Công trình giao thông - Cọc khoan nhồi: Phần 1

Chia sẻ: Lê Thị Na | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:99

Thêm vào BST

Báo xấu

56
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mời các bạn cùng tham khảo Tài liệu sau đây phục vụ cho nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả. Tài liệu dành cho đối tượng sinh viên các ngành Xây dựng, Kiến trúc, Công trình và các ngành có liên quan. Tham khảo nội dung Tài liệu để nắm bắt nội dung chi tiết.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Công trình giao thông - Cọc khoan nhồi: Phần 1

Chủ biên: P G S . T S . NGUYỄN VIẾT TRUNG T h S . LẺ THANH LIÊM CỌC KHOAN NHỐI TRONG CONG trin h giao thông (Tái bản) NHÀ XUẤT BẢN XÂY D ự N G HÀ NÔI - 2 0 1 0
LỜI NÓI ĐÂU C í ỉ / I i ỉ \'ới s ư Ị ) l i ( ỉ ỉ ỉ r i e n C!UJ n e n k ì n h íi' i Ị ỉ i ô c cl ân , ỉii^à/ili Ả Ú y d ự ỉ ì ^ n ó i c l i i ỉ ỉ ì ị ' v ủ .\(/y (lựỉii^ ^ i i i o rlỉOỉỉi^ n ó i ỉ'iưn\!^ l ù ỉ i ì Ị p l ỉ ú ỉ í r i ê n v ớ i ĩ ố c d ộ n í t l ì h u ỉ Ị Ì ĩ . N l ỉ ữ / i i ị ('O/ỈÌỊ í r ì ỉ i h l ớ n ỈỈỊỌ C lơ ỉỉ /ií^ủy c à ỉ i ^ /iliỉcii n l ỉií n lìà c a o Ĩ c h ĩ ^ , C í U i c ố n ^ , SCÌỊI h a v , hờn l ỉ ơ K l ì ẽ ĩ c á c côỉtsị Ỉ r ì ỉ i h ỉ i à v d ẽ ỉ i p l h i i d í u ỉ í ' t ó i n i ó ỉ ì ^ c ọ c . D ậ c h i ệ ĩ k ì ì i \ ú \ i lỉ fn\ ị c ú c c à u l ớ ỉ i VICƠÍ k h â u i ỉ ộ í ừ 5 0 ỉ ì i cỉê/i lià/ìí^ Ĩ Ì Ũ D Ì i ì ì é ĩ ĩ r ê ỉ ì h ệ ỉ ỉ ỉ ó ỉ ì ^ cọ c (ỉiM ií^ kíìih Ìó'/ì, í l i i ờ i i d à i c ọ c lớiì ÍỈO ỊỊ^ d i ê u kiện ( l ị a l i i â ỉ p l ỉ ử i ' ĨỤỊ) Ịìlìỉi' c ó ỉiliicii lớ j) (ìấ í yen. ró CCỈSK)'. h o ậ c ờ n o i ỈÌI(Ớ( .sâu... l ù ỉììộ ĩ íỉ'o/iíỊ lì lì ữ ỉ ì^ í l i ú í lì ỉ l ì ứ c l ớ n ( l õ i v ó i n ^ ủ ì ì h \ a x ( h n i i ' í õ ỉ i í ỉ ĩ r i/ ỉ ì i '^ị(/(ỉ ỉ l i â ỉi iỊ . 1 If\' ỉ ỉ l i i ờ ỉ i c h o i ĩí 'ỉ i ÌÌÌỈX . ( Ù /Iiỉ voi cúc c o ì ì \ ị ỉii^ lìự ( ì ú i ' lic h ií^ c ú n h ủ ỉií> và (ĩíic (íã v Ị)lu iỉỉ (ỉo lỉìỉ f l i ì c o ỉ ì : ^ ỉỉi^/iự í l i i C ỌÍ hăỉỉ}^ Ị)lìi(ơ n \ị p lìÚ Ị) k l i o u ì i ỉiìỉổ i đ ã (íỉứ/c p h ú ỉ tricn lììcn ìỊHii (ý nirớc (a. C ú c CÔ!1^ ỉií^lỉệ (hi côiì{ị c ọ c khouỉì iìììồi cíiừyìi^ ki/ih lớỉỉ (lũ í/iỉvưỉ l iií- Viíỉi di' k ỹ ĩhỉiật ỈNÓỈÌÌ' sủĩỉ íro/ií^ ỉtêỉỉ (ìịcỉ cìiấỉ p l ỉ i h ' ÍOỊ), ( h ỉ í ụ o í h c I h i í iloỉi;^ ỉiì>()/ìl! \í/\' ( l ự ỉ i í ^ C Ỏ Ì I ^ ĩ r ì n í ì ^ ia o ĩ/iôỉiiỊ, k ìỉô ỉì^ ỉiliữ ỉiy Ỉỉo /Iì^ ỉ l i i ( ‘o / i í > ÍV/Í íYV/ L' i r ì ỉ i l i í í í i i l ớ n n ià cho ( '( i 1 'ô ỉiiỉ ĩ ỉ ì t i h c u ỉ ii’ l)iể ỉì, ỉ i l u ỉ ( iỉ (> Ỉ ( U Ì ' ^ . - . ('n o /i S(}i-/ì ''('o c k h o a n n h ó i troỉì^ COĨÌÍ* í r i n h í Ị Ì a o t l ì ỏ n g ^ ^ ( h i ‘ọ \ - h i ỡ ì i s o ạ n vơi IIÌOII' -^ f ỉ i ( i i i íin'^ cdỊ) Ỉ/IỘỈ ỉai Ìii-H !lì(ỉi/i kh a o í lio cúi' kx M i ’ .\('iy i ì ỉ ù i ^ fli()iỉ\> khi ìlìicỉ ki' cíiỉi'^ Iiliiỉ khi ỉlii CÒ/I
Chương I ÁP DỤNG MỎNG CỌC KHOAN NHỔl TRONG XÂY DỰNG CẦư 1.1, M Ớ ĐẦU Xày dựng các cầu lớn vượi khẩu độ từ 50 m đến hàng trăm mét trên hệ móng cọc đường kính lớn, chiểu dài cọc lớn Irong điều kiện địa chất phức tạp như có nhiều lóp đất yếu, hoặc có castư, hoặc ở nơi nước sâu là một trong những thách thức lớn đối với Ngành xây dựng cồng trình giao thông. Clio đến nay cùng với các cônu nghệ đúc hẫng cân bằng và đúc đẩy phân đoạn thì công n
1.2. KHÁI QUÁT VỀ ĐẶC ĐlEM s ử DUNG MÓNG c ọ c KHOAN N l l ồ l TRC)NG XÂY DỰNG CÔ N G TRÌNH GIAO THÔNG Hiện nay, ngành xây dựng ờ nước ta đã dat được Iihữim tliành tựu đántí kế, nhài là trong công nghệ xây dựng nền món s nói chung và trong xây dựnc móng cọc nói riẽim . Chúiiíỉ ta đã có các phương tiện, thiết bị thi côn” và kicm tra chài krơiic khá hiện dại, cho nón việc lựa chọn móng cọc không bị ràne buộc do thiêu thiếl bị mìa. Truii" xây dụìiu con^ Irình việc lựa chọn dạng móng coc họp lý là một trong nluìiii: ycu tỏ ihcn ciiòt t|uvết định tlcii độ an toàn, tin cậy và giá thành họp lÝ nianu lại hiệu quá kinh tc, Cọc khoan nhồi (hay còn gọi cọc đổ bc tông tại chỗ) dược tạo ra băng một cỊua trình nhiều công đoạn gồm: dùng thiết bị máv khoan hoặc dào dát dế tạo lố Irong đất tơi cai) độ thiết kế, hạ lồng cốt thép vào trong lỗ khoan, đố bê tỏim lại chỗ đc tạo thành cọc bè lóng cốt thép. Cọc khoan nhồi có kích thước mặt cắt, chiổLi dài coc lớn (đưòìiíĩ kính cọc tói 300cm, chiều dài cọc có thể dài đến 120m), chịu được tải trọng ngan" lớn. So vứi các loại cọc khác (trừ cọc ép) thì cọc khoan nliỏi thi công thuận lợi Iron" các vùng aầii công trình ciã xây trước, trong khu đông dân cư. Quá trình thi công ít gâv anh hưởiiíí đến các côntỉ trìiih bên cạnh và không gây tiếng ồn lớn. Với đặc điếm thi công là công đoạn klioan tạo lỗ đi trước nên có thể kiểm tra lại điều kiện địa chất công trình của lừng cọc và có thê dỗ dàiig thay dối kích thước, nhất là c hi ều SÌÌLI đê phù hợp với dicu kiện dịa chất c ô n g trình thực lế; P h ạ i ì i v i á p (lii/iiỊ c i ì a c ọ c k h o í i n I i l ìồ i: I Tliích hợp với các loại nền đất đá, ké cá vùng C(S hang casKí; + Tliích ht?p cho các còng Irìiih cầu lỏn, tai trọng nậnc, dịa châì nổii móng là dất ycu hoặc có địa tầng thay đổi phức lạp. + Thích hợp cho nền móng các cỏns liình cầu virọt xây dựng tronc thành pliố hay di qua khu dân cư đông đúc vì nó đảm đáo dươc các vâìi dc vc inòi li Liòlia cĩmg Iilui' tiên đỏ thi công cầii. + Thích họp cho móng có tải troim lứn như: Nhà cao tấng có tầng ngầm, các cong trình cầu (cầu dầm giản đơn, cầu khuii” T. cầư dầm licn hợp licn tục, cầu treo dây xièn, Iih;ít là khi kết cấu nhịp siêu ũiih vưọl khẩu độ lớn, tái trọne truycii XLiốni’ nióne lớn mà lại VCLI cầu lún rất ít hay hầu như không kín). T u y / iliiê ii k h i CÌÌỌÌI p h ư ơ i i í Ị á iì c ọ c k h o a n n l ì ó i c ầ n I>li(ii xé t clếit r á c n h ư ợ c ( ĩi ể m S íH i: • Giá thành trên Im dài cọc hiộii vẫn còn cao so vói c;k' loại hình cọc dóng, cọt ép, cọc rung hạ; • Việc kiếm tra chất lượng cọc khoan thưừns chi thực hiện được sau khi đã thi còno xong cọc. Chi phí cho thiết bị kiêm tra chất lượnu tưưim dối cao. l l i í imhiệin ihư tái cọc phức tạp và giá thành cao; • Suất huy động cưòiig dộ vật liệu cáu lạo cọc thấp: • Chất lượng cọc tùy thuỏc trình dỏ và cóng nchệ dổ bé tòns coc;
• Mức độ chiết giảm ma sál mặt bẽn cọc và sức kháng mũi cọc nhiều hem so với các loại cọc khác; Dẻ sụt thành vách lỗ khoan trong giai đoạn tạo lỗ, điều này ảnh hưởng đến tính chất làni việc của đất xung quanh cọc, tại chân cọc, làm thay đổi kích thước tiết diện cọc, tăng khối lượng bê lông và troiiií lượng bán ihân cọc một cách vô ích; • Chi phí kháo sát địa chất công trình cho việc thiết kế móng cọc khoan nhồi cao hơn Iihiểu so với móng cọc khác. Bởi vì, việc thiết kế cọc khoan nhồi cẩn biết chi tiết về các tính chất cơ-lý- hoá của đất, nước, cần dự báo đúng về các hiện tượng cát chảy, đất sập.v.v.. . 1.3. MỘT SỐ TRUỒNG HỢP ÁP DUNG MÓNG c ọ c KHOAN NHỒl TRONG CÁC CÔNG TRÌNH CẦU Trong nluìn^ năm gần dây cùiig vói sự phát triển các công Irình xây dựng có quy mô lứn troiie các ngành xây dựng côn” nuhiệp, nhà cao táng. Móng cọc khoan nhồi cũng đã đươc nghiên cứu và áp dụng nhiều tiong xây dựng cầu đường, bến cảng ờ những vùng đất yếu, địa chất phức tạp đicn liình như saư: 1.3.1. Một sỏ trường hợp điên hình - MÓIIÍỈ trụ cầu Việt Trì (Phú Tliọ) sứ dụng 36 cọc khoan nhồi đường kính 130cm, dài 29in, khả nãnu chịu tài của cọc 800 ^ 840T. Cọc xuyên qua địa táng cát-đá granite phong hó:i, chân cọc lựa Irên dá sranitc n
mểm, ngàm vào tầng cát chặt 2-3ni , Tlii công bằng máy khoan BS-680-R cúa Đức, i;iũ ốn định vách lô khoan bằng ống vách và dung dịch bcntonite; - Móng trụ neo và trụ tháp phần cầu chính cấu Mỹ Thuận, sử diinc 36 cọc khoan nhồi đường kính 250cm, dài 55 lOOm, khả năng chịu tải của cọc 3900T, Cọc xuyên qua địa tầng sét chảy đến sét dẻo mịn, ngàm vào tấng cát chặt 2-3m bàiiíỉ uàu nsoạm hình báii cầu KD P3-2400 E(S) của Đức, giữ ổn định vách lỗ khoan bằng ốriíĩ vách và dunc tlỊch bentonite, xem hình 3-1; - Móng mố trụ cầu Thị Nghè 2-TP. Hồ Chí Minh, dùng 40 cọc khoan nhồi đườnu kính lOOcm, dài 33 37m, khá năng chịu tái của cọc 600 ^ 750T. Cọc xuyên qua địa lầiig cál sét dẻo, cát hạt trung đến thô rời rạc đên chặt vừa, ngàm vào tầng sét cứng 3,27 - 6ni. Tlii cống bằng máy khoan BS-680-R cùa Đức, giữ ổn định vách 16 khoan bằng ống vách và dang dịch bentonite; - Móng mố trụ cầu Bình Điền- TP. Hồ Chí Minh, dùng 40 cọc khoan nhồi dườnp kính lOOcm, dài 33 37m, khá nãng chịu tải của cọc 600 750T. Cọc xuyên qua sét dẻo, cát hạt trung đến thô rời rạc đến chặt vừa, ngàm vào táng sét cứng 3,27 - 6iii. Thi công bằng máy khoan BS-680-R cứa Đức, giữ ổn định vách lỗ khoan bằng ống vách và dung dịch bentonite; - Móng mố trụ cầu Điện Biên Phú-TP. Hổ Chí Minh, dìmg cọc khoan nhồi đườiiị’ kính lOOcm, dài 39.6m, khả năng chịu tải của cọc 600 ^ 750T. Cọc xuyên qua địa tấng c át sét dẻo, cát hạt trung đến thô rời rạc đến chặt vừa, ngàm vào tầng sé( cứng 3,27 - 6m . llii công bằng máy khoan BS-680-R của Đức, giữ ổn định vách lỗ khoan băng ống vách và diiiig dịch bentonite; - Móng mố trụ cầu vượt đường Lê Tliánh Tôn Iiỏi dài - TP. Hồ Chí Minh, dìiim cọc khoan nhồi đưòfrig kính lóOcin và 60cni, dài 45-49m, khả năng chịu tái eủa cọc 200 -ỉ- 900T. Cọc xuyên qua địa tầng cát sét deo, cát hạt trung đến Ihô rời rạc dến chặt vừa, ngàm vào tầng sét cứng 3,27 - 6m bằng máy khoan BS-680-R của Đức, giữ ổn định václi lỗ khoan bằng ống vách và dung dịch bentonitc; - Cầu Bình Phước bắc qua sông Sài Gòn nằm irên tuyến Quốc lộ 1A dự án đườiig Xuyên Á có móng trụ cầu nhịp chính (sơ đổ nhịp cliính liên tục 48,9in + 61m + 48,9m) gổni 16 cọc khoan nhồi đường kính (Ị) 2(X)cm, dài 80m, khá năng chịu tải tứ 870,3 -r 903,5T. Coc xuyên qua các lớp địa tầng bùn sét, cát pha, cát hạt mịn và ngàm vào kíp sét chặt 2 4- 3m. ITii công bằng máy khoan BS-680-R cúa Đức, 2 Ìữ ổn định vách lỗ khoan bằng ống vách và dung dịch bentonite, xem hình 3-2; - Cầu Tỏ Châu (Kiên Giang) trên Ọiiốc lộ HO có phần nhịp chính là dầm hộp licn tục bc tông cốt thép dự ứng lực (55m + 90m + 55in) đặt trên trụ có mónc gồm 12 cọc khoaii nhồi dưòng kính Ộ150cm chiểu dài cọc 36nr. 8
].3.2. Một sô nhặn xét Qua kinh nghiệm áp dụng của các loại cọc đóng, cọc ép, cọc ống (rung hạ cọc), cọc thổỊ>, cọc hỗn hợp và cọc khoan nhồi cho cá nước nói chung như đã trình bày ở trên, có thể rút ra được một vài nhận xét như sau: - c ọc khoan nhồi thường được dùng cho niột số móng công trình đặc biệt như; có tải trọng lớn và chiều dài lớn, Irong điều kiện môi trường có yêu cầu khắt khe, v.v... Vì ưu điciii của nó đáp ứiia được các yêu cầu đó. - Kích thước của cọc thay dổi troníí khoảng khá rộns: đường kính từ 40mniH-2500mm, cá biệt đường kính cọc có thc lên đến 3000mm (sẽ được dùng cho xây dựng cầu Cần Thơ), chiéu dài lớn hơn lOOm, cá biệt 120m (cầu Cần Thơ); với khả nãng chịu lực từ 75 tấn đến hon 4000 tấn; - Phươiig pháp thi công thường là khoan tạo lỗ bằng thiết bị khoan chuyên dụng đặc biệt là dùng thiết bị đào gầu ngoạm, giữ ổn địiih thành vách bằng ống chống thép kết hợp với dung dịch bcntonite. Tuỳ theo điều kiện địa chất và điều kiện thi công mà sử dụng các loại ihict hị khác nhau, nhưng chủ yếu gồm các dạng chính như sau; + Máy khoan gấu xoay: được sử dụng đối với địa chất là cát, đất sỏi sạn, cát pha cuội sỏi (các niô' trụ trên cạn hoặc khi có thế đắp đảo nhàn tạo đế thi công). 4- Máy khoan theo Iiiỉuyên lý tuần hoàn ngược: được dùng cho các trụ dưới sông, có nước Iigạp, khoan vào tầng đá gốc hay đá phong hoá như trường họp trụ 2, trụ 3 cầu Việt lYì, các tru cẩu Hàm Rồng, cáu Gianh + Máy khoan vách xoay; được dùng cho các công trình có tầng địa chất phức tạp, ví dụ có tầng cát cháy, hoạc các công trình gần những công trình hiện đã có trước như trong cấc dự án cầu đường sát Hà Nội - thành phố Hồ Chí Minh, v.v... Tuy nhiên trong nhiều dự án cầu đã sử dụng kết hợp các loại thiết bị khác nhau đế phát huy thế mạnh của mỗi loại, ví du dùng máy khoan gầu xoay ED 4000 để khoan tầng đất cho các tru trên cạn cúa cầu Hàm Rồng (vì tốc độ khoan đất của loại máy này rất nhanh), sau đó dùng máy khoan theo nguyên lý tuần hoàn ngược TRC để khoan tiếp vào tầng đá gốc. - Đối với nưcVc ta, công nghệ móng cọc khoan nhồi đã được các nhà thầu áp dụng thành thạo trong xây dựní: cầu. Tuy nhiẽn vì kinh nghiệm thiết kế, thi còng và kiếm tra chất lượng cọc klioan nhồi có đuừng kính lớn từ ộlSOOmm H-(Ị)3000mm chưa nhiều nên thường gặp một sò sự cố trong thi còiig làm ánh hưởng đốn châì lượng và giá thành xây dựng; - Xél vc khá năng chịu lực dìíy nsang do chuyển vị cố kết lớn của nền dấl gây ma sát àm icn hệ niónu cọc cúa các còim trình cấu xây dựng ở khu vưc địa chất đất yếu, hoặc có địa lầiiịi th a y đ ổ i p h ứ c l ạ p , tl i ì c ọ c k h o a n n l i ổ i t ỏ r a c ó ƯLI d i c m h o n s o vớ i c á c loại c ọ c đ ó n g , cọc éịv
R.L 5,000 ÍĨVVIRL 2.200 m . L R L - 1.500 o II i i c o c: Ọ ềầ oo ^g’ CONTÍ^L LEVEL - TRỤ BỜ BẮC R.L - 85.000 TRIX8Ờ NAM R.L--85.000 ^r— »§0 ) ^ “9 — * — 4^ ^ - 4 > - é ___________^ • 5500;55QQ|55Q0| 7600___ 76Ũ0| 5500|5500 550^ H ì ì ì h I ~ I : M ụ ĩ ( ỉiicn cĩứỉìí’ íì ĩi ( ơỉỉ - tììặí ỉnhìi’ h ò írí c ọ c k h o a n ììỉìổi, c ú u M T 10
23500 I Ị ^ọoo 2500^0^ H ì n h ỉ ‘2: M ặ í (ỉữìì'^ //■// í (/// - lìỉặt ham ; h ô 'tr i c ọ c kỉìo a n ỉìlìói, C ổ ii B P 1.4. VẾ CÁ C TIÊU CỈỈUẤN TIỈỈÈT KẾ, TIÊU CH UÂN THI C Ô N G VÀ NGHIỆM THU MÓNCỈ CỌC KHOAN N H ồ I TRONG CÁC CÒNG TRÌNH C Ầ U Bỏ Giao lliòng Víxn hii và Bò Xâv clựim dã ban hành một số licu chuán có liôn quan đến công tác kỈKÌo sát, thiết kố tlii cỏim và lì^lìiệm Ihu cọc khoan nhồi. Có Ihể lìệl kc như sau: - Quy trình khoan íhãm dò dịa chấi cỏim trình maiìí: ký hiệu 22TCN- 82-1985. -Khào sát địa kv thuậl pliục V II cli() thiết kế và thi còng m óng cọc m an g ký hiệu 20TCN- 160-1987. - Các phương pháp thí imliiệni coc hiệiì Irưòìm, 20 TCN 82-1982. - Coc khoaii nliổi - Yêu cáu vc châí Urơĩm thi còiig TCXD 206-1998. - Ticư clìuân thi côim \'à Iiuhiệni lliu các còng íác vc nén mỏim TCXD 79-1980. 11
- Ticu chuẩn Ihi còng và nuhiệm thu cọc khoan Iiliổi 22TCN- 2000. - '1'icu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-2001. Rất nliiổii công tác liên quan đến phưưni: pháp đánh giá chất lưựnc cọc khoan nhồi bàng các phươiic pháp hiện đại như phương pháp siêu âni, phươim pliáp thử độim biến dạns nhỏ, phương pliáp thử động biến dạng lớn, phương pháp tia phónR xạ, phương pháp dùng liộp ơstenber g. v.v... chưa có các tiêu chuẩn Việt Nain quy định kỹ cụ thế. Trong các truờns hợp đó, chúiiỊ: ta thường áp dụng các liêu chuẩn nước nízoài như AASHTO của Hoa Kỳ, BS ciia Anh, AS của Australia, v.v... Về công t;íc khảo sát địa chất thủy văn công trình: Hiện nay chúng ta vẫn dùnạ cách kháo sát thu thập số liộu cho loại cọc đúc sẵn đê áp dụng cho cọc khoan nhồi, nên khỏng phù hợp cho việc thiết k ế và thi công cũnơ như chưa dự đoán trước được các sự cố có (hê xảy ra c h o C(K' khoan nhồi. Về tính Mán thiết kế thì trước đây các tiêu cliiũỉn thiết kế trong nước la thường chú yếu là dưa trên lièu chuẩn thiết của một số Iiước, cháng hạn nliư: 20TCN 21-86 dựa theo liêu c h iiấ n ih iê ì k ố ciia L iô n X ô , T C X D 195 - 1 9 9 7 d ư a i h e o ticLi c i i ư ấ n thiết k ế IS O . H iệ n n a y Bộ Cỉiao thõnu vận tái đã ban hành Ticu chuẩn ihiết kế cầu 22TCN 272 - 2001 cỉựa trên Tiêu chuẩn tliiêì kế ASSHTO - LRFD - 1998 của Mỹ. Tuy Tiêu chuẩn này còn tương đối mới so với đa số đơn vị Tư vấn thiết kế ở các tính, nhưng nó lại đã và đang đirơc sử dung rộng rãi đc tính toán thiết k ế một số còng Irình cầu lớn do các Tư vấn nước ngoài và Tư vấn lớn của Bô như TEDI và có thể áp dụng thích họp trong việc tíiih loán thiết k ế cọc klioan nhồi cho điều kiện ở Việi Nam.
('hưoniií^ CI)C Ị)liai)u lioãc lUoiiLi l o l kliônu uian. ^ • I I.. . c ■ Sau khi dìi có kcl CỊLUÌ tính nọi lưc dau coc, dc tínli loán niọl cọc clo'n chịu tác ỏunn đổnu thời cia imoại lưc llìanu clứiiu. lục nuanu và !iiònìcn uon ỉại cliiih coc. các kỹ su’ Việl Nam ihưòni. áp clụnu các cỏnti ihiíc nèu Ironu Phu lục cua ricu chuaiì thióì kê nìónu cọc ' r c x c 205 - 199S dira trẽn nuhicn Cíhi cúa các tác izí;t imười Niza. Troiìí: nhicu dư áii cfiu clo ' l ư v à n N liậ t B a n lliict k ế d à s ư clu im c á c p liiro ìm p h á p (ínli l o á n k l i ấ c llic o c á c liọ c u iá í l o a K ỳ . C l i â u A u , N l i â l l ỉ a n . T á i n l i i c i i v é s ố l i ệ u clịa k v l l u i â t b a n d ẩ i i cl iia \ ' à o í í n h í o á i i clôLi làsó iiéii llìưc khao s;íl lai \'ị Irí cau. Đ clín li t o á i i s ứ c c l i ị i i liii I r o n u pliLi'()'iiíi l l i á n i i d ứ n e cua coc klioan n h ó i c l o ’n i h c o d i c i i k i ệ n d í ( n e n t l n í ờ i m c ó l ì h i c L i p l i i r o ì m p ỉ i á p , n h ư i ì í i đcLi x u ấ t p ỉ i á t lìi' 1 I r o n i ! 2 c á c h s a u ; Ccỉ lĩ th ứ 1. Dưa \'ào kôì qua thí lìehiệni mẫu dfií iroiìii plìòne tlií nghiệiiì \'é các chí tiêu co' lý aui tlâì \'à dicii kiệiì phân bố Iiiỏi Iruừnu dô tínli ĩoán sức chịu tài cua cọc khoan nhổi đ()ìi- SVc chịu íái này có ihc uọi là sức chịu lai ihco CỎỈIÍI (hức lý ihuyêt; C á : ì i t h ứ 2 , D ư a \ à o k ê t qiKÌ k h á o s á ỉ b ă i i u i h i é ì h ị l l i í n i i h i ệ i i ì h i ệ n trườni: đ c x á c đ ịn h sức c l i ư tái c ủ a c o c k lì o a ii lìliỏi K ê ì C | u á tlìLí d ư ơ c s ẽ c ỏ s a i s ố n h ò h ơ n s o \ ' ớ i k h i l í n h tlieo llìLÌc lý tliu>ct iihiniL: ihircvim dòi lioi chi phí rãt cao. Tlìỏni! íhuờni: có ihc pliân t h à r ' i l i l n l i ó i i ì pl ì ii ' (Vi ie p l i á p c h i t i c l l ì í r n ; 13
Nlìóiìi !: Sử dụng kết quá cua các pỊiưoiiii pháp xuyên tĩnh, xuyên động, v.v...; Nhốììì 2: Sử dụng kết qua các phãii lích vể mối quan hệ dộ lún - tải trọns trong các thí nghiệm tĩnh, động, v.v... Về việc tính toán sức chịu tai cùa mot cọc khoan nhói đon theo điều kiện vật liéu thường áp dụng các công thức ihiẽt kc câu kiện BTCT chịu nén lệch tâm có mặt cắt tròn, Đối với thiết kế cầu ở Việt Nam hiện na} song song tổn tại 2 Tiêu chuẩn thiết k ế là : - Quy trình thiết k ế cầu cònt: ihco các trạns thái eiới hạn 22TCN 18 - 1979 (dựa tlico Quy trình năm 1962 và Quy trình năm 1967 của Liên x ỏ trước đây). - Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272 - 2001 (dựa theo Tièu chuẩn AASHT O LRFD năm 1998 của Hoa Kỳ). Như vậy tuỳ theo từng dự án mà kỹ sư thiêì ké có tlic chọn các công ihức cúa niột trong 2 Tiêu chuẩn thiết kế iiói trên, hoặc lính lần lưọl iheo cà 2 TiồLi chuẩn để so sánh rồi quyết định về kết quả duyệt mật cắt cọc khoan Iihồi BTCT như đối với cấu kiện Iròn BTCT chịu nén lệch tàm. Một số kỹ sư quen dìum cliươno trình C A L C O M có sẵn cùa nước ngoài nhưng nhiều người khác đã tư lâp các bán,u lính E C X EL theo các ''ỏng thức nói trên để tính toán. Đ ể tính toán thiết k ế móng cọc kliDan nhổi cho mố trụ cầu cần phải xét nhiều vấn dể và tốt nhất là dựa theo Tiêu chuẩn thicì kc cầu 22TCN 272 - 2001 dã ban hành nãm 2001. Trong phạm vi tài liệu này, sẽ chí hạn ciic bàn dcn sức chịu coc đon khoan nhồi. Dưới đây chí trình bầy tóm tál \'é \ ài |íliu’(JTiu lìliái-) líiili sức cliỊu tái clục tuic của cọc khoan nhổi đang được dÙMíi phổ bicn khi Iliici kc moim ,'OC cho cõni: trìnli cấu. Ban cloc cỊiian lã m Iih iể u h()'ii cỉẽn Iv llìiiM .'! liiili lo;ín co ilii' Ili;m i k'i:u ) k v hon lio im các l;'ii lic ii tham kliáo có liên quan. 2.1. C Á C P H U Ơ N G P H Á P TINH 1V).\N S l ( CHI U TAI D O : ’ T R U C C Ủ A c o c K H O A N N H Ồ I ĐANC, ĐUƠC AP DUNCi ò \' llVr N A M 2.1.1. Xác định sức chịu tái dọc triu' cùa coc kho;in nhồi theo cỏn" thức Iv thuvốt (tlic(r kết qua thí nghiệm tronịi phònỵ) 1 icư cluian \ ict Nam l ' ( ' \ r ) 195 - 1997 Các công thức lý thuyèì déii tlươc thict lậii Ircii 2 Ịoại dát lièu bicii, đó là đất sót và đâì cál. Sức chịu tải cực haii ọ,ị cua cọc h;io ỊZỔI11 2 (hàiili Ịihần: !ưc nia sát mặt bôn và sức chong ỏ’ chân cọc; Qu = Q,. + Q, (2.1) H ay = A - A ị , L|,, ( 2 .2 ) l-s !S, 1 s,. 14
trong đó: Ọj. : sức chịu tái cực hạn do ina sáí mật bén; Qp! sức chịu tai cực hạn do sức chtMiỵ ỏ' chân; Ọ., : sức chịu tải cho phép của cọc; : ma sát bên đơn vị qiữa cọc và đất; C]|,: cường độ chịu tài của đất ở chân cọc; Ag; diện tích mặt bên cọc; A p : diện tích ở chân coc; FS, FSj., FS ; hệ số an toàn, Giá trị được chọn tiiỳ theo phương pháp tính; FS = 2,5 - 3,0; 2.1 . ỉ . Mci sát tiên đơn vi diện tícìì mặt l)én của cọc, íí/ili theo íôiii' thức: Đối với các loại đất; f, = ạ , + ơ \ , K , tancp, (2.4) Đối với đất dính : = a Cy < 1k G /n r (2.5) Đối với đất rời : = a \ , K , tamp, (2.6) (Nếu dộ sâu ở cliân cọc z > z (cỉộ sàII tới hạn) thì dược tính ở (lộ sân z = (lối với chít r ờ i , x e m h ì ì ì h 2 - 1 ). ^ MNN Irong đó: c.,: lực dính giữa cọc và dất; Cj,: sức chống cắt không thoát nước của đất nén, xác định theo kết quá thí nghiệm trong phòng hoặc thí nghiệm cắt cánh hiện trường; ơ^, : írng suất hữu hiệu theo phương thẳnẹ Hình 2-1 đứng do tải trọnq cột dất tại độ sàii tính toán ma sát bên; : hệ số áp lực ngang Irong đất; (p,, : góc ma sát giữa đất ncn và mặt bèn cọc; a : hệ số không thứ nguyên, lấy a = 0,3-í-0,45 cho sét dẻo cứng và a = 0,64-0,8 cho sét dẻo mềm; K^tanq),,: iheo hình 2-2 (hay hình 3 trarm 303 - TCXD 195); Z^: độ sâu tới hạn xác dịiih iheo sóc ma sát trong (p của đất nền, theo hình 2-3 (hay hình 2 trang 303 - T C X D 195). 15
15 20 25 30 35 15 20 25 30 35 40 -15 o Hình 2-2; X('h (ỉịiilì ỉ i c so K liiiio Hình 2-3: Xái (ỉinli ỉv Si ỉ z :d G h i chú: Gói' nội ỉìiiỉ sủĩ (p ĩroìì'^ ịiiỉìli2-2. 2 - J , 2-4 ihrợc lã \ (p- (Pị - J v ớ i (/), lủ ^^óc ỈỈUỈ sáĩ tron^ ( Íiíi (íấỉ ỉiêii ĩìiCỚc khi ỉlii 2.1 J .2. Ci{'ờỉì\ị (íộ ('Íỉiií ỉ(ii cua íìat {>'chan íẠ,.' Đối với các loại điít; C|j, = c = N + N J + y ei N , (2.7) Đối \'ới dát ciíiih ; t|p - N (2. z .\iỉn Ỉ(>'ỉ lu iỉi) ỉhi í / iíii‘ọ \' íiiili (ỳ (lộ Sdỉi z =z itoỉ v o i (l(ií rò i). Ironu đó; c\,; sức cliỏVm cat khỏim llioál ciiii dal IICII. xấc tlinli llico kcl Lịuìì lỉií imhiệiiì iroim phòim hoặc llií neliiciii cĩịl C.IIÌỈỈ liicn Irườiii:: a ' , ,,; ứ i i i : MUÌl l i ữ u l i i c u l l i c t ’ ị> ỉ!ìiu i)l: j d ú n ụ Uii LỈO s a u t y d i i ì n c o c ; '' : l i o n u í l k ' t i ^ h cii:i t ! j ! ! 1.-Ịi d : (lu'o’iìLi kinh íicl cliẹn coc: N . N ^ .. N : e ; i c h ộ so M iV c i m i í,II Ịi|iM Ỉ Í 11U 'C L ' l u i \ C L 1 \a o u t)C ỉ ì i a s.ii Ịrc ìiiu ('[)'. cua elal \ à l i i n l i t l a i ì u CÌK. ( Vì i l u I. 1\ \ - (\il N ị Xiic d ị i ì l i liicc) l ì ì n l i 2 - 4 (ha>' h ìn lì I- \iiiwv. 3 0 3 - 'ỉ'( ' \ 1 ) 1 ). 16
M ột sô vấn đ ề cần thảo luận thêm vé Tiêu chuẩn này: + Với (p = 25°h-45° có thc xác định được Z J á , Kj. tancp.,,nhưng cpnằm ngoài khoảng giá trị nói trên thì chưa có hướng dẫn tính toán; + Với hệ số Nj. = 6, khi chiểu dài cọc lófii, kết quả tính được trị số sức chống ở chân cọc khoan nhồi khá nhỏ so với thực tế, cũng như các công thức khác; + Giá trị tancpg (ứim với cp < 2 5 ° ^ 3 1°) rất nhỏ (gần bằng 0). Cho nên ma sát bên đợii vị giữa cọc và đất rời (có (p’| = 28°H-34°) sẽ rất nhỏ (xấp xí bằng 0); Ví dụ: Kết quả tính toán sức chịu tải cọc khoan nhồi theo đất nền theo TCXD195:1997 so với kết quả nén tĩnh cọc iheo bảng sau: Bảng 2-1 Kết quả nén tĩnh Kết quả tính toán - sức chịu tải theo 1 Độ lún Đườriiỉ Chicu Tải Mũi Thân Cưc Cho Tẽn công trình kính dài Đính Tương trọng cọc cọc hạn phép mm m cọc đối Qu Qp Qs Qu Qa s (tấn) (tấn) (tấn) (tấn) (tấn) (m ni) (% ) Cầu MT 2500 85,6 23 L OO 3900 2264 3696 5330 1653 Tliain khảo qua bản« 2 A . có thê nhân thấy rằnq: - Sức chịu lải giới hạn cùa cọc Ihco tính luán lý thuyết nhỏ hơn sức chịu tải giới hạn thực tế (từ kết quả nén tĩnh) khoảng 17(174%). Do vậy, khi lấy hệ số an toàn theo tiêu chuẩn này là 2(3) thì sức chịu tải cho phép theo tính toán lý thuyết nhỏ hơn rất nhiều so với sức chịu tải giới hạn thực tế (như trường hợp cọc khoan nhồi của cầu Điện Biên Phủ ở TP. Hồ Chí Minh, trị sô' = 840 tấn > = 86 tấn). - Sức chịu tải cực hạn do ma sát mặt bên trong các lóp dâì cát (rời) rất nhỏ; 2.1.2. Xác định sức chịu tải dọc trục theo tièu chuẩn thiết kẻ Austroads - 1992 của ú c Sức chịu tải cực hạn của cọc bao gồm 2 thành phần: ma sát mặt bên và sức chống ở chân cọc; Ọ . = Ọp + Qs (2 .1 0 ) hay Q , = Ap q,, + p Sl, f. (2.11) trong đó: ; sức chịu tải cực hạn do ma sát mặt bên; Qp ; sức chịu tải cực hạn do sức chốn ” ỏ’ chân; 17
fj : ma sát bên đơn vị giữa cọc và lớp đất thứ i; Qp : cưòfng độ chịu tải của đất ở chân cọc; p : chu vi cọc; Ap : diện tích ở chân cọc; fị, Qp được xác định như sau; Đối vứi đất dính: fi = a c , (2.12) qp = N ,.c , (2.13) trong đó: Cy, C|,: sức chống cắt không thoát nước của đất nền xung quanh cọc và dưới ở chân cọc, xác định theo kết quả thí nghiệm trong phòng hoặc thí nghiệm cắt cánh hiện trường; Nj.: hộ số sức chịu tải của đất dính dưới ở chân cọc, lấy N^. = 9; a: hệ sô' sức chịu tải của đất dính xung quanh thân cọc, lấy theo hình 2-5 (hay hình C3.7.2.4 - trang 32, Tiêu chuẩn Austroads 92): Sức chống cắt không thoát nước c„(ưm^) Hình 2-5: Xúc định hệ sô' a 2.1.2.1. Đ ối với đất rời: f| = Fơ'^ khi 0 < z < (2.14) = F ơ '^l k h i z > Z l (2.14’) q p = N ^ ,ơ 'v b k h i O < z < Z i (2.15) qp=N ,iZL (2.15’) trong đó: : ứng suất hữu hiệu theo phương thẳng đứng do tải trọng cột đất tại độ sâu tính toán ma sát bên, và tại độ sâu ở chân cọc; 18
: úng suất hCru hiệu theo phưong thẳng đứng do tải trọng cột đất tại độ sâu tới hạn Zị\ z; đ ộ sâu xác định f| hay ; Hình 2-6 /| . F, N^I : độ sâu ngàni tới hạn, hệ số sức chịu tải của đất rời xung quanh cọc và hệ số sức chịu tải của đất rời dưới ở chân cọc được xác định theo bảng 2-3 (hay bảng C3.7.4.4(B) của Tiêu chuẩn này); d; đường kính cọc; Bảng 2-2: Xác định z , , F, N, Trạng thái đất cát Zịíd F Nq Đất rời rạc 6 0,3 25 Đất iò'i chạl vừa H 0,5 60 Đất ròi chặt 15 0,8 100 V í dụ: Kết quả tính toán sức chịu tải cọc khoan Iihổi theo đất nền theo Tiêu chuẩn AUSTROADS -1992 cỉia lJc so với kcì c Ị Li a nén tĩnh cọc theo bảng sau: Bảng 2-3 Kết quả tính toán - sức chịu tải Kết quả nén tĩnh theo đất nền Đưòng Chiều Độ lún Tải Mũi Thân Cực Cho 7'êĩì còng trìiìh kính dài Đỉnh Tương trọim cọc cọc hạn phép mm m cọc đối Q. Qp Qs Qu Qa s (tấn) (tấn) (tấn) (tấn) (tấn) (mm) (%) Cầu MT 2500 S5,6 25 1,00 3900 4006 4606 7982 2815 .. i G h i chú: Giá trị của kết quả nén tinh, xein Phụ lục 2-1 và kết quả tính toán sức chịu tải theo đat nén, xem Phu lục 2-2; 19
T l u u i i k h ả o B ả n g 2 - 3 , c ó fìit' n hạ n i liííy n h ỉ ^ : Sức chịu tải giới hạn của cọc ihco tính toán lý thuyết lớn hơn sức chịu tai giới hạn Ihực tế (từ kết quả nén tĩnh) khoảpc . Nhuim với hệ số an toàn theo Tiêu chuẩn này là 2,5 thì sức chịu tải cho phép theo tíiih io;in Iv thuyết vẫn nhỏ hơn sức chịu tái giới hạn ihực tế (như trường hợp cọc khoan nhồi rua cầu MT, Qu= 3900tấn > = 28 15tấn). 2.1.3. Xác định sức chịu tải doc truc cua cọc khoan nhồi theo kết quả khảo sát bang thiết bị thí nghiệm hiện trưòriỊí 2 . I . 3 .J. T h e o T iêu c/ììiđ n thiéi k r r a n 22T C N 272 - 2001 của V iệt N am và A A S H T O - L R F D - 1998 n h M ỹ Tlieo điều 10.8.3.2. Sức chịu lai cưc han của cọc khoan nhồi, Q|^, dược xác địnli Iheo công thức sau: Q R = 9 Ọ n = (^P ,,Q p + 9 c,sQ s)-W (2.16) Q s^M sA s (2 . 17 ) Q , = q„A,, (2.18) trong đó: Q s : sức kháng thân cọc cl' ma sái mal bẽn; (N) Q p : sức kháng ở chân cọc do ph/m Iưc ơ cliân; (N) w : lĩọng lượng cọc có kc (lếii lirc (l.ív nổi của nước; (N) : sức kháng đon vị thân coc (Ml’a) q^,; sức kháng đơn vị ớ chàn cọc (Ml’a) A ■diên tích bề măt thân coc (iTim ) A|,; diện tích ở chân cọc (mm ) Ọqp-. hệ số sức kháng đối với sức kháng ở chân cọc dược quy định trong Bảng 10.5.5.3 của Tiêu chuẩn 22TCN 272 - 2001 dùng cho các phương pháp tách rời sức kháng của cọc do sức khánỵ ờ chân cọc và sưc kháng ihân cọc. (Pq,: hệ số sức kháng đối \ơ\ sức kliáiigihân cọc (‘ươc quy định trong Bảng 10.5.5-3 của Tiêu chuẩn 22TCN 272 - 2001 dùng cho các phương pháp tách rời sức kháng của cọc do sức kháng ờ cl' 'm coc và sức kháng thàii cọc. 20
Đ ố i v ớ i d ă t diiìlì a) Sức kháng dọc thân ctK' khoan trong đất dính tính theo phương pháp a Sức kháng danh định cùa Iiia sát hòng đcm vị (MPa) trên thân cọc khoan trong đất dính chiu tái trong điều kiện lái trợiiỉ’ không thoát nước có thế tính như sau: Ms = a s , trona đó Sj, - cườiig độ lực cát không thoát nước trung bình (MPa) tt - hệ số dính bám CYic phần chiều dài sau dày cua cọc khoan không được tính tham gia vào làm tăng giá trị sức kháng ở thành bên ciui coc thông qua ma sát: • ít nhất ISOOmm đoaii trên đầu của bất kỳ cọc khoan nào. • Đỏi với cọc tháim. mỏl doạn dưới cùng của thân cọc mà có chiều dài bằng trị số đường kính cọc, Nếu sử dụng loại cọc loc thì khống được tính theơ chu vi của cọc loe Nếu sử dụng loại coc loc thì mói doạn cọc dưới cùng ngay bên trên đoạn loe của cọc loe, chicu dài đoạn nàv lây bang trị só đườna kính cọc Các giá trị a đỏi với plián ihani gia cúa cọc khoan đào khô trong hố m óng hở hoặc klioaii troim 0112 vách dươc qii\- định trong báng sau: Bang 2.4: (ỉiá trị cúa (X dùnịí clẽ tính sức kháng thành bên cúa cọc trong đất dính s , (MPa) a ị---------- < 0,2 0,55 0,20 - 0,30 0,49 0,30 - 0,40 0,42 ().40 - {),50 0.3S 0,50 - 0,61) 0,35 0,60 - U.70 0,33 0,70 - 0,80 0,32 o.so - (!>)() 0,31 > ().‘)() Xứ Iv nliư đối với đá cuôi 21
Bảng 2.5: Các hệ sỏ sức kháng theo trạng thái «ỉi()i hạn cưòiiịi dộ địa kỹ thuật trong cọc khoan chịu tái trọnị; dọc trục Phương pháp/đất/điều kiện Hệ số sức kháng Sức kháng thành bên Phưcínu p h á p (X 0.65 trong đâ't sét (Rccsc và 0 ’Ncill 19HH) Sức kháiiiỊ tại mũi cọc Tổng ứriii SIKÌÌ 0,35 trong đ â l SCI (Rccsc và 0'Ncill 1988) Sức kháng ihành bên Touma và Rccsc (1974) Xcm Ironii Irong đĩíl cál Mcycrhol' (1 y?6) Đicu IO.X.3.4 Qiiyros và Rccsc (1977) Khả năng chịu Rccsc vù Wriehl (1977) lực lới hạn của (Rccsc và 0'Ncill 1988) cọc khoan đớn Sức kháng tại mũi cọc Touma và Rccsc (1974) Xcm trong trong đâì cát Mcycrhor(1976) Điồu 10,8.3.4 Quyros và Rccsc (1977) Rccse và Wright (1977) (Rccsc và 0'Ncill 1988) Sức kliáng lliànli hêi) Thí imhiệm lai iioim o.so Phá hoại khôi và sức khánsỉ mũi cọc Sét 0,65 Scl Phưdiig pháp a 0.55 (Rccsc và 0'Ncill) Cọc loc (Rccsc và 0,50 Khả năng chịu 0 ’Ncill) lực nhổ của cọc Cál Touma và Rccsc (1974) Xcm ironu khoan đơn Đicu 10.8.3.7 Mcycrhor ( 1976) Qiiyros và Rccsc (1977) Rcesc và Wrighl (1977) (Rccsc và 0 ’Ncill 1988) Khả năng chịu lực nhổ của nhóm cọc Cát 0,55 Đâ t sél 0.55 22