LỜI CẢM ƠN Luận văn “Nghiên lựa chọn kết cấu cọc hợp lý thi công xử lý nền, áp dụng cho công trình trạm bơm Nghi Xuyên - Tỉnh Hưng Yên”. Được hoàn thành tại Khoa Công Trình và Phòng Đào tạo Đại học & Sau đại học - Trường Đại học Thủy lợi Hà Nội. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS. Nguyễn Trọng Tư, TS. Đào Văn Hưng đã tận tình hướng dẫn tác giả hoàn thiện luận văn này. Xin cảm ơn các thầy cô giáo trong Khoa Công Trình – Trường Đại học Thủy Lợi, các đồng nghiệp trong Phòng Nghiên cứu thủy năng và Năng lượng tái tạo-Viện Thủy điện và năng lượng tái tạo đã cung cấp các số liệu cho luận văn. Xin chân thành cảm ơn các cơ quan, đơn vị và cá nhân nói trên đã truyền bá kiến thức, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi học tập và hoàn thiện luận văn này. Tác giả có được kết quả ngày hôm nay chính là nhờ sự chỉ bảo ân cần của các thầy cô giáo, cùng sự động viên cổ vũ của cơ quan, gia đình và bạn bè đồng nghiệp trong thời gian qua. Một lần nữa tác giả xin ghi nhớ những đóng góp đó. Với thời gian và trình độ có hạn, luận văn không tránh khỏi những sai sót. Rất mong nhận được sự chỉ bảo và đóng góp chân tình của Quý Thầy Cô giáo và các bạn đồng nghiệp. Hà Nội, ngày tháng năm 2013 Tác giả Đào Đức Thuần LỜI CAM ĐOAN Tôi là Đào Đức Thuần, tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Những nội dung và kết quả trình bày trong Luận văn là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình khoa học nào. Tác giả Đào Đức Thuần MỤC LỤC Danh mục Trang Mở đầu 1 1. Tính cấp thiết của đề tài 1 2. Mục đích của đề tài 1 3. Nội dung của luận văn 2 4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 2 5. Kết quả kiến đạt được 2 Chương 1: Giới thiệu chung 3 1.1 Tổng quan về các biện pháp xử lý nền cho công trình thủy lợi 3 1.1.1 Các phương pháp xử lý về kết cấu công trình 3 1.1.2 Các phương pháp xử lý về móng 4 1.1.3 Các phương pháp xử lý nền 5 1.2 Quá trình phát triển của móng cọc 7 1.3 Ứng dụng của móng cọc trong việc xử lý nền đất yếu 8 1.3.1 Khái niệm về nền đất yếu 8 1.3.2 Khái niệm chung về móng cọc 8 1.3.3 Các loại móng cọc thường dùng để xử lý nền đất yếu 9 1.4 Kết luận chương 1 11 Chương 2: Nghiên cứu phương pháp xử lý nền bằng cọc bê tông cốt thép 13 2.1. Các loại cọc bê tông cốt thép xử lý nền 13 2.1.1 Cọc bê tông đúc sẵn 13 2.1.2 Cọc khoan nhồi 16 2.2 Phân tích đặc điểm chịu lực của các loại cọc bê tông cốt thép 17 2.2.1 Xác định sức chịu tải của cọc theo vật liệu làm cọc 17 2.2.1.1 Cọc bê tông cốt thép thường 17 2.2.1.2 Cọc khoan nhồi 18 2.2.2 Xác định sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu đất nền 19 2.2.2.1 Phương pháp thống kê 19 2.2.2.2 Phương pháp tính theo cường độ đất nền 21 2.2.2.3 Phương pháp từ kết quả thí nghiệm xuyên động (SPT) 22 2.2.2.4 Phương pháp từ kết quả thí nghiêm xuyên tĩnh 22 2.2.2.5 Phương pháp xác định từ thí nghiệm nén tĩnh cọc 23 2.2.2.6 Phương pháp xác định từ thí nghiệm thử động 25 2.3 Phân tích đặc điểm thi công của các loại cọc bê tông cốt thép 27 2.3.1 Cọc bê tông cốt thép đúc sẵn 27 2.3.2 Cọc khoan nhồi 32 2.4 Phân tích tính kính tế của các loại cọc bê tông cốt thép 38 2.5. Kết luận chương 2 39 Chương 3: Áp dụng lựa chọn kết cấu cọc hợp lý thi công xử lý nền công trình trạm bơm Nghi Xuyên-tình Hưng Yên 41 3.1Giới thiệu chung về công trình trạm bơm Nghi Xuyên 41 3.2 Tính toán cọc bê tông cốt thép xử lý nền cho trạm bơm Nghi Xuyên 42 3.2.1 Các số liệu đầu vào cho tính toán 42 3.2.1.1 Điều kiện địa chất khu đầu mối 42 3.2.1.2 Tính chất cơ lý đất nền 44 3.2.1.3 Điều kiện địa chất thủy văn 44 3.2.1.4 Kết cấu khu nhà trạm 45 3.2.2. Tính toán ứng suất đáy móng nhà trạm 46 3.2.2.1 Trường hợp tính toán 46 3.2.2.2 Tài liệu tính toán 46 3.2.2.3 Phương pháp tính toán 46 3.2.2.4 Sơ đồ tính toán 47 3.2.2.5 Lực và tải trọng tác dụng lên đáy móng 48 3.2.2.6 Tính toán ứng suất đáy móng 49 3.2.2.7 Tính toán ổn định 49 3.2.3 Tính toán lựa chọn kết cấu cọc cho móng cọc xử lý nền 51 3.2.3.1 Tính toán cọc bê tông cốt thép đúc sẵn 52 3.2.3.2 Tính toán cọc khoan nhồi 58 3.2.4 Đánh giá hiệu quả kinh tế các loại cọc xử lý nền 61 3.2.4.1 Các căn cứ dùng cho tính toán 61 3.2.4.2 Kết quả tính toán 62 3.2.5 Lựa chọn phương án kết cấu cọc xử lý nền 63 3.3. Tính toán kiểm tra phương pháp xử lý nền móng trạm bơm Nghi Xuyên bằng cọc bê tông cốt thép tiết diện vuông 64 3.3.1 Lựa chọn biện pháp thi công 64 3.3.2 Tính toán kiểm tra sức chịu tải của nền và cọc 66 3.3.3 Tính toán kiểm tra ứng suất đáy móng quy ước 67 3.3.4 Tính lún móng cọc 72 3.4. Kết luận chương 3 76 Kết luận và kiến nghị 77 Tài liệu tham khảo 79 Phụ lục tính toán 80 DANH MỤC HÌNH VẼ, HÌNH ẢNH Chương 1 Hình 1.1 Các bộ phận chính của móng cọc 9 Chương 2 Hình 2.1 Các tiết diện ngang phổ biến thân cọc bê tông cốt thép 14 Hình 2.2 Một số hình ảnh về cọc bê tông cốt thép 14 Hình 2.3 Một số hình ảnh về cọc khoan nhồi 17 Hình 2.4 Biểu đồ quan hệ S=f(P) 25 Hình 2.5 Một số hình ảnh thi công cọc bê tông cốt thép đúc sẵn 31 Hình 2.6 Một số hình ảnh thi công cọc khoan nhồi 35 Chương 3 Hình 3.1 Mô phỏng các lớp đất khu vực trạm bơm Nghi Xuyên 44 Hình 3.2 Mặt bằng đáy móng nhà trạm 47 Hình 3.3 Sơ đồ mặt cắt địa chất trạm bơm 52 Hình 3.4 Sơ đồ bố trí cọc trong móng 64 Hình 3.5 Sơ đồ kiểm tra ứng suất đáy móng 68 Hình 3.6 Sơ đồ khối móng qui ước 70 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Hệ số uốn dọc 18 Bảng 3.1 Tính chất cơ lý đất nền khu vực trạm bơm PL Bảng 3.2 Tính chất cơ lý đất nền khu vực trạm bơm (Tiếp) PL Bảng 3.3 Bảng tổng hợp thí nghiệm xác định độ thấm nước các lớp đất khu vực trạm bơm PL Bảng 3.4 Thông số cơ bản của nhà trạm PL Bảng 3.5 Hệ số tải trọng an toàn dùng cho tính toán 46 Bảng 3.6 Bảng tính lực, mô men tác dụng vào đáy móng trạm bơm (TH thi công xong, buồng hút chưa có nước) PL Bảng 3.7 Bảng tính lực, mô men tác dụng vào đáy móng trạm bơm (TH vận hành bình thường) PL Bảng 3.8 Lực tác dụng lên đáy móng 48 Bảng 3.9 Tính toán độ lệch tâm 48 Bảng 3.10 Tính toán giá trị mô men, lực tác dụng 49 Bảng 3.11 Kết quả tính toán ứng suất đáy móng 49 Bảng 3.12 Tính toán các thành phần ma sát thân cọc bê tông cốt thép 55 Bảng 3.13 Dự toán cho 1 cọc BTCT thường tiết diện 40x40cm PL Bảng 3.14 Báo giá cọc ống bê tông cốt thép PL Bảng 3.15 Dự toán cho 1 cọc bê tông khoan nhồi đường kính D600 mm PL Bảng 3.16 Tổng hợp chọn búa đóng cọc 66 Bảng 3.17 Lực tác dụng lên đầu cọc PL Bảng 3.18 Bảng tính góc ma sát trung bình 68 Bảng 3.19 Trọng lượng đẩy nổi trung bình 69 Bảng 3.20 Tính mômen tiêu chuẩn tại tâm đáy móng quy ước M R y 71 Bảng 3.21 Tính toán lún móng tại tâm PL Bảng 3.22 Tính toán lún góc móng phía bể hút PL Bảng 3.23 Tính toán lún góc móng phía bể xả PL Luân văn thạc sỹ kỹ thuật MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Các công trình thủy lợi thường được xây dựng trên các vị trí có nền đất yếu, phức tạp, độ thấm cao, thường xuyên ngập nước… Vì vậy công tác xử lý nền móng là công tác hết sức quan trọng, ảnh hưởng đến sự ổn định trong quá trình làm việc của công trình. Ở các vùng đồng bằng, các công trình chủ yếu là những trạm bơm tưới, tiêu lớn. Chúng thường phải làm việc trong những điều kiện bất lợi, phải hoạt động trong mùa mưa bão khi mực nước trong đồng và ngoài sông đều lớn. Để đảm bảo an toàn cho những công trình này, chúng cần phải được xây dựng trên nền tảng vững chắc. Điều này đòi hỏi cần phải lựa chọn phương pháp xử lý nền hợp lý. Hiện nay có rất nhiều phương pháp xử lý nền móng công trình, trong đó phương pháp sử dụng phổ biến và rộng rãi nhất là xử lý nền bằng cọc bê tông cốt thép. Thực tế cũng cho thấy phương pháp này đạt được hiệu quả rất cao. Tuy nhiên cũng có rất nhiều loại cọc bê tông cốt thép như cọc tròn, cọc vuông, cọc đặc, cọc rỗng…việc sử dụng loại cọc nào để công trình đảm bảo được các yêu cầu về kinh tế, kỹ thuật là một vấn đề vô cùng quan trọng. Vì vậy đề tài “ Nghiên cứu lựa chọn kết cấu cọc hợp lý thi công xử lý nền, áp dụng cho công trình trạm bơm Nghi Xuyên – Tỉnh Hưng Yên” là hết sức cần thiết, có ý nghĩa đối với khoa học và thực tiễn. 2. Mục đích của đề tài Nghiên cứu và lựa chọn kết cấu cọc hợp lý xử lý nền cho các công trình. Từ đó nêu lên điều kiện áp dụng cho từng loại cọc. Các lý luận, tính toán sẽ được cụ thể hóa trong việc lựa chọn kết cấu cọc thi công xử lý nền công trình trạm bơm Nghi Xuyên – tỉnh Hưng Yên. Nghiên cứu lựa chọn kết cấu cọc hợp lý thi công xử lý nền, áp dụng cho công trình trạm bơm Nghi Xuyên-Hưng Yên 1 Luân văn thạc sỹ kỹ thuật 3. Nội dung của luận văn Đề xuất các giải pháp xử lý nền bằng các loại kết cấu cọc bê tông cốt thép. Phân tích, tính toán và đánh giá về các chỉ tiêu kinh tế, ký thuật cho từng loại kết cấu cọc bê tông cốt thép. Áp dụng để lựa chọn kết cấu cọc hợp lý xử lý nền cho trạm bơm Nghi Xuyên – tỉnh Hưng Yên. 4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu dựa trên những tài liệu, kết quả trước đây đã có, kết hợp với điều kiện thực tiễn đưa ra những kết cấu cọc hợp lý trong công tác xử lý nền công trình. Phân tích điều kiện làm việc của từng loại kết cấu cọc xử lý nền. Phân tích lý thuyết và tính toán đánh giá về kinh tế, kỹ thuật cho từng loại kết cấu cọc. 5. Kết quả đạt được Phân tích, đánh giá về kinh tế, kỹ thuật đối với các loại kết cấu cọc bê tông cốt thép, đưa ra điều kiện áp dụng. Qua đó áp dụng lựa chọn kết cấu cọc hợp lý để xử lý nền trạm bơm Nghi Xuyên – Tỉnh Hưng Yên. Nghiên cứu lựa chọn kết cấu cọc hợp lý thi công xử lý nền, áp dụng cho công trình trạm bơm Nghi Xuyên-Hưng Yên 2 Luân văn thạc sỹ kỹ thuật CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Tổng quan về các biện pháp xử lý nền cho công trình thủy lợi Nền móng của các công trình xây dựng nói chung và công trình thủy lợi nói riêng khi đặt trên nền đất yếu thường đặt ra hàng loạt vấn đề phải giải quyết như sức chịu tải nền thấp, độ lún lớn và độ ổn định của cả diện tích lớn nơi đặt công trình. Các công trình thủy lợi thường đặt trên lưu vực các sông, nơi có tầng đất phù sa khá dày, tập trung đất sét và thường xuyên ngập trong nước. Để các công trình này an toàn hoạt động tốt rất cần các giải pháp và công nghệ xử lý nền thích hợp. Hiện nay có rất nhiều phương pháp xử lý nền đất yếu cho các công trình căn cứ vào điều kiện địa chất, nguyên nhân và đòi hỏi với công nghệ khác phục. Việc xử lý nền đất yếu nhằm mục đích tăng sức chịu tải của nền đất, cải thiện một số tính chất cơ lý của nền đất yếu như: giảm hệ số rỗng, giảm tính nén lún, tăng độ chặt, tăng cường độ chống cắt của đất, giảm tính thấm của đất, đảm bảo độ ổn định cho khối đắp,… Việc xử lý khi xây dựng công trình trên nền đất yếu phụ thuộc rất nhiều yếu tố như: đặc điểm công trình, đặc điểm địa chất của nền đất,…tuy từng điều kiện cụ thể mà nhà thiết kế đưa ra các biện pháp xử lý thích hợp. Có nhiều biện pháp xử lý nền đất yếu như: các biện pháp xử lý kết cấu công trình, các biện pháp xử lý về móng, các biện pháp xử lý nền. Cụ thể như sau: 1.1.1 Các phương pháp xử lý về kết cấu công trình Kết cấu công trình có thể bị phá hỏng cục bộ hoặc hoàn toàn do các điều kiện biến dạng không thỏa mãn: Lún hoặc lún lệch quá lớn do nền đất yếu, Nghiên cứu lựa chọn kết cấu cọc hợp lý thi công xử lý nền, áp dụng cho công trình trạm bơm Nghi Xuyên-Hưng Yên 3 [...]... phỏp thi cụng hp lý Vic nghi n cu la chn kt cu cc bờ tụng ct Nghi n cu la chn kt cu cc hp lý thi cụng x lý nn, ỏp dng cho cụng trỡnh trm bm Nghi Xuyờn-Hng Yờn 11 Luõn vn thc s k thut thộp cho tng loi nn t l mt phn quan trng i vi bt k cụng trỡnh no trc khi a ra thi cụng Nghi n cu la chn kt cu cc hp lý thi cụng x lý nn, ỏp dng cho cụng trỡnh trm bm Nghi Xuyờn-Hng Yờn 12 Luõn vn thc s k thut CHNG 2: NGHI N... dựng trong cụng tỏc x lý nn t yu: Nghi n cu la chn kt cu cc hp lý thi cụng x lý nn, ỏp dng cho cụng trỡnh trm bm Nghi Xuyờn-Hng Yờn 9 Luõn vn thc s k thut Cc g (cc tre v cc c trm) nú cú lch s phỏt trin rt lõu i, hin nay vic thit k v thi cụng loi cc ny cng ó tng i hon thin, ó cú nhng quy phm, tiờu chun ỏp dng cho vic tớnh toỏn thit k, trin khai thi cụng v kim tra cht lng Vic thi cụng cc g rt n gin... thc thng gp Vit Nam hin nay l 1,0 - Nghi n cu la chn kt cu cc hp lý thi cụng x lý nn, ỏp dng cho cụng trỡnh trm bm Nghi Xuyờn-Hng Yờn 8 Luõn vn thc s k thut 2,0 m Mt dng cc ti ch khỏc l cc Barrette, thng cú dng hỡnh ch nht v thng c dựng lm múng cụng trỡnh cú ti trng rt ln Múng cc gm cú hai b phn chớnh l: i cc v múng cc Công trình bên trên Đài cọc Cọc Mặt phẳng mũi cọc (Đáy móng) Hỡnh 1.1: Cỏc b phn... v kh nng bỏm R R trt bờn hụng Trong ú: m r - h s iu kin lm vic ti mi cc, ly mR =0,7 cho sột, mR =1 cho R R R R R R cỏt Nghi n cu la chn kt cu cc hp lý thi cụng x lý nn, ỏp dng cho cụng trỡnh trm bm Nghi Xuyờn-Hng Yờn 19 Luõn vn thc s k thut m f - h s iu kin lm vic ca t bờn hụng, ly bng 0,9-1 cho cc R R thng, bng 0,6 cho cc khoan nhi Q m - kh nng chu ti ca mi cc, tra bng R R f si - kh nng ma sỏt xung... trong t o sc chng xuyờn Rp cho tng 20cm sõu di t T giỏ tr Rp ny kh nng chu ti ca mi cc c tớnh nh sau: Qm = Kr Kp R R Trong ú: Rp- kh nng chng xuyờn ti mi cc R R Nghi n cu la chn kt cu cc hp lý thi cụng x lý nn, ỏp dng cho cụng trỡnh trm bm Nghi Xuyờn-Hng Yờn 22 Luõn vn thc s k thut Kr- h s tra theo loi t v loi cc, c ly trung bỡnh bng 0,5 cho cc thng v 0,3 cho cc nhi H s an ton cho mi cc c ly bng 3 Kh... gh R Trong ú: Sgh -tr s lỳn gii hn trung bỡnh cho tiờu chun thit k nn múng, c quy R R nh theo nhim v thit k hoc ly theo tiờu chun i vi nh v cụng trỡnh; -h s chuyn t lỳn lỳc th n lỳn lõu di ca cc, thụng thng ly bng 0,1 Khi cú c s thớ nghim v quan trc lỳn y cú th ly bng 0,2 Nghi n cu la chn kt cu cc hp lý thi cụng x lý nn, ỏp dng cho cụng trỡnh trm bm Nghi Xuyờn-Hng Yờn 24 Luõn vn thc s k thut Qu... lờn ng thi, khi kộo cc lờn ngang tm 1m, rỳt u cc lờn cao cc dn dn tr v v trớ thng ng, sau ú ghộp vo giỏ bỳa 3 Bc 3: K thut úng cc Nghi n cu la chn kt cu cc hp lý thi cụng x lý nn, ỏp dng cho cụng trỡnh trm bm Nghi Xuyờn-Hng Yờn 28 Luõn vn thc s k thut Sau khi dng cc vo giỏ bỳa, tin hnh chnh cc vo ỳng v trớ thit k bng mỏy kinh v Trc khi úng phi kim tra phng hng ca thit b gi cc, c nh v trớ ca thit b... kớnh 1-2m, chiu di 40-70m Mc dự cụng ngh thi cụng cc khoan nhi ó phỏt trin nhng lý thuyt, phõn tớch thit k cc li phỏt trin chm hn Mói n thp k 60-70 nhng chng trỡnh nộn tnh quy mụ ln mi giỳp ngi ta hiu rừ hn s lm vic ca cc khoan nhi Cc nhi ớt khi lm vic nh cc chng (dự t mi cc rt tt) Nghi n cu la chn kt cu cc hp lý thi cụng x lý nn, ỏp dng cho cụng trỡnh trm bm Nghi Xuyờn-Hng Yờn 16 Luõn vn thc s k thut... t 3-5% s cc thit k Mi cp gia ti thc hin ly bng 1/10 Qu theo thit k Sc chu ti trng nộn thng ng cho phộp ca cc tớnh theo cụng thc: Trong ú: Qtc- sc chu ti cho phộp ca cc R R Ktc- H s an ton, xỏc inh theo iu A1 ph lc A TCXD 205-1998 R R Sc chu ti tiờu chun theo kt qu th chỳng bng ti trng nộn, nh c v theo hng ngc c xỏc nh theo cụng thc Nghi n cu la chn kt cu cc hp lý thi cụng x lý nn, ỏp dng cho cụng trỡnh... thng c ỏp dng vi Nghi n cu la chn kt cu cc hp lý thi cụng x lý nn, ỏp dng cho cụng trỡnh trm bm Nghi Xuyờn-Hng Yờn 5 Luõn vn thc s k thut cỏc cụng trỡnh dõn dng S dng h thng li nn c hc ch yu ỏp dng gia c t trong cỏc cụng trỡnh xõy mi nh ng b v ng st S dng thuc n sõu tuy em li hiu qu cao trong thi gian ngn, nhng khụng thớch hp vi t sột v ũi hi tớnh chuyờn nghip ca nh xõy dng Phng phỏp vt lý: Gm cỏc phng . kết cấu cọc thi công xử lý nền công trình trạm bơm Nghi Xuyên – tỉnh Hưng Yên. Nghi n cứu lựa chọn kết cấu cọc hợp lý thi công xử lý nền, áp dụng cho công trình trạm bơm Nghi Xuyên- Hưng Yên. cọc hợp lý để xử lý nền trạm bơm Nghi Xuyên – Tỉnh Hưng Yên. Nghi n cứu lựa chọn kết cấu cọc hợp lý thi công xử lý nền, áp dụng cho công trình trạm bơm Nghi Xuyên- Hưng Yên 2 . được sử dụng rộng rãi để xử lý nền các công trình xây dựng trên nền đất yếu. Nghi n cứu lựa chọn kết cấu cọc hợp lý thi công xử lý nền, áp dụng cho công trình trạm bơm Nghi Xuyên- Hưng Yên 7