Đánh giá khả năng chịu tải cọc khoan nhồi bê tông cốt thép theo đất nền thành phố Nha Trang

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LÊ THÀNH NGHỊ ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỌC KHOAN NHỒI BÊ TÔNG CỐT THÉP THEO ĐẤT NỀN THÀNH PHỐ NHA TRANG Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng công

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

LÊ THÀNH NGHỊ

ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỌC KHOAN NHỒI BÊ TÔNG CỐT THÉP THEO ĐẤT NỀN THÀNH PHỐ NHA TRANG

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 2019

Công trình được hoàn thành tại

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: GS.TS PHAN QUANG MINH

Phản biện 1: PGS.TS PHẠM THANH TÙNG

Phản biện 2: PGS.TS ĐẶNG CÔNG THUẬT

Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ chuyên ngành kỹ thuật Xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp họp

tại Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng vào ngày 30 tháng 03 năm 2019

* Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Trung tâm Học liệu và Truyền thông Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng

- Thư viện Khoa Xây dựng dân dụng & Công nghiệp, Trường Đại học

Bách khoa - Đại học Đà Nẵng

MỞ ĐẦU

1 Tính cần thiết của đề tài

Nha Trang là một thành phố ven biển và là trung tâm chính trị, kinh tế, văn hóa, khoa học kỹ thuật và du lịch của tỉnh Khánh Hòa, Việt Nam Thành phố Nha Trang nằm ở vị trí trung tâm tỉnh Khánh Hòa, phía Bắc giáp huyện Ninh Hòa, phía Nam giáp thành phố Cam Ranh, phía Tây giáp huyện Diên Khánh, phía Đông tiếp giáp với biển

Thành phố Nha Trang còn có nhiều tài nguyên du lịch sinh thái, sông hồ tự nhiên, suối nước nóng, suối nước khoáng Ngoài ra nơi đây còn có nhiều khu di tích quốc gia như tháp

bà Ponagar, hòn chồng, chùa Long Sơn Du lịch ở Nha Trang chỉ thực sự phát triển mạnh vào năm 2015 khi có nhiều công trình xây dựng hiện đại như: cáp treo Vinpearl, khu vui chơi giải trí Vinpearl Land, khu nghỉ dưỡng Vinpearl Resort đã làm thay đổi lớn cho đảo Hòn Tre nói riêng đồng thời giúp cho việc phát triển du lịch ở Nha Trang lên một tầm cao mới Có những thời điểm vào giờ cao điểm khách hàng phải xếp hàng dài 200m để được trải nghiệm cáp treo Vinpearl

Việc ưu tiên phát triển các công trình nhiều tầng được đặt lên hàng đầu, nhầm mục đích tối ưu hóa diện tích sử dụng đất ngày càng eo hẹp tại trung tâm thành phố, góp phần đẩy mạnh việc phát triển du lịch tại thành phố biển, nâng cao chất lượng dịch vụ tại thành phố Nha Trang Do vậy, việc ưu tiên nghiên cứu các phương pháp tính toán nền đất tại Nha Trang luôn được ưu tiên nhằm tiếp kiệm chi phí xây dựng cũng như đảm bảo an toàn cho các công trình nhiều tầng

Việc nghiên cứu các phương pháp tính toán cọc để đảm bảo cường độ chịu lực cho các công trình nhà nhiều tầng luôn là vấn đề nhứt nhối hiện nay; vừa đảm bảo tính tiếp kiệm trong thi công, khả năng chịu lực và tính hợp lý trong các phương án thiết kế tại sự hài hòa, mang cảnh quan cho thành phố đồng thời phù hợp với điều kiện địa chất tại thành phố Nha Trang

Do vậy, việc thực hiện tính toán đánh giá khả năng chịu lực cọc khoan nhồi BTCT bằng phương pháp nén tĩnh nhầm đem lại cái nhìn tổng quan đồng thời tạo tiền đề nghiên cứu, so sánh phát triên định hướng cho tương lại

2 Mục đích nghiên cứu

Nghiên cứu đánh giá khả năng chịu tải cọc khoan nhồi của một số công trình tại thành phố Nha Trang theo thiết kế và thực tế thi công

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: cọc khoan nhồi BTCT

Phạm vi nghiên cứu: đánh giá khả năng chịu lực cọc khoan nhồi BTCT bằng phương pháp nén tĩnh

4 Phương pháp và nội dung nghiên cứu

Đánh giá khả năng chịu lực cọc khoan nhồi BTCT bằng phương pháp nén tĩnh tại một

số công trình nhà nhiều tầng trên địa bàn thành phố Nha Trang và so sánh với kết quả tính toán theo TCVN 10304:2014

5 Kết quả

Tổng hợp đánh giá dựa trên khảo sát thực tế tại một số công trình nhà nhiều tầng sử dụng cọc khoan nhồi và so sánh với kết quả tính toán theo TCVN 10304:2014 từ đó có các kiến nghị sử dụng

6 Kết cấu luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận và tài liệu tham khảo trong luận văn gồm có các chương như sau:

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ GIẢI PHÁP MÓNG NHÀ NHIỀU TẦNG

Chương 2 KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA CỌC KHOAN NHỒI

Chương 3 ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA CỌC KHOAN NHỒI BTCT Ở NHA TRANG

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC GIẢI PHÁP MÓNG NHÀ NHIỀU TẤNG

1.1 Tổng Quan Về Các Giải Pháp Móng Nhà Nhiều Tầng

1.1.1 Định nghĩa móng cọc:

Móng cọc là loại móng sâu, là loại móng khi tính sức chịu tải theo đất nền có kể đến thành phần ma sát xung quanh móng với đất và có chiều sâu chôn móng khá lớn so với bề rộng móng Móng cọc gồm 3 bộ phận: cọc, đài cọc và đất bao quanh Cọc là bộ phận chính có tác dụng truyền tải trọng công trình lên đất ở mũi cọc và lớp đât xung quanh Đài cọc có tác dụng là tạo liên kết giữa các cọc thành một khối liên kết và phân bố tải trọng công trình lên các cọc

1.1.2 Phạm vi áp dụng

Móng cọc là một trong những loại móng được áp dụng rất rộng rãi Chúng thường được dùng cho các công trình cao tầng, cầu, bến cảng, các công trình xây dựng tại các vùng

có điều kiện địa chất phức tạp, lớp đất tốt nằm dưới sâu Móng cọc có nhiều loại, nhưng

đối với các công trình có tải trọng lớn, các nhà cao tầng trong thực tế chủ yếu sử dụng móng cọc khoan nhồi

1.2 Các nguyên tắc tính toán móng cọc

1.2.1 Đánh giá đặc điểm công trình

Để đảm bảo an toàn cho công trình khi sử dụng móng cọc cần thiết phải đánh giá đặc điểm công trình, loại kết cấu công trình, xác định tải trọng lên móng Việc xác định độ lún tuyệt đối và độ lún lệch cho phép đối với công trình thiết kế là rất cần thiết

1.2.2 Đánh giá điều kiện địa chất công trình

Để có kết quả tính toán thiết kế móng cọc một cách hợp lý, đảm bảo an toàn về cường độ, biến dạng cũng như các điều kiện kinh tế cần thiết phải đánh giá đúng điều kiện địa chất công trình, từ đó lựa chọn được giải pháp nền móng hợp lý, loại cọc hợp lý

1.2.3 Tính toán móng cọc

Nền và móng cọc phải được tính toán theo các trạng thái giới hạn

1.2.4 Các yêu cầu khác về thiết kế móng cọc

1.3 Tổng quan về địa chất công trình tại thành phố Nha Trang

1.3.1 Giới thiệu chung về tỉnh Khánh Hòa

Phía Đông: Giáp với biển Đông có bờ biển dài 385 km,

Phía Tây: Giáp với tỉnh Đắc Lắc và Gia Lai

Phía Nam: Giáp với tỉnh Ninh Thuận

Phía Bắc: Giáp với tỉnh Phú Yên

1.3.2 Giới thiệu về thành phố Nha Trang:

- Nha Trang là một đồng bằng lớn của Khánh Hoà có diện tích S= 251 km²

- Phía Bắc giáp huyện Ninh Hòa

- Phía Nam giáp huyện Cam Lâm _TX Cam Ranh

- Phía Tây giáp huyện Diên Khánh

- Phía Đông giáp Biển Đông Đồng bằng Diên Khánh - Nha Trang

1.4 Kiến tạo và địa tầng

1.4.1 Kiến tạo

Phần đất của tỉnh Khánh Hòa ngày nay là một bộ phận thuộc rìa phía Đông Nam của khối nền cổ Kon Tum ,được nổi lên khỏi mặt biển từ đại Cổ sinh

 Hai chu kỳ tạo sơn này đã góp phần tạo nên các dãy núi ở phía Tây tỉnh Khánh

Hòa Cho đến cuối đại Trung sinh, cấu trúc địa hình cơ bản trong phần đất của tỉnh Khánh Hòa ngày nay đã được hình thành

1.4.2 Địa tầng - Khánh Hòa

1.4.3 Khoáng sản:

 Khoáng sản phi kim:

 Khoáng sản kim lọai:

1.4.4 Tài nguyên biển:

Bờ biển tỉnh Khánh Hòa có nhiều hoại khác nhau như bờ biển đá, bờ biển cát, bờ biển vũng, vịnh Dọc bờ biển có nhiều vũng, vịnh, bãi triều, bãi cát trắng, tạo điều kiện thuận lợi để thiết lập các cảng biển, phát triển nghề nuôi trồng hải sản, làm muối và các dịch vụ du lịch

1.5 Một số công trình tiêu biểu nhà nhiều tầng sử dụng cọc Khoan nhồi tại Nha Trang

1 Công trình Vinpearl Trần Phú Nha Trang: Mặt bằng móng khởi công

2 Công trình Vinpearl Trần Phú Nha Trang: Tổng quan công trình

3 Công trình A&B Nha Trang

4 Công trình Khách sạn condotel Ariyana Nha Trang

2.1 Dự báo khả năng chịu tải của cọc khoan nhồi:

- Sử dụng được cho mọi loại địa tầng khác nhau

- Sức chịu tải lớn

- Độ lún nhỏ do mũi cọc được hạ vào lớp đất có tính nén rất nhỏ

- Không gây tiếng ồn và tác động đến công trình lân cận, phù hợp xây dựng trong điều kiện xây chen tại các đô thị

lắp dựng ván khuôn

- Cho phép kiểm tra trực tiếp các lớp đất lấy mẫu từ các lớp đất đào lên, có thể đánh giá chính xác điều kiện đất nền

- Sản phẩm trong quá trình thi công đều nằm sâu trong lòng đất khó kiểm soát chất lượng bê tông cọc

- Quá trình thi công cọc khoan nhồi là tại công trường ngoài trời nên phụ thuộc nhiều vào thời tiết như mưa bão , mặt bằng thi công lầy lội ảnh hưởng đến môi trường

- Chi phí kiểm tra thí nghiệm với cọc khoan nhồi tốn kém

2.2 Vật liệu làm cọc:

2.3 Yêu cầu khảo sát phục vụ tính toán cọc khoan nhồi

a Công tác khảo sát là để cung cấp các thông tin phục vụ công tác thiết kế

b Công tác khảo sát cho móng cọc nói chung bao gồm các công việc tổng hợp sau:

c Khối lượng khảo sát cho móng cọc kiến nghị lấy theo Phụ lục D - TCVN10304:2014, phụ thuộc vào tầm quan trọng của công trình và mức độ phức tạp của nền đất

d Các vị trí khảo sát địa chất công trình cần bố trí sao cho chúng nằm trong khuôn viên công trình thiết kế xây dựng hoặc là trong những điều kiện nền đất như nhau, không xa công trình quá 5m

e Chiều sâu khảo sát phải lớn hơn chiều sâu nén lún của nền Thông thường chiều sâu các

hố khảo sát không được nhỏ hơn 5m kể từ mũi cọc thiết kế

f Khi trong nền có mặt các lớp đất với những tính chất đặc biệt (đất lún sụt, đất trương

nở, đất dính yếu, đất hữu cơ, đất cát rời xốp và đất nhân tạo) các hố khảo sát phải xuyên qua những lớp đất này, vào sâu trong các tầng đất tốt phía dưới và xác định các đặc trưng của chúng

2.4 Cấu tạo cọc khoan nhồi (Hình 2.1)

2.5 Các phương pháp xác định sức chịu tải của cọc

2.5.2.1 Theo các chỉ tiêu cơ lý đất, đá

Sức chịu tải trọng nén Rc,u, tính bằng kN, của cọc khoan nhồi khi chúng tựa trên nền đá được các định theo công thức:

Rc,u = c q b A b (1)

Sức chịu tải trọng nén Rc,u, tính bằng kN, của cọc khoan nhồi được xác định theo công thức:

Rc,u = c ( cq qb Ab + u cf fi li) (5)

- Cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc qb được xác định như sau:

Đối với đất dính qb được lấy theo Bảng 7- TCVN10304:2014

- Sức chịu tải trọng kéo R t,u , tính bằng kN, của cọc khoan nhồi được xác định theo công thức:

Sức chịu tải Rc,u của cọc, tính bằng kN, theo các số liệu thử động cọc bằng búa đóng với độ chối dư thực tế (đo được) Sa≥ 0,002 m, được xác định theo công thức:

2.5.2.4 Theo Kết quả xuyên tĩnh SPT:

2.5.3 Theo các phương pháp tham khảo

Đối với cọc khoan nhồi đường kính lớn lấy N’c=6 Cường độ sức kháng của đất rời (c = 0) dưới mũi cọc:

2.5.3.2 Theo kết quả xuyên tiêu chuẩn SPT:

a Công thức của Meyerhof:

qb = k1 NP (20)

b Công thức của Viện kiến trúc Nhật Bản (1988)

Cường độ sức kháng trên đoạn cọc nằm trong lớp đất dính thứ i tính theo công thức:

2.5.3.3 Theo sức kháng mũi xuyên tĩnh qc:

2.6 Kiểm tra chất lượng cọc khoan nhồi:

- Phương pháp siêu âm kiểm tra mức độ đồng nhất, phát hiện khuyết tật của bê tông cọc

- Thí nghiệm thử động biến dạng nhỏ PIT (Pile Integrity Test) kiểm tra độ toàn vẹn của cọc

chịu tải của cọc

- Thí nghiệm nén tĩnh xác định sức chịu tải của cọc chẳng hạn thí nghiệm Osterberg (áp dụng nhiều ở cơng trình cầu: Cầu Mỹ Thuận, Cầu Cần Thơ, ) tuy nhiên chi phí thí nghiệm này khá tốn kém

- Khoan lấy mẫu bê tơng

Kết quả đánh giá, kiểm tra chất lượng cọc khoan nhồi cần phải đảm bảo chất lượng

bê tơng theo yêu cầu và đảm bảo khả năng chịu lực của cọc theo thiết kế

2.7 Nhận xét về các phương pháp tính tốn sức chịu tải của cọc theo TCVN10304: 2014:

So với TCXD205:1998 và TCXD195-1997, TCVN10304:2014 cĩ nhiều điểm bổ sung mới và khác biệt, đặc biệt là việc xác định sức chịu tải của cọc theo đất nền

CHƯƠNG 3 ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA CỌC KHOAN NHỒI BÊ TƠNG

CỐT THÉP TẠI NHA TRANG

Sức chịu tải cọc khoan nhồi bao gồm cĩ: sức chịu tải cọc chống, sức chịu tải cọc treo, sức chịu tải cọc chịu nén, cọc chịu nhổ, cọc chịu tải trọng ngang Do điều kiện thời gian khơng cho phép tác giả chỉ tính sức chịu tải cọc khoan nhồi ma sát chịu nén, chịu kéo - làm đại diện

Tính sức chịu tải cho các loại cọc khoan nhồi (tính với loại cọc treo chịu nén, chịu kéo) cĩ đường kính D800, D1200, D1500, 1600 ứng với điều kiện địa chất cho 3 khu vực Nha Trang sử dụng cọc khoan nhồi đường kính D800, D1200, D1500, 1600

3.2 Tính tốn sức chịu tải cọc khoan nhồi chịu nén cho khu vực Cơng trình Căn hộ du lịch và khách sạn Penninsula (Khu đơ thị An Vien, Nha Trang)

3.2.1 Điều kiện địa chất cơng trình Căn hộ du lịch và khách sạn Penninsula (Khu đơ thị An Vien, Nha Trang)

a Điều kiện địa chất:

Lớp 1a : Nền nhà bê tông, đất cát chặt vừa Lớp 2 : Cát vừa thô chặt vừa chiều dày 0.57.8m Lớp 3 : Cát mịn - bụi chặt vừa đến không chặt 7.814.4m Lớp 4 : Sét pha dẻo cứng đến cứng 14.418.5m

Lớp 5 : Sét pha dẻo cứng đến cứng 18.522.6m Lớp 6 : Đá RYOLIT phong hóa mạnh

3.2.2 Tính theo xuyên tiêu chuẩn SPT TC10304: 2014 (Cọc đường kính D=1500)

Sức chịu tải cực hạn của cọc theo (Rc,u) theo cơng thức của Viện kiến trúc Nhật

Bản tính theo cơng thức: R c,u = q b A b + uΣ(f c,i l c,i + f s,i l s,i ) (kN)

qb - Cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc, xác định như sau:

Khi mũi cọc nằm trong đất rời qb=300Np cho cọc đĩng (ép) và qb=150Np cho cọc khoan nhồi

Khi mũi cọc nằm trong đất dính qb=9cu cho cọc đĩng (ép) và qb=6cu cho cọc khoan nhồi; fs,i - cường độ sức kháng trung bình trên đoạn cọc nằm trong lớp đất rời thứ I fs,i = 10Ns,i/3 ; fc,i - cường độ sức kháng trung bình trên đoạn cọc nằm trong lớp đất dính thứ I fc,i = αpfLcu,I ; αp - hệ số điều chỉnh cho cọc đĩng

fL - hệ số điều chỉnh theo độ mảnh h/d của cọc đĩng, bằng 1 với cọc khoan nhồi

ls,i - chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất rời thứ “i”

lc,i - Đối với các loại đất cát, nếu trị số Np > 50 thì chỉ lấy Np = 50; nếu trị số Ns,i > 50 thì lấy Ns,i = 50

σ'v - Áp lực hiệu quả thẳng đứng của đất tại chiều sâu tính tốn

Đối với nền đá hoặc cuội sỏi trạng thái chặt, khi Np>100 thì lấy qb = 20 Mpa cho cọc đĩng

và cọc khoan nhồi cĩ biện pháp làm sạch mũi cọc tin cậy và bơm vữa xi măng gia cường đất dưới mũi cọc

Tính tốn sức chịu tải cọc với đường kính D=1,5000m

Bảng 3.1: Tính tốn sức chịu tải cọc cơng trình Căn hộ du lịch và khách sạn Penninsula

Chiều

sâu m

Lớp đất L m i

N SPT N P N c,i N s,i c u,i

3.2.3 Sức chịu tải tính toán của đất nền

Sức chịu tải tính toán của đất nền đối với cọc chịu nén:

Wc - Trọng lượng bản thân cọc có kể đến hệ số độ tin cậy bằng 1,1

γo - hệ số điều kiện làm việc, kể đến yếu tố tăng mức độ đồng nhất của nền đất khi sử dụng móng cọc lấy bằng 1 đối với cọc đơn và lấy bằng 1,15 trong móng nhiều cọc

γn - hệ số tin cậy về tầm quan trọng của công trình, lấy bằng 1,2; 1,15 và 1,1 tương ứng với tầm quan trọng của công trình cấp I, II và III ( Phụ lục F của tiêu chuẩn)

γk - hệ số độ tin cậy theo đất,

3.2.4 Tính toán cho cọc có kích thước (D=1200):

Tính theo xuyên tiêu chuẩn SPT TC10304: 2014

Bảng 3.3: Tính toán sức chịu tải cọc công trình Căn hộ du lịch và khách sạn Penninsula

Bảng 3.4 Tính toán sức chịu tải cọc theo đất nền

3.2.6 Thí nghiệm nén tĩnh thực tế trên công trường đối với cọc 1200m

Hình 3.7 Biểu ghi thí nghiệm nén tĩnh cọc đường kính D=1.200m