bộ giáo dục đào tạo Trường Đại học xây dựng -*** - Bùi hồng cường ứng dụng công nghệ cọc franki điều kiện đất hà nội Chuyên ngành: Xây dựng dân dụng công nghiệp Mã số : Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Người hướng dẫn khoa học: PGS Lê kiều Hà Nội - 2006 Lời cảm ơn Xin chân thành cảm ơn thầy: PGS Lê Kiều, Giáo sư, Phó Giáo sư, Tiến sĩ, thầy, cô khoa Đào tạo sau đại học Trường Đại học Xây dựng - Hà Nội, đồng nghiệp, bạn bè người thân tận tình giúp đỡ hoàn thành luận văn ! Hà nội, ngày tháng năm 2006 Bùi Hồng Cường Trang Chương Mở đầu Móng cọc loại móng áp dụng rng rãi Nó có lịch sử phát triển lâu đời Cùng với tiến khoa học kỹ thuật nói chung, móng cọc ngày cải tiến hoàn thiện Ngày nay, liền với phát triển mạnh mẽ khoa học kỹ thuật, phát triển kỹ thuật thi công cọc làm sản sinh không ngừng loại cọc mới, điều mở cho việc thiết kế móng cọc nhà cao tầng, từ lựa chọn loại cọc có tính kỹ thuật cao, lợi ích kinh tế cao Hiện nay, nước ta, áp dụng biện pháp cải thiện khả chịu tải cọc khoan nhồi, phương pháp thổi rửa đáy bơm vữa áp lực cao (Bottom cleaning and grouting of pile), mở rộng đáy nhằm tăng cường khả chịu tải cọc đồng thời áp dụng cho việc xử lý cố, khuyết tật cọc khoan nhồi, cọc barrette Ngoài biện pháp mở rộng đáy phương pháp phun vữa áp lực cao trên, có biện pháp mở rộng đáy khác áp dụng cho dạng cọc khác Một dạng cọc mở rộng đáy đặc trưng dạng cọc Franki Cọc Franki biết đến sử dụng rộng rãi giới Dạng cọc phát triển vào năm chuyển giao kỷ kỹ sư Frankignoul, người Bỉ Đây dạng cọc thi công đổ chổ, mở rộng đáy Phương pháp thi công cọc phương pháp cọc đóng, xuyên qua lớp đất cứng, đạt tới độ sâu lớn Nhờ công nghệ nén vách bê tông khô, đất xung quanh đáy cọc cải thiện khả chịu tải ban đầu đất tăng lên đáng kể Đặc trưng cọc Franki mở rộng đáy Được thi công đóng trục ống, vậy, cọc đảm bảo khả chịu tải vật liệu, bao gồm cường độ đất khả chịu tải cọc tăng lên nhiều so với cọc tương tự có kích thước độ sâu thiết kế Hiện nay, Thành phố Hà nội quy hoạch mở rộng, thành phố ví công trường xây dựng rộng lớn, nhà cao tầng, chung cư, Học viên: Bùi Hồng Cường Tên đề tài: ứng dụng công nghệ cọc Franki điều kiện đất Hà nội Trang văn phòng làm việc, xây dựng rộng rãi Do vậy, việc nghiên cứu áp dụng công nghệ thi công cọc nói chung cọc Franki nói riêng điều kiện đất Hà nội hợp lý, góp phần mở rộng phương án lựa chọn kết cấu móng cho công trình, tuỳ theo địa điểm, quy mô yêu cầu sử dụng Học viên: Bùi Hồng Cường Tên đề tài: ứng dụng công nghệ cọc Franki điều kiện đất Hà nội Trang Chương i: tổng quan cọc franki I Tổng quan: I 1 Định nghĩa cọc Franki: Cọc Franki dạng cọc đóng ống, mở rộng đáy cọc Quá trình thi công mở rộng đáy cọc phương pháp đóng, thực đáy cọc Nhờ có biện pháp thi công cọc ống, mở rộng đáy, chất lượng cọc đảm bảo, khả chịu lực cao, kinh tế so với loại cọc khác tương tự có kích thước chiều sâu hạ cọc Hình 1: Cọc Franki mở rộng đáy I Lịch sử phát triển cọc Franki: I Trên giới: Cọc Franki biết đến sử dụng rộng rãi giới Dạng cọc phát triển vào năm chuyển giao kỷ kỹ sư Frankignoul, người Bỉ Tại Bắc Mỹ, hệ thống cọc Franki biết đến loại cọc phun áp suất đáy cọc Kể từ đến nay, Cọc Franki ngày phát triển mạnh mẽ áp dụng rộng rãi giới Tại nước phát triển Mỹ, Canada, Anh, Pháp, Học viên: Bùi Hồng Cường Tên đề tài: ứng dụng công nghệ cọc Franki điều kiện đất Hà nội Trang Australian cọc Franki sử dụng nhiều dự án lớn ngày phát triển, đa dạng loại cọc, thích hợp cho nhiều loại công trình với quy mô, đặc điểm địa điểm xây dựng khác Công nghệ máy xây dựng nước phát triển sản xuất nhiều loại búa đóng cọc thiết bị khác, áp dụng cho công nghệ thi công móng, cho phép nhà xây dựng mở rộng công nghệ thi công móng cho dự án có quy mô rộng lớn Khu vực Đông Nam á, nước Indonesia, FT Frankipile Indonesia thành lập vào ngày 8/11/1973 Vào năm 1975, với thiết bị thiết bị Franki, thiết bị khoan búa Diesel, FT Frankipile Indonesia thành công dự án, với tổng số loại cọc thi công 2400 cọc, tổng chiều dài thi công cọc lên tới 39.000m Trong năm tiếp theo, Frankipiles trở nên thông dụng sử dụng ngày nhiều thành phố không Jakarta mà xuyên suốt Indonesia thành phố Medan, Batam, Bandung, Semarang, Yogyakarta, Surabaya, Balikpapan, Manado, Denpasar, thành phố khác Từ đến nay, FT Frankipile Indonesia ngày phát triển, ứng dụng thêm nhiều loại cọc mới, đáp ứng nhiều dự án khác Theo tổng kết tháng năm 2002, FT Frankipile Indonesia hoàn thành 3474 dự án, thi công 460.000 cọc, tổng chiều dài thi công cọc 6.755.250m I 2 Trong nước: Hiện nay, Cọc Franki chưa áp dụng phổ biến Việt Nam, đầu thập kỉ 70 bắt đầu dùng cọc nhồi đường kính 40 - 60cm kiểu Franki, không mở rộng đáy, với trọng lượng búa 2-4 nhà máy đóng tàu Hạ Long hệ thống cầu đường Xuân Mai - Sơn Tây Gần đây, có số công trình áp dụng phần ứng dụng mở rộng đáy cọc khoan nhồi (VD: Công trình Trung tâm thương mại EVER FORTUNE - 83B Lý Thường Kiệt Công trình Cao ốc văn phòng, hộ cao cấp A2 Ngọc Khánh - Số Phạm Huy Thông - Hà Nội) TCXD 205:1998 Móng cọc - Tiêu chuẩn thiết kế có đưa hệ số tính toán cho cọc mở rộng đáy phương pháp nổ mìn phương pháp đổ bê tông nước Học viên: Bùi Hồng Cường Tên đề tài: ứng dụng công nghệ cọc Franki điều kiện đất Hà nội Trang Các tiêu chuẩn, biện pháp thi công, máy móc thiết bị chuyên dụng để thi công cọc Franki nước ta chưa áp dụng cho công trình xây dựng nước ta I Các vấn đề cần nghiên cứu cọc Franki: - Nghiên cứu sở lý thuyết tính toán, thiết kế cọc Franki - Biện pháp thi công cọc Franki I Phạm vi mục tiêu nghiên cứu: - Nghiên cứu công nghệ thi công cọc Franki, áp dụng cọc Franki điều kiện đất Hà nội I Phương pháp nghiên cứu: - Phương pháp thống kê kết hợp với phương pháp nghiên cứu lý thuyết I Điều kiện áp dụng công nghệ cọc franki: I Sơ lược khả chịu lực cọc Franki điển hình: Tải trọng nén dọc trục cọc thường phạm vi từ đến 10 Mpa ứng suất nén dọc trục tăng lên 16 Mpa sử dụng cho cọc sâu, nơi mà có thành phần lực ma sát đáng kể cọc đóng địa tầng tốt Lực nén cọc trình bày bảng sau: Đường kính cọc Tải trọng làm việc điển hình (kN) Chiều sâu hạ cọc lớn điển hình (m) Khoảng cách trục cọc đài (mm) Độ nghiêng lớn Thép cọc 150 250 400 500 600 125 400 1000 1750 2500 12 20 40 50 50 500 750 1200 1500 1750 1:4 1:4 1:4 1:4 1:4 4x10mm 4x10mm 4x10mm 4x10mm 4x10mm Theo thống kê Kozicki (1985) dự án áp dụng cọc Franki giới cho thấy dạng cọc áp dụng thành công điều kiện đất khác Qua thí nghiệm thử tải cho loại cọc cho thấy cọc chịu tải Học viên: Bùi Hồng Cường Tên đề tài: ứng dụng công nghệ cọc Franki điều kiện đất Hà nội Trang trọng thiết kế với độ lún nhỏ Ví dụ: Công trình Khu liên hợp nhà ga hàng không Calgary, cọc dài 17ft (tương ứng 5m), đường kính cọc 50cm, mũi cọc đặt đất sét cát cuội, lẫn bùn Cọc thiết kế với tải trọng làm việc 350 kips (1560 kN) Khi tải trọng thí nghiệm lên đến 944 kips (4200 kN), tổng độ lún cọc ghi lại 0.59 in (14.7mm) Dự án Outlook Manor Toronto, Canada, cọc dài 45 ft (14m), đường kính cọc 16 in (40cm), mở rộng đáy, mũi cọc tựa đất cát chặt, thiết kế với tải trọng làm việc 300 kips (1335 kN) Khi thí nghiệm với tải trọng 600 kips (2670 kN) tương ứng với lần tải trọng làm việc, tổng độ lún cọc ghi lại 0.585 in (14.6mm) Dự án Câu lạc Vịnh Brickwell, Miami, Florida, cọc dài 27.5 ft (8.4m), đường kính cọc 175/8 in (440mm), mũi cọc tựa đất cát rời, lẫn đá vôi Cọc thiết kế với tải trọng làm việc 300 kips (1335 kN) Khi thí nghiệm với tải trọng 600 kips (2670 kN) tương ứng với lần tải trọng làm việc, tổng độ lún cọc ghi lại 0.64 in (16mm) Những thống kê cho thấy cọc mở rộng đáy dạng cọc có khả chịu lực cao, độ lún cọc nhỏ I 2 Ưu điểm cọc Franki: - Đây dạng cọc có phạm vi ứng dụng rộng - Cọc thi công ống, vấn đề nước ngầm sụp thành hố không đáng ngại - Với công nghệ đóng mở rộng đáy thi công đáy cọc, độ ồn độ rung mức độ nhỏ Cọc Franki có độ ồn nhỏ loại cọc đóng thi công ch, thích hợp với nơi mà tiếng ồn vấn đề môi trường quan tâm Độ rung thi công cọc thường xuyên ghi nhận mức độ tiêu chuẩn cho phép - Việc mở rộng đáy cọc làm tăng khả chịu tải cọc đất Do đem lại lợi ích kinh tế cao so với cọc khác tương ứng có kích thước chiều sâu hạ cọc Học viên: Bùi Hồng Cường Tên đề tài: ứng dụng công nghệ cọc Franki điều kiện đất Hà nội Trang - Do thi công phương pháp đóng ống, xuyên qua lớp đất cứng, đạt tới độ sâu theo yêu cầu thi công điều kiện đất (có thể đạt tới độ sâu >60m điều kiện thuận lợi) - Cọc Franki thi công theo phương ngang, cọc neo, mở rộng đáy cọc tuỳ theo yêu cầu chịu lực tải trọng đặc biệt như: tải trọng động đất, tải neo vách - Cọc Franki tổ hợp với cấu kiện chế tạo trước (cọc Franki tổ hợp) cọc khác mở rộng đáy (VB pile cọc Franki khoan ) I Hạn chế công nghệ cọc Franki: - Giá thiết bị đắt - Khi thi công có độ rung Tuy nhiên, qua nghiên cứu độ rung đất thi công cọc đổ chỗ, mở rộng đáy Mark B.Jaksa, Micheal C.Griffith (Khoa kỹ thuật xây dựng môi trường - Đại học Adelaide Mỹ) Roger W.Grounds (Đề tài Khoa học địa chất ĐH Adelaide) thống kê bảng số liệu độ rung đất thi công cọc mở rộng đáy đổ chỗ (cọc Franki) cho kết luận khoảng cách 15m tính từ tâm cọc, giá trị điểm vận tốc hạt cự đại cao đo nhỏ ngưỡng cho phép mà gây phá hoại công trình bị xuống cấp nghiêm trọng, nhìn thấy mắt thường Như cho ta thấy thi công cọc Franki có độ rung nhỏ độ ồn nhỏ I Báo cáo nghiên cứu độ rung thi công cọc Franki: I Sơ lược nội dung báo cáo: Mức độ rung thi công cọc có mức độ liên quan lớn đến trình rút ống cọc đóng Bản báo cáo đo mức độ rung thi công cọc đổ ch, mở rộng đáy Dữ liệu ghi lại gia tốc kế đo giá trị gia tốc hướng trực giao khoảng cách khác từ tâm cọc đóng Giá trị gia tốc chuyển đổi sang giá trị điểm vận tốc hạt, hệ đo lường chấp nhận rộng rãi mức phá hoại rung Điểm vận tốc hạt so sánh với giá trị lớn khuyến cáo thông số đưa báo cáo khác mức nhận thức người độ rung Giá trị vận tốc điểm hạt cực đại Học viên: Bùi Hồng Cường Tên đề tài: ứng dụng công nghệ cọc Franki điều kiện đất Hà nội Ngi hng dn khoa hc : PGS,TS,KTS,KS Lờ Kiu 28.737 29.300 29.862 30.425 30.987 31.550 32.112 32.675 33.237 1.687 2.250 2.812 3.375 3.937 4.500 5.062 5.625 6.187 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00 2.20 0.91 0.84 0.76 0.67 0.59 0.52 0.46 0.40 0.36 0.32 33.800 6.750 2.40 34.362 7.312 2.60 0.28 34.925 7.875 2.80 0.25 35.487 8.437 3.00 0.23 điều kiện tắt lún: zi=ko.gl H= 0.720m đạt Tải trọng tính toán cọc: Pmax,min = Ntt/n +- Mytt.xn,kmax/(xi2) +- Mxtt.yn,kmax/(yi2) (t) Khối lượng tường tầng giằng (nếu có): G1 = 98.650 t Khối lượng đài cọc đất đài: 264.225 t G2 = L.B.h.(BC) + L.B.h2.o = Tổng tải trọng cao trình đáy đài: Ntt, Mtt: Ntt = N+G1+G2 = 2479.585 t Pmax = 628.251 < [P] = 649.00 đạt (*) Mytt = My+Qx.h = 47.955 t x Pmin = 611.541 >0 M tt = Mx+Qy.h = 2.175 t đạt Cường độ đất đáy móng khối qui ước: Xác định kích thước móng khối qui ước: Fq=Bq.Lq = 125.026 m2 Lq=L1+2.h1.tg = 11.181 m Wq=Bq.Lq2/6 = 232.995 m3 Bq=B1+2.h1.tg = 11.181 m Khối lượng đất từ cốt 0,00 (htk) đến đáy đài 1991.70 t G3= [(BC+o)/2].h4.Fq = (hdm): Khối lượng đất từ đáy đài (hdm) đến mũi cọc 9441.20 t G4 = tb.h1.Fq = (đáy khối qui ước): Tải trọng đáy khối qui ước: Ntc, Mtc: n1= 1.15 Ntc = N/n1+G1+G3+G4 = 12972 t Mtc = My/n1+ Qx.h/n1 = 41.700 t.m mk=1.00 R = mk[A.bm.m + B.Lm.tb + áp lực tiêu chuẩn đáy móng khối qui ước: D.Ctc] bm= 11.18 m m(t/m3)= 2.000 Ctc = 0.00 t/m2 có: A= 1.81 tc Lm= 45.65 m tb(t/m )= 1.895 = 36 độ B= 8.24 D= 9.96 R = mk[A.bm.m + B.Lm.tb + D.Ctc] = 757.6 t/m max,min = Ntc/Fq + Mtc/Wq (t/m2) ứng suất đáy móng khối qui ước: 103.756 0 đạt = Đài cọc: Chọc thủng: vẽ tháp chọc thủng (góc 45o từ mép cổ móng) c= 0.3 m c = khoảng cách từ trục cọc cần tính toán đến mép đài T= 2.5 m T = chiều dài cạnh đáy tháp, T=h X= 1.4 m X = khoảng cách từ mép cổ móng đến trục cọc cần tính toán: X= L/2-a1/2-c X = 1.400 [...]... của cọc thì sẽ làm tăng sức chịu tải của cọc, giảm số cọc bố trí trong đài cọc và kinh tế hơn khi thi công móng Học viên: Bùi Hồng Cường Tên đề tài: ứng dụng công nghệ cọc Franki trong điều kiện đất nền Hà nội Trang 22 cọc đất yếu Cọc Đất nền đất tốt Hình 2.1: Dạng cọc chống Hình 2.2: Dạng cọc ma sát Về sự làm việc của cọc đơn và nhóm cọc thông qua việc nghiên cứu về trạng thái ứng suất trong đất do cọc. .. những ưu nhược điểm riêng của nó Việc áp dụng loại cọc nào tuỳ thuộc vào quy mô, đặc điểm và vị trí xây dựng của công trình Cùng với thực tế xây dựng tại Hà nội, ta thấy rằng cọc Franki là loại cọc hoàn toàn có thể áp dụng tại Hà nội nói riêng và ở nước ta nói chung Việc nghiên cứu và áp dụng công nghệ cọc Franki cho các công trình xây dựng theo điều kiện đất nền Hà nội nói riêng và ở nước ta nói chung... kính thân cọc; Học viên: Bùi Hồng Cường Tên đề tài: ứng dụng công nghệ cọc Franki trong điều kiện đất nền Hà nội Trang 33 NP - chỉ số SPT của đất dưới mũi cọc; NS - chỉ số SPT của đất xung quanh cọc; Lc - chiều dài đoạn cọc nằm trong đất cát (m); Ls - chiều dài đoạn cọc nằm trong đất sét (m); c- lực dính đơn vị; - hệ số, phụ thuộc phương pháp thi công cọc; =30 đối với cọc đóng; =15 đối với cọc khoan... viên: Bùi Hồng Cường Tên đề tài: ứng dụng công nghệ cọc Franki trong điều kiện đất nền Hà nội Trang 34 Bảng II 9: Bảng tra hệ số i và Kc Loại đất Sức chống ở mũi qc (***) (kPa) Hệ số Giá trị cực đại qc (kPa) Hệ số Kc Cọc nhồi Cọc đóng Cọc nhồi Cọc đóng Cọc nhồi Cọc đóng Thành bêtông Thành ống thép Thành bêtông Thành ống thép Thành bêtông Thành ống thép Thành bêtông Thành ống thép