iii Bộ giáo dục đào tạo xây dựng Trờng đại học kiến trúc hà nội Lê công minh Nghiên cứu phơng pháp tính toán ứng dụng cọc siêu nhỏ điều kiện việt nam Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Xây dựng Dân dụng Công nghiệp H NI - 2011 iv Bộ giáo dục đào tạo xây dựng Trờng đại học kiến trúc hà nội Lê công minh Khóa: 2008-2011 lớp: 2008x Nghiên cứu phơng pháp tính toán ứng dụng cọc siêu nhỏ điều kiện việt nam Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Xây dựng Dân dụng Công nghiệp Mã số: 60.58.20 Ngời hớng dẫn khoa học: PGS.TS đoàn tờng H NI - 2011 lời cảm ơn Trớc hết xin bày tỏ tình cảm biết ơn chân thành tới tất thầy cô Khoa sau đại học - Trờng Đại học Kiến trúc Hà Nội với dẫn giúp đỡ trình học tập nh tiến hành làm luận văn Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS Đoàn Thế Tờng ngời trực tiếp hớng dẫn khoa học, thầy giáo Bộ môn Nền móng - Trờng Đại học Kiến trúc Hà Nội có ý kiến đóng góp quý báu cho nội dung v luận văn Tôi xin trân trọng cảm ơn gia đình bạn đồng nghiệp động viên, giúp đỡ suốt trình học tập thực đề tài Vì thời gian thực luận văn có hạn nên tránh khỏi hạn chế thiếu sót Tôi mong nhận đợc đóng góp quý thầy cô, bạn bè đồng nghiệp Hà Nội, ngày tháng Tác giả năm 2011 Lê Công Minh Lời cam đoan Tôi xin cam đoan số liệu kết nghiên cứu luận văn trung thực cha đợc sử dụng để bảo vệ học vị Tôi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực luận văn đợc cảm ơn thông tin trích dẫn đợc rõ nguồn gốc Tác giả luận văn Lê Công Minh vi Mục lục Trang Lời cảm ơn i Lời cam đoan ii Mục lục iii Danh mục hình ảnh, vẽ, đồ thị v Danh mục bảng biểu Phần Mở đầu vii Chơng I: Tổng quan móng cọc cọc siêu nhỏ 1.1 Tổng quan móng cọc 1.1.1 Định nghĩa phân loại 1.1.2 Dự báo sức chịu tải cọc 10 1.1.3 Dự báo độ lún móng cọc 10 1.2 Tổng quan cọc siêu nhỏ 11 1.2.1 Khái niệm lịch sử phát triển cọc siêu nhỏ 11 1.2.2 Ưu, nhợc điểm cọc siêu nhỏ 13 1.2.3 Phạm vi áp dụng cọc siêu nhỏ 13 1.2.4.Phân loại cọc siêu nhỏ 13 1.2.5 Kỹ thuật xây dựng vật liệu 18 Chơng ii: Phơng pháp tính toán cọc siêu nhỏ 30 2.1 Lý thuyết tính toán sức chịu tải cọc siêu nhỏ 30 vii 2.1.1 Sức chịu tải theo đất 30 2.1.2 Sức chịu tải theo vật liệu 30 2.1.3 Sức chịu tải theo phơng ngang 34 2.1.4 ổn định cọc siêu nhỏ 2.2 Lý thuyết tính toán chuyển vị cọc siêu nhỏ theo phơng pháp hệ số 2.2.1 Lý thuyết đàn hồi 2.2.2 Phơng pháp đơn giản tính toán chuyển vị cọc đơn chịu tải trọng đứng tải trọng ngang 2.2.3 Phơng pháp dùng phần mềm để tính toán 35 Chơng iii: áp dụng tính toán cọc siêu nhỏ 77 3.1 Đặc điểm kết cấu công trình 77 36 37 71 75 3.1.1 Tên công trình 77 3.1.2 Địa điểm xây dựng 77 3.1.3 Kết cấu công trình 77 3.2 Điều kiện địa chất công trình 77 3.3 Giải pháp cọc xi măng đất 78 3.4 Giải pháp cọc bê tông cốt thép đúc sẵn 79 3.5 Giải pháp cọc siêu nhỏ 85 3.5.1 Lựa chọn cọc 85 3.5.2 Sức chịu tải cọc 85 3.5.3 Chuyển vị cọc 88 Kết luận kiến nghị Tài liệu tham khảo 96 viii danh mục hình ảnh, vẽ, đồ thị Hình 1.1: Trình tự thi công cọc siêu nhỏ Hình 1.2: Cọc siêu nhỏ loại 1- cọc chịu tải trực tiếp Hình 1.3: Cọc siêu nhỏ loại Hình 1.4; Bố trí cọc siêu nhỏ loại Hình 1.5: Bố trí cọc siêu nhỏ loại Hình 1.6: Phân loại cọc dựa phơng pháp đổ bê tông Hình 1.7: Một số thiết bị khoan thủy lực Hình 1.8: Các phơng pháp khoan tầng đá 21 Hình 1.9: ảnh hởng thành phần nớc lên độ bền nén vữa Hình 1.10: Các cốt thép với định vị Hình 1.11: Các chi tiết ren liên tục Hình 1.12: ống chống thép Hình 2.1: Cấu tạo cọc siêu nhỏ Hình 2.2: Sơ đồ tính đàn hồi chịu kéo nén Hình 2.3: Mô hình tính toán cọc chịu tải trọng đứng theo đàn hồi Hình 2.4: Hàm dạng cuả phần tử chịu lực dọc trục Hình 2.5: Cắt hình trụ đồng tâm Hình 2.6: Sơ đồ tính dầm đàn hồi chịu uốn Hình 2.7: Hàm dạng cho dầm chịu uốn Hình 2.8: Khái niệm dầm Winkler cho cọc chịu tải trọng ngang Hình 2.9: Sơ đồ tính cọc chiu tải trọng ngang Hình 2.10:Quan hệ độ cứng ban đầu đất cát độ chặt tơng đối Hình 2.11: Quan hệ tỉ số mô đun đàn hồi RQD Hình 2.12: Mô hình đàn hồi dẻo lý tởng Hình 2.13: Mô hình hypecbôn Hình 2.14: Sự phụ thuộc mô đun đàn hồi tiếp tuyến vào tham số mô hình hypecbôn cải tiến Hình 2.15: Quan hệ lực chuyển vị mũi cọc Hình 2.16: Đờng cong t-z chuẩn hóa cho thân cọc khoan nhồi đất sét Hình 2.17: Đờng cong t-z chuẩn hóa cho mũi cọc khoan nhồi đất sét Trang 11 14 15 15 16 17 19 24 25 27 28 31 37 39 40 42 44 46 47 49 50 50 51 52 53 54 55 56 ix Hình 2.18: Đờng cong t-z chuẩn hóa cho thân cọc khoan nhồi đất cát Hình 2.19: Đờng cong t-z chuẩn hóa cho mũi cọc khoan nhồi đất cát Hình 2.20: Đờng cong t-z chuẩn hóa cho thân mũi cọc khoan nhồi đất cát Hình 2.21: Đờng cong p-y chuẩn hóa cho đất sét mềm dới mực nớc ngầm 58 Hình 2.22: Đờng cong p-y cho đất sét cứng mực nớc ngầm tải trọng tĩnh Hình 2.23: Đờng cong p-y cho đất sét cứng mực nớc ngầm tải trọng động Hình 2.24: Đờng cong p-y cho đất sét cứng dới mực nớc ngầm 65 tải trọng tĩnh Hình 2.25: Đờng cong p-y cho đất sét cứng dới mực nớc ngầm 65 tải trọng động Hình 2.26: Đờng cong p-y cho đất cát Hình 2.27: Đờng cong p-y cho đất cát pha sét pha 68 Hình 2.28: Đờng cong p-y cho đá mềm Hình 2.29: Đờng cong p-y cho đá cứng Hình 2.30: Sơ đồ tính lặp xác định độ cứng cọc chịu tải trọng đứng Hình 2.31: Sơ đồ tính lặp xác định độ cứng cọc chịu tải trọng ngang Hình 3.1: Chuyển vị đứng đỉnh cọc Hình 3.2: Đờng cong P-z Hình3.3: Chuyển vị ngang đỉnh cọc Hình 3.4: Chuyển vị ngang dọc thân cọc Hình 3.5 : Đờng cong F-y cho lớp đất Hình 3.6 : Đờng cong F-y cho lớp đất 56 57 57 61 61 67 69 70 71 72 90 91 93 93 94 94 Danh mục bảng biểu Bảng 1.1: Các kích thớc, độ bền uốn, độ bền cốt thép chuẩn Bảng 1.2: Các kích thớc cờng độ dạng, cỡ cọc siêu nhỏ thông dụng Trang 26 29 Bảng 2.1: Tóm tắt trị số tiêu biểu b 32 Bảng 2.2: Số mũ M cho mô đun đàn hồi trợt Bảng 2.3: Đờng cong t-z từ thực nghiệm 41 54 x Bảng 2.4: Giá trị 50 cho đất sét 59 Bảng 2.5: Giá trị k cho đất sét cứng 63 Bảng 2.6: Giá trị 50 cho đất sét cứng dới mực nớc ngầm Bảng 3.1: Sức chịu tải theo tiêu lý đất Bảng 3.2: Sức chịu tải cực hạn ma sát bên Bảng 3.3: Độ cứng tơng đơng cọc theo độ sâu Bảng 3.4: Dữ liệu đầu vào tính toán cọc siêu nhỏ chịu tải trọng ngang 63 81 83 89 92 PHầN Mở đầu * Tính cấp thiết đề tài Trong năm gần tốc độ phát triển công nghiệp đô thị hóa ngày nhanh, nhiều hệ thống giao thông, khu công nghiệp, khu đô thị phát triển mạnh đòi hỏi phải có nhiều giải pháp xử lý, gia cố móng đảm bảo hiệu ổn định cho công trình xây dựng Việc lựa chọn giải pháp móng hợp lý điều kiện phức tạp địa chất thi công vấn đề đợc đặc biệt quan tâm Để gia cố xây dựng móng công trình có quy mô vừa nhỏ điều kiện đất yếu hay điều kiện thi công khó khăn chật hẹp, ngời ta thờng sử dụng loại móng cọc khác Một số loại cọc đợc sử dụng hiệu xây dựng công trình quy mô nhỏ điều kiện địa chất phức tạp cọc siêu nhỏ Đây loại cọc có đờng kính tiết diện dới 300 mm cọc nhồi dới 150 mm cọc đóng [1] Trên giới, cọc siêu nhỏ đợc ứng dụng rộng rãi xây dựng gia cố công trình Cọc siêu nhỏ đợc sử dụng rộng rãi xi nhiều nớc châu Âu, Mỹ v.v từ năm 50 kỷ XX Tại Việt Nam, cọc siêu nhỏ đợc sử dụng công trình xây dựng vừa nhỏ nhng chủ yếu dới dạng cọc chế sẵn thi công phơng pháp đóng, ép loại cọc đổ chổ thi công phơng pháp khoan nhồi đến cha đợc sử dụng cha có dẫn kỹ thuật để làm áp dụng tính toán thiết kế thi công loại cọc Trong điều kiện này, việc nghiên cứu phơng pháp tính toán ứng dụng cọc siêu nhỏ điều kiện Việt Nam cấp thiết Các nghiên cứu bớc đầu cung cấp sở cho việc xây dựng phơng pháp tính toán thiết kế cọc siêu nhỏ điều kiện Việt Nam Giải vấn đề giúp hoàn thiện thêm lý thuyết tính toán móng cọc Việt Nam, đồng thời tăng thêm lựa chọn cho ngời thiết kế giải pháp móng thiết kế công trình xây dựng Xuất phát từ yêu cầu việc nghiên cứu phơng pháp tính toán ứng dụng cọc siêu nhỏ vào điều kiện Việt Nam để xử lý, gia cố móng công trình xây dựng cần thiết * Mục đích nghiên cứu: Nghiên cứu phơng pháp tính toán cọc siêu nhỏ xây dựng, xử lý, gia cố công trình đất yếu điều kiện thi công khó khăn Trên sở đa kiến nghị phơng pháp tính toán ứng dụng cọc siêu nhỏ phù hợp với điều kiện Việt Nam * Đối tợng phạm vi nghiên cứu: - Đối tợng nghiên cứu công trình xây dựng - Phạm vi nghiên cứu phơng pháp tính toán ứng dụng cọc siêu nhỏ đổ chổ để đáp ứng yêu cầu ổn định công trình xây dựng điều kiện Việt Nam * Nội dung nghiên cứu: - Thu thập phân tích kinh nghiệm nớc sử dụng cọc siêu nhỏ xây dựng công trình - Phơng pháp tính toán cọc siêu nhỏ dới tác dụng tải trọng đứng tải trọng ngang - áp dụng tính toán cọc siêu nhỏ * Hớng kết nghiên cứu: xii Các kết nghiên cứu đề tài luận văn đợc sử dụng làm tài liệu tham khảo, nghiên cứu áp dụng cho việc lựa chọn giải pháp móng xử lý, gia cố xây dựng công trình, đợc hoàn thiện thêm, sở khoa học để kiến nghị sử dụng rộng rãi cọc siêu nhỏ thực tiễn xây dựng công trình Việt Nam * Cấu trúc luận văn - Toàn luận văn đợc trình bày 03 chơng, phần mở đầu, kết luận, kiến nghị hớng nghiên cứu đề tài dày 99 trang khổ A4 Chơng 1: Tổng quan móng cọc cọc siêu nhỏ Chơng 2: Phơng pháp tính toán cọc siêu nhỏ Chơng 3: áp dụng tính toán cọc siêu nhỏ - Luận văn đợc thực từ 11/10/2010 đến 18/2/2011 Khoa sau đại học - Trờng Đại học Kiến trúc Hà Nội dới hớng dẫn khoa học thầy giáo: PGS.TS Đoàn Thế Tờng - Các tài liệu sử dụng cho luận văn gồm: + Nền móng công trình dân dụng- công nghiệp, Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội + Cẩm nang dùng cho kỹ s địa kỹ thuật, Nh xuất Xây dựng, Hà Nội + Phơng pháp tính toán chuyển vị cọc đơn, Trờng Đại học Kiến trúc Hà Nội + Micropile - Design and Construction Guidelines Manual, US Department of Transportation Federal Highway + Một số tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam thiết kế thi công móng cọc + Phần mềm tính toán cọc LSPILE VSPILE công ty TNHH phần mềm SSISOFT Việt Nam lxxx Ab Diện tích tiết diện cọc bê tông; Ab = 30 x 30 = 900 cm2 = 9.104 mm2 As Diện tích tiết diện cốt thép dọc 416; As = 8.03cm2 = 803.8 mm2 ( ) Pvl = 0,77 ì 14,5 ì 9.10 + 280 ì 803,8 = 1178 ì 103 ( N ) = 1178 ( kN ) Khi bồn dầu Vì cọc chịu kéo nên: Pvl = ( RsAs ) (kN) Với = Ab Diện tích tiết diện cọc bê tông; Ab = 30 x 30 = 900 cm2 = 9.104 mm2 As Diện tích tiết diện cốt thép dọc 416; As = 8,03cm2 = 803,8 mm2 Pvl = ( 280 ì 803,8 ) = 225 ì 103 ( N ) = 225 ( kN ) Xác định sức chịu tải cọc theo tiêu lý đất (Phụ lục A TCXD 205-1998) Qtc = m(mR.qp.Ap + U mf.fsi.li) (kN) m hệ số điều kiện làm việc cọc đất (lấy m=1) mR hệ số điều kiện làm việc đất dới mũi cọc Lấy theo Bảng A.3 - Phụ Lục A (TCXD 205:1998) mR = 0,8 qp cờng độ tính toán đất dới mũi cọc Mũi cọc đợc hạ vào lớp sét pha nửa cứng độ sâu 32 m; tra Bảng A.1-P.L A (TCXD 205:1998) qp = 7640 (kPa) = 7640(kN/m2) Ap diện tích tiết diện ngang chân cọc Ap = 0,09 m2 mf hệ số điều kiện làm việc đất mặt bên cọc, đợc lấy theo Bảng A.3 U chu vi tiết diện ngang cọc cọc nhồi lấy tiết diện ngang lỗ khoan, ống thiết bị (U = 0,3ì4 =1,2 m) fsi, li cờng độ tính toán (ma sát bên thân cọc) lấy theo Bảng A.2 Phụ Lục A (TCXD 205:1998) chiều dày lớp đất thứ i lxxxi Bảng 3.1: Sức chịu tải theo tiêu lý đất Độ sâu trung fsi Độ sệt B mf (kN/m ) bình zi (m) 1,56 0,69 1,56 0,69 1,56 0,69 11 1,56 0,69 13 1,56 0,69 15 1,56 0,69 17 1,56 0,69 19 1,56 0,69 21 1,56 0,69 23 1,56 0,69 25 1,56 0,69 27 0,23 0,95 82,4 Li (m) 2 2 2 2 2 2 m f f l = si i mffsili (kN/m) 5,52 5,52 5,52 5,52 5,52 5,52 5,52 5,52 5,52 5,52 5,52 156,56 217,28 - Sức chịu tải tiêu chuẩn cọc: Q tc = 1( 0,8 ì 7640 ì 0,09 + 1, ì 217, 28 ) = 810,8 ( kN ) - Sức chịu tải cho phép tính toán cọc đất nền: Qa = Q tc k tc ktc hệ số an toàn Móng có từ 21 cọc: ktc = 1,4 Q(a ) = a Q tc 810,8 = = 579,14 ( kN ) k tc 1, 4 Xác định sức chịu tải cọc theo tiêu cờng độ đất (Phụ lục B) - Sức chịu tải cực hạn cọc: Qu = Qs + Qp = As.fs + Ap.qp (kN) - Sức chịu tải cho phép cọc tính theo công thức: Q= QS Q P + FSS FSP (kN) Trong đó: Qs sức chịu tải cực hạn ma sát bên (kN); Qp sức chịu tải cực hạn sức chống dới mũi cọc (kN); FSs hệ số an toàn cho thành phần ma sát bên, lấy 1,5ữ2,0; FSp hệ số an toàn cho sức chống dới mũi cọc, lấy 2,0ữ3,0; - Tính toán sức chịu tải cực hạn ma sát bên: lxxxii n QS = u m f f si li (kN) i =1 Trong đó: fsi ma sát đơn vị diện tích mặt bên cọc (kN/m 2), tính theo công thức (B.3-TCXD) ' f s = c a + tan h ' c= a +K vtg s a a với: ca lực dính thân cọc đất; a góc ma sát cọc đất nền; (Cọc BTCT lấy ca = c, a = với c, lực dính góc ma sát lớp đất nền) h' = v' ì K s ứng suất hữu hiệu đất theo phơng thẳng đứng vuông góc với mặt bên cọc (kN/m2); vi' = i h i ứng suất hữu hiệu đất độ sâu tính toán ma sát bên tác dụng lên cọc (kN/m2); Ks = Ko = (1- sin); Sức chịu tải cực hạn ma sát bên đợc xác định nh bảng 3.2 Bảng 3.2: Sức chịu tải cực hạn ma sát bên Lớp đất zi (m) 11 13 15 17 19 21 Li ci (m) (kN/m2) 7,6 7,6 7,6 7,6 7,6 7,6 7,6 7,6 7,6 i 4011' 4011' 4011' 4011' 4011' 4011' 4011' 4011' 4011' vi' (kN/m ) 4,8 14,4 24,0 33,6 43,2 52,8 62,4 72,0 81,6 Ksi fsi mf 0,927 0,927 0,927 0,927 0,927 0,927 0,927 0,927 0,927 7,93 8,57 9,22 9,88 10,53 11,2 11,83 12,48 13,13 0,69 0,69 0,69 0,69 0,69 0,69 0,69 0,69 0,69 mf fsiLi (kN/m) 10,94 11,82 12,72 13,63 14,53 15,45 16,32 17,22 18,12 lxxxiii 23 7,6 4011' 91,2 25 7,6 4011' 100,8 27 21,3 21027' 115,2 0,927 13,78 0,69 14,4 0,69 0,927 0,634 50 0,95 m f f l = si i 19,01 19,91 95 264,67 n QS = u mf f si li = 1, ì 264, 67 = 317, ( kN ) i =1 - Cờng độ chịu tải đất dới mũi cọc: q p = (c ì N c + vp' ì N q + ì d p ì N ) (kN) Trong đó: Ap = 0,3 x 0,3 = 0,09 (m2) dung trọng đất dới mũi cọc, = 9,6 kN/m3 dp đờng kính cọc, d = 0,3 m c lực dính đất dới mũi cọc, c = 21,3 kN/m2 'vp ứng suất theo phơng thẳng đứng độ sâu mũi cọc 'vp = 26, ì 4,8 + 1,3 ì 9, = 140, 64 ( kN / m ) N c , N q , N hệ số sức chịu tải phụ thuộc vào góc ma sát hình dạng mũi cọc = 21o27 => Nc = 85; Nq = 8,8; N = (tra bảng) Tính toán sức chịu tải cực hạn sức chống dới mũi cọc: Vậy Q p = 0, 09 ( 21,3 ì 85 + 140, 64 ì 8,8 + ) = 274,33 (kN) => Sức chịu tải cho phép cọc (TCXD 205-1998): Khi bồn đầy dầu Qa( b ) = Qp Qs 317, 274,33 + = + = 348,9 (kN) FS s FS p 1,5 Khi bồn dầu Qa( b ) = Qs 317, = = 211, (kN) FS s 1,5 Sức chịu tải tính toán cọc: Khi bồn đầy dầu ( ) Qatt = Pvl ; Qa( a ) ; Qa( b ) = ( 1178;579,14;348,9 ) = 348,9 (kN) lxxxiv Khi bồn dầu ( ) Qatt = Pvl ; Qa( a ) ; Qa( b ) = ( 225;579; 211, ) = 211, (kN) Số lợng cọc: Khi bồn đầy dầu nc = N 17081 = = 48,9 Qa 348,9 Khi bồn dầu nc = N 12916 = = 61 Qa 211, Chọn nc= 62 cọc với khoảng cách cọc 2,6x2,6 m Độ lún công trình độ lún cọc đơn đợc tính bằng: L = q p B (1 ) Ed + f s B (1 ) = Ed 317, 24 274.33 * 0,3(2 + 0,35 )(1 0,32 ) * 0,3* 0,85(1 0,3 ) = 0.09 1, 0,3 + = 0, 0865m 9210 1590 3.5 Giải pháp cọc siêu nhỏ 3.5.1 Lựa chọn cọc Cọc siêu nhỏ có nhiều loại đờng kính khác từ 100 mm đến 300 mm Tùy thuộc vào địa chất, diện tích bố trí tải trọng để lựa chọn đờng kính cọc cho phù hợp Cọc có đờng kính ống Casing 141 mm, chiều dày thành 9,5 mm, đờng kính ống bị giảm 1,6 mm bị ăn mòn, nên đờng kính tính toán là: ODc = 141-1,6.2 = 137,8 mm; Đờng kính ống Casing: IDc= 141-9,5.2=122 mm; Các đặc trng cọc nh sau: Diện tích mặt cắt ngang ống Casing: Aca = 3,14 ODc2 IDc2 = 137,82 1222 = 3224 mm2 4 Cờng độ chảy thép ống Casing: Fy ca = 241 MPa (Bảng 1.5) Bán kính quán tính ống Casing: rc = OD + ID 137,82 +122 = = 46 mm 4 Cốt thép: d = 43 mm, mác 520 có dặc trng sau (Bảng 1.2): lxxxv Diện tích mặt cắt ngang: Ab = 1452 mm2 Diện tích bê tông cọc: Ac = 3,14 IDc Ab = *1222 1452 = 10232 mm2 4 Cờng độ: Fy b = 520 MPa Cờng độ bê tông dính kết: fc = 34,5 MPa 3.5.2 Sức chịu tải cọc Sức chịu tải theo vật liệu Phần cọc có ống casing Sức chịu tải kéo nén cho phép (SLD) sức chịu tải thiết kế (LFD) đợc trình bày biểu thức dới cho phần phía cọc siêu nhỏ Do phần phía cọc thờng đợc đặt lớp đất yếu nên cần kể đến ổn định cọc tính toán sức chịu tải theo phơng đứng Cọc thờng đợc bao quanh đất nền, chiều dài tính toán không bị suy giảm sức chịu tải đứng ổn định trừ cọc đợc kéo dài lên mặt đất, cọc xuyên qua hang động, qua lớp đất bị hóa lỏng Sức chịu tải theo tải trọng cho phép Do biến dạng tơng đồng ống casing cốt thép, cờng độ thép đợc tính nh sau: Fy = ( Fy b , Fy ca ) = 241 MPa Sức chịu tải kéo cho phép: Pt = 0,55 Fy ( Ab + Aca ) = 0,55 * 24,1(14,52 + 32, 24) = 620 kN Sức chịu tải nén cho phép: Pc = 0, f cAc + 0, 47 Fy ( Ab + Aca ) = 0, * 3, 45 *102, + 0, 47 * 24,1(14,52 + 32, 24) = 671kN Sức chịu tải theo hệ số tải trọng Tơng tự nh trên, biến dạng tơng đồng ống casing cốt thép, cờng độ thép đợc lấy Fy = ( Fy b , Fy ca ) Sức chịu tải kéo thiết kế: Pt = 0,9 Fy ( Ab + Aca ) = 0,9 * 24,1(14,52 + 32, 24) = 1014 kN Sức chịu tải nén thiết kế: lxxxvi Pc = 0,85 0,85 f cAc + Fy ( Ab + Aca ) = = 0,85 0,85 * 3, 45 *102, + 24,1 ( 14,52 + 32, 24 ) = 1213kN Phần cọc neo Điều kiện đất phơng pháp hạ cọc ảnh hởng đến đờng kính phần neo cọc Giả thiết đờng kính phần neo cọc lớn đờng kính ống Casing 50 mm Nh đờng kính phần bầu neo là: Db = 141 + 50 = 191 mm Diện tích mặt cắt ngang phần bầu neo: 3,14 Db Ab = *1912 1452 = 27200 mm2 4 Agb = Sức chịu tải theo tải trọng cho phép Sức chịu tải ma sát phần cọc: 35 Pch = b Db Lb = * 3,14 * 0,191*1 = 16,8 kN 1, 25 FS Sức chịu tải kéo cho phép: Pt = 0,55 Fy b Ab + Pch = 0,55 * 52 *14,52 + 16,8 = 431,8 kN Sức chịu tải nén cho phép: Pc = 0, f cAc + 0, 47 Fy b Ab + Pch = 0, * 3, 45 *102, + 0, 47 * 52 *14,52 + 16,8 = 512,8kN Sức chịu tải theo hệ số tải trọng Sức chịu tải ma sát phần cọc: Pch = G b Db Lb = 0, * 35 * 3,14 * 0,191*1 = 12, kN Sức chịu tải kéo thiết kế: Pt = 0,9 Fy b Ab + Pch = 0,9 * 52 *14,52 + 12, = 692,1 kN Sức chịu tải nén thiết kế: Pc = 0, 75 0.85 f cAc + Fy b Ab + Pch = 0, 75 [ 0,85 * 3, 45 * 272 + 52 *14,52 ] + 12, = 1177kN Sức chịu tải cọc theo đất Sức chịu tải theo tải trọng cho phép PG = b Db Lb FS FS = 2.5 cho đất, đá nhóm cọc không kể đến động đất Cọc đợc neo 10 m phần đất yếu: lxxxvii Đất sét yếu có giá trị b = 35 95 kPa, lấy b = 35 kPa PG = 35 * 3,14 * 0,191*10 = 84 kN 2.5 Cọc đợc neo m vào lớp đất sét cứng: Đất sét cứng có giá trị b = 70 190 kPa, lấy b = 150 kPa PG = 150 * 3,14 * 0,191* = 180 kN 2.5 Sức chịu tải tổng cọc là: PGT = 84 + 180 = 264 kN Sức chịu tải theo hệ số tải trọng PG = G b Db Lb G = 0.6 cho thiết kế thông thờng nhóm cọc không chịu tải trọng động đất; G = cho nhóm cọc chịu tải trọng động đất PG = 0, ( 35 *10 + 150 * ) 3,14 * 0,191 = 396 kN Nh số lơng cọc cần thiết là: n= P 12916 = = 72 cọc PG 180 Chọn số cọc n = 72 cọc với khoảng cách cọc 2,5x2,5m 3.5.3 Chuyển vị cọc Theo phơng pháp đơn giản, độ cứng tơng đơng cọc đỉnh cọc cho bảng 3.3 Chuyển vị đứng cọc là: U= PGT 26, = = 0, 012 m K 2261 Bảng 3.3: Độ cứng tơng đơng cọc theo độ sâu Độ Sâu (m) 5.385 6.77 8.155 KFX (T/m) 2261.36 2272.573 2285.943 2301.9 KMX (T.m/Rad 11.45731 11.45732 11.45733 11.45736 KFY (T/m) 268.6973 268.6973 268.6973 268.6973 KFMY (T/Rad) 116.0095 116.0095 116.0095 116.0095 KMY (T.m/Rad) 99.25291 99.25291 99.25291 99.25291 lxxxviii 9.54 10.925 12.31 13.695 15.08 16.465 17.85 19.235 20.62 22.005 23.39 24.775 26.16 26.7 27.545 28.93 30.315 31.7 2320.97 2343.793 2371.157 2404.035 2443.639 2491.493 2549.53 2620.239 2706.86 2813.695 2946.565 3113.539 3326.133 3424.844 3006.621 2182.141 1207.88 139.4657 11.45745 11.45766 11.45817 11.45942 11.46249 11.47003 11.48853 11.534 11.64624 11.92609 12.64174 14.59656 21.06374 28.02349 28.56303 28.03185 23.41183 0.617935 268.6973 268.6973 268.6973 268.6973 268.6973 268.6973 268.6973 268.6973 268.6976 268.6987 268.8761 269.5086 438.8568 1056.899 1152.793 1152.474 1099.512 116.0095 116.0095 116.0095 116.0095 116.0095 116.0095 116.0095 116.0095 116.0096 116.0096 116.0938 116.2376 191.9581 288.48 322.2934 322.2582 310.314 99.25291 99.25291 99.25291 99.25291 99.25291 99.25291 99.25291 99.25291 99.25299 99.25411 99.29856 100.146 136.9201 156.7202 168.3447 168.339 165.2637 Chuyển vị đứng cọc tính toán phần mềm VSPILE theo phơng pháp đờng cong t-z Đờng cong t-z đợc sử dụng theo hai mô hình: đàn hồi dẻo lý tởng hypecbôn Sức chịu tải cọc tính toán theo phần mềm kể đến phần cọc nằm lớp đất (lớp đất tốt) với kết tính tay nh 180 kN Chuyển vị cọc tính theo mô hình đàn hồi dẻo lý tởng 0.0117 m tính theo mô hình hypecbôn 0.0406 m nh Hình vẽ 3.2 Các giá trị chuyển vị nhỏ mức cho phép theo tiêu chuẩn Đờng cong P-z (đợc tính toán từ đờng cong t-z sau nhân ứng suất tiếp với diện tích ảnh hởng phần tử) thể Hình vẽ 3.3 lxxxix Hình 3.1: Chuyển vị đỉnh cọc Hình 3.2: Đờng cong P-z ứng xử cọc chịu tải trọng ngang: Trong trờng hợp bể chịu tải trọng ngang nh động đất, cần xác định ứng xử cọc siêu nhỏ Tính toán cọc siêu nhỏ chịu tải trọng ngang có kể đến làm việc phi tuyến đất thờng sử dụng phần mềm theo lý thuyết đờng cong p-y (đã trình bày chơng 2) nh LPILE, LSPILE Trong phần tính toán này, phần mềm LSPILE đợc sử dụng Các thông số đầu vào trình bày bảng 3.4 Bảng 3.4: Dữ liệu đầu vào tính toán cọc siêu nhỏ chịu tải trọng ngang Lớp đất Đặc trng Đơn vị Giá trị xc Lớp (đất sét yếu) Trọng lợng riêng g/cm3 1,48 Lực dính đơn vị kG/cm2 0,076 Góc ma sát (0) 4011 kG/cm2 15,9 - 0,02 Trọng lợng riêng g/cm3 1,96 Lực dính đơn vị kG/cm2 0,213 Góc ma sát (0) 21027 kG/cm2 92,1 - 0,01 Mô đun tổng biến dạng 50 Lớp (đất sét pha nửa cứng) Mô đun tổng biến dạng 50 Tải trọng ngang tính toán 10 kN đặt đỉnh cọc, chuyển vị ngang đỉnh cọc theo bớc tải trọng nh Hình 3.4 chuyển vị ngang dọc thân cọc cho Hình 3.5 Đờng cong (F-y) đợc tính từ đờng cong p-y sau nhân với diện nhận tải nút cho hình vẽ Hình3.3: Chuyển vị ngang đỉnh cọc xci Hình 3.4 : Chuyển vị ngang dọc thân cọc Hình 3.5 : Đờng cong F-y cho lớp đất Hình 3.6 : Đờng cong F-y cho lớp đất Hiệu giải pháp xem xét qua bảng so sánh sau: Các giải pháp Cọc BTCT đúc sẵn Cọc siêu nhỏ xcii Thời gian thi công 30 ữ 45 ngày 25 ữ 30 ngày Dự báo độ lún 8,65 cm 1,2 cm Khối lợng bê tông 134 m 36 m3 Khối lợng cốt thép 11300 kg 15200 kg Từ bảng so sánh ta thấy: - Các tiêu hai giải pháp tơng đơng với độ chênh lệch không lớn nhiên điều kiện thi công cọc siêu nhỏ có nhiều u điểm nh: thi công không gây tiếng ồn, không gây xáo trộn trờng, điều kiện làm việc cọc hiệu Trong trờng hợp sử dụng giải pháp cọc siêu nhỏ hợp lý hơn, đảm bảo ổn định cho bồn Kết luận kiến nghị Kết luận - Cọc siêu nhỏ đợc áp dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực xây dựng nhiều nớc giới Tại Việt Nam cọc siêu nhỏ đợc sử dụng dới dạng cọc đóng ép loại cọc đổ chổ cha đợc sử dụng - Sức chịu tải cọc siêu nhỏ cao so với cọc thờng có kích thớc Công nghệ thi công cọc siêu nhỏ cho phép ứng dụng nhiều điều kiện xây dựng phức tạp, khó khăn mặt bằng, đặc biệt công trình gia cố, sửa chữa Việt Nam; - Các kinh nghiệm giới nghiên cứu làm việc cọc siêu nhỏ đất khác đợc thực đầy đủ, sở khoa học vững cho việc phát triển ứng dụng cọc siêu nhỏ vào điều kiện nớc ta Tại Việt Nam cha có tiêu chuẩn thiết kế riêng cọc siêu nhỏ Các phơng pháp tính toán cọc siêu nhỏ theo tiêu chuẩn châu Âu số nớc Bắc Mỹ đa dự báo sức chịu tải gần với kết thực tế hầu hết nghiên cứu thực nghiệm giới - Sử dụng cọc siêu nhỏ phù hợp đạt hiệu cao trờng hợp đặc biệt nh: Thi công mặt chật hẹp chiều cao làm việc hạn chế, cải thiện độ ổn định mái dốc, chống đẩy nổi, gia cố sửa chữa công trình cũ Kiến nghị - Khi dự báo sức chịu tải cọc siêu nhỏ điều kiện Việt Nam áp dụng phơng pháp tính tóan theo tiêu chuẩn châu Âu số nớc Bắc Mỹ Các kết nghiên cứu thực nghiệm điều kiện Việt Nam xciii kết lý thuyết nhận đợc đề tài sử dụng biên soạn tiêu chuẩn Việt Nam thiết kế cọc siêu nhỏ - Các thiết bị thi công cọc siêu nhỏ có kích thớc nhỏ, dễ chế tạo hiệu suất thi công cao, cần có nghiên cứu cụ thể chuyển giao thiết bị vào điều kiện xây dựng Việt Nam Hớng phát triển đề tài Trong khuôn khổ luận văn, tác giả đề cập đến vấn đề phơng pháp tính toán cọc siêu nhỏ Tuy nhiên, nhiều vấn đề liên quan trình thiết kế thi công cọc siêu nhỏ cha đợc đề cập tới Để hoàn chỉnh nâng cao đề tài cần phải giải tiếp vấn đề sau: - Nghiên cứu công nghệ vật liệu để thi công cọc siêu nhỏ; - Nghiên cứu biện pháp quản lý chất lợng thi công cọc siêu nhỏ; - Biên sọan tiêu chuẩn, quy phạm, hớng dẫn cho việc thiết kế thi công cọc siêu nhỏ điều kiện Việt Nam; TàI LIệU THAM KHảO Tiếng Việt BS EN 14199:2005, Execution of special geotechnical work - Micropiles Gs.TSKH Bùi Anh Định,PGs.TS Nguyễn Sỹ Ngọc (2005), Nền móng công trình cầu đờng, Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội Ts Nghiêm Mạnh Hiến (2009), Phơng pháp tính toán chuyển vị cọc đơn, Trờng Đại học Kiến trúc Hà Nội Gs,Ts Vũ Công Ngữ - Ths Nguyễn Thái (2006), Móng cọc phân tích thiết kế, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Gs.Ts Nguyễn Văn Quảng, Nguyễn Hữu Kháng, Uông Đình Chất (1996), Nền móng công trình dân dụng- công nghiệp, Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội Shamsher Prakash, Hari D Sharma (2008), Móng cọc thực tế xây dựng, Nhà xuất xây dựng, Hà Nội Gs.Ts Nguyễn Viết Trung (2008), Cọc khoan nhồi xây dựng công trình giao thông, Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội Tiêu chuẩn xây dựng 189-1996: Móng cọc tiết diện nhỏ Tiêu chuẩn thiết kế xciv Tiêu chuẩn xây dựng 190-1996: Móng cọc tiết diện nhỏ Tiêu chuẩn thi công nghiệm thu 10 Tiêu chuẩn xây dựng 205-1998: Móng cọc Tiêu chuẩn thiết kế 11 Tiêu chuẩn xây dựng 326-2004: Cọc khoan nhồi Tiêu chuẩn thi công nghiệm thu 12 Tiêu chuẩn xây dựng 385-2006: Gia cố đất yếu trụ đất xi măng 13 Tiêu chuẩn BS 8081:1989, Neo đất, NXB Xây dựng 14 Trần Văn Việt (2004), Cẩm nang dùng cho kỹ s địa kỹ thuật, Nh xuất Xây dựng, Hà Nội Tiếng Anh 15 Chan, S.F and Ting, W.H.(1996), Micropiles 12th Southeast Asian Geotechnical Conference, 93-99 KualaLumpur, Malaysia 16 Dr.Jesús Gomez, P.E (2008), Micropiles Subject to Lateral Loading, Schnabel Engineering 17 Federal Highway Administration (1997), Drilled and Grouted Micropiles, State-of-Practice Review, Report No FHWA-RD-96-016/O 19, United States Department of Transportation,July 1997 Four Volumes 18 Palmerton, J.B.(1984), Stabilization of Moving Land Masses by Cast-inPlace Piles Geotech Lab, USACOE, WES Vicksburg, Mississippi Final Report GL-84-4 19 Raymond Mc Cormik (1997), Micropile - Design and Construction Guidelines Manual, US Department of Transportation Federal Highway 20 Sabatini, P.J., Tanyu, B., Armour, T., Groneck, P., and Keeley, J (2005), Micropile Design and Construction FHWA NHI-05-039; NHI Course 132078 Reference Manual, December, 436 p ... dụng tính toán thiết kế thi công loại cọc Trong điều kiện này, vi c nghiên cứu phơng pháp tính toán ứng dụng cọc siêu nhỏ điều kiện Vi t Nam cấp thiết Các nghiên cứu bớc đầu cung cấp sở cho vi c... cầu vi c nghiên cứu phơng pháp tính toán ứng dụng cọc siêu nhỏ vào điều kiện Vi t Nam để xử lý, gia cố móng công trình xây dựng cần thiết * Mục đích nghiên cứu: Nghiên cứu phơng pháp tính toán cọc. .. phạm vi nghiên cứu: - Đối tợng nghiên cứu công trình xây dựng - Phạm vi nghiên cứu phơng pháp tính toán ứng dụng cọc siêu nhỏ đổ chổ để đáp ứng yêu cầu ổn định công trình xây dựng điều kiện Vi t