghiệm thu. 2. Tài liệu điều tra về địa chất, thuỷ văn, nước ngầm. 3. Tài liệu về bình đồ, địa hình nơi thi công, các công trình hạ tầng tại chỗ, như đường giao thông, mạng điện, nguồn nước phục vụ thi công. 4. Nguồn vật liệu cung cấp cho công trình, vị trí đổ đất khoan. 5. Tính năng và số lượng thiết bị thi công có thể huy động cho công trình. 6. Các ảnh hưởng có thể tác động tới môi trường và công trình lân cận. 7. Trình độ công nghệ và kỹ năng của đơn vị thi công. 8. Các yêu cầu về kỹ thuật thi công và kiểm tra chất lượng đối với cọc khoan nhồi. 2.2. Công tác thiết kế tổ chức thi công cọc khoan nhồi cần thực hiện các hạng mục sau : 1. Lập bảng vẽ mặt bằng thi công tổng thể bao gồm vị trí cọc, bố trí các công trình phụ tạm như trạm bê tông, hệ thống sàn công tác, dây chuyền công nghệ thiết bị thi công như máy khoan, các thiết bị đồng bộ đi kèm, hệ thống cung cấp và tuần hoàn vữa sét, hệ thống cấp và xả nước, hệ thống cấp điện, hệ thống đường công vụ. 2. Lập các bản vẽ thể hiện các bước thi công, các tài liệu hướng dẫn các thao tác thi công đối với các thiết bị chủ yếu. Lập hướng dẫn công nghệ thi công và các hướng dẫn sử dụng các thiết bị đồng bộ. 3. Lập tiến độ thi công công trình. 4. Lập biểu kế hoạch sử dụng nhân lực. 5. Lập biểu kế hoạch sử dụng thiết bị. 6. Lập bảng tổng hợp vật tư thi công công trình. 9 7. Các biện pháp đảm bảo an toàn lao động và chất lượng công trình. B. VẬT LIỆU VÀ THIẾT BỊ : 2.3 Các vật liệu, thiết bị dùng trong thi công cọc khoan nhồi phải tuân thủ các yêu cầu nêu trong hồ sơ thiết kế, trong qui định của Qui phạm này và các tiêu chuẩn hiện hành. 2.4 Các thiết bị sử dụng như máy cẩu, máy khoan, búa rung v.v phải có đầy đủ tài liệu về tính năng kỹ thuật, cũng như chứng chỉ về chất lượng, đảm bảo an toàn kỹ thuật của nhà chế tạo và phải được đăng kiểm của cơ quan thanh tra an toàn theo đúng các qui tắc kỹ thuật an toàn hiện hành. 2.5 Vật liệu sử dụng vào công trình cọc khoan nhồi như xi măng, cốt thép, vữa sét, phụ gia v.v phải có đầy đủ hướng dẫn sử dụng và các chứng chỉ chất lượng của nhà sản xuất. Các vật liệu như cát, đá, nước, vữa sét, bê tông phải có các kết quả thí nghiệm đánh giá chất lượng cũng như thí nghiệm tuyển chọn thành phần bê tông, kết quả ép mẫu v.v trước khi đưa vào sử dụng. C. THI CÔNG CÁC CÔNG TRÌNH PHỤ TRỢ : 2.6 Trước khi thi công cọc khoan nhồi, phải căn cứ các bản vẽ thiết kế thi công để tiến hành xây dựng các công trình phụ trợ như : 1. Đường công vụ để vận chuyển máy móc, thiết bị, vật tư phục vụ thi công. 2. Hệ thống cung cấp nước gồm nguồn nước (giếng nước, mương máng dẫn nước), các máy bơm, các bể chứa, hệ thống đường ống. 3. Hệ thống cấp điện gồm nguồn điện cao thế, hệ thống truyền dẫn cao và hạ thế, trạm biến áp, trạm máy phát điện v.v 4. Hệ thống cung cấp và tuần hoàn vữa sét gồm kho chứa bột bentonite, trạm trộn vữa sét, các máy bơm, các bể lắng, hệ thống lọc xoáy, hệ thống đường ống. 5. Hệ thống cung cấp bê tông gồm các trạm bê tông, các kho xi măng, các máy bơm bê tông, và hệ thống đường ống v.v 6. Các sàn đạo thi công, các khung dẫn hướng v.v 2.7 Mặt bằng thi công phải dựa vào địa hình, vị trí xây dựng móng mà lựa chọn cho phù hợp và cần lưu ý những điểm sau : 10 [...]... các tấm thép dầy để máy khoan bánh xích có thể di chuyển khoan cọc 2 Nếu thi công trên cạn, có thể tạo mặt bằng thi công bằng phương pháp đắp đảo đất 3 Tại những nơi nước sâu hoặc địa hình phức tạp bùn lầy, phải làm sạn đạo cứng để đặt máy khoan và các thiết bị thi công cọc Có thể dùng hệ nổi như phao, phà để đặt máy khoan nhưng phải neo cho hệ nổi ổn định 2.8 Nếu thiết bị khoan thuộc loại lớn, nặng... và chấn động và có biện pháp hạn chế ảnh hưởng đến khu vực xung quanh 2.12 Trước khi khoan cọc phải kiểm tra lại đường cơ tuyến, lập các mốc cao độ, các cọc định tim cọc khoan Các mốc cao độ và cọc định tim phải được đặt ở vị trí không bị ảnh hưởng khi khoan và phải được bảo vệ cẩn thận 2.13 Trước khi thi công khoan ở những vùng có nhiều bom mìn trong chiến tranh cần phải khảo sát thăm dò và có biên... dựng thiết bị, xếp dụng cụ phải gia cố nền bãi, mặt đường tạo điều kiện thuận lợi cho việc lắp dựng các thiết bị thi công và phương tiện vận chuyển đi lại 2.10 Phải có phương án vận chuyển đất thải, dọn dẹp chướng ngại xung quanh và dưới mặt đất, tránh gây ô nhiễm môi trường 2.11 Phải xem xét tác hại của tiếng ồn và chấn động và có biện pháp hạn chế ảnh hưởng đến khu vực xung quanh 2.12 Trước khi khoan . thiết kế cọc khoan nhồi theo địa chất I. Tính toán khả năng chịu lực của cọc khi cọc đi qua vùng Caster theo AASHTO 1996 A- Khái niệm về chỉ số RQD Hội. THIT K T CHC THI CễNG CC KHOAN NHI : 8 2.1 Khi thiết kế tổ chức thi công cọc khoan nhồi cần phải điều tra và thu thập các tài liệu sau : 1. Bản vẽ thiết kế móng cọc khoan nhồi, khả năng chịu tải,. kiểm tra chất lượng đối với cọc khoan nhồi. 2.2. Công tác thiết kế tổ chức thi công cọc khoan nhồi cần thực hiện các hạng mục sau : 1. Lập bảng vẽ mặt bằng thi công tổng thể bao gồm vị trí cọc,