BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI NGUYỄN XUÂN LÂM NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CỌC BÊ TÔNG LY TÂM ỨNG LỰC TRƯỚC CHO NHÀ CAO TẦNG THI CÔNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP NAKABORI LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP Hà Nội - 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI NGUYỄN XUÂN LÂM kho¸: 2016-2018 NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CỌC BÊ TÔNG LY TÂM ỨNG LỰC TRƯỚC CHO NHÀ CAO TẦNG THI CÔNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP NAKABORI Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình dân dụng công nghiệp Mã số: 60.58.02.08 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DỤNG VÀ CƠNG NGHIỆP NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN ĐỨC NGUÔN TS NGUYỄN TRƯỜNG HUY XÁC NHẬN CỦA CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN TS NGUYỄN NGỌC THANH HÀ NỘI – 2018 DÂN LỜI CẢM ƠN Trước hết, xin chân thành gửi lời cảm ơn đến quý Thầy, Cô Trường Đại học Kiến Trúc Hà Nội, đặc biệt Thầy, Cô Khoa Sau đại học tận tình dạy bảo tơi suốt thời gian học tập Trường Đồng thời, xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến Giáo viên hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Đức Nguôn TS Nguyễn Trường Huy dành nhiều thời gian tâm huyết, tận tình hướng dẫn giúp đỡ tơi nghiên cứu hồn thành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn gia đình bạn bè đồng nghiệp tơi quan tâm, động viên giúp đỡ tơi suốt q trình học tập làm luận văn Mặc dù cố gắng thực luận văn phạm vi khả cho phép, nhiên tránh khỏi thiếu sót Vì vậy, tơi mong nhận đóng góp q Thầy, Cơ bạn để tơi hồn thiện kiến thức có bước nghiên cứu bổ sung, phát triển Hà Nội, ngày tháng năm 2018 TÁC GIẢ LUẬN VĂN Nguyễn Xuân Lâm LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sĩ cơng trình nghiên cứu khoa học độc lập Các số liệu khoa học, kết nghiên cứu Luận văn trung thực có nguồn gốc rõ ràng TÁC GIẢ LUẬN VĂN Nguyễn Xuân Lâm MỤC LỤC Lời cảm ơn Lời cam đoan Mục lục Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Luận văn Danh mục hình Luận văn Danh mục bảng biểu Luận văn Danh mục sơ đồ Luận văn MỞ ĐẦU NỘI DUNG Chương TỔNG QUAN VỀ GIẢI PHÁP CỌC BÊ TÔNG CHO NHÀ CAO TẦNG 1.1 Tình hình xây dựng nhà cao tầng Việt Nam Thế giới 1.2 Vài trò móng cọc nhà cao tầng 1.3 Các giải pháp móng cọc cho nhà cao tầng 1.3.1 Móng cọc sử dụng cọc bê tơng cốt thép đúc sẵn 1.3.2 Móng cọc khoan nhồi 11 1.3.3 Móng cọc Barrette 12 1.3.4 Móng cọc sử dụng cọc bê tông ly tâm dự ứng lực 14 1.3.5 Nhận xét giải pháp móng cọc sử dụng cho nhà cao tầng 21 Chương CƠ SỞ ÁP DỤNG CỌC BÊ TÔNG LY TÂM ỨNG LỰC TRƯỚC CHO NHÀ CAO TẦNG Ở HÀ NỘI 23 2.1 Khái niệm cọc ống bê tông ly tâm dự ứng lực 23 2.1.1 Định nghĩa 23 2.1.2 Phân loại cấu tạo 23 2.2 Quy trình sản xuất cọc ly tâm nhà máy 26 2.3 Tính tốn thiết kế cọc bê tông ly tâm ứng lực trước cho nhà cao tầng 32 2.3.1 Tính tốn sức chịu tải cọc theo vật liệu 32 2.3.2 Tính tốn sức chịu tải cọc theo đất 33 2.3.3 Tính tốn sức chịu tải cọc theo kết thí nghiệm nén tĩnh 36 2.3.4 Tính tốn độ lún móng cọc 38 2.3.5 Giải pháp tăng sức chịu tải cho cọc 39 2.4 Giải pháp thi công cọc ống dự ứng lực cho nhà cao tầng theo phương pháp Nakabori 40 2.4.1 Nội dung yêu cầu kỹ thuật phương pháp thi công 40 2.4.2 Máy thi công vật liệu cọc 42 2.4.3 Tổ chức thi công kỹ thuật thi công khoan ép Nakabori 45 2.4.4 Ưu nhược điểm phương pháp khoan ép 54 2.4.5 Đề xuất giải pháp giảm thiểu ma sát thi công cọc 54 2.4.6 Đề xuất quy trình thi cơng cọc ống ly tâm ứng suất trước phương pháp Nakabori có sử dụng biện pháp giảm ma sát thân cọc 57 2.5 Đề xuất quy trình áp dụng cọc bê tông ly tâm dự ứng lực thi công theo phương pháp Nakabori cho nhà cao tầng 58 Chương TÍNH TỐN ÁP DỤNG CỌC BÊ TÔNG LY TÂM DỰ ỨNG LỰC VÀO MỘT CƠNG TRÌNH CAO TẦNG CỤ THỂ TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ HÀ NỘI 59 3.1 Giới thiệu cơng trình cụ thể điều kiện địa chất thủy văn 59 3.2 Mơ hình hóa cơng trình phân tích kết lực dọc chân cột 62 3.2.1 Mơ hình tính tốn cơng trình 62 3.2.2 Phân tích kết lực dọc chân cột 64 3.3 Lựa chọn giải pháp cọc bê tông ly tâm ứng lực trước cọc khoan nhồi vào tính tốn móng cơng trình 65 3.3.1 Tính tốn sức chịu tải hai phương án cọc 65 Tính tốn sức chịu tải theo vật liệu cọc 65 Tính toán sức chịu tải theo tiêu lý đất 70 Nhận xét hai phương án cọc phương diện sức chịu tải 82 3.3.2 Đánh giá so sánh chi phí hai phương án cọc 83 3.3.3 Lựa chọn cọc bố trí mặt cọc 85 3.3.4 Kiểm tra độ lún móng cọc lựa chọn 88 3.4 Phương án tổ chức thi công cọc bê tông dự ứng lực theo phương pháp Nakabori 89 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 92 KẾT LUẬN 92 KIẾN NGHỊ 93 TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu/ chữ viết tắt Giải nghĩa ƯLT Ứng lực trước TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam BTLT ƯLT Bê tông ly tâm ứng lực trước TVGS Tư vấn giám sát SCT Sức chịu tải DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu hình Tên hình Hình 1.1 Cọc bê tơng cốt thép đúc sẵn Hình 1.2 Cọc khoan nhồi bê tơng cốt thép Hình 1.3 Cọc barrette bê tơng cốt thép Hình 1.4 Ép tĩnh cọc theo phương pháp cổ điển Hình 1.5 Thi cơng đóng cọc Hình 1.6 Thi cong ép cọc Robot Hình 1.7 Thi cơng khoan thả cọc Hình 1.8 Thi cơng khoan ép cọc Hình 2.1 Cọc bê tơng ly tâm ứng suất trước Hình 2.2 Kiểm tra vật liệu đầu vào Hình 2.3 Quét dầu chống dính vào khn Hình 2.4 Gia cơng lồng thép lắp lồng thép vào khn Hình 2.5 Rải bê tơng vào khn Hình 2.6 Kéo căng thép Hình 2.7 Quay ly tâm cọc Hình 2.8 Dưỡng hộ cọc lò lò cao áp Hình 2.9 Kiểm tra chất lượng cọc Hình 2.10 Lưu kho bãi vận chuyển cọc Hình 2.11 Giá đỡ dàn tải trọng thí nghiệm nén tĩnh cọc Hình 2.12 Mở rộng mũi cọc Hình 2.13 Máy thi cơng khoan hạ Hình 2.14 Sơ đồ thi cơng mặt Hình 2.15 Một số loại mối nối cọc Hình 2.16 Trình tự thi cơng khoan mở rộng mũi Hình 2.17 Biện pháp giảm ma sát thân cọc ép Hình 2.18 Trình tự thi cơng khoan mở rộng mũi có áp dụng biện pháp giảm ma sát thành ép Hình 3.1 Mơ hình 3D hệ kết cấu Hình 3.2 Hình ảnh vị trí tên cột từ mơ hình tính Hình 3.3 Mặt cắt ngang cọc bê tơng ly tâm PHC-500 PHC-600 Hình 3.4 Mặt cắt ngang cọc khoan nhồi bê tơng cốt thép D600 D800 Hình 3.5 Lát cắt địa chất sơ đồ cọc khoan ép Hình 3.6 Mặt bố trí cọc, đài cọc Hình 3.7 Sơ đồ thi công khoan ép cọc BT ƯLT công trường DANH MỤC BẢNG, BIỂU Số hiệu bảng Tên bảng Bảng 2.1 Bảng phân loại cọc PC, PHC theo giá trị mô men uốn nứt, ứng suất hữu hiệu, khả bền cắt Bảng 3.1 Bảng tổng hợp tiêu lí đất đá (đơn vị kg-cm) Bảng 3.2 Bảng liệu địa chất hố khoan (đơn vị kN-m) Bảng 3.3 Bảng kết nội lực chân cột (đơn vị kN-m) Bảng 3.4 Bảng thông số cọc ly tâm ƯLT Bảng 3.5 Bảng kết tính tốn sức chịu tải theo vật liệu cọc ly tâm ƯLT Bảng 3.6 Bảng thơng số cấu tạo kết tính toán sức chịu tải theo vật liệu cọc khoan nhồi Bảng 3.7 Bảng so sánh sức chịu tải lượng dùng vật liệu cọc cọc ly tâm cọc khoan nhồi Bảng 3.8 Bảng tính sức chịu tải theo đất cọc ly tâm D500 Bảng 3.9 Bảng tính sức chịu tải theo đất cọc ly tâm D600 Bảng 3.10 Bảng tính sức chịu tải theo đất cọc khoan nhồi D600 Bảng 3.11 Bảng tính sức chịu tải theo đất cọc khoan nhồi D800 Bảng 3.12 Bảng so sánh sức chịu tải cọc ly tâm ƯLT cọc khoan nhồi Bảng 3.13 Bảng tính tốn chi phí xây dựng cho cọc bê tơng ly tâm D600 Bảng 3.14 Bảng tính tốn chi phí xây dựng cho cọc khoan nhồi D800 Bảng 3.15 Bảng lựa chọn sức chịu tải cọc Bảng 3.16 Bảng kiểm tra tính tốn số lượng cọc đài Bảng 3.17 Bảng tính lún móng cọc DANH MỤC SƠ ĐỒ Số hiệu Tên sơ đồ Sơ đồ 2.1 Sơ đồ quy trình sản xuất cọc ly tâm ứng lực trước Sơ đồ 2.2 Sơ đồ quy trình thi cơng khoan ép cọc ly tâm ứng lực trước Sơ đồ 2.3 Sơ đồ quy trình áp dụng cọc BTLT ƯLT thi công theo phương pháp Nakabori Phần MỞ ĐẦU  Lý chọn đề tài - Với xu ngày phát triển cơng trình lớn, nhà cao tầng ngày nhiều nên đòi hỏi bước tiến cơng nghệ cho cọc để áp dụng vào cơng trình Với đặc điểm tải trọng cơng trình lớn, có nhiều loại cọc sử dụng cho nhà cao tầng như: cọc bê tông cốt thép đúc sẵn, cọc khoan nhồi, cọc bê tông ly tâm ứng lực trước,…Trong cọc bê tơng ly tâm ứng lực trước có nhiều ưu điểm trội nhiều loại cọc khác nhiều mặt nên loại cọc ngày sử dụng rộng rãi: + Bê tông nén trước, điều kiện sử dụng phần bê tông không xuất ứng suất kéo (hoặc có xuất giá trị nhỏ khơng gây nứt); + Do bê tông ứng suất trước, kết hợp với quay ly tâm làm cho cọc đặc chịu tải trọng cao không nứt, tăng khả chống thấm, chống ăn mòn cốt thép; + Do sử dụng bê tông thép cường độ cao nên tiết diện giảm dẫn đến trọng lượng cọc giảm Thuận lợi cho việc vận chuyển, thi công; + Do khả chịu tải theo vật liệu cọc lớn nên đóng sâu vào đất để tăng khả chịu tải theo đất nền, cọc có sức chịu tải lớn, dẫn đến sử dụng cọc đài móng Chi phí xây dựng móng giảm, có lợi kinh tế; - Bài toán phức tạp thi cơng cọc có đường kính lớn chiều sâu lớn phù hợp với nhà cao tầng, phương pháp đóng hay ép truyền thống khó thực Hiện có số cơng nghệ Nhật Bản thi công đáp ứng yêu cầu khoan ép lỗ cọc (Nakabori), khoan thả (Sotobory)… Trong phương pháp khoan ép Nakabori tỏ phù hợp ưu điểm sau: + Có thể thi cơng cọc có đường kính lớn đến 1.2m với chiều sâu hạ cọc tới 50m; + Có thể thi công điều kiện địa chất không cho phép để ép robot thơng thường lớp thấu kính cát, sét cứng…, mà không làm giảm sức chịu tải cọc; + Tận dụng tối đa chiều dài cọc hạ cọc tới cốt cao độ theo thiết kế; + Dễ dàng mở rộng mũi cọc để tăng sức chịu tải  Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu ứng dụng cọc bê tông ly tâm ứng lực trước thi công theo công nghệ Nakabori cho nhà cao tầng Hà Nội  Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu làm việc cọc bê tông dự ứng lực móng nhà cao tầng phương pháp thi công khoan ép cọc Nakabori - Phạm vi nghiên cứu: Nhà cao tầng loại 1, loại (từ 9-16-25 tầng, cao tới 75m) Hà Nội  Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp thu thập, kế thừa tài liệu, kết nghiên cứu; - Phương pháp điều tra khảo sát thực tế, cơng trình sử dụng; - Phương pháp thực nghiệm, mơ hình hóa tính tốn cơng trình phần mềm; - Phương pháp chuyên gia, đúc rút kinh nghiệm, đề xuất giải pháp  Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài - Ý nghĩa khoa học: Từ kết nghiên cứu đề tài góp phần làm sở thực tiễn lý luận để đưa tiến khoa học kỹ thuật cọc phương pháp thi công cọc áp dụng phổ biến xây dựng nhà cao tầng nước ta Và sở khoa học cho việc nghiên cứu áp dụng vào cơng trình lớn - Ý nghĩa thực tiễn: hướng đến áp dụng rộng rãi cọc bê tông dự ứng lực cho nhà cao tầng nước ta, đảm bảo u cầu an tồn chịu lực cho cơng trình, hạ giá thành, rút ngắn thời gian thi công, dễ dàng thi công thực tế, giảm thiểu tác động tới mơi trường  Cấu trúc luận văn Ngồi phần Mở đầu, Kết luận, Kiến nghị, Tài liệu tham khảo Phụ lục, nội dung Luận văn gồm ba chương: - Chương 1: Tổng quan giải pháp cọc bê tông cho nhà cao tầng - Chương 2: Cơ sở áp dụng cọc bê tông ly tâm ứng lực trước cho nhà cao tầng Hà Nội - Chương 3: Tính tốn áp dụng cọc bê tơng ly tâm dự ứng lực vào cơng trình cao tầng cụ thể địa bàn thành phố Hà Nội 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 92 Phần III KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Dựa kết nghiên cứu, tác giả rút kết luận sau: + Kết nghiên cứu cho thấy giải pháp móng cọc bê tơng ly tâm ứng lực trước tối ưu giải pháp móng cọc khoan nhồi xét mặt chi phí sản xuất, khả thi cơng hiệu môi trường; + Việc áp dụng cọc bê tông ly tâm Hà Nội phổ biến, hầu hết cho cơng trình nhỏ, sử dụng cọc đường kính nhỏ thi cơng phương pháp ép tĩnh chủ yếu Vì Luận văn này, tác giả đưa phương án thi công khoan ép Nakabori để giải yêu cầu sử dụng cọc có đường kính lớn, chiều sâu thi công yêu cầu lớn cho nhà nhiều tầng, quy trình thiết kế cọc áp dụng biện pháp thi cơng đó; + Tác giả đề xuất giải pháp giảm ma sát hạ cọc có đường kính lớn chiều sâu yêu cầu lớn, phương pháp tính toán sức chịu tải cho cọc áp dụng biện pháp + Kết nghiên cứu sở khoa học để Chủ đầu tư, Nhà thầu lựa chọn giải pháp móng tối ưu cho cơng trình; + Kết nghiên cứu sử dụng làm tài liệu tham khảo trương trình giảng dạy, đào tạo kỹ sư xây dựng có trách nhiệm với việc tránh lãng phí tài nguyên thiên nhiên bảo vệ môi trường, cách áp dụng tiến khoa học, công nghệ + Luận văn hạn chế chưa thực thí nghiệm thực tế để đánh giá mức độ giảm thiểu ma sát theo giải pháp giảm thiểu ma sát thi công cách gán đai thép đầu cọc nêu 93 KIẾN NGHỊ Cần có nghiên cứu bổ sung với loại cơng trình có quy mơ khác nhau, điều kiện địa chất khác Tiến tới nghiên cứu áp dụng cọc bê tơng ly tâm ứng suất trước đường kính lớn (tới 1m hơn), chiều sâu thi công lớn cho nhà cao tầng cơng trình có tải trọng lớn TÀI LIỆU THAM KHẢO Bộ Xây dựng (2015), Khoan hạ cọc bê tông ly tâm – thi công nghiệm thu, TCVN 7201:2015 Bộ Xây dựng (2014), Cọc bê tông ly tâm ứng lực trước, TCVN 7888:2014 Bộ Xây dựng (2012), Cọc – phương pháp thử nghiệm trường tải trọng tĩnh ép dọc trục, TCVN 9393:2012 Bộ Xây dựng (2012), Cọc đóng, cọc ép – thi công nghiệm thu, TCVN 9394:2012 Bộ Xây dựng (2012), Cọc khoan nhồi – thi công nghiệm thu, TCVN 9395:2012 Bộ Xây dựng (2014), Móng cọc – tiêu chuẩn thiết kế, TCVN 10304:2014 Công ty Cổ phần đầu tư Phan Vũ, Hội thảo giới thiệu công nghệ tiên tiến thi công cọc BTCT đúc sẵn – phương pháp khoan hạ cọc BTCT đúc sẵn Công ty Cổ phần đầu tư Phan Vũ, Thông số kỹ thuật sản phẩm 2016 Công ty cổ phần kỹ thuật Nền móng cơng trình ngầm Fecon, Báo cáo nghiên cứu giải pháp & công nghệ thi cơng 10 Đặng Đình Minh (2009), Thi công cọc, NXB Xây dựng 11 Nguyễn Bá Kế, Nguyễn Tiến Chương, Nguyễn Hiền, Trịnh Thành Huy (2004), Móng nhà cao tầng – kinh nghiệm nước ngoài, NXB Xây dựng 12 Nguyễn Bá Kế (2010), Thi công cọc khoan nhồi, NXB Xây dựng 13 Trần Thanh Tuấn (2011), Phân tích hiệu sử dụng cọc tròn rỗng bê tơng ứng suất trước xây dựng nhà cao tầng thành phố Nam Định, Luận văn thạc sĩ kỹ thuật, Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội 14 Vũ Công Ngữ, Nguyễn Thái (2006), Móng cọc – phân tích thiết kế, NXB Khoa học Kỹ thuật 15 Japanese Industrial Standard (2005), JIS A 5373:2004 – Precast prestressed concrete products, Japan 16 P.J Hannigan, G.G Goble, G Thendean, G.E Likins, F Rausche (1998), Design and Construction of Driven Pile Foundations, FHWA, USA 17 Website cổng thông tin điện tử số quan, đơn vị: Chính phủ Việt nam : www.chinhphu.gov.vn; UBND Thành phố Hà nội : www.hanoi.gov.vn Sở Kế hoạch Đầu tư Hà nội : www.hapi.gov.vn Sở Xây dựng Hà nội : www.soxaydung.hanoi.gov.vn Sở Công thương Hà nội : www.congthuonghn.gov.vn Sở Giao thông vận tải Hà nội : www.sogtvt.hanoi.gov.vn ... giải pháp cọc bê tông cho nhà cao tầng - Chương 2: Cơ sở áp dụng cọc bê tông ly tâm ứng lực trước cho nhà cao tầng Hà Nội - Chương 3: Tính tốn áp dụng cọc bê tông ly tâm dự ứng lực vào công trình... xét giải pháp móng cọc sử dụng cho nhà cao tầng 21 Chương CƠ SỞ ÁP DỤNG CỌC BÊ TÔNG LY TÂM ỨNG LỰC TRƯỚC CHO NHÀ CAO TẦNG Ở HÀ NỘI 23 2.1 Khái niệm cọc ống bê tông ly tâm dự ứng lực ... cơng cọc ống ly tâm ứng suất trước phương pháp Nakabori có sử dụng biện pháp giảm ma sát thân cọc 57 2.5 Đề xuất quy trình áp dụng cọc bê tông ly tâm dự ứng lực thi công theo phương pháp Nakabori