Nghiên cứu các phương pháp tính toán sức chịu tải của cọc bê tông cốt thép chế tạo sẵn cho khu vực tp hồ chí minh

Chướng 2: Cơ sở lý thuyết các phương pháp tính sức chịu tải của cọc Chương 3: Phân tích đặc điểm và kết quả tính toán các lời giải tính sức chịu tải của cọc Chương 4: Tổng hợp các so sán

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHU VỰC TP HỒ CHÍ MINH

CHUYÊN NGÀNH : CÔNG TRÌNH TRÊN ĐẤT YẾU

(ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG) MÃ SỐ NGÀNH : 31.10.02

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP Hồ Chí Minh - Tháng 02/2006

ĐH Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập − Tự Do − Hạnh Phúc

Tp Hồ Chí Minh, Ngày 22 tháng 02 năm 2006

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

I- TÊN ĐỀ TÀI :

“NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP CHẾ TẠO SẴN CHO KHU VỰC TP HỒ CHÍ MINH“

II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG :

1- NHIỆM VỤ:

Nghiên cứu các phương pháp tính toán sức chịu tải của cọc bê tông cốt thép chế tạo sẳn cho khu vực đất yếu Tp.Hồ Chí Minh; So sánh các phương pháp và kiến nghị phương pháp tính toán hợp lý nhất cho khu vực đất yếu tại Tp.Hồ Chí Minh

2- NỘI DUNG:

Chương mở đầu

Chương 1: Tổng quan về tình hình sử dụng móng cọc trong xây dựng và Đặc điểm địa

chất khu vực Tp Hồ Chí Minh

Chướng 2: Cơ sở lý thuyết các phương pháp tính sức chịu tải của cọc

Chương 3: Phân tích đặc điểm và kết quả tính toán các lời giải tính sức chịu tải của cọc Chương 4: Tổng hợp các so sánh và phân tích kết quả tính toán với kết quả thử tĩnh cọc Chương 5: Ứng dụng các kết quả nghiên cứu để tính toán cho các công trình ở khu vực

đất yếu Đặc biệt tính cho Khu Đô Thị mới Thủ Thiêm - Quận 2- Tp.HCM Kết luận và kiến nghị

III- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:

CB HƯỚNG DẪN 1 CB HƯỚNG DẪN 2 BỘ MÔN QUẢN LÝ NGÀNH

Nội dung và đề cương luận văn thạc sĩ đã được Hội đồng chuyên ngành thông qua

LỜI CẢM ƠN

Sau hơn sáu tháng làm việc tích cực dưới sự hướng dẫn của TS.Võ Phán và TS.Châu Ngọc Aån, Em đã hoàn thành luận văn cao học “Nghiên cứu các phương pháp tính toán sức chịu tải của cọc bê tông cốt thép chế tạo sẵn cho khu vực đất yếu Tp.Hồ Chí Minh”

Để hoàn thành Luận văn này, Em luôn ghi nhớ sự tận tình dạy dỗ của Quý Thầy và sự giúp đỡ, đông viên của Gia đình và Bạn bè

Từ đáy lòng Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy Võ Phán, cùng quý Thầy Trường Đại học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh, Gia đình, bạn bè đã giúp đở Em hoàn thành Luận Văn này

Tp.Hồ Chí Minh, Ngày 02 tháng 3 năm 2006

MỤC LỤC

CHƯƠNG MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu của luận văn 1

3 Phương pháp nghiên cứu được lựa chọn 2

4 Ý nghĩa khoa học và giá trị thực tiễn của luận văn 2

5 Cấu trúc luận văn 2

6 Giới hạn đề tài 3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH SỬ DỤNG MÓNG CỌC TRONG XÂY DỰNG VÀ ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT KHU VỰC TP.HỒ CHÍ MINH 1.1 Tình hình sử dụng móng cọc ở khu vực Tp.Hồ Chí Minh 4

1.2 Đặc điểm địa chất khu vực Tp.Hồ Chí Minh 7

1.3 Các thành công và thất bại trong phương án móng cọc của một số công trình ở khu vực Tp.Hồ Chí Minh 9

1.4 Các tồn tại và hướng giải quyết 12

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC 2.1 Phương trình tổng quát về sức chịu tải dọc trục 17

2.2 Tính sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cường độ đất nền 18

2.3 Tính sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ lý 20

2.4 Tính sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu đóng cọc 22

2.5 Tính sức chịu tải của cọc theo kết quả xuyên tiêu chuẩn SPT 24

2.8 Kết luận và nhận xét 37

CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM VÀ KẾT QUẢ TÍNH TOÁN CỦA CÁC LỜI GIẢI TÍNH SỨC CHỊU TẢI CỌC 3.1 Phân tích đặc điểm các phương pháp tính toán sức chịu tải của cọc 39

3.2 Chất lượng của cọc bê tông cốt thép chế tạo sẵn 49

3.3 Kết quả tính toán của các lời giải tính sức chịu tải cọc 51

3.4 Kết luận và Nhận xét CHƯƠNG 4 TỔNG HỢP CÁC SO SÁNH VÀ PHÂN TÍCH CÁC KẾT QUẢ TÍNH TOÁN VỚI KẾT QUẢ THỬ TĨNH CỌC 4.1 So sánh kết quả tính toán sức chịu tải cực hạn của cọc 60

4.2 Phân tích và lựa chọn phương pháp tính toán hợp lý 62

CHƯƠNG 5 ỨNG DỤNG CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐỂ TÍNH TOÁN CHO KHU ĐÔ THỊ MỚI THỦ THIÊM –QUẬN 2 -TP.HỒ CHÍ MINH 5.1 Đặc điểm địa chất khu vực Đô thị mới Thủ Thiêm Quận 2 64

5.2 Ứng dụng vào tính toán sức chịu tải cọc thuộc Đô thị mới Thủ Thiêm – quận 2 66

5.3 Kết luận và Nhận xét 70

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 71

TÀI LIỆU THAM KHẢO 73

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Tên đề tài:

“Nghiên cứu các phương pháp tính toán sức chịu tải của cọc bê tông cốt thép chế tạo sẵn cho khu vực Tp.Hồ Chí Minh”

Tóm tắt:

Hiện nay, trong công tác tính toán sức chịu tải cực hạn của cọc bê tông cốt thép có nhiều phương pháp Trong khi đó chưa có sự kiểm chứng lại nhằm tìm ra phương pháp phù hợp với kết quả chuẩn là thử nén tĩnh cọc tại hiện trường (được xem là tin cậy nhất hiện nay) Vì vậy tác giả đã tiến hành kiểm tra tính toán lại các phương pháp tính sức chịu tải của cọc cho các công trình cụ thể đã sử dụng cọc bê tông cốt thép chế tạo sẵn cho khu vực Đất yếu Tp.Hồ Chí Minh

Trên cơ sở tính toán cho các công trình cụ thể, Luận văn đưa ra phương pháp tính toán sức chịu tải của cọc phù hợp nhất so với kết quả thử nén tĩnh cọc

Trong khi đó việc xác định sức chịu tải cực hạn của cọc theo kết quả nén tĩnh cọc tại hiện trường cũng có nhiều phương pháp xác định khác nhau Luận văn phân tích đưa ra phương pháp xác định sức chịu tải cực hạn của cọc hợp lý theo kết quả thử nén tĩnh cọc hiện trường

Qua đó Tác giả đưa ra được phương pháp xác định sức chịu tải cực hạn của cọc hợp lý nhất theo số liệu nén tĩnh cọc hiện trường, đồng thời cũng đưa ra được phương pháp tính sức chịu tải cực hạn của cọc theo số liệu thí nghiệm đất ở trong phòng và hiện trường hợp lý nhất cho khu vực đất yếu Tp.Hồ Chí Minh

to result of static loading pile test (trusty value)

For this reason, the writer has calculated and checked all the methods for determining the load capacity of pile for specific construction project on soft soil in Ho Chi Minh City The Thesis is based on the calculated result for specific construction project to explain the method for determining the load capacity of pile which corresponded to the result of static loading pile test

While there are many methods to determine ultimate load capacity of static loading pile test So the Thesis shows the appropriate method to define ultimate load capacity (Qu)

So that, writer bring out the correspond method to determine ultimate load result of static loading pile test, at the same time writer also analysis to choose a suitable method determining the ultimate load capacity of pile based on the mechanical properties of soil

MỞ ĐẦU

móng cọc được sử dụng rộng rãi Trong khi đó, vấn đề xác định sức chịu tải của cọc đơn vẫn chưa được giải quyết, trong trường hợp nếu tính toán thì có sự khác nhau rất lớn giữa các phương pháp, cũng như giá trị tính toán thiết kế so với kết quả thí nghiệm nén tĩnh hiện trường

đoạn thi công, việc điều chỉnh lại thiết kế nền-móng công trình cho phù hợp đã xuất hiện nhiều đối với các công trình cao tầng ở khu vực Tp Hồ Chí Minh

nghiệm nén tĩnh cọc tại hiện trường vẫn còn nhiều vấn đề tranh cãi, do có nhiều phương pháp xác định khác nhau

hợp nhất so với kết quả nén tĩnh hiện trường (được xem là tin cậy nhất hiện nay và theo đúng quy trình xây dựng Việt Nam), cho khu vực đất yếu tại Tp Hồ Chí Minh

tải cực hạn của cọc hợp lý nhất

bê tông cốt thép chế tạo sẵn theo kết quả xuyên tiêu chuẩn (SPT) cho khu vực đất yếu tại Tp Hồ Chí Minh

- Nghiên cứu thực nghiệm: Trên cơ sở phân tích số liệu và kết quả thực nghiệm có được so sánh với cơ sở lý thuyết đã được nghiên cứu

được phát triển là tất yếu Khi đó giải pháp móng cọc sẽ được lựa chọn trước tiên, nhất là các khu vực đất yếu, đặc biệt là khu vực Đô thị mới Thủ Thiêm Quận 2

quả thử tĩnh cọc hợp lý nhất

thức với kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc tại hiện trường, từ đó kiến nghị công thức xác định sức chịu tải cực hạn của cọc gần đúng nhất với kết quả thử tĩnh cọc

kiến nghị, và phần phụ lục tính toán

- Đề tài chủ yếu đi vào nghiên cứu sức chịu tải của cọc đơn bê tông cốt thép chế tạo sẵn

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH SỬ DỤNG MÓNG CỌC TRONG

Song song đó, thời gian gần đây, chính quyền Tp.Hồ Chí Minh đã nhận thấy rõ việc xây dựng toàn bộ hệ thống hạ tầng kỹ thuật đô thị luôn bị chậm trễ, không phải do yếu tố vốn, mà do thiếu quỹ nhà tái định cư Theo đó Thành phố sẽ phải xây dựng chung cư cao tầng dành cho tái định cư của các dự án

Mặc khác, tình hình người dân thành phố chấp nhận ở nhà chung cư cao tầng, thậm chí ở những tầng trên cao (thoáng, yên tĩnh, cảnh quan đẹp) đang có chiều hướng thuận lợi và rất nhiều chủ đầu tư đã nhận ra, đang tích cực hướng đến xây dựng chung cư cao tầng [5]

Trên cơ sở đó nhiều dự án chung cư cao tầng này cũng như các công trình cao tầng khác đã đang và sẽ phát triển khá nhanh Trong đó giải pháp móng cọc sẽ được xem xét trước tiên

Hình 1.1: Chung cư lô B27 An Phú An Khánh – Quận 2

Ngoài ra các dự án nhà cao tầng dùng cho tái định cư như trên thì Tp Hồ Chí Minh đang có xu hướng phát triển công trình cao tầng của các dự án mang tính chất kinh doanh được cũng phát triển khá mạnh, như: Các cao ốc Văn phòng cho thuê ở Trung tâm Thành phố, Dự án chung cư cao cấp của Công ty Nam Long Quận 7, Khu chung

cư cao tầng của Công ty Hoàng Quân Quận 7, dự án các chung cư cao tầng dùng cho người có thu nhập thấp của Tổng Công ty Địa ốc Sài Gòn ở Bình Chánh…

Để đảm bảo tính an toàn và ổn định của các công trình cao tầng thì giải pháp móng hợp lý luôn luôn được quan tâm hàng đầu

1.1.2 TÌNH HÌNH SỬ DỤNG PHƯƠNG ÁN MÓNG CỌC CHO CÁC CÔNG TRÌNH CAO TẦNG

Các công trình cao tầng ở khu vực đất yếu thường không có khả năng sử dụng phương án móng băng, móng bè trên nền tự nhiên, mà phải dùng giải pháp móng cọc (ép, đóng, nhồi…), trên những đài cọc đơn hay liên hợp, thậm chí đặt trên đài bè Các công trình đa phần dùng cọc bê tông cốt thép chế tạo sẵn

Hình 1.3: Chuẩn bị vận chuyển và ép cọc bê tông đúc sẵn

Hình 1.4: Phần cọc của móng đã được thi công xong

Hình 1.5: Đầu cọc bê tông được đập ra để liên kết với đài

Đây là giải pháp móng chiếm vị trí quan trọng hàng đầu không những về chất lượng công trình mà còn có ý nghĩa kinh tế và mục tiêu tiến bộ

Sau chỉ thị của Thủ Tướng tại hội nghị toàn quốc lần 3 về nhà ở tháng 03/2002, ở Tp.Hồ Chí Minh cao ốc và chung cư phát triển khá mạnh Sự cân nhắc về giải pháp móng cọc theo tiêu chí chất lượng và hiệu quả kinh tế càng sôi động và đặt ra hàng loạt các vấn đề cần giải quyết

Đối với móng cọc của các công trình hiện nay có 3 giải pháp được đặt trong sự cân nhắc, đó là cọc nhồi; cọc ép chế tạo sẳn và cọc ống bê tông cốt thép ứng lực trước [5]

Giải pháp cọc nhồi: đây là giải pháp móng cọc mà trong một vài trường hợp là giải

pháp tất yếu không thay thế được Ở khu vực Tp.Hồ Chí Minh thường sử dụng cọc có đường kính từ 800-1200mm Bên cạnh những ưu điểm thì giải pháp móng cọc nhồi cũng có các nhược điểm Các công trình đã sử dụng cọc khoan nhồi tại Tp.Hồ Chí Minh:

+ Khách sạn Indochine_ số 1 Lê Quý Đôn Quận 3 dùng cọc nhồi có đường kính 1000mm, chiều dài từ 35 đến 44m

+ Cao ốc văn phòng thương mại_ số 02 Ngô Đức Kế Quận 1 dùng cọc nhồi có đường kính từ 600 ÷1200mm, chiều dài từ 34 đến 55m

+ Văn phòng căn hộ Sài gòn_số 3 Nguyễn Siêu Quận 1 dùng cọc nhồi đường kính từ 900 ÷1300mm, chiều dài từ 45m

+ Plaza Hotel _ số 17 Lê Duẩn Quận 1 dùng cọc nhồi đường kính 800mm, chiều dài 40m

Giải pháp cọc ép: Từ giữa năm 2002 đến nay đã xuất hiện các máy ép cọc có lực

ép lớn hơn 200Tấn, nên trong một vài trường hợp có thể thay thế giải pháp móng cọc khoan nhồi, như tại các chung cư 16-18 tầng ở Quận 4 và Bình Thạnh (Chung cư Phường 1 Quận 4, Chung cư 18 tầng Phường 2 Bình Thạnh…) Đặc biệt các công trình cao tầng hiện nay tại các khu vực đất yếu Tp.Hồ Chí Minh luôn chọn giải pháp móng cọc ép, tại các khu vực khác có tầng laterite dày từ 2 đến 3m như ở Quận 3, Quận 10, Quận 11… thì giải pháp cọc ép vẫn được lựa chọn và kết hợp biện pháp khoan mồi, như: Trụ sở Công ty Tư vấn xây dựng điện 3 _ Ngô Thời Nhiệm Quận 3, Chung cư Phú Thọ Quận 11…

Giải pháp cọc ống bê tông cốt thép ứng lực trước: Đã được áp dụng tại Tp.Hồ

Chí Minh nhưng chưa phổ biến do thiết bị thi công có tải trọng lớn, đã áp dụng ở một

+ Các cao ốc ở Phú Mỹ Hưng Quận 7, các công trình này được thi công với giàn ép cọc tự hành với lực ép tối đa lên đến 680T

Ưu điểm của giải pháp cọc ống bê tông cốt thép ứng lực trước là có thể xuyên qua các lớp sét cứng mỏng phía trên hay các thấu kính cát, chất lượng bê tông đảm bảo hơn cọc nhồi, độ cứng được tăng cao

Mặc dù vậy, hiện nay cọc bê tông cốt thép chế tạo sẵn (cạnh cọc từ 25÷40cm) được thi công bằng phương pháp ép vẫn được sử dụng rất phổ biến cho các công trình nhà cao tầng (thấp hơn 18 tầng) trong điều kiện nền đất yếu, do có các ưu điểm chính sau:

giữa đất – cọc (phần ma sát và kháng mũi) được đảm bảo

Tuy nhiên bên cạnh đó cũng có một số nhược điểm như: Không thể xuyên qua lớp sét cứng, cát chặt có chiều dày tương đối lớn xen kẹp trong nền;

Sức chịu tải của cọc không cao do khả năng thiết bị ép bị hạn chế (do một số qui định hành chính không cho đóng cọc trong Tp.HCM)

1.2 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT KHU VỰC TP.HỒ CHÍ MINH [9]

1.2.1 Phân vùng trầm tích Đệ Tứ

Theo tài liệu địa chất và bản đồ phân vùng địa chất công trình lãnh thổ Việt Nam, khu vực Tp.Hồ Chí Minh nằm trên đơn nguyên địa hình chuyển tiếp giữa hai kiểu địa hình đồng bằng cao tích tụ bóc mòn dạng bậc thềm trầm tích phù sa Đệ Tứ cổ miền Đông Nam Bộ và địa hình đồng bằng thấp tích tụ trầm tích phù sa Đệ tứ trẻ miền Tây

Đặc trưng của hệ trầm tích yếu trong khu vực là đang trong quá trình biến đổi tích tụ, bão hòa nước và bắt đầu vào quá trình cố kết, nên các tầng đất mềm yếu đến rất mềm yếu, khả năng chịu tải thấp, dễ biến dạng Đây là đối tượng trực tiếp đòi hỏi phải có các giải pháp xử lý nền và kỹ thuật nền móng thích hợp để xây dựng công trình

Dựa trên sự phân tích các dữ liệu khoan đo khảo sát địa kỹ thuật cho các công trình xây dựng trên phạm vi thành phố và các vùng phụ cận, có thể khái quát phân vùng, phân bố trầm tích Đệ tứ và chia đơn nguyên thành phố thành 02 vùng với một số đặc thù riêng:

Hóc Môn, Củ Chi, Thủ Đức Vùng này có thể được xem là vùng sườn phía Nam và Đông Nam của địa hình đồng bằng cao bồi tích tụ thềm cổ miền Đông Đặc điểm địa chất công trình của vùng này là hệ trầm tích phù sa Pleixtocen, cấu trúc phần trên gồm các tầng sét, sét cát, sét cát chứa laterit, cát bột sét, cát lẫn sỏi nhỏ thạch anh và là bồn chứa các trầm tích phù sa trẻ chủ yếu dạng bùn sét,

á sét hữu cơ dày không quá 10m đến 15m ở thềm các sông Sài Gòn và Đồng Nai

Nhà Bè và Cần Giờ Đặc điểm địa chất của vùng này là hệ trầm tích phù sa sông biển đầm lầy trẻ hệ thứ tư bao phủ khắp bề mặt gồm các tầng sét bùn, bùn

á sét hữu cơ bão hòa nước, bề dày từ 10m đến 30m, 40m rất mềm yếu Các tầng trầm tích trẻ này nằm phủ trực tiếp trên các tầng trầm tích được phát hiện ở độ sâu từ 25m đến 35m có chỗ tới 45m trong các mặt cắt trụ hố khoan

1.2.2 Sự phân bố và đặc trưng kỹ thuật của trầm tích trẻ Holoxen:

Trầm tích phù sa trẻ Holoxen gần như phủ kín khắp bề mặt khu vực, ở phía Bắc bề dày từ 1m đến 3m tại các triền sông hay rạch nhỏ và từ 10m đến 20m tại triền sông Sài Gòn – Đồng Nai Ở phía Nam, nó phủ hoàn toàn bề mặt, bề dày tương đối lớn từ 8m đến 30m, một số nơi bề dày từ 35m đến 40m

Căn cứ theo điều kiện và nguồn gốc thành tạo, dựa vào dữ liệu kỹ thuật có thể sơ bộ đánh giá đặc điểm chung của các tầng trầm tích trẻ như sau:

- Rất mềm yếu, hoàn toàn bão hòa nước và chưa cố kết, độ ẩm rất cao từ 50%

- Độ bền và sức chịu tải thấp, thường được xem là không đáng kể trong tính toán nền móng

1.2.3 Sự phân bố và đặc trưng kỹ thuật của trầm tích cổ Pleixtoxen:

Trong phạm vi khu vực Tp.Hồ Chí Minh trầm tích phù sa cổ Pleixtoxen có nguồn gốc sông, ở cao độ từ 3m đến 20m tại các huyện Củ Chi, Hóc Môn, Gò Vấp và một phần các Quận Phú Nhuận, Tân Bình,1, 3, 5 Tại vùng thấp phía Nam tất cả đều chìm dưới lớp phù sa trẻ Holoxen _ được nhận diện trong các hố khoan khảo sát tại Khu Chế xuất Tân Thuận ở độ sâu từ 12m đến 16m và từ đây chuyển tiếp sang các thành hệ trầm tích cổ nguồn gốc vũng vịnh biển

Thành phần cấu trúc phổ biến của các tầng đất trầm tích phù sa cổ nguồn gốc sông phân bố theo chiều sâu từ trên xuống dưới như sau:

laterit, độ dày từ 3 đến 5m, cục bộ dày tới 8m đến 10m tùy theo điều kiện hình thành

trắng, dẻo mềm đến cứng, dày từ 3m đến 12m

Thành phần chủ yếu là cát thạch anh, là tầng chứa nước và bão hòa nước, trạng thái chặt vừa đến chặt và rất chặt có độ dày dao động từ 5m đến 20m

1.3 CÁC THÀNH CÔNG VÀ THẤT BẠI TRONG PHƯƠNG ÁN MÓNG CỌC CỦA MỘT SỐ CÔNG TRÌNH Ở KHU VỰC TP.HCM

Trong công tác xây dựng nhà cao tầng hiện nay ở khu vực Tp.Hồ Chí Minh đã đạt được những thành công nhất định, dần dần phương án móng bè được thay thế bằng phương án móng cọc Điều này chứng tỏ được những ưu thế vốn có của móng cọc, như:

+ Hạn chế hư hại các công trình lân cận trong quá trình xây dựng với điều kiện xây chen hiện nay

+ Tránh được công tác đào đất và vận chuyển với khối lượng lớn nhất là các công trình có diện tích đất xây dựng không lớn và không có tầng hầm

+ Đưa được tải trọng lớn xuống lớp đất tốt phía dưới

Các công trình đã sử dụng móng cọc thành công khá nhiều, nhưng phải kể đến các công trình đã xây dựng từ lâu mà đến nay vẫn ổn định[4]

+ Khách sạn New World _ Lê Lai Quận 1: Đây là công trình được xem là tốt nhất trong việc xác định sức chịu tải cọc Cọc được dùng là cọc vuông bê tông cốt thép chế tạo sẳn với kích thước:350x350 dài 35m và cọc 400x400 dài từ 27.5 đến 36.3m

+ Cao ốc văn phòng và Thương mại (MeLinh Point)_ số 2 Ngô Đức Kế Quận 1 : 22tầng+2tầng hầm, cũng được xem là một thành công trong việc chọn giải pháp móng cọc, mặc dù có thay đổi chiều dài cọc của loại cọc đường kính

600, 900mm từ 22, 25m lên 34m

+ Khách sạn Palace đường Nguyễn Huệ Quận 1, xây dựng trước năm 1975, công trình 16 tầng này dùng cọc đóng trên nền đất yếu [2], đến nay vẫn ổn định

+ Chung cư 15 tầng Ngô Tất Tố - Bình Thạnh, giải pháp móng băng trên nền cọc ép (0.3x0.3m) đã được sử dụng Đây là công trình cao nhất sử dụng cọc bê tông cốt thép chế tạo sẵn vào thời điểm xây dựng (1997)

Hình 1.6: Móng cọc của Chung cư 15 tầng Ngô Tất Tố - Bình Thạnh

Bên cạnh những thành công của giải pháp móng cọc thì trong một vài trường hợp, giải pháp này cũng có một vài thiếu sót nhất định, có thể do công tác khảo sát địa chất, công tác thiết kế hay trong quá trình thi công, các công trình được kể đến như: + Chung cư 7 tầng ở Bình Thạnh, Thiết kế móng cọc chủ quan không đúng với thực tế địa chất công trình: Thiết kế chọn cọc 250x250 dài 21m, sau đó chuyển thành 28.5m Nhưng khi thi công chỉ ép được 6m và lực ép lớn hơn lực ép lớn nhất cho phép và đầu cọc bị bể Sau đó cọc được thử tĩnh và tính toán lại đều đạt mức ổn định cho phép [2] Trường hợp sai sót do thiết kế

Hình 1.7: Chung cư 7 tầng ở Bình Thạnh Cọc chỉ ép được 6m

+ Công trình Plaza Hotel_số 17 Lê Duẩn Quận 1: Thiết kế thi công cọc đường kính 800mm, dài 30m Sau khi thi công và thử tải tĩnh 5 cọc cho kết quả sức chịu tải của cọc không phù hợp với thiết kế đưa ra Đã phải thi công bổ sung

27 cọc đường kính 800mm dài 35m và xử lý đài cọc Từ đó cung cấp số liệu cho thiết kế lần 2 là cọc với đường ính 800mm, dài 40m [4]

Hình 1.8: Dạng cọc và đài được bổ sung khắc phục (Plaza Hotel Quận 1)

+ Ngoài ra trong quá trình thí công cọc ép quá nhiều cộng với điều kiện địa chất không thuận lợi gây ra hư hỏng các công trình lân cận như công trình 286 Trần Hưng Đạo Quận 1

Trong hai trường hợp nêu trên, sai sót đều xuất phát từ khâu lựa chọn và tính toán giải pháp móng cọc, ít quan tâm đến đặc điểm địa chất của công trình, chọn giải pháp móng cọc chưa hợp lý

: Cọc bổ sung

: Cọc đã thi công

1.4 CÁC TỒN TẠI VÀ HƯỚNG GIẢI QUYẾT:

Công tác khảo sát địa chất công trình cao tầng chưa được Đơn vị khảo sát cũng như Đơn vị thiết kế xem trọng, chủ yếu là xem xét địa tầng các lớp đất chọn chiều dài cọc, ít quan tâm đến đặc tính cơ lý của từng lớp

Trong công tác thiết kế giải pháp móng cọc, gặp trường hợp thiết kế sức chịu tải của cọc thường không đúng với điều kiện thực tế, cũng như là chiều dài của cọc

Trong công tác thi công thì phương án cọc ép gặp phải lớp sét cứng ép không qua, thông thường là chọn giải pháp khoan mồi hoặc dùng cọc ống dự ứng lực để ép với lực lớn hơn

Như vậy, để tránh gặp phải những điều không mong muốn xảy ra trong phương án móng cọc, cần chú ý đến số liệu khảo sát địa chất của công trình nhất là kết quả thí nghiệm hiện trường Cần tính toán được sức chịu tải cực hạn của cọc trên cơ sở tính toán có sai số nhỏ đối với kết quả nén tĩnh cọc tại hiện trường Do đó việc xác định sức chịu tải cực hạn của cọc trên cơ sở nén tĩnh cọc cần được chọn phù hợp, cũng như chọn được công thức tính toán sức chịu tải cực hạn của cọc hợp lý nhất là hai vấn đền lớn cần phải được giải quyết trong phương án móng cọc

CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN SỨC

CHỊU TẢI CỦA CỌC

2.1 PHƯƠNG TRÌNH TỔNG QUÁT VỀ SỨC CHỊU TẢI DỌC TRỤC [1]

Sức chịu tải cực hạn của cọc được chia thành sức kháng bên và mũi như sau:

Trong đó:

và chu vi thân cọc

cọc và tiết diện ngang mũi cọc Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng: sức kháng bên đạt cực hạn rất nhanh (ở chuyển vị khoảng 3÷5mm) ngược lại sức kháng mũi đạt cực hạn rất chậm Dưới tải trọng cho phép, chuyển vị của cọc [s] khá nhỏ, do đó sức kháng mũi chỉ được huy động một phần nhỏ (trong khi đó, sức kháng bên của cọc đã được huy động khá lớn)

Đối với loại đất giảm yếu khi biến dạng lớn, khi chuyển vị của cọc là s, sức kháng

tăng dần lên, trong khi sức kháng mũi vẫn tăng thì sức kháng bên lại giảm đi Như vậy, Sức chịu tải cực hạn của cọc không phải là tổng của hai giá trị cực hạn (sức chống mũi và ma sát bên)

Trong các công thức tính toán sức chịu tải cực hạn theo lý thuyết thì lúc nào cũng tính với sức chống mũi và ma sát thành là lớn nhất Cụ thể có các phương pháp tính toán như sau:

2.2 TÍNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO CHỈ TIÊU CƯỜNG ĐỘ ĐẤT NỀN

2.2.1 SỨC CHỊU TẢI CỦA ĐẤT Ở MŨI CỌC

Sức chịu mũi của cọc được xác định theo công thức như sau:

c p p p

, q

c N N

Vesic đề nghị một phương pháp xác định sức chịu tải ở mũi cọc như sau:

=

' 3

2 1

N q

K cN

A q A

Q p p p p c

(2.5)

Sức chịu tải của cọc được xác định như sau:

w q A f A w Q Q

Q u = s + p − = s s + p p −

Qs : tổng sức chống cắt giữa đất và mặt bên của cọc

As : diện tích xung quanh cọc tiếp xúc với đất

Ap : diện tích tiết diện ngang ở mũi cọc Cường độ chịu tải của đất dưới mũi cọc, qp, tính theo công thức :

qp = cNc + σ’vp Nq + γdpNγ

(2.7) Trong đó:

σ’vp : Tải trọng bản thân hữu hiệu của nền đất ở mũi cọc (T/m2)

Nc, Nq, Nγ : Các hệ số phụ thuộc vào góc ma sát trong của đất

2.2.2 SỨC CHỊU TẢI DO MA SÁT XUNG QUANH CỌC

Thành phần Qs có thể xác định bằng cách tích phân lực chống cắt đơn vị fs của đất - cọc trên toàn bộ mặt tiếp xúc của cọc và đất, lực chống cắt này cho bởi biểu thức của Coulomb:

fs= ca+σ’h tgϕa = ca + Ks σ’v tgϕa

(2.8)

Các giá trị ca, ϕa, Ks được xác định theo nhiều tác giả như: B.J.Das; Broms;

Jacky…

Thành phần ma sát bên được tính:

Trong đó:

ϕi : Góc ma sát của đất (độ)

ci : lực dính giữa cọc và đất, thường lấy bằng lực dính của đất (T/m2)

σ’v: ứng suất bản thân của lớp đất đang xét (T/m2)

2.3 TÍNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA ĐẤT NỀN (PHƯƠNG PHÁP THỐNG KÊ) [2]

Sức chịu tải của cọc đơn được xác định theo công thức sau (Phụ lục A _ Tiêu chuẩn

Phương pháp này dựa vào cơ sở kết quả chỉnh lý rất nhiều số liệu thực tế về thí

nghiệm cọc hạ trong nhiều loại đất khác nhau để tìm lực ma sát giới hạn trung bình của đất tại mặt bên của cọc và phản lực đất nền ở mũi cọc Theo phương pháp này, sức chịu tải của cọc được xác định bằng biểu thức sau:

) (

p R

tc m m q A u m f l Q

Trong đó:

qp và fs: cường độ chịu tải ở mũi cọc và thân cọc, được lấy theo các bảng tra phụ

thuộc vào thành phần và trạng thái của đất

mr, mf : các hệ số làm việc của đất lần lượt ở mũi cọc và thân cọc có kể đến ảnh

hưởng của phương pháp hạ cọc đến sức chống tính toán của đất, được xác định theo bảng tra

Khi gặp trường hợp lớp bên trên là san lấp hay lớp đất dễ bị xói trôi thì tính toán với các lớp đất nằm lần lượt bên dưới

Sức chống ở mũi cọc đóng và cọc ống không nhồi bê tông, qp, T/m2

Của đất cát chặt vừa

Của đất sét với chỉ số sệt IL bằng

25 1340 900 680 520 350 195 120

30 1420 950 740 650 380 210 130

35 1500 1000 800 600 410 225 140

Ma sát bên của cọc, fS, T/m2Của đất cát, chặt vừa Thô và

chiều sâu mà tại đó độ chối thực tế bằng độ chối thiết kế, nghĩa là cọc có sức chịu tải thực tế tính toán bằng sức chịu tải trong thiết kế Nếu độ chối thực còn bé thua độ chối thiết kế thì phải tiếp tục đóng cọc sâu xuống nữa, cho đến khi bằng độ chối thiết kế mới thôi Thực chất của vấn đề là việc dùng kết quả thí nghiệm cọc bằng tải trọng động để sửa đổi lại thiết kế

Trong quá trình đóng cọc, nếu ta quan sát năng lượng cho bởi một nhát búa E=Wh, với

W là trọng lượng phần va đập của búa và h là chiều cao rơi, theo nguyên lý cân bằng năng lượng E sẽ bằng với sức chịu tải cực hạn của cọc nhân với độ xuyên của cọc vào đất , e, do chính nhát búa ấy

+

+ +

cd c n

f p

p u

W W W

W W e W e nA

E M

nA Q

+

+ +

f u

W W

W c

e

c e E c

e

c e Q

(2.12)

)(24

1

h H g W W

W A

n A

n

c s

h p

=

θ

(2.13)

no, nh : hệ số chuyển từ sức chống cắt động sang sức chống cắt tĩnh của đất ở mũi cọc

2.4.2 CÔNG THỨC WELLINGTON:

Công thức của Wellington đã ra đời rất sớm, ngày nay vẫn được sử dụng ở các nước Bắc Mỹ dưới tên Engineering News, có dạng:

c e

kE c

e

WH Q

f f

u

+

=+

(2.14) Trong đó :

W : trọng lượng phần rơi của búa,

H : chiều cao rơi của búa

ef : độ chối của búa, độ xuyên của cọc vào đất do một nhát búa sau khi để

c : hằng số xét đến năng lượng thất thoát; = 2,54 cm với búa rơi; = 2,54

E : năng lượng búa

k : hệ số năng lượng búa

Ngoài ra tính toán sức chịu tải của cọc theo công thức đóng cọc còn một số tác giả khác như : Janbu, Chilley, Danish

2.5 TÍNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM XUYÊN TIÊU CHUẨN (SPT) [7]

Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT) được tiến hành bằng cách đóng một mũi xuyên có dạng hình ống mẫu vào trong đất từ đáy một lỗ khoan đã được thi công phù hợp

Đầu xuyên là ống thép có tổng chiều dài đến 810mm, gồm 3 phần Phần mũi phần thân và phần đầu nối Phần này được nối với nhau bằng ren, quy cách cụ thể như sau:

+ Góc vát lưỡi cắt, độ: 16÷23

Trọng lượng quả búa, daN: 63.5±1

Độ cao rơi tự do, mm: 760±2.5

2.5.1 TÍNH THEO CÔNG THỨC CỦA TCXD 205-1998 [3]:

Từ những nghiên cứu của Tshébotarioff, Terzaghi và Peck, Huizigua, Rios và Silva ở Brasil về sự tương quan giữa các kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh, xuyên động và bàn nén Meyerhof cũng đã đề nghị sức chịu tải cực hạn của cọc, tính theo kết quả thí nghiệm SPT như sau:

trung bình của đất trong khoảng 1D dưới mũi cọc và 4D trên mũi cọc

fs (kPa)= 2Ntb cho cọc đóng và =Ntb cho cọc nhồi và cọc nhỏ

2.5.2 TÍNH THEO CÔNG THỨC CỦA NHẬT BẢN [3]

Ls: chiều dài đoạn cọc nằm trong cát, m

Trong quá trình tính sức chịu tải cực hạn của cọc theo kết quả sức chịu tải cho phép, tác giả chọn hệ số an toàn FS=3

2.5.3 TÍNH THEO CÔNG THỨC CỦA SCHMERTMANN [8]

Cách tính của Meyerhof đã được nhiều tập thể tác giả (Schmertmann, Lai, Graham, McVay…) sửa đổi và bổ sung liên tục trong hơn 10 năm qua để áp dụng cho mọi loại cọc đúc sẵn, trong mọi loại đất và với độ tin cậy cao hơn, trong đó sức kháng bên được lấy theo bảng cho từng loại đất được thể hiện bảng dưới đây:

Bảng 2.3: Sức kháng bên f i kPa, Cách tính Schmertmann SPT

41.84

N)N(110

nhiều bụi; Bụi

4

N)N(110

vỏ sò, hến

0.96N

Nếu ta gọi đất ở mũi cọc là điểm A thì sức kháng mũi được tính trung bình như sau:

Giá trị qp được tính toán dựa trên bảng dưới đây:

Bảng 2.4: Sức kháng mũi q p (kPa), Cách tính Schmertmann SPT

nhiều bụi; Bụi

153N

vỏ sò, hến

345N

động đối với cọc bê tông, đó là:

3p

QfQ

(2.17)

sức kháng bên là 2 và hệ số an toàn cho sức kháng mũi là 2x3=6

2.6 TÍNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO KẾT QUẢ XUYÊN TĨNH (CPT)[3]

Thiết bị xuyên tĩnh tiêu chuẩn được quy định như sau: cho phép sử dụng hai loại đầu xuyên, đầu xuyên có gắn măng xông đo ma sát và đầu xuyên không có gắn măng xông đo ma sát Chiều dài tổng cộng của đầu xuyên (bao gồm mũi côn, măng xông

đo ma sát và phần cần tiếp theo) phải đúng bằng 1000mm

Mũi côn gồm 2 thành phần: chóp nón và phần hình trụ tiếp theo Kích thước chuẩn:

cao của phần hình trụ tiếp theo của chóp nón là 5mm

Măng xông đo ma sát: đường kính của măng xông đo ma sát phải bằng đường kính đáy mũi côn, với dung sai +0.35mm (cả trong chế tạo và trong sử dụng)

Vận tốc xuyên chuẩn quy định là 2cm/s Vận tốc này phải giữ không đổi trong suốt quá trình thí nghiệm

Cách tính LCPC cũ của Bustamante và Gianeselli (Laboratoire Central des Ponts et Chaussées - Pháp) được đưa ra vào năm 1982 tại hội nghị Châu Aâu về ‘Thí nghiệm xuyên’ Sau đó cách tính này được chỉnh nhiều lần Tuy nhiên, chính hai tác giả này trong hội nghị 1982 đã nêu ra rằng, cách tính này có độ tin cậy không cao lắm Cách tính này là cách tính được trình bày trong Tiêu chuẩn Việt Nam TCXD 205-1998 cũng như một số giáo trình nền móng xây dựng hiện hành [9]

Tính toán sức chịu tải cực hạn của cọc theo Tiêu chuẩn Việt Nam TCXD 205-1998: sức chịu tải của cọc được tính toán trên cơ sở sức chống xuyên đầu mũi qc

Sức chống cực hạn ở mũi cọc được xác định theo công thức:

Bảng 2.5: Bảng tra các hệ số K c và q c dùng cho cọc bê tông cốt thép

Sức chống cực hạn của mặt bên cọc được xác định theo công thức:

Trong đó:

i

ci si

qfα

nền

theo bảng dưới đây:

Bảng 2.6: Bảng Tương quan giữa góc ma sát ϕ và sức chống xuyên qc

ϕ (độ) ở độ sâu

cu, xác định theo công thức:

Trong đó:

Trong trường hợp khi tính toán sức chịu tải của cọc số liệu xuyên tĩnh không có, có thể áp dụng các công thức tương quan trên

2.6.2 CÁCH TÍNH LCPC (1983 ÷1992)

Cách tính LCPC mới về cơ bản vẫn giống cách tính LCPC cũ Tuy nhiên các bảng số được thay bằng đồ thị Cách tính mới này được đánh giá có độ tin cậy cao hơn

Xác định thành phần ma sát bên: các bước tính toán như sau:

- Xác định ký hiệu nhóm của cọc thiết kế

ma sát bên

Xác định sức kháng mũi, sức kháng mũi đơn vị được tính như sau:

trong đó:

- Kc : hệ số quy đổi từ CPT sang cọc tra bảng 4

từ mũi cọc xuống (B đường kính hay cạnh cọc)

Bảng 2.7: Hệ số K C cho sức kháng mũi

2.6.3 CÁCH TÍNH CỦA DE RUITER VÀ BERINGEN [8]

Xác định thành phần ma sát bên như sau:

Trong đất cát, sức kháng bên đơn vị fi là giá trị tối thiểu trong ba giá trị sau:

- f1 = fs của thí nghiệm CPT

- f3 = c x qc: Để tính sức chịu tải nén: c=1/300

- Trong đất sét quá cố kết thường α = 0.5

Xác định sức kháng mũi:

Sức kháng mũi đơn vị chính bằng giá trị trung bình của sức kháng mũi đo được từ CPT Tuy nhiên, quá trình tính “trung bình” khá phứ c tạp:

qc1: giá trị nhỏ nhất trong các giá trị qcx

qcx: giá trị trung bình qc (sức kháng mũi CPT) từ L đến L+xB (giá trị thực), rồi từ L+xB ngược lên L(giá trị nhỏ nhất)

Trong đất sét, sức kháng mũi đơn vị có thể còn được tính như phương trình sau:

đối với các loại đất khác

2.7 TÍNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO KẾT QUẢ NÉN TĨNH

Thí nghiệm nén tĩnh cọc dọc trục là phương pháp đáng tin cậy nhất trong việc xác định sức chịu tải dọc trục của cọc Thí nghiệm này cho phép kiểm nghiệm lại các phương pháp tính toán sức chịu tải khác cho cọc

Trong công tác thử tĩnh cọc hiện trường đa phần dùng hệ phản lực là đối trọng của các khối bê tông, chưa áp dụng các hệ neo hay kết hợp giữa hệ neo và đối trọng