Đánh giá hiệu quả kỹ thuật của cọc franki khi áp dụng trên địa bàn tỉnh trà vinh

cọc mở rộng đáy là một biện phap thi công đã và đang được phát triển và ứng dụng rộng nhờ vào ưu điểm và khả năng áp dụng Tuy nhiên do chưa được sử dụng rộng rãi và trang thiết bị thi công còn hạn chế tại các công trình ở Việt Nam Nghiên cứu này được đề xuất nhằm đánh gia hiệu quả kỹ thuật của cọc Franki so với cọc khoan nhồi khi áp dụng trên địa bàn tỉnh Trà Vinh góp phần mở rộng các phương án lựa chọn kết cấu móng cho công trình Là một dạng cọc đóng do vậy nó có thể xuyên qua lớp đất cứng đạt độ sâu lớn Nhờ công nghệ nén vách bê tông khô đất xung quanh đáy cọc được cải thiện do đó khả năng chịu tải ban đầu của đất cũng được tăng lên đáng kể Tác giả đã tóm tắt tính toán các két quả đã đạt được và đưa ra hướng phát triển tiếp theo

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-

LƯƠNG THANH NGUYÊN

ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KỸ THUẬT CỦA CỌC FRANKI KHI ÁP

DỤNG TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH TRÀ VINH

Chuyên ngành : Kỹ thuật Xây dựng Công trình Dân dụng và Công nghiệp

MỤC LỤC

CHƯƠNG MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọ tài 1

2 Mục tiêu nghiên c u 1

3 ố ng và ph m vi nghiên c u 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CỌC FRANKI 3

1.1 Tổng quan 3

1.1.1 Định nghĩa về cọc Franki 3

1.1.2 Lịch sử phát triển cọc Franki 3

1.1.3 Các vấn đề cần nghiên cứu về cọc Franki 4

1.1.4 Phạm vi – mục tiêu nghiên cứu 5

1.2 Điều kiện áp dụng công nghệ cọc Franki 5

1.2.1 Sơ lược về khả năng chịu lực của cọc Franki 5

1.2.2 Ưu điểm của cọc Franki 6

1.2.3 Hạn chế của công nghệ cọc Franki 6

1.3 Độ rung nền khi thi công cọc Franki 6

1.3.1 Độ rung nền 7

1.3.2 Kết quả nghiên cứu độ rung 7

1.4 Kết luận chương 10

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ KHOA HỌC TÍNH TOÁN CỌC FRANKI VÀ CỌC KHOAN NHỒI 11

2.1 Nguyên lý tính toán sức chịu tải của cọc Franki 11

2.1.1 Sơ lược về sự làm việc của cọc dưới nền đất 11

2.1.2 Cơ sở lý thuyết tính toán cọc Franki 12

2.2 Điều kiện vật liệu, trang bị máy móc thi công cọc Franki 23

2.2.1 Vật liệu thi công cọc Franki 23

2.2.2 Máy móc thi công cọc Franki 23

2.3 Quy trình thi công cọc Franki 29

2.3.1 Quy trình thi công cọc Franki điển hình 29

2.3.2 An toàn khi thi công 36

2.3.3 Các phương pháp mở rộng đáy cọc khác 37

2.4 Các dạng cọc Franki khác, quy trình thi công, ưu nhược điểm từng loại 42

2.4.1 Cọc Franki Composite Pile 42

2.4.2 Cọc Franki Excavated Pile 43

2.4.3 Cọc Franki Pile with casing topdriven 43

2.4.4 Cọc Franki VB 44

2.4.5 Cọc Mini Franki 45

2.4.6 Cọc Franki Pile thi công trong khu vực có mặt bằng hạn chế 46

2.5 Kết luận chương 47

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CỌC FRANKI VỚI ĐIỀU KIỆN ĐẤT NỀN TRÀ VINH 48

3.1 Tổng quan điều kiện đất nền Trà Vinh 48

3.1.1 Giới thiệu chung 48

3.2 Công trình tính toán sánh 49

3.2.1 Điều kiện địa chất công trình 49

3.2.2 Công trình tính toán so sánh 52

3.2.3 Quy mô kiến trúc công trình 52

3.2.4 Giải pháp kết cấu và vật liệu sử dụng 52

3.3 Tải trọng và tác động 54

3.3.1 Tĩnh tải 54

3.3.2 Hoạt tải 54

3.3.3 Tải trọng gió 55

3.4 Các bước tính toán và kết quả nội lực 57

3.5 Bài toán tính toán thiết kế cọc khoan nhồi và cọc Franki 58

3.5.1 Địa chất địa điểm xây dựng 58

3.5.2 Bài toán tính toán thiết kế so sánh cọc khoan nhồi và cọc Franki 59

3.6 Kết luận chương 81

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 82

1 KẾT LUẬN 82

2 KIẾN NGHỊ 82

TÀI LIỆU THAM KHẢO 84

PHỤ LỤC 86

EVALUATING THE EFFICIENCY OF THE FRANKI PILE TECHNIC

APPLIED IN TRA VINH PROVINCE Abstract - Bottom extension piles are a method of construction that has been

developed and applied extensively due to the advantages and applicability However,

due to the limited use and limited construction equipment in Vietnam This research was

proposed to evaluate the technical efficiency of Franki piles compared to bored piles

when applied in Tra Vinh province, contributing to the expansion of options for the

foundation of the structure It is a form of closed pile, so it can penetrate the hard soil,

reaching great depth Thanks to the compressed dry-wall technology, the soil around the

bottom of the pile is improved, so the initial load capacity of the soil is also increased

significantly The author has summarized the calculation of the results achieved and set

the direction for further development

Key words - Franki pile, closed piles, load bearing capacity, pile bottom extension.

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Tiêu chuẩn mức độ rung gây phá hoại công trình đặc trưng 7

Bảng 2.1: Bảng giá trị hệ số không thứ nguyên K (Nordlund, 1982) 13

Bảng 2.2: Bảng giá trị hệ số K/N cho một vài loại đất (Sharma, 1988) 14

Bảng 2.3: Giá trị K s cho một số loại cọc trong đất cát ( Meyerhof 1976) 15

Bảng 2.4: Trị số 2hệ số điều kiện làm việc của đất ở mặt bên mũi cọc 17

Bảng 2.5: Trị số ma sát tới hạn u i (T/m 2 ) 17

Bảng 2.6: Bảng tra hệ số , A o k , B o k 18

Bảng 2.7:Bảng tra giá trị R i ( T/m 2 ) 19

Bảng 2.8: Bảng tra hệ sối và K c 22

Bảng 2.9: Đặc trưng kỹ thuật thiết bị KPF điển hình 26

Bảng 2.10: Các số liệu cơ bản của thiết bị KPF 27

Bảng 2.11: Các trang bị ống dẫn và đầu búa thi công cọc Franki 27

Bảng 2.12: Hệ số thích dụng K max của búa đóng cọc 28

Bảng 2.13 : Sai số cho phép về lỗ cọc khoan nhồi 30

Bảng 2.14: Giới thiệu một số phương pháp và thiết bị thi công cọc có chân mở rộng ở Nhật Bản 39

Bảng 3.1: Tĩnh tải các lớp cấu tạo sàn 54

Bảng 3.2: Hệ số k 55

Bảng 3.3: Phân vùng áp lực gió (Theo TCVN 2737 – 1995) 55

Bảng 3.4: Bảng tính toán tải trọng gió tác dụng lên công trình 56

Bảng 3.5: Bảng tính m fi l i f i của móng M 1 cọc khoan nhồi 63

Bảng 3.6: Bảng tính lún 70

Bảng 3.7: Bảng tính lún cọc Franki 80

DANH MỤC CÁC HÌNH - BIỂU ĐỒ

Hình 1.1 Cọc Franki mở rộng đáy 3

Biểu đồ 1.1 Mối liên hệ giữa mức độ rung của công trình và khoảng cách 8

Biểu đồ 1.2 Ghi nhận vận tốc điểm hạt cực đại đặc trưng – phương đứng 8

Biểu đồ 1.3 Ghi nhận vận tốc điểm hạt cực đại đặc trưng – phương truyền 8

Biểu đồ 1.4 Ghi nhận vận tốc điểm hạt cực đại đặc trưng – phương ngang 8

Biểu đồ 1.5 Tổng hợp ghi nhận vận tốc điểm hạt cực đại 9

Biểu đồ 1.6 Vận tốc điểm hạt max đối với chiều sâu hạ đáy ống và khoảng cách 9

Biểu đồ 1.7 Mặt cắt dọc phương ngang của phổ vận tốc hạt cực đại 9

Hình 2.1 Dạng cọc chống 11

Hình 2.2 Dạng cọc ma sát 11

Hình 2.3 Thiết bị hạ cọc 24

Hình 2.4 Thiết bị đổ bê tông cọc 25

Hình 2.5 Quá trình thi công cọc Franki điển hình 29

Hình 2.6 Thiết bị thi công hạ cọc Franki 32

Hình 2.7 Quá trình tạo lỗ thi công cọc Franki 33

Hình 2.8 Quá trình đổ bê tông cọc 34

Hình 2.9 Thiết bị mở rộng cọc bằng gầu đào 38

Hình 2.10 Cọc Franki Composite 43

Hình 2.11 Một số hình ảnh thiết bị thi công 45

Hình 2.12 Dạng đáy một loại cọc Franki 46

Hình 2.13 Thiết bị khoan cọc Franki có đường kính nhỏ 46

Hình 3.1 Mặt cắt địa chất ven biển châu thổ Sông Cửu Long 49

Hình 3.2 Mặt cắt địa chất công trình 50

Hình 3.3 Thể hiện chiều sâu Z i 63

Hình 3.4 Mặt bằng bố trí cọc cho móng M1 66

Hình 3.5 Sơ đồ tính lún khối móng quy ước 71

Biểu đồ 3.1 So sánh khả năng chịu lực của cọc Franki và cọc khoan nhồi 81

Biểu đồ 3.2 So sánh độ sâu cọc Franki và cọc khoan nhồi 81

CHƯƠNG MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Hiện nay, ở ớ dụng một biện pháp c i thiện kh ịu t i c a cọc khoan nh i mở rộ y ằ kh ịu t i c a cọ ng thời có th

áp dụng cho việc xử lý các sự cố, khuy t tật cọc khoan nh …

Ngoài cọc khoan nh i có mở rộ y ọc còn có các biện pháp mở rộ y khác áp dụng cho các d ng cọc khác nhau Một trong những d ng cọ c mở rộng y r d ng cọc Franki

D ng cọc này c phát tri n vào nhữ y n giao c a th kỷ bởi kỹ

Fr ời Bỉ ây ột d ng cọ ô ổ t i chổ, mở rộ y

P ô ọ ọ d vậy nó có th xuyên qua

lớ t c t tớ ộ sâu lớn Nhờ công nghệ é v ô ô t xung

y ọ c c i thiệ v d ịu t u c c

Tr ịa bàn tỉ Tr V c quy ho ch và phát tri n, các nhà cao

t v v ệc, sẽ c xây dựng rộng rãi trong thời gian tới Do vậy, việc nghiên c u và áp dụng công nghệ thi công cọc mới nói chung và

cọ Fr r r ịa bàn tỉnh Trà Vinh là h p lý, góp ph n mở rộng các

g án lựa chọn k t c u móng cho các công trình, tuỳ theo từ ị m, quy

mô và yêu c u sử dụng

Vì vậy trong thời gian s p tới Trà Vinh sẽ là một tỉnh trọ m trong khu vực

v ô rì ớn sẽ với nhi t k thi công

khác nhau Chính vì những lý do trên chọ tài “Đánh giá hiệu quả kỹ thuật của cọc Franki khi áp dụng trên địa bàn tỉnh Trà Vinh”

2 Mục tiêu nghiên cứu

tài sẽ tập trung nghiên c u và làm rõ kh ịu lực c a cọc Franki khi chịu t i và so sánh vớ ọc khoan nh i v hiệu qu kỹ thuật

ệu qu kỹ thuật c a cọc Franki so với cọc khoan nh i và tính kh thi khi thực hiện áp dụng cọ Fr r ịa bàn tỉnh Trà Vinh

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

− Chương 1: Tổng quan v cọc Franki

− Chương 2: C ở lý thuy t áp dụng cọc Franki

− Chương 3: Nghiên c u ng dụng cọc Franki vớ u kiệ t

n n Trà Vinh

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CỌC FRANKI

Cọ Fr c bi n và sử dụng rộng rãi trên th giới D ng cọc này

c phát tri n vào nhữ ập niên 60 – 70 bởi kỹ Fr ời

ộ A2 N ọ K - Số 1 P H y T ô - H Nộ v ệ y TCVN 10304 - 2014 “ M ọ - T ” r ệ ố

1.1.3 Các vấn đề cần nghiên cứu về cọc Franki

- Nghiên c ở lý thuy t tính toán, thi t k cọc Franki

- Biện pháp thi công cọc Franki

1.1.4 Phạm vi – mục tiêu nghiên cứu

Nghiên c ệu qu kỹ thuật c a cọc Franki khi áp dụ r ịa

bàn tỉnh Trà Vinh

1.2 Điều kiện áp dụng công nghệ cọc Franki

1.2.1 Sơ lược về khả năng chịu lực của cọc Franki

vớ rọ v ệ 1335 N K ệ vớ rọ 2670 N

vớ 2 rọ v ệ ổ ộ ọ 16

N ữ ố r y rằ ọ ở rộ y ộ d ọ

ị ự ộ ọ

1.2.2 Ưu điểm của cọc Franki

- Cọ c thi công trong ống vì vậy các v v ớc ng m và sụp thành

- Do thi công bằ ống, vì vậy nó có th xuyên qua lớp

t c t tớ ộ sâu theo yêu c u và có th thi công t i mọ u kiệ t n n

(có th t tớ ộ â >60 r u kiện thuận l i)

- Cọc Franki có th ô ọc neo, có th mở rộ y cọc tùy theo yêu c u chịu lự ối với các t i trọ c biệ : i trọ ộ t,

1.3.2 Kết quả nghiên cứu độ rung

1.3.2.1 Đo mức độ rung của nền đất

Một vài quốc gia và một số các tổ ch c quốc t r y n cáo v

m vận tốc h t cự i cho một số lo i công trình khác nhau Amick và

Biểu đồ 1.1Mối liên hệ giữa mức độ rung của công trình và khoảng cách (Wiss 1981) 1.3.2.2 Một số biểu đồ phân tích độ rung khi thi công cọc

Vận tốc h c tính toán bởi quá trình tập h p giá trị ờng gia tốc

t i những thờ m quan trọng

Biểu đồ 1.2 Ghi nhận vận tốc điểm hạt cực đại đặc trưng – phương đứng (đã lọc)

Biểu đồ 1.3 Ghi nhận vận tốc điểm hạt cực đại đặc trưng - phương truyền

Biểu đồ 1.4 Ghi nhận vận tốc điểm hạt cực đại đặc trưng – phương ngang (đã lọc)

Biểu đồ 1.5 Tổng hợp ghi nhận vận tốc điểm hạt cực đại (đã lọc)

Những k t qu ờng hoàn thành v ộ rung c a n n, trong giới h n c a vận tốc h t cự ối với chi â y ố ọc và kho ng cách phía sau tính từ â ọ

Biểu đồ 1.6 Vận tốc điểm hạt max đối với chiều sâu hạ đáy ống và khoảng cách

Biểu đồ 1.7 Mặt cắt dọc phương ngang của phổ vận tốc hạt cực đại

So sánh với giá trị lớn nh t là 8 8 / vớ rị ớ y

ệ ở 1 1 y rằ rì ọ ở rộ y ỉ ở ớ

ữ ô rì r y ô rì ị ử d ổ y ác công trình ị

Từ những v c nêu ở trên cho th y mỗi lo i cọ u có nhữ

m riêng c a nó Việc áp dụng lo i cọc nào tùy thuộ v y ô c

m và vị trí xây dựng c a công trình

Cùng với thực t xây dựng ở ớc ta cho th y cọc Franki là lo i cọc mớ

c áp dụng t i một số công trình Tuy nhiên cọc Franki vẫ c sử dụng

t i Trà Vinh, vì vậy việc nghiên c u và áp dụng công nghệ cọc Franki cho các công trình xây dự u kiệ t n n Trà Vinh nói riêng và ở ớc ta nói chung là h p lý và c n thi t

Chương 2 CƠ SỞ KHOA HỌC TÍNH TOÁN CỌC FRANKI VÀ CỌC

KHOAN NHỒI

2.1 Nguyên lý tính toán sức chịu tải của cọc Franki

2.1.1 Sơ lược về sự làm việc của cọc dưới nền đất

Trong thực tiễn t i trọ ô rì c truy n xuống n t thông qua một

bộ phận gọi là móng Móng là bộ phận k t c d ới chân cột khung ho ờng, ti p nhận t i trọng từ trên xuống và truy n t i xuống n n

N n là bộ phận cuối cùng c a công trình, ti p nhận t i trọng công trình truy n qua móng Hình d v ớc c a n n phụ thuộc vào lo t làm n n, vào lo i móng và công trình bên trên

Móng cọc là d â r ọc là bộ phận chính có tác dụng truy n

t i trọng từ công trình lên t d ớ ọc (s u cọc) và các lớ t xung quanh cọc (s c kháng bên c a cọ ọc là bộ phận liên k t các cọc thành một khối Dựa theo cách truy n t i c a cọc ta có th phân ra d ng cọc chống, d ng cọc

ma sát và d ng cọc chống + ma sát, dựa theo tr ng thái chịu lực c a cọc có th phân ra

V sự làm việc c a cọ v ọc thông qua việc nghiên c u v tr ng thái ng su r t do cọ v ọc gây ra cho th y rằng các cọc càng

ở rộ >2

2.1.2 Cơ sở lý thuyết tính toán cọc Franki

Khi thi t k móng cọc, việ x ịnh s c chịu t i c a cọ ý ĩ rọng Cọc trong móng có th bị phá ho i do b â ờ ộ vật liệu ho d t n n bị phá ho D t k c n thi t ph x ịnh hai giá trị v s c chịu t i c a cọc

ờ ộ vật liệu ọ v ờ ộ S rị r

ự ọ rị dù v

Vớ ọ ị é ị vậ ệ ọ ô :

)

(m1m2R bt F1 R ct F ct

2.1.2.1 Tính toán cọc Franki thi công mở rộng đáy bằng búa đóng

S c chịu t i c a cọc bao g m 2 thành ph n: S ọc và s c kháng ma sát bên c a cọc

 Xác định sức kháng mũi cọc cho phép theo công thức tính toán Nordlund, 1982:

all p

3 / 2

Nb: Số WxH é

ô y V: L y f 3) K: Hệ ố ô y

Hệ ố K

(Trường hợp cọc bê tông có khuôn bọc - dạng túi)

Chú ý N: giá trị nhát búa tiêu chuẩn (SPT)

Bảng 2.2: Bảng giá trị hệ số K/N cho một vài loại đất (Sharma, 1988)

L vl s

 0

'tan  (2.3)

Tr :

Giá trị này được khuyến cáo rằng chỉ tăng dần tới độ sâu đặc trưng

L a

f   



.0

Tính toán độ chối của ống dẫn theo sức chịu tải thiết kế đối với nền đất gồm các lớp đất rời, thấm nước ở chiều sâu bằng 1,5 chiều dài cọc theo biểu thức của Eitelvein (Hà Lan):

).(

.2

Q P K N

h P e

2.1.2.2 Tính toán cọc Franki thi công mở rộng đáy bằng gầu đào và bằng phương pháp phun phụt vữa áp lực cao:

 Tính theo chỉ tiêu cơ lý đất nền (theo SNIP – 2.02.03.85)

S c chịu t i cọ c tính:

tc

tc u

 – ệ ố ô y r 2.6 ụ ộ

v rị r v ỷ ố d L r ờ ọ D(m);

10 0.62 0.65 0.67 0.70 0.73 0.75 0.77 0.79 0.81 12.5 0.58 0.64 0.63 0.67 0.70 0.73 0.75 0.70 0.80

15 0.55 0.58 0.61 0.65 0.68 0.71 0.73 0.76 0.79 17.5 0.51 0.55 0.58 0.62 0.66 0.69 0.72 0.75 0.78

20 0.49 0.53 0.57 0.61 0.65 0.68 0.72 0.75 0.78 22.5 0.46 0.51 0.55 0.60 0.64 0.67 0.71 0.74 0.77

 Sức chịu tải theo kết quả xuyên tĩnh (CPT)

P

P a

FS

Q FS Q

P F K q

Q  (2.13)Với: Kc – ệ ố ụ ộ v ớ d ớ ọ y 2 8;

q l u Q

 Sức chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT)

C pháp tính s c chịu t i c a cọc thông qua k t qu

x y ĩ ây ột d ng công th c thực nghiệ T y c chịu t i c t n x ị r ở k t qu thi nghiệm hiệ r ờng SPT

- Công thức Meyerhof cho đất rời:

] [

1

2 1

s tb p

tb

a K N F U L K N FS

Thành

ố thép

Thành bêtông

Thành

ố thép

Thành bêtông

Thành

ố thép

Thành bêtông

Thành

ố thép

é

y ù (*)

2.2 Điều kiện vật liệu, trang bị máy móc thi công cọc Franki

2.2.1 Vật liệu thi công cọc Franki

ọ ữ vị r v r rụ ẳ vớ T ô

ờ ộ ậ dẫ ớ vớ rụ ỉ v vớ ữ ở y

Tr ì ộ ậ dẫ ớ ộ ố y dẫ vớ

d T ữ ố ị d v vì

ộ (mã

ự

ờ

ố dẫ (mm)

C dài

ố

dẫ (m)

Trọ búa (T)

Số nhát

ậ trong

1 phút

Lự rút

ố

dẫ (T)

Trọ

1

d ố (kg)

ờ (mm)

Trọ búa (T)

C nâng búa (m)

* Tính toán lựa chọn búa đóng cọc:

K E

q q M

K r é ọ ớ ọ 2

ô r

K ọ ẽ d ọ theo công 2 6 ệ ố xé ớ ộ ọ :

2.3 Quy trình thi công cọc Franki

2.3.1 Quy trình thi công cọc Franki điển hình

 Sơ lược về quy trình chế tạo cọc Franki bao gồm 6 bước:

- ịnh vị ống;

- Cố ịnh, lèn ch t nút (vật liệu bê tông khô) vào trong ống;

- ống thép tớ ộ sâu yêu c u ( theo thi t k );

- Thi công mở rộ y ằ t nút bê tông khô,

- K ổ bê tông, chuy n sang thi công cọc khác

Hình 2.5: Quá trình thi công cọ Fr n hình

 Các bước quy trình thi công cọc Franki:

- Giá trị âm ở sai số cho phép về đường kính cọc là chỉ chỗ mặt cắt cá biệt,

- Sai số về độ nghiêng của cọc nghiêng không lớn hơn 15% góc nghiêng của

cọc

- H là khoảng cách giữa cốt cao mặt đất ở hiện trường thi công với cốt cao

đầu cọc quy định trong thiết kế, D là đường kính thiết kế cọc