Lựa chọn thông số hợp lý của cọc hyper mega phù hợp với địa chất thành phố đà nẵng

Tổng quan về cọc bê tông ly tâm dự ứng lực Cọc b tông ly tâm ứng suất trước với công nghệ ch tạo t Nhật Bản Cọc Hyper-Meg đ và đ ng được triển h i các tỉnh ph Bắc và ph N m nước t và dầ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

LÊ TRUNG HƢNG

LỰA CHỌN THÔNG SỐ HỢP LÝ CỦA CỌC HYPER MEGA PHÙ HỢP VỚI ĐỊA CHẤT THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG

Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng công trình

dân dụng và công nghiệp

Mã số : 60.58.02.08

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng – Năm 2016

Công trình được hoàn thành tại

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

Người hướng dẫn khoa học: TS Lê Khánh Toàn

Phản biện 1: TS Đặng Công Thuật

Phản biện 2: TS Phạm Mỹ

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật Xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày 06 tháng 08 năm 2016

* Có thể tìm hiểu luận văn tại:

Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Một vài năm tr lại đây, tại Việt N m đ cho ph p chuyển

gi o công nghệ và nghi n cứu ứng dụng thi t , thi công một loại

cọc mới, cọc Hyper -Meg , một trong nh ng công nghệ cọc hiện đại

đ được công ty J p n Pile ứng dụng rộng r i tại Nhật Bản V c

bản, đây vẫn là phư ng án móng cọc m sát, sử dụng cọc b tông li

tâm dự ứng lực Tại thời điểm thi công hạ cọc, lỗ ho n được tạo r

nhờ thi t bị chuy n dụng được phun đầy v xi măng hò trộn đ u

với đất theo tỉ lệ nhất định tùy thuộc vào cấu tạo đị chất n n và y u

cầu chịu tải củ cọc Cọc được hạ chìm xuống hố ho n, neo gi cố

định cho đ n hi v xi măng đất xung qu nh đóng rắn hoàn toàn và

đạt được cường độ đảm bảo cho cọc có hả năng chịu tải trọng tr n

công trình truy n xuống

Cọc Hyper-Meg được ứng dụng cho móng củ các công trình

c o tầng Tại Nhật bản, người t đ ứng dụng cho công trình tr n

tầng, chi u sâu hạ cọc tr n m, đường nh cọc có thể đạt đ n m

Cọc Hyper-Meg đ và đ ng được triển h i các tỉnh ph Bắc và

ph N m củ Việt N m Tại Đà Nẵng, Cọc Hyper-Meg cũng đ

được ứng dụng cho h i công trình: công trình hu căn hộ c o cấp

-Home tr n đường L Thường Kiệt với tầng

Nghi n cứu ứng xử củ cọc, xác định các thông số hợp l củ

cọc như: đường nh, chi u dài, tỉ lệ v xi măng đất, phù hợp với

đi u iện đị chất tại Việt N m, mà cụ thể là đi u iện đị chất tại

thành phố Đà Nẵng nh m gi p cho chủ đầu tư, các đ n vị tư vấn

thi t có cái nhìn t ng qu n v cọc Hyper-Meg , t đó quy t định

lự chọn phư ng án móng cọc hợp l cho công trình, là đ tài có t nh

thi t thực, m ng nghĩ ho học và thực tiễn

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

- Nghi n cứu ứng xử củ cọc Hyper-Meg hi chịu tải trọng t

tr n công trình truy n xuống;

- Nghi n cứu ứng xử củ cọc Hyper-Meg hi th y đ i các thông số: Đường nh cọc xi măng đất tư ng ứng với cọc b tông ly tâm; hệ số m rộng mũi cọc; Hệ số m sát  gi cọc và n n đất; chi u dài cọc m rộng; Chi u dày và cường độ háng n n củ v xi măng đất đối với sức chịu tải củ cọc nh m lự chọn hợp l các thông số này trong thi t

3 Đối tư ng ph m vi nghiên cứu

- t c u Cọc Hyper - Mega

- v cứu: Nghi n cứu cọc Hyper - Meg giới hạn

trong đi u iện đị chất củ một công trình cụ thể tại thành phố Đà Nẵng

4 Phương pháp nghiên cứu

- Nghi n cứu l thuy t: Tìm hiểu các tài liệu, các mô hình t nh toán cọc Hyper - Meg và các tài liệu chuy n hảo;

- Nghi n cứu ứng dụng phần m m chuy n dụng để hảo sát ứng xử củ cọc Hyper-Mega

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG

CỌC HYPER-MEGA

1.1 TỔNG QUAN VỀ CỌC HYPER-MEGA

1.1.1 Tổng quan về cọc bê tông ly tâm dự ứng lực

Cọc b tông ly tâm ứng suất trước với công nghệ ch tạo t Nhật Bản Cọc Hyper-Meg đ và đ ng được triển h i các tỉnh

ph Bắc và ph N m nước t và dần th y th cho cọc vuông ti t diện đặc hông ứng suất trước truy n thống vì nh ng ưu điểm vượt trội củ nó như: giảm trọng lượng b tông, giảm được tối đ lượng cốt th p mà vẫn đảm bảo hả năng chịu lực củ cọc, chịu tải trọng tốt, t nứt, hả năng chống thấm và chống ăn mòn cốt th p tốt, dễ thi công Tại Đà Nẵng, Cọc Hyper-Meg cũng đ được ứng dụng cho

h i công trình: Khu căn hộ c o cấp -Home tr n đường L Thường Kiệt với tầng; dự án Bệnh viện - Bộ Công n, Quận S n Trà với tầng

1.1.2 Ưu điểm cọc bê tông ly tâm ứng suất trước

Giảm ti t diện cọc và tăng sức chịu tải củ cọc theo vật liệu; Cọc có hả năng chống nứt, chống uốn c o, hả năng chống ăn mòn trong môi trường xâm thực c o

1.1.3 Như c điểm

Do cọc được sản xuất theo công nghệ ly tâm, p, bảo dưỡng

h i nước, do vậy chi ph đầu tư dây chuy n sản xuất, lắp đặt thi t bị lớn, ỹ thuật ch tạo phức tạp đòi hỏi đội ngũ ỹ thuật phải lành ngh , với chi u dài cọc lớn gây hó hăn cho cẩu lắp, x p ho và vận chuyển

1.2 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ THI CÔNG CỌC HYPER-MEGA

1.2.1 Công nghệ thi công cọc Hyper-Mega

V c bản, đây vẫn là phư ng án móng cọc m sát, dùng cọc

b tông li tâm ứng suất trước, gồm cọc tr n và cọc có đốt nối lại với

nh u để làm tăng lực m sát và tăng hả năng chịu lực Nhưng biện pháp hạ cọc thì b o gồm nhi u công đoạn hác nh u Đầu ti n là

ho n tạo lỗ, ti p theo b m v xi măng theo tỉ lệ th ch hợp và trộn

đ u với đất trong lỗ ho n, s u cùng thả và xo y p cọc xuống hố

ho n, neo gi cọc

1.2.2 Quy trình thi công

a Công tác chuẩn bị thi công bao gồm các bước chính sau

b Trình tự thi công

+ Cẩu hạ cọc và iểm tr cọc tại công trường; Định vị tim cọc; Kho n tạo lỗ; Chèn v hông cọc và mũi cọc Hạ cọc BTCT vào lỗ khoan Quá trình thi công này có thể tóm tắt hình

Hì 1.19 Tó tắt quá trì t cô cọc [1]

1.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

Công nghệ thi công cọc Hyper - Meg với việc sử dụng cọc b tông ly tâm ứng suất trước, có phần m rộng mũi cọc làm tăng sức chịu tải cọc, đư vào trong lỗ ho n đ được lấp đầy hỗn hợp v xi măng đất Công nghệ thi công này tư ng th ch với mọi i u iện đị chất, đị tầng, giảm thiểu ảnh hư ng đối với môi trường và công trình lân cận

Hiện n y tại Việt N m, cả v thi t và công nghệ thi công

đ u phụ thuộc vào các ti u chuẩn chuyển gi o t ph công ty J p n Pile Trong phần nghi n cứu ti p theo củ luận văn này, một công trình nhà nhi u tầng đ được thi t và thi công với công nghệ cọc Hyper-Meg sẽ được sử dụng như một v dụ minh họ thực t , Việc nhi n cứu ứng xử củ cọc, xác định các thông số hợp l củ cọc như: đường nh, chi u dài, tỉ lệ v xi măng đất, phù hợp với đi u iện

đị chất tại Việt N m, mà cụ thể là đi u iện đị chất tại thành phố

Đà Nẵng nh m gi p cho chủ đầu tư, các đ n vị tư vấn thi t có cái nhìn t ng qu n v cọc Hyper-Meg , t đó quy t định lự chọn phư ng án móng cọc hợp l cho công trình

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN THI CÔNG VÀ NGHIỆM THU CỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP THÔNG THƯỜNG VÀ CỌC

HYPER-MEGA 2.1 MÓNG CỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP THƯỜNG: TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ TCVN 10304-2014 [3]

2.1.1 Những nguyên tắc chung

2.1.2 Những chỉ dẫn cơ bản về tính toán

2.1.3 Thiết kế móng cọc

* Xác định sức chịu tải củ cọc theo các chỉ ti u c l đất, đá + Sức chịu tải củ cọc chống: Rc,u = c qb Ab (2.6) + Sức chịu tải củ cọc treo các loại:

Rc,u = c (cq qb Ab + ucf fi li) (2.7) + Sức chịu tải trọng o Rt,u, t nh b ng N, củ cọc treo, ể cả cọc ống có lõi đất, hạ b ng phư ng pháp đóng hoặc p, được xác định theo công thức:

Rt,u = cucf fi li (2.8)

* Xác định sức chịu tải củ cọc theo t quả th nghiệm hiện trường: Sức chịu tải củ cọc có thể xác định ngoài hiện trường theo các phư ng pháp th nghiệm thử cọc b ng tải tĩnh, th nghiệm thử cọc b ng tải động và th nghiệm xuy n đất

* Tính toán cọc và móng cọc theo bi n dạng: T nh toán độ l n

củ móng cọc (theo trạng thái giới hạn thứ h i) cho ph p thực hiện với các s đồ t nh toán dự tr n mô hình n n bi n dạng tuy n t nh, nhưng phải thỏ m n đi u iện :

2.2.2 Hình d ng kích thước cơ bản và kí hiệu

Hình dạng, ch thước c bản:

- Cọc PC, PHC có hình trụ tròn rỗng và các ch thước c bản được thể hiện tr n Hình

Ch dẫn:

L - C ều dà cọc; t - C ều dày t à cọc; CT b - Mũ cọc oặc đầu

D - Đường nh ngoài cọc; CT a - đầu cọc hoặc đầu mối nối;

Hì 2.1 Cọc b tô ly tâ lực tr ớc C, HC [4]

- Cọc NPH có đốt tr n thân cọc, ti t diện cắt ng ng m rộng tại các vị tr đốt và các ch thước c bản được thể hiện Hình

Ch dẫn;

D - Đường nh ngoài cọc; t - Chi u dày thành cọc;

a, b, c, d-Các ch thước củ đốt cọc; Khoảng cách gi tâm đốt là m

Hì 2.2 Cọc b tô lực tr ớc Nodular (NPH) [4]

2.2.3 Yêu cầu kĩ thuật

Y u cầu v vật liệu; Y u cầu v b tông; Y u cầu v ch thước và mức s i lệch ch thước; Yêu cầu ứng suất h u hiệu củ

cọc; Y u cầu độ b n thân cọc; Y u cầu củ mối nối:

2.2.4 Thiết kế cọc bê tông ly tâm ứng suất trước:

a Tiết diện và vật liệu cọc

Ti t diện cọc b tông ly tâm ứng suất trước được mô tả như Hình 2.3

Hì 2.3 T ết d ệ cọc b tô ly tâ suất tr ớc [4]

b Tính toán cọc

Ứng suất căng b n đầu củ th p chủ pi (MP ) quy đinh:

0,8 0,7

p

o

k

A n A



T n thất ứng suất li n qu n đ n hiện tượng t bi n và co ngót:

( )

cpt p s p

cpt pt

MPa n

o

A MPa A

3

e e o

I

Z mm r

M kNm mô men gây g y cọc M br' 1,5M cr' (kNm)

T nh toán hả năng chịu cắt củ cọc

Tính toán hả năng chịu o củ cọc:

s ce o

c Tính toán sức chịu tải cọc

+ S c c ịu tả của cọc t eo vật l ệu được xác định theo công

+ S c c ịu tả của cọc t eo đất ề : Đối với cọc b tông ly

tâm được thi công theo phư ng pháp Hyper-Meg có hoặc hông sử

dụng cọc Nodul r và m rộng chân cọc Công thức xác định sức chịu

tải t nh toán cho cọc được xác định b ng công thức s u:

2.3 GIỚI THIỆU CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN CỦA

PHẦN MỀM ABAQUS ỨNG DỤNG ĐỂ NGHIÊN CỨU ỨNG

XỬ CỦA CỌC HYPER-MEGA

2.3.1 Tổng quan về ABAQUS

2.3.2 Các bước giả lập một bài toán trong chương trình

ABAQUS/CAE

2.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2

Chư ng này đ giới thiệu các ti u chuẩn thi t củ loại cọc: cọc Hyper-Mega theo TCVN 7888 - 2014 và cọc b tông cốt

th p đ c sẵn TCVN 10304: 2014

Hiện n y tại Việt N m, đối với cọc Hyper-Mega cả v thi t

và công nghệ thi công đ u phụ thuộc vào các ti u chuẩn chuyển gi o

t ph công ty J p n Pile Mặc dù năm , Nhà nước đ b n hành

ti u chuẩn TCVN 7 - 4 li n qu n đ n cọc b tông ly tâm ứng lực trước, nhưng ti u chuẩn này chỉ tập trung vào c s t nh toán hả năng chịu lực cũng như th nghiệm iểm tr đối với cọc b tông ly tâm ứng lực trước, tuy nhi n việc thi t và thi công hiện n y vẫn thuộc độc quy n củ nhà cung cấp

Để xác định các thông số hợp l củ cọc như: đường nh, chi u dài, tỉ lệ v xi măng đất, trong nội dung chư ng , tác giả

sẽ ti n hành t nh toán sức chịu tải củ cọc theo công thức củ Nhật Bản K t quả t nh toán sẽ được so sánh với t quả th nghiệm PDA

tư ng ứng với cọc đó và sử dụng phần m m Ab qus để mô phỏng sự làm việc củ cọc Hyper-Meg nh m đánh giá độ tin cậy củ t quả

th nghiệm cũng như t quả t nh toán b ng công thức thực nghiệm được đ xuất t J p n Pile là c s cho việc đ xuất các thông số hợp

l hi thi t cọc Hyper-Mega

CHƯƠNG 3 LỰA CHỌN THÔNG SỐ HỢP LÝ CỦA CỌC HYPER-MEGA

3.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Như đ giới thiệu trong chư ng , cọc Hyper-Meg thực chất

là cọc b tông li tâm ứng lực trước được thi công theo phư ng pháp

Hyper-Meg b ng cách “nh ng” cọc b tông li tâm ứng lực trước vào hỗn hợp v xi măng đất thi công tư ng tự như việc thi công cọc xi măng đất Nh ng thông số ảnh hư ng đ n sức chịu tải củ loại cọc này gồm nhi u đại lượng hác nh u Trong huôn h luận văn, tác giả sẽ sử dụng phần m m Ab qus để mô phỏng sự làm việc củ cọc Hyper-Meg và hảo sát ảnh hư ng củ một số thông số đ n sức chịu tải củ cọc Các thông số hảo sát đ xuất gồm:

- Tỉ lệ xi măng/đất n n

- Đường nh cọc xi măng đất tư ng ứng với đường nh củ cọc b tông li tâm Đại lượng hệ số m sát thành  sẽ được hảo sát

để đánh giá sức chịu tải củ cọc theo thông số đường nh cọc

- Theo cấu tạo cọc đường nh đoạn m rộng (được biểu diễn

qu hệ số m rộng mũi cọc -  là tỉ số gi đường nh đoạn m rộng và đường nh cọc), chi u dài đoạn m rộng

- Mũi cọc được đặt trong lớp đất có hả năng chịu lực nhất định Thông số cường độ đất n n dưới mũi cọc sẽ được hảo sát chi

ti t để đánh giá sức chịu tải củ cọc Hyper-Meg , đây là c s để thi t quy t định độ sâu đặt mũi cọc ứng với t ng đi u iện đị chất cụ thể củ công trình

Trong giới hạn củ đ tài li n qu n đ n đị chất dưới n n các công trình tại thành phố Đà Nẵng, các nghi n cứu dưới đây sẽ sử dụng các thông số đị chất củ công trình chung cư c o cấp -Home tại Đà Nẵng

3.2 GIỚI THIỆU CÔNG TRÌNH

Dự án căn hộ -Home, là công trình dân dụng cấp I, được xây dựng gồm: 7 tầng, trong đó: tầng n i, tầng lửng và tầng hầm Diện t ch đất dự án: 4105 m2, t ng diện t ch sàn xây dựng: 78.000 m2, t ng số căn hộ: căn

3.3 CÁC THÔNG SỐ CỌC HYPER-MEGA

3.3.1 Thông số cọc bê tông li tâm

Công trình sử dụng cọc Hyper-Meg gồm h i đoạn hác nh u: cọc tr n và cọc Nodul r Trong nghi n cứu này sẽ sử dụng các thông

số củ cọc th nghiệm làm c s để so sánh gi t nh toán b ng các công thức theo Ti u chuẩn Nhật Bản, mô phỏng b ng phần m m

Ab qus và t quả th nghiệm PDA hiện trường củ cọc

Cọc b tông li tâm ứng suất trước theo thi t gồm đoạn như Hình

3.3.3 Thông số địa chất lỗ khoan

Hồ s hảo sát địa chất gồm nhi u lỗ khoan Trong nghiên cứu này sẽ sử dụng thông số địa chất lỗ ho n HK được giới thiệu trong Bảng 3.1 và Mặt cắt địa chất lỗ ho n HK được biểu diễn trên Hình 3.3

3.3.4 Kết quả thí nghiệm PDA

K t quả thu được tại hiện trường được phân t ch b ng phần

§o¹n §K khoan më réng De=1050; Lkhoan=14000

100

Hì 3.2 Cấu t o cọc Hyper-Mega

m m CAPWAP cho t quả v hả năng chịu tải tĩnh củ cọc b o gồm thành phần sức háng m sát và sức háng tại mũi cọc như Bảng

Bả 3.3 Tổ p s c c ịu tả của các cọc [7]

STT T n cọc T ng sức chịu

tải Ru (tấn)

Sức chịu m sát Rs (tấn)

Sức chống mũi Rb (tấn)

3.4 TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO VẬT LIỆU

VÀ THEO ĐẤT NỀN (theo công thức của Nhật Bản)

Trước hi hảo sát các thông số củ cọc Hyper-Meg b ng phần m m Ab qus, tác giả sẽ ti n hành t nh toán sức chịu tải củ cọc theo công thức củ Nhật Bản đ giới thiệu chi ti t trong chư ng

K t quả t nh toán sẽ được so sánh với t quả th nghiệm PDA tư ng ứng với cọc đó nh m đánh giá độ tin cậy củ t quả th nghiệm cũng như t quả t nh toán b ng công thức thực nghiệm được đ xuất

t J p n Pile Sử dụng thông số đị chất n n củ hố ho n HK tại công trình F-Home Đà Nẵng để nghi n cứu

3.4.1 Sức chịu tải của cọc theo vật liệu

Sức chịu tải củ cọc theo vật liệu được xác định theo công thức như s u:

Sức chịu tải dài hạn củ cọc: 1( )

3.4.2 Sức chịu tải của cọc theo đất nền

Sức chịu tải cho phư ng án cọc b tông ly tâm ứng suất trước

có m rộng mũi cọc cho công trình nhà -Home có số liệu thi t như Hình Sức chịu tải đứng củ cọc theo đất n n được xác định: