Tài liệu Dự đoán khả năng chịu tải của cọc khoan nhồi bằng phương pháp phần tử hữu hạn

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ------------------------------ PHẠM VĂN THANH DỰ ĐOÁN KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA CỌC KHOAN NHỒI BẰNG PHƢƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN CHUYÊN NGÀNH: MÃ SỐ: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH NGẦM 60580204 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2014 CÔNG TRÌNH ĐƢỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán bộ hƣớng dẫn khoa học : PGS.TS. CHÂU NGỌC ẨN Cán bộ chấm nhận xét 1 : TS. LÊ VĂN PHA Cán bộ chấm nhận xét 2 : TS. NGUYỄN SỸ LÂM Luận văn thạc sĩ đƣợc bảo vệ tại Trƣờng Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM ngày 15 tháng 01 năm 2015. Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1. GS.TS. TRẦN THỊ THANH ...................................... Chủ tịch Hội đồng 2. TS. BÙI TRƢỜNG SƠN ............................................ Thƣ ký 3. TS. LÊ VĂN PHA ...................................................... Ủy viên 4. TS. NGUYỄN SỸ LÂM ............................................. Ủy viên 5. TS. TRƢƠNG QUANG HÙNG ................................. Ủy viên Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trƣởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã đƣợc sửa chữa (nếu có). CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG GS.TS. TRẦN THỊ THANH TRƢỞNG KHOA XÂY DỰNG TS. NGUYỄN MINH TÂM Trang 2 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: PHẠM VĂN THANH MSHV: 13090098 Ngày, tháng, năm sinh: 01/07/1983 Nơi sinh: Gia Lai Chuyên ngành: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH NGẦM Mã số: 60580204 I. TÊN ĐỀ TÀI: DỰ ĐOÁN KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA CỌC KHOAN NHỒI BẰNG PHƢƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN II. NHIỆM VỤ: - Phân tích và tính sức chịu tải của cọc khoan nhồi bằng các phƣơng pháp giải tích. - Trên cơ sở kết quả thí nghiệm nén tĩnh hiện trƣờng phân tích: + Ma sát lên cọc trong cùng một lớp đất có tăng theo chiều sâu không? + Sức chịu tải do ma sát hông xung quanh cọc. + Sức chịu tải ở mũi cọc. - Kết hợp phân tích ngƣợc bằng phƣơng pháp phần tử hữu hạn qua đó dự đoán sức chịu tải của cọc. III. NỘI DUNG: - Mở dầu - Chƣơng 1: Tổng quan về công nghệ thi công cọc khoan nhồi. - Chƣơng 2: Tổng quan các phƣơng pháp xác định sức chịu tải của cọc khoan nhồi theo phƣơng pháp giải tích. - Chƣơng 3: Mô phỏng cọc khoan nhồi bằng phần mềm plaxis. - Chƣơng 4: Phân tích và đánh giá kết quả. - Kết luận và kiến nghị. - Tài liệu tham khảo. - Phụ lục. IV. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 07/07/2014 V. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 07/12/2014 VI. CÁN BỘ HƢỚNG DẪN: PGS.TS. CHÂU NGỌC ẨN Tp. HCM, ngày 07 tháng 12 năm 2014. CÁN BỘ HƢỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO PGS.TS. CHÂU NGỌC ẨN TS. LÊ BÁ VINH TRƢỞNG KHOA XÂY DỰNG TS. NGUYỄN MINH TÂM Trang 3 LỜI CẢM ƠN Trƣớc tiên, học viên xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô trong bộ môn Địa cơ Nền móng, quý Thầy Cô đã nhiệt tình, tận tâm truyền đạt cho học viên những kiến thức hết sức quý báu và hữu ích trong suốt thời gian học viên tham gia khóa học. Hôm nay, với những dòng chữ này, học viên xin bày tỏ lòng biết ơn và tri ân sâu sắc đối với quý Thầy Cô. Học viên xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu nhà trƣờng, Phòng đào tạo Sau Đại học trƣờng Đại học Bách khoa Tp.HCM đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho học viên trong suốt quá trình học tập tại nhà trƣờng. Đề cƣơng Luận văn Thạc sĩ của học viên đƣợc hoàn thành đúng thời hạn theo quy định là nhờ sự giúp đỡ tận tâm, tận tình và đầy nhiệt huyết của PGS.TS. Châu Ngọc Ẩn. Học viên xin chân thành cảm ơn PGS.TS. Châu Ngọc Ẩn, ngƣời Thầy đã tận tình hƣớng dẫn và định hƣớng giúp học viên đƣa ra những hƣớng nghiên cứu cụ thể. Bên cạnh đó, Thầy cũng cung cấp cho học viên nhiều tài liệu, truyền đạt những kiến thức quý báu trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Học viên cũng xin chân thành cảm ơn các Thầy TS. Lê Bá Vinh, TS. Nguyến Minh Tâm, PGS.TS. Võ Phán, TS. Bùi Trường Sơn, GS.TS. Dương Nguyên Vũ, TS. Trần Tuấn Anh, TS. Lê Trọng Nghĩa, TS. Đỗ Thanh Hải đã tạo điều kiện tốt nhất cho học viên học tập và nghiên cứu khoa học trong hai học kỳ vừa qua. Các Thầy Cô đã luôn tận tâm giảng dạy và cung cấp cho học viên nhiều tài liệu quý báu và những hƣớng nghiên cứu cần thiết. Bên cạnh đó, học viên xin trân trọng cảm ơn các anh chị làm việc trong dự án xây dựng tuyến đƣờng sắt đô thị TP. Hồ Chí Minh, tuyến Bến Thành – Suối Tiên (Tuyến số 1) đã giúp đỡ học viên trong việc thu thập các số liệu quan trắc quý báu cần thiết để hoàn thành luận văn này. Cuối cùng, học viên cũng xin bày tỏ lòng ghi ơn và tri ân sâu sắc đến gia đình, bạn bè và các đồng nghiệp đã luôn quan tâm, động viên và giúp đỡ học viên rất nhiều trong suốt thời gian của khóa học cũng nhƣ trong khoảng thời gian thực hiện luận văn thạc sĩ này. HỌC VIÊN PHẠM VĂN THANH Trang 4 TÓM TẮT Trong luận văn này, tác giả sử dụng thí nghiệm nén tĩnh hiện trƣờng có gắn các thiết bị đo biến dạng dọc thân cọc để phân tích hai thành phần sức chịu tải của cọc khoan nhồi trên địa bàn Q.2, Q.Thủ Đức – TP. Hồ Chí Minh. Hai thành phần sức chịu tải của cọc bao gồm: ma sát hông và sức chịu mũi. Từ đó, bằng phần mềm Plaxis 2D sử dụng mô hình Mohr - Coulomb, tiến hành mô phỏng các cọc khoan nhồi nói trên và xác định sức chịu tải của các cọc. Công việc đƣợc thực hiện trên ba cọc khoan nhồi gồm: TPB-02 (đƣờng kính d = 1,5m, chiều dài L = 77m), TPB-03 (đƣờng kính d = 1,2m, chiều dài L = 75m), TPB-05 đƣờng kính d = 1,5m, chiều dài L = 55m). Kết quả phân tích sức chịu tải của cọc từ thí nghiệm nén tĩnh hiện trƣờng và từ mô phỏng bằng phần mềm Plaxis 2D nhƣ sau: sức chịu tải của cọc chủ yếu đƣợc huy động do thành phần ma sát hông, chiếm từ 80% đến 90% sức chịu tải tổng, thành phần sức chịu mũi chỉ chiếm từ 10% đến 20%. Do đó, khi tính toán sức chịu tải của cọc khoan nhồi ngƣời thiết kế có thêm cơ sở để lấy hệ số an toàn cho thành phần ma sát hông FSs = 2 và cho thành phần chịu mũi FSp = 3. Thông qua thí nghiệm nén tĩnh hiện trƣờng ghi nhận đƣợc thành phần sức chịu tải do ma sát hông giữa cọc và đất trong cùng một lớp đất thay đổi không đồng đều theo chiều sâu. Cụ thể, sức chịu tải do thành phần ma sát hông trong cùng một lớp đất không tăng tuyến tính theo chiều sâu (dao động xung quanh giá trị trung bình khá bất thƣờng). Khi có tải trọng tác động lên đầu cọc, thành phần sức chịu tải do ma sát hông đƣợc huy động rất nhanh. Mô phỏng thí nghiệm nén tĩnh cọc bằng phần mềm Plaxis 2D sử dụng mô hình Mohr – Coulomb diễn tả không tốt quá trình giảm tải. Vì vậy, với cùng một cấp tải trọng tác động lên đầu cọc, quá trình giảm tải cho chuyển vị của cọc bằng với quá trình tăng tải. Tuy nhiên, với mục đích xác định sức chịu tải của cọc bằng phƣơng pháp phần tử hữu hạn thì vấn đề này không ảnh hƣởng nhiều đến kết quả của luận văn. Sau khi mô phỏng cọc khoan nhồi bằng Plaxis 2D, tiến hành vẽ đồ thị quan hệ tải trọng và chuyển vị, áp dụng phụ lục E của TCVN 9393 : 2012 [10] để xác định sức chịu tải của cọc. Trang 5 ABSTRACT The aim of this thesis is to be investigated and analyzed the bearing (loading) capacities of bored-pile by in-situ Static Load Testing (Pile Load Test) with measuring instruments of longitudinal deformation (strain gage) at 2nd District and Thu Duc District in Ho Chi Minh City. The strain components of bored-pile are included: 1) wall friction and 2) toe resistance. The bored-piles are imitated and specify its bearing (loading) capacities by Plaxis 2D software with Morh – Coulomb Model. Three (03) bored-piles were chosen to analysis: TPB-02 (Diameter = 1.5 m, Length = 77.0 m); TPB-03 (Diameter = 1.5 m, Length = 75.0 m) and TPB-05 (Diameter = 1.5 m, Length = 55.0 m). The results of bearing (loading) capacities of bored-piles were analyzed and recorded as following: 1) the wall friction occupied 80% to 90% and 2) toe resistance occupied 10% to 20%. Therefore based on the results, when the designer calculates the bearing, it is added a factor of safe (FS) where wall friction FSs = 2 and toe resistance FSp = 3. According to the in-situ testing results, we recorded that the bearing capacity caused by wall fiction between pile and surrounded soil (in same soil layer) is not varied homogeneous by depth. That means the bearing capacity caused by wall fiction in same layer of soil is not increased linear by depth (the bearing is varied around its average value fairly extraordinary). If having the loading at top of bored-pile, the bearing capacity caused by wall fiction is occurred very fast. The bored-piles are imitated and specify its bearing (loading) capacities by Plaxis 2D software with Morh – Coulomb Model. But this method do not describe clear the unloading cycle. Thus, within the same load-level, the displacement of pile by unloading cycle is equal load increment. However, if the aim is determination of pile bearing capacities by Finite Element Method (FEM), it will not influence the analysis of thesis. Finally, the author carried out the load-displacement curve based on the Appendix E, Vietnamese Standard 9393:2012 [10] to determine the bearing (loading) capacities of bored-piles. Trang 6 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các kết quả nêu ra trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào khác. Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 07 tháng 12 năm 2014. Tác giả PHẠM VĂN THANH Trang 7 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................................. 4 TÓM TẮT ................................................................................................................................... 5 ABSTRACT ................................................................................................................................ 6 LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................................... 7 PHẦN MỞ ĐẦU ....................................................................................................................... 12 1.1. 1.2. 1.3. 1.4. ĐẶT VẤN ĐỀ .................................................................................................................... 12 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU ................................................................................................. 13 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................................................................................... 13 PHẠM VI NGHIÊN CỨU .................................................................................................... 14 CHƢƠNG 1 ............................................................................................................................... 15 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ THI CÔNG CỌC KHOAN NHỒI ................................ 15 1.1. THIẾT BỊ THI CÔNG ......................................................................................................... 15 1.1.1. Thiết bị khoan ........................................................................................................... 15 1.1.2. Thiết bị trộn và xử lý cát lẫn trong dung dịch bentonite ......................................... 16 1.1.3. Các thiết bị khác ........................................................................................................ 17 1.2. QUÁ TRÌNH THI CÔNG [9] ............................................................................................... 17 1.2.1. Công tác chuẩn bị ..................................................................................................... 17 1.2.2. Dung dịch khoan ....................................................................................................... 17 1.2.3. Công tác khoan tạo lỗ ............................................................................................... 18 1.2.4. Công tác gia công và hạ lồng thép ........................................................................... 20 1.2.5. Xử lý cặn lắng đáy hố khoan trước khi đổ bê tông ................................................. 21 1.2.6. Đổ bê tông.................................................................................................................. 21 1.2.7. Rút ống vách và vệ sinh đầu cọc .............................................................................. 22 1.3. NHẬN XÉT CHƢƠNG 1 ..................................................................................................... 22 CHƢƠNG 2 ............................................................................................................................... 23 TỔNG QUAN CÁC PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC KHOAN NHỒI THEO PHƢƠNG PHÁP GIẢI TÍCH ......................................................................... 23 2.1. SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO VẬT LIỆU ........................................................................ 23 2.2. SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO CHỈ TIÊU CƢỜNG ĐỘ CỦA ĐẤT NỀN ................................ 23 2.3. SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM XUYÊN TIÊU CHUẨN (SPT) ........ 24 2.3.1. Tính theo công thức Meyerhof ................................................................................. 24 2.3.2. Tính theo công thức của Nhật Bản .......................................................................... 25 2.4. SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM XUYÊN TĨNH (CPT) .................... 25 2.5. SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO THIẾT BỊ ĐO BIẾN DẠNG DỌC THÂN CỌC (STRAIN GAGES) 26 2.6. NHẬN XÉT CHƢƠNG 2 ..................................................................................................... 29 CHƢƠNG 3 ............................................................................................................................... 37 MÔ PHỎNG CỌC KHOAN NHỒI BẰNG PHẦN MỀM PLAXIS .................................... 37 3.1. XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO LÝ THUYẾT TỪ CÁC CÔNG THỨC KHÁC NHAU37 3.2. MÔ PHỎNG CỌC KHOAN NHỒI BẰNG PHẦN MỀM PLAXIS 2D ......................................... 37 Trang 8 3.2.1. Tổng quan về Plaxis mô hình Mohr – Coulomb ..................................................... 37 3.2.2. Thống kê các thông số địa chất ................................................................................ 42 3.2.3. Mô hình cọc TPB-02 từ Plaxis 2D ........................................................................... 50 3.2.4. Mô hình cọc TPB-03 từ Plaxis 2D ........................................................................... 51 3.2.5. Mô hình cọc TPB-05 từ Plaxis 2D ........................................................................... 52 CHƢƠNG 4 ............................................................................................................................... 53 PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ .............................................................................. 53 4.1. PHÂN TÍCH DỮ LIỆU ........................................................................................................ 53 4.1.1. Sức chịu tải dọc thân cọc .......................................................................................... 53 4.1.2. Thành phần ma sát hông .......................................................................................... 55 4.1.3. Chuyển vị của cọc ..................................................................................................... 57 4.2. XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC TỪ PLAXIS 2D ......................................................... 61 4.2.1. Cọc TPB-02 ............................................................................................................... 61 4.2.2. Cọc TPB-03 ............................................................................................................... 61 4.2.3. Cọc TPB-05 ............................................................................................................... 62 4.3. ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ ........................................................................................................ 63 4.4. ĐÓNG GÓP CỦA ĐỀ TÀI ................................................................................................... 64 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................................................. 65 KẾT LUẬN ............................................................................................................................... 65 KIẾN NGHỊ .............................................................................................................................. 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................................ 67 PHỤ LỤC .................................................................................................................................. 68 5.1. BẢNG SỐ LIỆU ĐỒNG HỒ ĐO CHUYỂN VỊ NÉN TĨNH HIỆN TRƢỜNG................................. 68 5.1.1. Cọc TPB-02 ............................................................................................................... 68 5.1.2. Cọc TPB-03 ............................................................................................................... 80 5.1.3. Cọc TPB-05 ............................................................................................................... 92 5.2. BẢNG SỐ LIỆU ĐO BIẾN DẠNG CO LẠI CỦA CỌC ........................................................... 104 5.1.1. Cọc TPB-02 ............................................................................................................. 104 5.1.2. Cọc TPB-03 ............................................................................................................. 105 5.1.3. Cọc TPB-05 ............................................................................................................. 106 5.3. BẢNG SỐ LIỆU STRAIN GAUGES NÉN TĨNH HIỆN TRƢỜNG............................................ 107 5.3.1. Cọc TPB-02 ............................................................................................................. 107 5.3.2. Cọc TPB-03 ............................................................................................................. 117 5.3.3. Cọc TPB-05 ............................................................................................................. 127 5.4. BẢNG SỐ LIỆU TÍNH LỰC DỌC THÂN CỌC TỪ NÉN TĨNH HIỆN TRƢỜNG ....................... 137 5.4.1. Cọc TPB-02 ............................................................................................................. 137 5.4.2. Cọc TPB-03 ............................................................................................................. 141 5.4.3. Cọc TPB-05 ............................................................................................................. 145 5.5. BẢNG SỐ LIỆU MA SÁT HÔNG TỪ NÉN TĨNH HIỆN TRƢỜNG .......................................... 149 5.5.1. Cọc TPB-02 ............................................................................................................. 149 5.5.2. Cọc TPB-03 ............................................................................................................. 151 5.5.3. Cọc TPB-05 ............................................................................................................. 153 5.6. BẢNG SỐ LIỆU TÍNH LỰC DỌC THÂN CỌC TỪ MÔ HÌNH PLAXIS ................................... 155 Trang 9 5.6.1. Cọc TPB-02 ............................................................................................................. 155 5.6.2. Cọc TPB-03 ............................................................................................................. 159 5.6.3. Cọc TPB-05 ............................................................................................................. 163 5.7. BẢNG SỐ LIỆU CHUYỂN VỊ ĐẦU CỌC TỪ MÔ HÌNH PLAXIS ........................................... 167 5.7.1. Cọc TPB-02 ............................................................................................................. 167 5.7.2. Cọc TPB-03 ............................................................................................................. 167 5.7.3. Cọc TPB-05 ............................................................................................................. 167 PHẦN LÝ LỊCH TRÍCH NGANG ....................................................................................... 168 QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO........................................................................................................ 168 QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC ..................................................................................................... 168 DANH MỤC HÌNH ẢNH HÌNH 1.1: MÁY KHOAN........................................................................................................ 15 HÌNH 1.2: MÁY TRỘN VÀ XỬ LÝ CÁT CHO DUNG DỊCH BENTONITE .................. 16 HÌNH 1.3: THIẾT BỊ THU HỒI, XỬ LÝ VÀ CHỨA ĐỰNG DUNG DỊCH BENTONITE ĐANG SỬ DỤNG ..................................................................................................................... 16 HÌNH 2.1: ĐỒ THỊ TRA HỆ SỐ NQ ...................................................................................... 24 HÌNH 2.2: THIẾT BỊ CẢM BIẾN ĐO SỨC CHỊU TẢI DỌC THÂN CỌC (GEOKON 4200) ........................................................................................................................................... 27 HÌNH 2.3: THIẾT BỊ CẢM BIẾN ĐO BIẾN DẠNG CỦA CỌC (GEOKON A-9) ........... 27 HÌNH 2.4: LẮP ĐẶT THIẾT BỊ CẢM BIẾN VÀO LỒNG THÉP ..................................... 28 HÌNH 2.5: TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM VÀ QUAN SÁT SỐ LIỆU ĐO ........................... 28 HÌNH 2.6: THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA STRAIN GAGES GEOKON 4200 ................. 31 HÌNH 2.7: THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA STRAIN GAGES A-9 ...................................... 33 HÌNH 2.8: SƠ ĐỒ VỊ TRÍ LẮP ĐẶT CÁC THIẾT BỊ CẢM BIẾN DỌC THÂN CỌC TPB02 ................................................................................................................................................ 34 HÌNH 2.9: SƠ ĐỒ VỊ TRÍ LẮP ĐẶT CÁC THIẾT BỊ CẢM BIẾN DỌC THÂN CỌC TPB03 ................................................................................................................................................ 35 HÌNH 2.10: SƠ ĐỒ VỊ TRÍ LẮP ĐẶT CÁC THIẾT BỊ CẢM BIẾN DỌC THÂN CỌC TPB-05 ....................................................................................................................................... 36 HÌNH 3.1: QUAN HỆ ĐÀN HỒI TUYẾN TÍNH TRONG MÔ HÌNH MOHR - COULOMB .................................................................................................................................................... 38 HÌNH 3.2: ĐỒ THỊ QUAN HỆ ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG ........................................... 38 HÌNH 3.3: VÒNG TRÒN ỨNG SUẤT TIẾP XÚC VỚI ĐƢỜNG BAO COULOMB TẠI ĐIỂM DẺO................................................................................................................................ 40 HÌNH 3.4: QUY ĐỔI TẢI TRỌNG LÊN ĐẦU CỌC TRONG PLAXIS ............................ 41 HÌNH 3.5: MÔ HÌNH CỌC TPB-02 TRONG PLAXIS ....................................................... 50 Trang 10 HÌNH 3.6: MÔ HÌNH CỌC TPB-03 TRONG PLAXIS ....................................................... 51 HÌNH 3.7: MÔ HÌNH CỌC TPB-05 TRONG PLAXIS ....................................................... 52 HÌNH 4.1: TẢI TRỌNG DỌC THÂN CỌC TPB-02 ............................................................ 54 HÌNH 4.2: TẢI TRỌNG DỌC THÂN CỌC TPB-03 ............................................................ 54 HÌNH 4.3: TẢI TRỌNG DỌC THÂN CỌC TPB-05 ............................................................ 54 HÌNH 4.4: SỰ HUY ĐỘNG MA SÁT HÔNG CỦA CỌC TPB-02 TỪ THÍ NGHIỆM NÉN TĨNH HIỆN TRƢỜNG ............................................................................................................ 55 HÌNH 4.5: SỰ HUY ĐỘNG MA SÁT HÔNG CỦA CỌC TPB-03 TỪ THÍ NGHIỆM NÉN TĨNH HIỆN TRƢỜNG ............................................................................................................ 56 HÌNH 4.6: SỰ HUY ĐỘNG MA SÁT HÔNG CỦA CỌC TPB-05 TỪ THÍ NGHIỆM NÉN TĨNH HIỆN TRƢỜNG ............................................................................................................ 56 HÌNH 4.7: BIỂU ĐỒ QUAN HỆ TẢI TRỌNG VÀ CHUYỂN VỊ CỦA CỌC TPB-02 ..... 57 HÌNH 4.8: BIỂU ĐỒ QUAN HỆ TẢI TRỌNG VÀ CHUYỂN VỊ CỦA CỌC TPB-03 ..... 58 HÌNH 4.9: BIỂU ĐỒ QUAN HỆ TẢI TRỌNG VÀ CHUYỂN VỊ CỦA CỌC TPB-05 ..... 59 HÌNH 4.10: PHƢƠNG PHÁP DE BEER ............................................................................... 60 HÌNH 4.11: PHƢƠNG PHÁP DAVISSION .......................................................................... 60 HÌNH 4.12: XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC TPB-02 TỪ KẾT QUẢ PLAXIS ... 61 HÌNH 4.13: XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC TPB-03 TỪ KẾT QUẢ PLAXIS ... 62 HÌNH 4.14: XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC TPB-05 TỪ KẾT QUẢ PLAXIS ... 62 DANH MỤC BẢNG BIỂU BẢNG 1.1: CHỈ TIÊU TÍNH NĂNG BAN ĐẦU CỦA DUNG DỊCH BENTONITE ........ 18 BẢNG 1.2 - SAI SỐ CHO PHÉP VỀ LỖ KHOAN CỌC ..................................................... 19 BẢNG 1.3 - SAI SỐ CHO PHÉP CHẾ TẠO LỒNG THÉP................................................. 21 BẢNG 2.1: HỆ SỐ KC VÀ  ................................................................................................. 26 BẢNG 3.1: SỨC CHỊU TẢI CỦA CÁC CỌC THEO MỘT SỐ CÔNG THỨC GIẢI TÍCH .................................................................................................................................................... 37 BẢNG 3.2: TỔNG HỢP CÁC THÔNG SỐ ĐỊA CHẤT NHẬP VÀO MÔ HÌNH PLAXIS (CỌC TPB-02) .......................................................................................................................... 42 BẢNG 3.3: TỔNG HỢP CÁC THÔNG SỐ ĐỊA CHẤT NHẬP VÀO MÔ HÌNH PLAXIS (CỌC TPB-03) .......................................................................................................................... 43 BẢNG 3.4: TỔNG HỢP CÁC THÔNG SỐ ĐỊA CHẤT NHẬP VÀO MÔ HÌNH PLAXIS (CỌC TPB-05) .......................................................................................................................... 43 BẢNG 4.1: SO SÁNH SỨC CHỊU TẢI MŨI VÀ MA SÁT HÔNG .................................... 63 BẢNG 4.2: SO SÁNH CÁC LOẠI CHUYỂN VỊ CỦA CỌC............................................... 63 Trang 11 PHẦN MỞ ĐẦU 1.1. Đặt vấn đề Theo số liệu thống kê của Tổng cục thống kê, với tốc độ gia tăng dân số hiện nay của cả nƣớc nói chung và Tp.HCM nói riêng diễn ra rất nhanh, dẫn đến nhu cầu xây dựng các công trình nhà ở, giao thông… ngày một nhiều. Đặc biệt là các công trình nhƣ: chung cƣ, cao ốc văn phòng, trung tâm thƣơng mại, cầu, cảng, tầu điện ngầm… Các loại công trình này có tải trọng rất lớn nên hầu hết các công trình nói trên có khuynh hƣớng sử dụng các loại móng sâu nhƣ móng cọc ép, cọc đóng, cọc khoan nhồi hay là cọc barret. Trong hơn mƣời năm qua, công nghệ cọc khoan nhồi đã đƣợc áp dụng mạnh mẽ trong xây dựng công trình ở nƣớc ta. Theo [16], hiện nay ƣớc tính hàng năm ở nƣớc ta thực hiện khoảng 50, 70 nghìn mét dài cọc khoan nhồi có đƣờng kính 0,8 đến 2,5m, với chi phí khoảng 300, 400 tỷ đồng. Vì vậy việc tìm ra các biện pháp kinh tế - kỹ thuật để sử dụng móng cọc khoan nhồi có hiệu quả hơn là một vấn đề cần thiết không những chỉ đối với các nhà nghiên cứu mà còn đối với cả các nhà thiết kế, nhà thầu, tƣ vấn giám sát. Đối với móng cọc, tải trọng công trình thông qua cọc đƣợc truyền xuống các lớp đất bên dƣới bởi hai thành phần: thành phần do ma sát hông giữa cọc và đất, thành phần sức chịu mũi của cọc. Vấn đề đƣợc đặt ra ở đây là xét trong một khu vực địa chất cụ thể nào đó, trong quá trình tham gia chịu tải của cọc, thành phần ma sát bên và thành phần sức chịu mũi chiếm một tỷ lệ bao nhiêu so với sức chịu tải tổng của cọc theo thiết kế? Thiết kế hiện nay có khai thác đƣợc tối đa khả năng chịu tải của cọc hay chƣa? Hiện nay, khi tính toán sức chịu tải của cọc, ngƣời thiết kế chủ yếu dựa vào số liệu từ các thí nghiệm trong phòng và kết quả tính toán sức chịu tải của cọc còn khác nhiều so với thực tế. Các thí nghiệm trong phòng còn tồn tại nhiều hạn chế do điều kiện lấy mẫu hiện trƣờng, vận chuyển và bảo quản mẫu cũng nhƣ việc tiến hành các thí nghiệm trong phòng không có độ chính xác cao, nguyên nhân có thể là do thiết bị, con ngƣời… Sau khi tính toán sức chịu tải của cọc theo các cơ sở lý thuyết khác nhau, dẫn đến cho ra nhiều giá trị sức chịu tải khác nhau nên việc xác định sức chịu tải của cọc gần đúng với thực tế là một vấn đề khó khăn hiện nay đối với ngƣời thiết kế. Trƣớc khi triển khai thi công các cọc một cách đại trà, ngƣời thiết kế thƣờng thiết kế một số cọc thử và sử dụng các phƣơng pháp thí nghiệm hiện trƣờng nhƣ: thí nghiệm nén tĩnh, thử động PDA, thí nghiệm Osterberg để xác định sức chịu tải của cọc, từ đó tiến hành thiết kế và thi công các cọc đại trà. Tuy nhiên, việc thực hiện các thí nghiệm nói trên là tƣơng đối phức tạp và rất tốn kém, do vậy, cần có thêm nhiều phƣơng pháp tính toán khác để xác định sức chịu tải của cọc gần đúng với thực tế nhất. Nhằm giúp cho ngƣời thiết kế có thêm nhiều cơ sở để xác định sức chịu tải của cọc. Ở nƣớc ta tuy đã có các công nghệ: siêu âm để đánh giá chất lƣợng độ đồng nhất của bê tông, thử động biến dạng nhỏ để đánh giá độ nguyên vẹn và thử động biến dạng lớn để đánh giá sức chịu tải của cọc khoan nhồi. Nhƣng ngoài ra, việc thử tải bằng hộp Osterberg và công nghệ bơm vữa sau post - grouting để nâng cao sức chịu tải cho cọc dài, Trang 12 công nghệ siêu âm để quan trắc hình học lỗ khoan sau khi đào, công nghệ thử tải cọc có gắn thiết bị đã đƣợc áp dụng, nhƣng còn do nhà thầu nƣớc ngoài thực hiện. Việc đánh giá sức chịu tải của cọc ở nƣớc ta thƣờng dựa vào các chỉ dẫn thiết kế, trong đó mặc định sức chịu mũi và ma sát hông đạt đến một tỷ lệ nhất định của giá trị giới hạn mà không xét đến ảnh hƣởng của chiều dài thân cọc cũng nhƣ tính chất cơ lý của lớp đất mang tải mũi cọc. Tỷ lệ thí nghiệm đánh giá sức chịu tải của cọc trên hiện trƣờng đƣợc thực hiện rất thấp do bị hạn chế về kinh phí. Để giải quyết vấn đề này, câu hỏi đặt ra ở đây là: có thể sử dụng phƣơng pháp phần tử hữu hạn để phân tích và đánh giá đƣợc các thành phần sức chịu tải của cọc hay không? Phƣơng pháp phần tử hữu hạn có thể xác định sức chịu tải của cọc không? Do đó, đề tài: “Dự đoán khả năng chịu tải của cọc khoan nhồi bằng phương pháp phần tử hữu hạn” đƣợc tác giả lựa chọn để nghiên cứu và giải quyết vấn đề đƣợc đƣa ra. 1.2. Mục đích nghiên cứu Với nhu cầu sử dụng móng cọc trong thiết kế các công trình xây dựng ngày càng tăng, việc thiết kế chính xác sức chịu tải của cọc là hết sức cần thiết đối với công tác thiết kế. Tuy nhiên, hiện nay khi thiết kế sức chịu tải của cọc hầu hết đƣợc thiết kế với hệ số an toàn rất cao, do đó chƣa khai thác hết khả năng chịu tải của cọc, gây lãng phí rất nhiều cho các đơn vị Chủ đầu tƣ. Phân tích và tính sức chịu tải của cọc khoan nhồi bằng các phƣơng pháp giải tích. Trên cơ sở kết quả thí nghiệm nén tĩnh hiện trƣờng phân tích và xác định với những mục đích chính nhƣ sau: Ma sát bên giữa cọc và đất trong cùng một lớp đất thay đổi nhƣ thế nào theo chiều sâu. - Tổng lực ma sát hông của cọc, tổng lực ở mũi cọc, mỗi thành phần chiếm một tỷ lệ bao nhiêu so với sức chịu tải tổng của cọc. - Kết hợp phân tích ngƣợc theo phƣơng pháp phần tử hữu hạn qua đó dự đoán sức chịu tải của cọc. Từ kết quả phân tích ngƣợc theo phƣơng pháp phần tử hữu hạn, có thể mô phỏng cọc cho từng địa chất cụ thể khác nhau và dự đoán sức chịu tải của cọc khi thiết kế cọc ở khu vực đó. Nghiên cứu này sẽ giúp cho các đơn vị Tƣ vấn thiết kế có thêm cơ sở để lựa chọn sức chịu tải của cọc đƣợc tối ƣu hơn khi thiết kế móng cọc. - 1.3. Phƣơng pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm thông qua thí nghiệm nén tĩnh hiện trƣờng và phân tích ngƣợc về sức chịu tải của cọc thông qua phần mềm Plaxis. - Trên cơ sở lý thuyết, tính toán sức chịu tải của cọc khoan nhồi theo một số công thức giải tích của các tác giả khác nhau. Trang 13 - - Từ kết quả thực nghiệm, tiến hành phân tích sự phân bố sức chịu tải của hai thành phần sức chịu tải của cọc gồm: sức chịu tải do ma sát hông, sức chịu tải mũi cọc trong quá trình tham gia chịu tải. Tiến hành mô phỏng cọc khoan nhồi bằng phƣơng pháp phần tử hữu hạn theo phần mềm Plaxis để tìm sức chịu tải của cọc. So sánh sức chịu tải của cọc tính đƣợc từ phần mềm Plaxis với kết quả tính đƣợc từ các công thức giải tích khác nhau và kết quả nén tĩnh hiện trƣờng, từ đó đƣa ra các nhận xét, hệ số hiệu chỉnh và dự đoán sức chịu tải của cọc trong những trƣờng hợp khác thông qua phần tử hữu hạn. 1.4. Phạm vi nghiên cứu Do tính chất phức tạp của đất nền cũng nhƣ giới hạn của tài liệu thu thập đƣợc của đề tài, đề tài này chỉ giới hạn ở khu vực Quận 2, Quận Thủ Đức - Thành phố Hồ Chí Minh. Đề tài phân tích sức chịu tải của 03 cọc khoan nhồi bằng bê tông cốt thép gồm: một cọc có đƣờng kính 1,2m, chiều dài 75m; hai cọc có đƣờng kính 1,5m, một cọc có chiều dài 55m và một cọc dài 77m. - Địa điểm: Quận 2, Quận Thủ Đức – Tp.HCM (dọc theo xa lộ Hà Nội) Trang 14 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ THI CÔNG CỌC KHOAN NHỒI 1.1. Thiết bị thi công 1.1.1. Thiết bị khoan Với kỹ thuật phát triển hiện nay, có rất nhiều loại thiết bị khoan, với các công suất và chiều sâu khoan khác nhau. Tùy vào từng loại công trình, từng khu vực địa chất, theo từng yêu cầu cụ thể của thiết kế… mà chúng ta chọn thiết bị khoan cho phù hợp. a) Máy khoan cần b) Máy khoan tuần hoàn Hình 1.1: Máy khoan Hiện nay, các nhà thầu ở nƣớc ta đủ khả năng thi công cọc khoan nhồi đạt đến độ sâu khoan 100m và đƣờng kính khoan 2,5m. Đây cũng là phạm vi tối đa xét về tính kinh tế của cọc khoan nhồi. Các nhà thầu có đủ phƣơng tiện để hạ ống vách đƣờng kính 2,5m có chiều dài đến 40, 50m vào trong nền đất sét có độ chặt trung bình. Công nghệ khoan khô hay trong dung dịch cắt qua các tầng đất khác nhau đã trở thành bình thƣờng đối với các nhà thầu. Độ sâu cần thiết chôn mũi cọc vào đá đƣợc thực hiện không có gì khó khăn. Tạo lỗ theo phƣơng pháp khoan tuần hoàn là phƣơng pháp tạo lỗ đặc biệt, khác với kiểu thông thƣờng vốn lấy đất lên trực tiếp bằng thiết bị khoan hay đào và tuần tự sau mỗi lần khoan đào. Ở phƣơng pháp khoan tuần hoàn việc tách đất hố đào ra khỏi nền đất, và việc lấy đất từ dƣới hố lên đƣợc thực hiện đồng thời nhƣng do hai bộ phận thiết bị khác nhau thực hiện: việc tách đất nền và làm tơi nhỏ đất mùm khoan thành bùn có thể thực hiện bằng các phƣơng pháp sói rửa, khoan hay đào, còn việc lấy đất mùn khoan đƣợc thực hiện bằng hệ thống bơm hút công suất lớn. Hệ thống bơm này hút toàn bộ đất mùm khoan đã đƣợc hòa với dung dịch bentonite (dung dịch giữ thành hố đào) thành bùn lỏng, theo đƣờng ống (trong phƣơng pháp khoan, hệ đƣờng ống này chính là cần khoan) đƣa lên mặt đất trên miệng hố đào. Trong phƣơng pháp này dung dịch bentonite chứa Trang 15 đựng trong lòng nó một lƣợng đất rất lớn lấy từ hố đào lên, nên không thể dùng lại đƣợc nhiều nhƣ kiểu tạo lỗ thông thƣờng. Ở kiểu thông thƣờng dung dịch bentonite ra khỏi hố đào chỉ chứa lƣợng đất cát ít hơn rất nhiều, do phần lớn đất đã đƣợc vét lên riêng rẽ rồi, nên đƣợc thu hồi lại, rồi đƣợc xử lý lọc cát sạn, sau đó lại đƣợc bơm trở lại hố đào để tiếp tục dùng lại vài lần, tạo ra một vòng tuần hoàn dung dịch bentonite. 1.1.2. Thiết bị trộn và xử lý cát lẫn trong dung dịch bentonite Dung dịch bentonite là một trong những yếu tố quan trọng trong quá trình thi công cọc khoan nhồi. Dung dịch bentonite có tác dụng giữ ổn định và chống sạt lở thành hố khoan. Trong quá trình thi công, dung dịch bentonite đang sử dụng đƣợc thu hồi về một khu vực chứa đựng để xử lý cát, cặn bẩn đồng thời trộn lẫn với dung dịch bentonite mới để tái sử dụng. a) Thiết bị trộn bentonite b) Thiết bị sàng cát lẫn trong bentonite Hình 1.2: Máy trộn và xử lý cát cho dung dịch bentonite Hình 1.3: Thiết bị thu hồi, xử lý và chứa đựng dung dịch bentonite đang sử dụng Trang 16 1.1.3. Các thiết bị khác Ngoài các thiết bị ở trên còn có các thiết bị phụ trợ kèm theo nhƣ: máy cẩu phục vụ, máy bơm, máy hàn, máy cắt thép, máy uốn thép, máy phát điện, thùng chứa đất… 1.2. Quá trình thi công [9] 1.2.1. Công tác chuẩn bị Hiểu biết rõ điều kiện địa chất công trình và địa chất thuỷ văn, chiều dày, thế nằm và đặc trƣng cơ lý của các lớp đất, kết quả quan trắc mực nƣớc ngầm; áp lực nƣớc lỗ rỗng, tốc độ dòng chảy của nƣớc trong đất, khí độc hoặc khí dễ gây cháy nổ… Tìm hiểu khả năng có các chƣớng ngại dƣới đất để có biện pháp loại bỏ chúng; đề xuất phƣơng án phòng ngừa ảnh hƣởng xấu đến công trình lân cận và công trình ngầm; nếu chƣa có hồ sơ hiện trạng các công trình lân cận và công trình ngầm Nhà thầu phải yêu cầu Chủ đầu tƣ tiến hành công tác khảo sát, đo vẽ lập hồ sơ; biên bản lập với các chủ sở hữu các công trình liền kề phải đƣợc các cơ quan có đủ thẩm quyền bảo lãnh. Kiểm tra vật liệu chính (thép, xi măng, vữa sét, phụ gia, cát, đá, nƣớc sạch...), chứng chỉ chất lƣợng của nhà sản xuất, và kết quả thí nghiệm kiểm định chất lƣợng. Thi công lƣới trắc đạc định vị các trục móng và toạ độ các cọc cần thi công. Hệ thống mốc chuẩn và mốc định vị trục móng phải đáp ứng điều kiện độ chính xác về toạ độ và cao độ theo yêu cầu kỹ thuật của công trình. Nhà thầu có trách nhiệm nhận và bảo quản hệ thống mốc chuẩn trong suốt quá trình thi công cọc Thi công các công trình phụ trợ, đƣờng cấp điện, cấp thoát nƣớc, hố rửa xe; hệ thống tuần hoàn vữa sét (kho chứa, trạm trộn, bể lắng, đƣờng ống, máy bơm, máy tách cát...) San ủi mặt bằng và làm đƣờng phục vụ thi công, đủ để chịu tải trọng của thiết bị thi công lớn nhất, lập phƣơng án vận chuyển đất thải, tránh gây ô nhiễm môi trƣờng. Tập kết vật tƣ kỹ thuật và thiết bị, kiểm tra tình trạng máy móc, thiết bị trong tình trạng sẵn sàng hoạt động tốt, dụng cụ và thiết bị kiểm tra chất lƣợng phải qua kiểm chuẩn của cơ quan Nhà nƣớc. Chuẩn bị dung dịch khoan, cốt thép cọc, ống siêu âm, ống đặt sẵn để khoan lấy lõi bê tông (nếu cần), thùng chứa đất khoan, các thiết bị phụ trợ (cần cẩu, máy bơm, máy trộn dung dịch, máy lọc cát, máy nén khí, máy hàn, tổ hợp ống đổ, sàn công tác phục vụ đổ bê tông, xe chở đất khoan) cùng các thiết bị để kiểm tra dung dịch khoan, lỗ khoan, dụng cụ kiểm tra độ sụt bê tông, hộp lấy mẫu bê tông, dƣỡng định vị lỗ cọc... 1.2.2. Dung dịch khoan Tuỳ theo điều kiện địa chất, thuỷ văn, nƣớc ngầm, thiết bị khoan để chọn phƣơng pháp giữ thành hố khoan và dung dịch khoan thích hợp. Dung dịch khoan đƣợc chọn dựa Trang 17 trên tính toán theo nguyên lý cân bằng áp lực ngang giữa cột dung dịch trong hố khoan và áp lực của đất nền và nƣớc quanh vách lỗ. Khi khoan trong địa tầng dễ sụt lở, áp lực cột dung dịch phải luôn lớn hơn áp lực ngang của đất và nƣớc bên ngoài. Khi áp lực ngang của đất và nƣớc bên ngoài lỗ khoan lớn (do tải trọng của thiết bị thi công hay của các công trình lân cận sẵn có...) thì phải dùng ống vách để chống sụt lở, chiều sâu ống vách tính theo nguyên lý cân bằng áp nêu trên. Khi khoan gần công trình hiện hữu nếu có nguy cơ sập thành lỗ khoan thì phải dùng ống chống suốt chiều sâu lỗ cọc. Dung dịch bentonite dùng giữ thành hố khoan nơi địa tầng dễ sụt lở cho mọi loại thiết bị khoan, giữ cho mùn khoan không lắng đọng dƣới đáy hố khoan và đƣa mùn khoan ra ngoài phải đảm bảo đƣợc yêu cầu giữ ổn định vách hố khoan trong suốt quá trình thi công cọc. Khi mực nƣớc ngầm cao (lên đến mặt đất) cho phép tăng tỷ trọng dung dịch bằng các chất có tỷ trọng cao nhƣ barit, cát magnetic... Kiểm tra dung dịch bentonite từ khi chế bị cho tới khi kết thúc đổ bê tông từng cọc, kể cả việc điều chỉnh để đảm bảo độ nhớt và tỷ trọng thích hợp nhằm tránh lắng đáy cọc quá giới hạn cho phép cần tuân theo các quy định của tiêu chuẩn TCVN 9395:2012 [9] và các yêu cầu đặc biệt (nếu có) của Thiết kế. Dung dịch có thể tái sử dụng trong thời gian thi công công trình nếu đảm bảo đƣợc các chỉ tiêu thích hợp, nhƣng không quá 6 tháng. Khi dùng dung dịch polime hoặc các hoá phẩm khác ngoài các chức năng giữ ổn định thành hố khoan phải kiểm tra ảnh hƣởng của nó đến môi trƣờng đất -nƣớc (tại khu vực công trình và nơi chôn lấp đất khoan). Bảng 1.1: Chỉ tiêu tính năng ban đầu của dung dịch bentonite Tên chỉ tiêu Chỉ tiêu tính năng Phƣơng pháp kiểm tra 3 1. Trọng lƣợng riêng 1.05  1.15g/cm Tỷ trọng kế hoặc Bomêkế 2. Độ nhớt 18  45giây Phễu 500/700cc 3. Hàm lƣợng cát < 6% 4. Tỷ lệ chất keo > 95% Đong cốc 5. Lƣợng mất nƣớc < 30ml/30phút Dụng cụ đo lƣợng mất nƣớc 6. Độ dày áo sét 1  3mm/30phút Dụng cụ đo lƣợng mất nƣớc 7. Lực cắt tĩnh 8. Tính ổn định 9. Độ pH 1phút: 20  30mg/cm2 10 phút 50  100mg/cm2 < 0.03g/cm2 79 Lực kế cắt tĩnh Giấy thử pH 1.2.3. Công tác khoan tạo lỗ Khoan gần cọc vừa mới đổ xong bê tông: Khoan trong đất bão hoà nƣớc khi khoảng cách mép các lỗ khoan nhỏ hơn 1.5m nên tiến hành cách quãng 1 lỗ, khoan các lỗ nằm giữa hai cọc đã đổ bê tông nên tiến hành sau ít nhất 24 giờ từ khi kết thúc đổ bê tông. Trang 18 Thiết bị khoan tạo lỗ: Có nhiều thiết bị khoan tƣơng ứng với các kiểu lấy đất đá trong lòng lỗ khoan nhƣ sau: choòng đập đá; gàu ngoạm; gàu xoay, thổi rửa để hút bùn theo chu trình thuận, nghịch... Tuỳ theo đặc điểm địa chất công trình, vị trí công trình với các công trình lân cận, khả năng của Nhà thầu, yêu cầu của thiết kế mà chọn lựa thiết bị khoan thích hợp. Ống chống tạm: Ống chống tạm (casing) dùng bảo vệ thành lỗ khoan ở phần đầu cọc, tránh lở đất bề mặt đồng thời là ống dẫn hƣớng cho suốt quá trình khoan tạo lỗ. Khi hạ ống nên có dƣỡng định vị để đảm bảo sai số cho phép. Ống chống tạm đƣợc chế tạo thƣờng từ 6  10m trong các xƣởng cơ khí chuyên dụng, chiều dày ống thƣờng từ 6  16mm. Cao độ đỉnh ống cao hơn mặt đất hoặc nƣớc cao nhất tối thiểu 0.3 m. Cao độ chân ống đảm bảo sao cho áp lực cột dung dịch lớn hơn áp lực chủ động của đất nền và hoạt tải thi công phía bên ngoài. Ống chống tạm đƣợc hạ và rút chủ yếu bằng thiết bị thuỷ lực hoặc thiết bị rung kèm theo máy khoan, khi không có thiết bị này có thể dùng búa rung đóng kết hợp lấy đất bằng gầu hoặc hạ bằng kích ép thuỷ lực. Cao độ dung dịch khoan: Cao độ dung dịch khoan trong lỗ phải luôn giữ sao cho áp lực của dung dịch khoan luôn lớn hơn áp lực của đất và nƣớc ngầm phía ngoài lỗ khoan, để tránh hiện tƣợng sập thành trƣớc khi đổ bê tông. Cao độ dung dịch khoan cần cao hơn mực nƣớc ngầm ít nhất là 1.5 m. Khi có hiện tƣợng thất thoát dung dịch trong hố khoan nhanh thì phải có biện pháp xử lý kịp thời. Đo đạc trong khi khoan: Đo đạc trong khi khoan gồm kiểm tra tim cọc bằng máy kinh vĩ và đo đạc độ sâu các lớp đất qua mùn khoan lấy ra và độ sâu hố khoan theo thiết kế. Các lớp đất theo chiều sâu khoan phải đƣợc ghi chép trong nhật ký khoan và hồ sơ nghiệm thu cọc, xem phụ lục C - TCVN 9395:2012 [9]. Cứ khoan đƣợc 2m thì lấy mẫu đất một lần. Nếu phát hiện thấy địa tầng khác so với hồ sơ khảo sát địa chất thì báo ngay cho thiết kế và chủ đầu tƣ để có biện pháp điều chỉnh, xử lý kịp thời. Sau khi khoan đến chiều sâu thiết kế, dừng khoan 30 phút để đo độ lắng. Độ lắng đƣợc xác định bằng chênh lệch chiều sâu giữa hai lần đo lúc khoan xong và sau 30 phút. Nếu độ lắng vƣợt quá giới hạn cho phép thì tiến hành vét bằng gầu vét và xử lý cặn lắng cho tới khi đạt yêu cầu. Bảng 1.2 - Sai số cho phép về lỗ khoan cọc Phƣơng pháp tạo lỗ cọc Cọc giữ thành bằng dung dịch Sai số vị trí cọc, cm Sai số độ thẳng Cọc đơn, cọc dƣới Cọc dƣới móng băng đứng móng băng theo trục theo trục dọc, cọc ngang, cọc biên trong % phía trong nhóm cọc nhóm cọc D/6 nhƣng  10 D 1000mm D/4 nhƣng  15 1 D>1000mm Đóng hoặc D 500mm rung ống D>500mm 1 10 + 0.01H 15 + 0.01H 7 15 10 15 Trang 19 1.2.4. Công tác gia công và hạ lồng thép Cốt thép đƣợc gia công theo bản vẽ thiết kế thi công và tiêu chuẩn TCXD 205:1998 [8]. Nhà thầu phải bố trí mặt bằng gia công, nắn cốt thép, đánh gỉ, uốn đai, cắt và buộc lồng thép theo đúng quy định. Cốt thép đƣợc chế tạo sẵn trong xƣởng hoặc tại công trƣờng, chế tạo thành từng lồng, chiều dài lớn nhất của mỗi lồng phụ thuộc khả năng cẩu lắp và chiều dài xuất xƣởng của thép chủ. Lồng thép phải có thép gia cƣờng ngoài cốt chủ và cốt đai theo tính toán để đảm bảo lồng thép không bị xoắn, méo . Lồng thép phải có móc treo bằng cốt thép chuyên dùng làm móc cẩu, số lƣợng móc treo phải tính toán đủ để treo cả lồng vào thành ống chống tạm mà không bị tuột xuống đáy hố khoan, hoặc cấu tạo guốc cho đoạn lồng dƣới cùng tránh lồng thép bị lún nghiêng cũng nhƣ để đảm bảo chiều dày lớp bê tông bảo hộ dƣới đáy cọc. Cốt gia cƣờng thƣờng dùng cùng đƣờng kính với cốt chủ, uốn thành vòng đặt phía trong cốt chủ khoảng cách từ 2.5  3m, liên kết với cốt chủ bằng hàn đính và dây buộc theo yêu cầu của thiết kế. Khi chuyên chở, cẩu lắp có thể dùng cách chống tạm bên trong lồng thép để tránh hiện tƣợng biến hình. Định tâm lồng thép bằng các con kê (tai định vị) bằng thép trơn hàn vào cốt chủ đối xứng qua tâm, hoặc bằng các con kê tròn bằng xi măng, theo nguyên lý bánh xe trƣợt, cố định vào giữa 2 thanh cốt chủ bằng thanh thép trục. Chiều rộng hoặc bán kính con kê phụ thuộc vào chiều dày lớp bảo hộ, thông thƣờng là 5cm. Số lƣợng con kê cần buộc đủ để hạ lồng thép chính tâm. Nối các đoạn lồng thép chủ yếu bằng dây buộc, chiều dài nối theo quy định của thiết kế. Khi cọc có chiều dài lớn, Nhà thầu cần có biện pháp nối bằng cóc, dập ép ống đảm bảo đoạn lồng thép không bị tụt khi lắp hạ. Ống siêu âm (thƣờng là ống thép đƣờng kính 60 mm) cần đƣợc buộc chặt vào cốt thép chủ, đáy ống đƣợc bịt kín và hạ sát xuống đáy cọc, nối ống bằng hàn, có măng xông, đảm bảo kín, tránh rò rỉ nƣớc xi măng làm tắc ống, khi lắp đặt cần đảm bảo đồng tâm. Chiều dài ống siêu âm theo chỉ định của thiết kế, thông thƣờng đƣợc đặt cao hơn mặt đất san lấp xung quanh cọc 10  20cm. Sau khi đổ bê tông các ống đƣợc đổ đầy nƣớc sạch và bịt kín, tránh vật lạ rơi vào làm tắc ống. Chú thích: Số lượng ống siêu âm cho 1 cọc thường quy định như sau: - 2 ống cho cọc có đường kính 60cm; - 3 ống cho cọc có đường kính 60cm < D  100cm - 4 ống cho cọc có đường kính , D > 100cm. Trang 20