Nghiên cứu ứng dụng cọc bê tông ly tâm ứng lực trước cho nhà cao tầng thi công bằng phương pháp nakabori (tt)

NGUYỄN XUÂN LÂM NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CỌC BÊ TÔNG LY TÂM ỨNG LỰC TRƯỚC CHO NHÀ CAO TẦNG THI CÔNG BẰNG BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI ---... NGUYỄN XUÂ

NGUYỄN XUÂN LÂM

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CỌC BÊ TÔNG LY TÂM ỨNG LỰC TRƯỚC CHO NHÀ CAO TẦNG THI CÔNG BẰNG

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 công trình

dân dụng và công nghiệp

2 TS NGUYỄN TRƯỜNG HUY

XÁC NHẬN CỦA CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN

3 TS NGUYỄN NGỌC THANH

HÀ NỘI – 2018

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

-

LỜI CẢM ƠN

Trước hết, tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến quý Thầy, Cô Trường Đại học Kiến Trúc Hà Nội, đặc biệt là các Thầy, Cô trong Khoa Sau đại học

đã tận tình dạy bảo tôi trong suốt thời gian học tập tại Trường

Đồng thời, tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến Giáo viên hướng dẫn - PGS.TS Nguyễn Đức Nguôn và TS Nguyễn Trường Huy đã dành rất nhiều thời gian và tâm huyết, tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi nghiên cứu và hoàn thành luận văn này

Tôi cũng xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè đồng nghiệp của tôi đã quan tâm, động viên giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và làm luận văn

Mặc dù tôi đã cố gắng thực hiện luận văn trong phạm vi và khả năng cho phép, tuy nhiên không thể tránh khỏi những thiếu sót Vì vậy, tôi rất mong nhận được sự đóng góp của quý Thầy, Cô và các bạn để tôi có thể hoàn thiện hơn về kiến thức và 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 này là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của tôi Các số liệu khoa học, kết quả nghiên cứu của Luận văn là trung thực và có nguồn gốc rõ ràng

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Nguyễn Xuân Lâm

MỤC LỤC Lời cảm ơn

Lời cam đoan

Mục lục

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt trong Luận văn

Danh mục các hình trong Luận văn

Danh mục các bảng biểu trong Luận văn

Danh mục sơ đồ trong Luận văn

MỞ ĐẦU 1

NỘI DUNG 4

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ GIẢI PHÁP CỌC BÊ TÔNG CHO NHÀ CAO TẦNG 4

1.1 Tình hình xây dựng nhà cao tầng ở Việt Nam và Thế giới 4

1.2 Vài trò của móng cọc trong nhà cao tầng 8

1.3 Các giải pháp móng cọc cho nhà cao tầng 9

1.3.1 Móng cọc sử dụng cọc bê tông cốt thép đúc sẵn 9

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 về các giải pháp móng cọc sử dụng cho nhà cao tầng 21

Chương 2 CƠ SỞ ÁP DỤNG CỌC BÊ TÔNG LY TÂM ỨNG LỰC TRƯỚC CHO NHÀ CAO TẦNG Ở HÀ NỘI 23

2.1 Khái niệm về cọc ống bê tông ly tâm dự ứng lực 23

2.1.1 Định nghĩa 23

2.1.2 Phân loại và cấu tạo 23

2.2 Quy trình sản xuất cọc ly tâm trong nhà máy 26

2.3 Tính toán thiết kế cọc bê tông ly tâm ứng lực trước cho nhà cao tầng

32

2.3.1 Tính toán sức chịu tải của cọc theo vật liệu 32

2.3.2 Tính toán sức chịu tải của cọc theo đất nền 33

2.3.3 Tính toán sức chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm nén tĩnh 36

2.3.4 Tính toán độ lún của 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 và yêu cầu kỹ thuật của phương pháp thi công 40

2.4.2 Máy thi công và vật liệu cọc 42

2.4.3 Tổ chức thi công và kỹ thuật thi công khoan ép Nakabori 45

2.4.4 Ưu nhược điểm của phương pháp khoan ép 54

2.4.5 Đề xuất giải pháp giảm thiểu ma sát khi thi công cọc 54

2.4.6 Đề xuất quy trình thi công cọc ống ly tâm ứng suất trước bằng 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 3 TÍNH TOÁN ÁP DỤNG CỌC BÊ TÔNG LY TÂM DỰ ỨNG LỰC VÀO MỘT CÔNG TRÌNH CAO TẦNG CỤ THỂ TRÊN ĐỊA BÀN

THÀNH PHỐ HÀ NỘI 59

3.1 Giới thiệu công trình cụ thể và điều kiện địa chất thủy văn 59

3.2 Mô hình hóa công trình và phân tích kết quả lực dọc chân cột 62

3.2.1 Mô hình tính toán công trình 62

3.2.2 Phân tích kết quả lực dọc chân cột 64

3.3 Lựa chọn giải pháp cọc bê tông ly tâm ứng lực trước và cọc khoan nhồi vào tính toán móng công trình 65

3.3.1 Tính toán sức chịu tải của hai phương án cọc 65

1 Tính toán sức chịu tải theo vật liệu cọc 65

2 Tính toán sức chịu tải theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền 70

3 Nhận xét về hai phương án cọc trên phương diện sức chịu tải 82

3.3.2 Đánh giá so sánh chi phí của hai phương án cọc 83

3.3.3 Lựa chọn cọc và bố trí mặt bằng cọc 85

3.3.4 Kiểm tra độ lún của móng cọc đã 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

DANH MỤC CÁC HÌNH

Số hiệu hình Tên hình

Hình 2.12 Mở rộng mũi cọc

pháp giảm ma sát thành khi ép

DANH MỤC BẢNG, BIỂU

Số hiệu bảng Tên bảng

ứng suất hữu hiệu, khả năng bền cắt

ƯLT

theo vật liệu cọc khoan nhồi

cọc ly tâm và cọc khoan nhồi

khoan nhồi

D600

Bảng 3.14 Bảng tính toán chi phí xây dựng cho 1 cọc khoan nhồi

D800

DANH MỤC SƠ ĐỒ

Số hiệu Tên sơ đồ

phương pháp Nakabori

bê tông cốt thép đúc sẵn, cọc khoan nhồi, cọc bê tông ly tâm ứng lực trước,…Trong đó cọc bê tông ly tâm ứng lực trước có nhiều ưu điểm nổi trội hơn nhiều loại cọc khác về nhiều mặt nên hiện nay loại cọc này ngày càng được sử dụng rộng rãi:

+ Bê tông được nén trước, ở điều kiện sử dụng phần bê tông không xuất hiện ứng suất kéo (hoặc nếu có xuất hiện thì giá trị nhỏ không gây nứt);

+ Do bê tông được ứng suất trước, kết hợp với quay ly tâm đã làm cho cọc đặc chắc chịu được tải trọng cao không nứt, tăng khả năng chống thấm, chống ăn mòn cốt thép;

+ Do sử dụng bê tông và thép cường độ cao nên tiết diện giảm dẫn đến trọng lượng của cọc giảm Thuận lợi cho việc vận chuyển, thi công;

+ Do khả năng chịu tải theo vật liệu cọc lớn nên nếu đóng sâu vào nền đất

để tăng khả năng chịu tải theo đất nền, cọc sẽ có sức chịu tải rất lớn, dẫn đến

sử dụng ít cọc trong một đài móng hơn Chi phí xây dựng móng giảm, có lợi

về kinh tế;

- Bài toán phức tạp nhất là thi công được cọc có đường kính lớn và chiều sâu lớn phù hợp với nhà cao tầng, phương pháp đóng hay ép truyền thống khó thực hiện được Hiện nay đã có một số công nghệ mới của Nhật Bản về thi

2

công đáp ứng được yêu cầu trên như khoan ép trong lỗ cọc (Nakabori), khoan thả (Sotobory)… Trong đó phương pháp khoan ép Nakabori tỏ ra phù hợp do những ưu điểm sau:

+ Có thể thi công được cọc có đường kính lớn đến 1.2m với chiều sâu hạ cọc tới 50m;

+ Có thể thi công trong điều kiện địa chất không cho phép để ép robot thông thường như lớp thấu kính cát, sét cứng…, mà không làm giảm sức chịu tải của cọc;

+ Tận dụng tối đa chiều dài cọc do có thể hạ được cọc tới được 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 ở Hà Nội

 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu sự làm việc của cọc bê tông dự ứng lực trong móng nhà cao tầng và phương pháp thi công khoan ép cọc Nakabori

- Phạm vi nghiên cứu: Nhà cao tầng loại 1, loại 2 (từ 9-16-25 tầng, cao tới 75m) tại Hà Nội

 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp thu thập, kế thừa tài liệu, kết quả đã nghiên cứu;

- Phương pháp điều tra khảo sát thực tế, các công trình đã sử dụng;

3

- Phương pháp thực nghiệm, mô hình hóa tính toán công trình bằng phần mềm;

- Phương pháp chuyên gia, đúc rút kinh nghiệm, đề xuất giải pháp mới

 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Ý nghĩa khoa học: Từ kết quả nghiên cứu của đề tài góp phần làm cơ sở thực tiễn và lý luận để đưa tiến bộ khoa học kỹ thuật về cọc và phương pháp thi công cọc áp dụng phổ biến trong xây dựng nhà cao tầng ở nước ta Và cũng là cơ sở khoa học cho việc nghiên cứu và áp dụng vào các công trình lớn hơn

- Ý nghĩa thực tiễn: hướng đến áp dụng rộng rãi cọc bê tông dự ứng lực cho nhà cao tầng ở nước ta, đảm bảo yêu cầu an toàn chịu lực cho công trình,

hạ về giá thành, rút ngắn thời gian thi công, dễ dàng thi công thực tế, và giảm thiểu tác động tới môi trường

 Cấu trúc luận văn

Ngoài các phần Mở đầu, Kết luận, Kiến nghị, Tài liệu tham khảo và Phụ lục, nội dung chính của Luận văn gồm ba chương:

- Chương 1: Tổng quan về 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 ở Hà Nội

- Chương 3: Tính toán áp dụng cọc bê tông ly tâm dự ứng lực vào một công trình cao tầng cụ thể trên địa bàn thành phố Hà Nội

THÔNG BÁO

Để xem được phần chính văn của tài liệu này, vui

lòng liên hệ với Trung Tâm Thông 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

TRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN

92

Phần III

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN

Dựa trên các kết quả nghiên cứu, tác giả rút ra các kết luận chính như sau:

+ Kết quả nghiên cứu cho thấy giải pháp móng cọc bê tông ly tâm ứng lực trước tối ưu hơn giải pháp móng cọc khoan nhồi xét cả về mặt chi phí sản xuất, khả năng thi công và hiệu quả môi trường;

+ Việc áp dụng cọc bê tông ly tâm tại Hà Nội hiện nay khá phổ biến, nhưng hầu hết là cho công trình nhỏ, sử dụng cọc đường kính nhỏ thi công bằng phương pháp ép tĩnh là chủ yếu Vì vậy trong Luận văn này, tác giả đã đưa ra phương án thi công khoan ép Nakabori để giải quyết yêu cầu là sử dụng cọc có đường kính lớn, chiều sâu thi công yêu cầu lớn cho nhà nhiều tầng, và quy trình thiết kế cọc khi áp dụng biện pháp thi công đó;

+ Tác giả đã đề xuất giải pháp giảm ma sát khi hạ cọc có đường kính lớn

và chiều sâu yêu cầu lớn, cùng phương pháp tính toán sức chịu tải cho cọc khi

+ Luận văn còn hạn chế là chưa thực hiện được các thí nghiệm thực tế để đánh giá mức độ giảm thiểu ma sát theo giải pháp giảm thiểu ma sát khi thi công bằng cách gán đai thép ở đầu cọc như đã nêu ra

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Bộ Xây dựng (2015), Khoan hạ cọc bê tông ly tâm – thi công và

7 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

8 Công ty Cổ phần đầu tư Phan Vũ, Thông số kỹ thuật sản phẩm 2016

9 Công ty cổ phần kỹ thuật Nền móng và công trình ngầm Fecon, Báo cáo nghiên cứu giải pháp & công nghệ thi công mới

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 quả sử dụng cọc tròn rỗng bê

tông ứng suất trước trong xây dựng nhà cao tầng tại 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 và thiết kế,

NXB Khoa học và 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 một số cơ quan, đơn vị:

Chính phủ Việt nam : www.chinhphu.gov.vn;

UBND Thành phố Hà nội : www.hanoi.gov.vn

Sở Kế hoạch và 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