BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI - HOÀNG ANH TUẤN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ CHỈ TIÊU CƠ LÝ ĐẤT NỀN ĐẾN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG & CƠNG NGHIỆP Hà Nội - 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI HOÀNG ANH TUẤN KHÓA: 2016 – 2018 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ CHỈ TIÊU CƠ LÝ ĐẤT NỀN ĐẾN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Cơng trình DD&CN Mã số: 60.58.02.08 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG & CƠNG NGHIỆP NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN ĐỨC NGUÔN XÁC NHẬN CỦA CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN Hà Nội - 2018 LỜI CÁM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội, thầy cô Khoa sau đại học với thầy giáo, cô giáo Khoa, môn giảng dạy tạo điều kiện để em hồn thành khóa học 2016 - 2018 Đặc biệt em cảm ơn thầy PGS.TS Nguyễn Đức Nguôn người trực tiếp hướng dẫn khoa học luận văn tạo điều kiện, dành nhiều thời gian, nhiệt tình giúp đỡ đầu tư tài liệu để em hoàn thành luận văn tốt nghiệp Cảm ơn thầy giáo, cô giáo Bộ môn Địa kỹ thuật Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội, thầy cô tiểu ban bảo vệ đề cương, thầy cô tiểu ban kiểm tra tiến độ luận văn, có ý kiến góp ý quý báu cho nội dung luận văn Vì thời gian thực luận văn có hạn nên khơng tránh khỏi hạn chế, thiếu sót Nhưng em xin hứa đầu tư nghiên cứu thêm vấn đề hạn chế, thiếu sót để hồn thiện thêm kiến thức em trình làm việc sau Hà Nội, ngày , tháng năm 2018 Học viên Hồng Anh Tuấn LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan Luận văn thạc sỹ công trình nghiên cứu khoa học độc lập tơi Các số liệu khoa học, kết nghiên cứu Luận văn trung thực có nguồn gốc rõ ràng TÁC GIẢ LUẬN VĂN Hoàng Anh Tuấn MỤC LỤC LỜI CÁM ƠN iii LỜI CAM ĐOAN iv MỤC LỤC v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ PHẦN MỞ ĐẦU       Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu đề tài Phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Cấu trúc luận văn đề tài NỘI DUNG CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN 1.1 Móng cọc 1.2 Tính tốn sức chịu tải cọc đơn chịu lực dọc trục 1.2.1 Tổng quát sức chịu tải cọc 1.2.2 Sức chịu tải cọc theo cường độ vật liệu làm cọc 1.2.3 Sức chịu tải cọc theo đất 10 CHƯƠNG 2: ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ ẨM, ĐỘ CHẶT ĐẾN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO ĐẤT NỀN 29 2.1 Bản chất hệ phân tán đất 29 2.1.1 Tính chất keo đất 29 2.1.2 Tính Chất phân tán 31 2.1.3 Đặc tính biến dạng đất 33 2.2 Các tiêu đặc trưng tính lý đất 35 2.2.1 Các tiêu lý 35 2.2.2 Các tiêu học 38 2.2.3 Mối quan hệ tiêu lý 41 2.3 Mối quan hệ độ ẩm với sức chịu tải cọc 43 2.4 Mối quan hệ độ chặt với sức chịu tải cọc 49 2.5 Quan hệ tiêu lý với sức chịu tải cọc 52 CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN SCT CỦA CỌC THEO ĐẤT NỀN XÉT ĐẾN SỰ THAY ĐỔI CỦA CHỈ TIÊU CƠ LÝ CHO CƠNG TRÌNH 55 KHU VỰC TP HỒ CHÍ MINH 55 3.1 Biểu thức tính tốn sức chịu tải cọc theo tiêu lý 55 3.1.1 Vùng nén ép đất thể tích cọc gây 55 3.1.2 Sức kháng đầu mũi cọc 59 3.1.3 Sức chịu tải ma sát thành bên cọc 61 3.2 Giới thiệu cơng trình 64 3.3 Số liệu địa chất 65 3.4 Tính tốn sức chịu tải cọc 71 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 93 TÀI LIỆU THAM KHẢO 95 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT Chữ viết tắt SCT Pv Sức chịu tải cọc theo vật liệu As Diện tích cốt thép Ab Diện tích tiết diện ngang cọc Rs Sức chịu kéo hay nén cho phép thép Rb Cường độ chịu nén bê tơng d Đường kính cọc qb Cường độ sức kháng đất mũi cọc u Chu vi tiết diện ngang cọc 10 fi Cường độ sức kháng trung bình lớp đất 11 N Chỉ số SPT 12 cu 13 W Độ ẩm đất 14 e Hệ số rỗng 15 Id Độ chặt đất 16 Cc Chỉ số nén 17 Cv Hệ số cố kết 18 Eo Môđun tổng biến dạng 19 E Môđun đàn hồi 20 n Độ rỗng 21 K Hệ số thấm 22 V Thể tích Tên đầy đủ Sức chịu tải Cường độ sức kháng cắt khơng nước đất dính 23 Vh Thể tích hạt 24 Vr Thể tích phần rỗng 25 Ip Chỉ số dẻo 26 IL Độ sệt 27 Wch Giới hạn nhão 28 Wd Giới hạn dẻo 29 G Độ bão hoà đất 30  Góc ma sát đất 31 C Lực dính đất 32  Khối lượng thể tích đất 33  Lực ma sát đất lên thành cọc 34  Hệ số biến dạng ngang 35 a Hệ số nén lún 36 ∆ Tỉ trọng 37 h Chiều sâu 38 D Đường kính vùng chịu nén 39  Áp lực đất 40 k Khối lượng riêng khô 41 S Độ lún 42 Sgh Độ lún giới hạn trung bình 43 Np Chỉ số SPT trung bình mũi cọc DANH MỤC CÁC BẢNG Số thứ tự bảng Nội dung bảng Bảng1.1 Cường độ sức kháng đất mũi cọc đóng ép qb Bảng1.2 Cường độ sức kháng thân cọc đóng ép fi Các hệ số điều kiện làm việc đất cq cf cho cọc Bảng1.3 Bảng1.4 Bảng1.5 đóng ép Hệ số điều kiện làm việc cọc đất cf Các hệ số chuyển đổi 1, 2 i Cường độ sức kháng qb fi đất cọc khoan Bảng1.6 nhồi theo qc DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Số thứ tự Nội dung hình vẽ Hình 1.1 Móng cọc Hình 2.1 Cấu tạo hạt keo Hình 2.2 Biểu đồ quan hệ hệ số rỗng cấp áp lực nén Hình 2.3 Đường cong nén dạng e=f(lg(P)) Giá trị Pm quan hệ hệ số rỗng cấp áp lực Hình 2.4 nén Sự biến đổi đổi vùng chịu nén theo chiều sâu Hình 3.1 Hình 3.2 đồng Vùng chịu nén mũi cọc mở rộng PHẦN MỞ ĐẦU  Lý chọn đề tài Hiện nước ta với phát triển đô thị hóa nhanh chóng, dân số tăng lên diện tích xây dựng ngày bị thu hẹp kéo theo nhu cầu xây dựng nhà cao tầng với quy mơ lớn tăng lên đáng kể Do đó, u cầu kỹ thuật cần đặt đảm bảo an toàn, thẩm mỹ bền vững cho cơng trình Trong năm gần với phát kiển đất nước, cơng trình cao tầng xây dựng ngày nhiều, cơng trình cao tầng có tải trọng lớn nên thường sử dụng móng cọc để truyền tải trọng xuống lớp đất tốt phía dưới, làm giảm biến dạng lún đồng đều, làm tăng ổn định cơng trình, có khả chịu tải trọng ngang lớn Mặt khác nhu cầu xây dựng thường tập trung thị lớn Hà Nội, TP Hồ Chí Minh, Hải Phòng Đà Nẵng , thị có điều kiện địa chất vơ phức tạp móng cọc với nhiều phương pháp thi cơng đa dạng như: cọc đóng, cọc ép, cọc khoan nhồi sử dụng làm móng cho cơng trình có điều kiện địa chất địa hình phức tạp mà móng nơng khơng thể đáp ứng Trong phép tính móng cọc cần kể đến tác dụng đồng thời thành phần lực ảnh hưởng bất lợi mơi trường bên ngồi ảnh hưởng nước đất, tiêu lý đất Sức chịu tải cọc tính tốn dựa vào vật liệu làm cọc theo đất Về phương diện sức chịu tải cọc theo đất nền, cọc sử dụng để truyền tải trọng từ kết cấu bên xuống theo hai phương thức sức kháng biên sức kháng mũi Các Phương pháp tính tốn sức chịu tải cọc theo đất dựa tài liệu khảo sát địa chất thí nghiệm nén tĩnh thời điểm Tài liệu khảo sát địa chất vào thời điểm với độ chặt, độ ẩm tự nhiên thời điểm Tuy nhiên, sức chịu tải cọc phụ thuộc vào nhiều yếu tố có độ ẩm, độ chặt đất Trong điều kiện khai thác công trình độ ẩm, độ chặt đất thay đổi mưa lũ, trượt lở, thay đổi mực nước ngầm làm ảnh hưởng đến sức chịu tải Trong luận văn nghiên cứu thay đổi sức chịu tải cọc độ ẩm, độ chặt đất thay đổi Đối với thành phố Hồ Chí Minh chia làm mùa rõ rệt thay đổi độ ẩm, độ chặt đất thể rõ ràng Tuy nhiên, nghiên cứu sức chịu tải cọc đất vấn đề cần thiết để nghiên cứu Các tiêu chuẩn TCVN 10304-2014, TCXD 205-1998 có vấn đề chưa rõ ràng, gây khó khăn cho việc áp dụng chưa phản ánh hết ứng xử cọc Chính vậy, đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng số tiêu lý đất đến sức chịu tải cọc” thực cần thiết, có ý nghĩa khoa học thực tiễn  Mục đích nghiên cứu đề tài Với phạm vi nghiên cứu ảnh hưởng số tiêu lý đất đến sức chịu tải cọc, đề tài luận văn thực với mục tiêu đạt sau: - Xác định sức chịu tải cọc theo đất số tiêu lý đất thay đổi - Nâng cao hiệu sử dụng móng cọc - Xây dựng biểu thức tính tốn SCT cọc thơng qua khái niệm vùng ảnh hưởng - Làm rõ mối quan hệ hình thành SCT cọc với biến đổi trạng thái ứng suất tác dụng cọc xâm nhập vào 3  Phạm vi nghiên cứu Do giới hạn thời gian chương trình đào tạo, đề tài thực nghiên cứu giới hạn phạm vi với số nội dung sau: - Các loại móng cọc - Nghiên cứu thay đổi tính chất đất theo độ ẩm, độ chặt - Tính tốn sức chịu tải cọc theo đất xét đến thay đổi độ ẩm, độ chặt đất - Nghiên cứu phương pháp tính tốn sức chịu tải cọc theo đất đặc biệt phương pháp tính tốn theo tiêu lý đất - Nghiên cứu thay đổi độ ẩm, độ chặt đất ảnh hưởng đến sức chịu tải cọc - Nghiên cứu cọc đơn đóng (ép) xuống đất ảnh hưởng đến SCT cọc  Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết - Phân tích tính tốn lý thuyết kết hợp với bảng biểu - Thu thập tài liệu địa chất số kết thí nghiệm xác định tiêu lý mẫu đất độ ẩm, độ chặt thay đổi - So sánh phân tích kết tính tốn - Dựa tiêu chuẩn, quy chuẩn hành  Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài * Ý nghĩa khoa học: - Đưa so sánh, phân tích số liệu sức chịu tải cọc giúp kỹ sư có nhìn tổng quan sức chịu tải cọc - Áp dụng tính tốn phân tích số liệu để tăng tính bền vững thiết kế móng 4 * Ý nghĩa thực tiễn: - Giúp kỹ sư có nhìn đa chiều, xác tính tốn, thiết kế móng cọc - Là tài liệu tham khảo tính tốn thiết kế móng cọc  Cấu trúc luận văn đề tài Đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng số tiêu lý đất đến sức chịu tải cọc” cấu trúc chia thành chương sau: Chương mở đầu: Trình bày lý lựa chọn, cần thiết phạm vi nghiên cứu đề tài ý nghĩa thực tiễn khoa học đề tài Chương 1: Tổng quan sức chịu tải cọc phương pháp tính tốn Chương 2: Ảnh hưởng độ ẩm, độ chặt đến sức chịu tải cọc theo đất Chương 3: Tính tốn SCT cọc theo đất xét đến thay đổi tiêu lý cho cơng trình khu vực TP Hồ Chí Minh Kết luận kiến nghị: Từ kết đề tài, tác giả đề xuất kết luận kiến nghị rút từ nghiên cứu luận văn THƠNG BÁO Để xem phần văn tài liệu này, vui lòng liên hệ với Trung Tâm Thơng tin Thư viện – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội Địa chỉ: T.13 – Nhà H – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội Đ/c: Km 10 – Nguyễn Trãi – Thanh Xuân Hà Nội Email: digilib.hau@gmail.com TRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN 93 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận: Đề tài nghiên cứu ảnh hưởng số tiêu lý đất đến sức chịu tải cọc, phân tích lý thuyết trạng thái ứng suất, xây dựng sức chịu tải cọc thí nghiệm phòng, thực tính tốn cho cơng trình cụ thể thu số vấn đề sau: - Tác giả lập bảng tính excel qua đơn giản hố việc tính toán ảnh hưởng tiêu lý đến sức chịu tải cọc - Xây dựng biểu thức tính tốn SCT cọc theo tiêu lý đất - Làm rõ mối quan hệ hình thành SCT cọc với biến đổi trạng thái ứng suất tác dụng cọc xâm nhập vào - Xây dựng biểu thức tính tốn SCT cọc thơng qua khái niệm vùng ảnh hưởng - Sức chịu tải cọc xác định tương ứng với độ ẩm thời điểm khảo sát địa chất q trình khai thác cơng trình độ ẩm thay đổi làm thay đổi sức chịu tải cọc điều ảnh hưởng đến ổn định cho cơng trình - Khi cọc đóng xuống đất lỗ rỗng đất giảm đi, độ chặt tăng lên làm cho sức chịu tải cọc tăng Kiến nghị: Kết cần đơn vị tư vấn thiết kế, quản lý dự án lưu ý sử dụng tiêu chuẩn hành để xác định sức chịu tải cọc Biểu thức tính tốn sức chịu tải cọc phương pháp với cách tiếp cận khác so với phương pháp thơng thường cung cấp cho đơn vị thiết kế để lựa chọn SCT cho hợp lý, Tuy nhiên phương pháp 94 xây dựng lý thuyết cần có bổ xung thực nghiệm để so sánh Cần có nghiên cứu cụ thể thay đổi độ ẩm, độ chặt cơng trình đưa vào sử dụng, đóng ép cọc xuống Trong tính tốn, số sệt đất cần lấy theo giá trị dự báo giai đoạn sử dụng cơng trình TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt E,D Sukina (1985), “Cơ lý hoá hệ phân tán tự nhiên”, Nhà xuất Matxcova Tơ Văn Lận (2016), “Nền móng dùng cho sinh viên ngành xây dựng công nghiệp”, NXB Xây Dựng, Hà Nội N,A X ưwtôvich (bản dịch tiếng nga) (1987), “Cơ học đất”, Nhà xuất Nông nghiệp Hà Nội R,Whitlow, (Bản dịch tiếng Anh) (1995) , “Cơ học đất”, Nhà xuất Giáo dục Shamsher Prakash- Hary D, Sharma, (Bản dịch tiếng Anh) (1999), “Móng cọc thực tế xây dựng” , Nhà xuất Xây dựng TCXD 205:1998, “Móng Cọc - Tiêu chuẩn thiết kế”, Tiêu chuẩn xây dựng TCVN 9393:2012, “Cọc - Phương pháp thí nghiệm tải trọng tĩnh ép dọc trục”, Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 10304:2014, “Móng Cọc - Tiêu chuẩn thiết kế”, Tiêu chuẩn quốc gia Vương Văn Thành, Nguyễn Đức Nguôn, Phạm Ngọc Thắng (2012), “Tính tốn thực hành móng cơng trình dân dụng cơng nghiệp”, NXB Xây Dựng, Hà Nội Tiếng Anh 11 Dinesh Mohan, A,M,I,C,E, , G,S,Jain, and Virendra Kumar “LoadBearing Capacity of Piles” Volume 13 Issue 1, March 1963, pp, 76-86 12 K,Széchy, L, Varga (1978),”Foundation engineering”, Akadémiai Kiadó Budapest  ... Nghiên cứu ảnh hưởng số tiêu lý đất đến sức chịu tải cọc thực cần thiết, có ý nghĩa khoa học thực tiễn  Mục đích nghiên cứu đề tài Với phạm vi nghiên cứu ảnh hưởng số tiêu lý đất đến sức chịu. .. Nghiên cứu phương pháp tính tốn sức chịu tải cọc theo đất đặc biệt phương pháp tính tốn theo tiêu lý đất - Nghiên cứu thay đổi độ ẩm, độ chặt đất ảnh hưởng đến sức chịu tải cọc - Nghiên cứu cọc. .. HỒNG ANH TUẤN KHĨA: 2016 – 2018 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ CHỈ TIÊU CƠ LÝ ĐẤT NỀN ĐẾN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Cơng trình DD&CN Mã số: 60.58.02.08 LUẬN VĂN THẠC