bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o
Trêng §¹i häc x©y dùng
-----------***-----------
Bïi hång cêng
øng dông c«ng nghÖ cäc
franki
trong ®iÒu kiÖn ®Êt nÒn
hµ néi
Chuyªn ngµnh: X©y dùng d©n dông vµ c«ng
nghiÖp
M· sè :
LuËn v¨n th¹c sÜ kü thuËt
Ngêi híng dÉn khoa häc: PGS. Lª kiÒu
Hµ Néi - 2006
Lêi c¶m ¬n
Xin ch©n thµnh c¶m ¬n thÇy: PGS. Lª KiÒu, c¸c Gi¸o s, Phã Gi¸o
s, TiÕn sÜ, c¸c thÇy, c« trong khoa §µo t¹o sau ®¹i häc Trêng
§¹i häc X©y dùng - Hµ Néi, c¸c ®ång nghiÖp, b¹n bÌ vµ ngêi th©n
®· tËn t×nh gióp ®ì t«i hoµn thµnh b¶n luËn v¨n nµy !
Hµ néi, ngµy th¸ng n¨m 2006.
Bïi Hång Cêng
Trang 1
Ch¬ng Më ®Çu
Mãng cäc lµ mét trong nh÷ng lo¹i mãng ®îc ¸p dông rộng r·i nhÊt. Nã ®· cã
mét lÞch sö ph¸t triÓn rÊt l©u ®êi. Cïng víi nh÷ng tiÕn bé vÒ khoa häc kü thuËt nãi
chung, mãng cäc ngµy cµng ®îc c¶i tiÕn vµ hoµn thiÖn.
Ngµy nay, ®i liÒn víi sù ph¸t triÓn m¹nh mÏ cña khoa häc kü thuËt, sù ph¸t
triÓn cña kü thuËt thi c«ng cäc lµm s¶n sinh kh«ng ngõng c¸c lo¹i cäc míi, ®iÒu
nµy cµng më ra cho viÖc thiÕt kÕ mãng cäc nhµ cao tÇng, tõ ®ã chóng ta cã thÓ lùa
chän c¸c lo¹i cäc cã tÝnh n¨ng kü thuËt cao, lîi Ých kinh tÕ cao.
HiÖn nay, ë níc ta, ®ang ¸p dông mét biÖn ph¸p c¶i thiÖn kh¶ n¨ng chÞu t¶i cña
cäc khoan nhåi, ®ã lµ ph¬ng ph¸p thæi röa ®¸y vµ b¬m v÷a ¸p lùc cao (Bottom
cleaning and grouting of pile), më réng ®¸y nh»m t¨ng cêng kh¶ n¨ng chÞu t¶i
cña cäc ®ång thêi cã thÓ ¸p dông cho viÖc xö lý c¸c sù cè, khuyÕt tËt cäc khoan
nhåi, cäc barrette...
Ngoµi biÖn ph¸p më réng ®¸y b»ng ph¬ng ph¸p phun phôt v÷a ¸p lùc cao trªn,
cßn cã c¸c biÖn ph¸p më réng ®¸y kh¸c ¸p dông cho c¸c d¹ng cäc kh¸c nhau. Mét
trong nh÷ng d¹ng cäc ®îc më réng ®¸y ®Æc trng lµ d¹ng cäc Franki.
Cäc Franki ®· ®îc biÕt ®Õn vµ sö dông réng r·i trªn thÕ giíi. D¹ng cäc nµy ®·
®îc ph¸t triÓn vµo nh÷ng n¨m chuyÓn giao cña thÕ kû bëi kü s Frankignoul,
ngêi BØ. §©y lµ mét d¹ng cäc thi c«ng ®æ t¹i chæ, më réng ®¸y. Ph¬ng ph¸p thi
c«ng cäc lµ ph¬ng ph¸p cäc ®ãng, do vËy nã cã thÓ xuyªn qua líp ®Êt cøng, ®¹t
tíi ®é s©u lín. Nhê c«ng nghÖ nÐn v¸ch bª t«ng kh«, ®Êt xung quanh ®¸y cäc ®îc
c¶i thiÖn vµ do ®ã kh¶ n¨ng chÞu t¶i ban ®Çu cña ®Êt còng ®îc t¨ng lªn ®¸ng kÓ.
§Æc trng cña cäc Franki lµ më réng ®¸y. §îc thi c«ng ®ãng trong trôc èng, do
vËy, cäc ®¶m b¶o kh¶ n¨ng chÞu t¶i cña vËt liÖu, bao gåm cêng ®é cña ®Êt vµ kh¶
n¨ng chÞu t¶i cña cäc ®îc t¨ng lªn nhiÒu so víi c¸c cäc t¬ng tù cã cïng kÝch
thíc vµ ®é s©u thiÕt kÕ.
HiÖn nay, Thµnh phè Hµ néi ®ang ®îc quy ho¹ch vµ më réng, thµnh phè hiÖn
®ang ®îc vÝ nh mét c«ng trêng x©y dùng réng lín, c¸c nhµ cao tÇng, chung c,
Häc viªn: Bïi Hång Cêng
Tªn ®Ò tµi: øng dông c«ng nghÖ cäc Franki trong ®iÒu kiÖn ®Êt nÒn Hµ néi.
Trang 2
v¨n phßng lµm viÖc,.....®ang ®îc x©y dùng réng r·i. Do vËy, viÖc nghiªn cøu vµ
¸p dông c«ng nghÖ thi c«ng cäc míi nãi chung vµ cäc Franki nãi riªng trong ®iÒu
kiÖn ®Êt nÒn Hµ néi lµ hîp lý, gãp phÇn më réng c¸c ph¬ng ¸n lùa chän kÕt cÊu
mãng cho c¸c c«ng tr×nh, tuú theo tõng ®Þa ®iÓm, quy m« vµ yªu cÇu sö dông.
Häc viªn: Bïi Hång Cêng
Tªn ®Ò tµi: øng dông c«ng nghÖ cäc Franki trong ®iÒu kiÖn ®Êt nÒn Hµ néi.
Trang 1
Ch¬ng i: tæng quan vÒ cäc franki
I. 1. Tæng quan:
I. 1. 1. §Þnh nghÜa vÒ cäc Franki:
Cäc Franki lµ mét d¹ng cäc ®ãng trong èng, më réng ®¸y cäc. Qu¸ tr×nh thi
c«ng më réng ®¸y cäc b»ng ph¬ng ph¸p ®ãng, ®îc thùc hiÖn t¹i ®¸y cäc. Nhê cã
biÖn ph¸p thi c«ng cäc trong èng, më réng ®¸y, do vËy chÊt lîng cäc ®¶m b¶o,
kh¶ n¨ng chÞu lùc cao, kinh tÕ h¬n so víi c¸c lo¹i cäc kh¸c t¬ng tù cã cïng kÝch
thíc vµ chiÒu s©u h¹ cäc.
H×nh 1: Cäc Franki ®îc më réng ®¸y
I. 1. 2. LÞch sö ph¸t triÓn cäc Franki:
I. 1. 2. 1. Trªn thÕ giíi:
Cäc Franki ®· ®îc biÕt ®Õn vµ sö dông réng r·i trªn thÕ giíi. D¹ng cäc nµy ®·
®îc ph¸t triÓn vµo nh÷ng n¨m chuyÓn giao cña thÕ kû bëi kü s Frankignoul,
ngêi BØ. T¹i B¾c Mü, hÖ thèng cäc Franki ®îc biÕt ®Õn nh lµ lo¹i cäc phun ¸p
suÊt ®¸y cäc.
KÓ tõ ®ã ®Õn nay, Cäc Franki ngµy cµng ®îc ph¸t triÓn m¹nh mÏ vµ ¸p dông
réng r·i trªn thÕ giíi. T¹i c¸c níc ph¸t triÓn nh Mü, Canada, Anh, Ph¸p,
Häc viªn: Bïi Hång Cêng
Tªn ®Ò tµi: øng dông c«ng nghÖ cäc Franki trong ®iÒu kiÖn ®Êt nÒn Hµ néi.
Trang 2
Australian cäc Franki ®îc sö dông t¹i nhiÒu c¸c dù ¸n lín vµ ngµy cµng ph¸t
triÓn, ®a d¹ng c¸c lo¹i cäc, thÝch hîp cho nhiÒu lo¹i c«ng tr×nh víi c¸c quy m«, ®Æc
®iÓm vµ ®Þa ®iÓm x©y dùng kh¸c nhau. C«ng nghÖ m¸y x©y dùng ë c¸c níc ph¸t
triÓn ®· s¶n xuÊt ra nhiÒu lo¹i bóa ®ãng cäc vµ c¸c thiÕt bÞ kh¸c, ¸p dông cho c«ng
nghÖ thi c«ng mãng, cho phÐp c¸c nhµ x©y dùng më réng c«ng nghÖ thi c«ng
mãng cho nh÷ng dù ¸n cã quy m« réng lín.
Khu vùc §«ng Nam ¸, t¹i níc Indonesia, FT. Frankipile Indonesia ®îc
thµnh lËp vµo ngµy 8/11/1973. Vµo n¨m 1975, víi thiÕt bÞ chØ lµ 1 bé thiÕt bÞ
Franki, mét thiÕt bÞ khoan vµ 2 bóa Diesel, FT. Frankipile Indonesia ®· thµnh c«ng
trong 7 dù ¸n, víi tæng sè c¸c lo¹i cäc thi c«ng lµ 2400 cäc, tæng chiÒu dµi thi c«ng
cäc lªn tíi 39.000m. Trong nh÷ng n¨m tiÕp theo, Frankipiles cµng trë nªn th«ng
dông vµ ®îc sö dông t¹i ngµy cµng nhiÒu thµnh phè kh«ng chØ ë Jakarta mµ xuyªn
suèt Indonesia nh thµnh phè Medan, Batam, Bandung, Semarang, Yogyakarta,
Surabaya, Balikpapan, Manado, Denpasar, vµ c¸c thµnh phè kh¸c...
Tõ ®ã ®Õn nay, FT Frankipile Indonesia ®· ngµy cµng ph¸t triÓn, øng dông
thªm nhiÒu lo¹i cäc míi, ®¸p øng nhiÒu h¬n c¸c dù ¸n kh¸c nhau. Theo b¶n tæng
kÕt th¸ng 3 n¨m 2002, FT Frankipile Indonesia ®· hoµn thµnh ®îc 3474 dù ¸n, thi
c«ng ®îc 460.000 cäc, tæng chiÒu dµi thi c«ng cäc lµ 6.755.250m.
I. 1. 2. 2. Trong níc:
HiÖn nay, Cäc Franki cha ®îc ¸p dông phæ biÕn t¹i ViÖt Nam, ®Çu thËp kØ 70
míi b¾t ®Çu dïng cäc nhåi ®êng kÝnh φ40 - φ60cm kiÓu Franki, kh«ng më réng
®¸y, víi träng lîng bóa 2-4 tÊn ë nhµ m¸y ®ãng tµu H¹ Long vµ hÖ thèng cÇu trªn
®êng Xu©n Mai - S¬n T©y. GÇn ®©y, cã mét sè c«ng tr×nh ¸p dông mét phÇn øng
dông më réng ®¸y cäc khoan nhåi (VD: C«ng tr×nh Trung t©m th¬ng m¹i EVER
FORTUNE - 83B Lý Thêng KiÖt vµ C«ng tr×nh Cao èc v¨n phßng, c¨n hé cao cÊp
A2 Ngäc Kh¸nh - Sè 1 Ph¹m Huy Th«ng - Hµ Néi) vµ hiÖn nay t¹i TCXD
205:1998 “ Mãng cäc - Tiªu chuÈn thiÕt kÕ ” cã ®a ra hÖ sè tÝnh to¸n cho cäc
®îc më réng ®¸y b»ng ph¬ng ph¸p næ m×n vµ ph¬ng ph¸p ®æ bª t«ng díi
níc.
Häc viªn: Bïi Hång Cêng
Tªn ®Ò tµi: øng dông c«ng nghÖ cäc Franki trong ®iÒu kiÖn ®Êt nÒn Hµ néi.
Trang 3
C¸c tiªu chuÈn, biÖn ph¸p thi c«ng, m¸y mãc thiÕt bÞ chuyªn dông ®Ó thi c«ng
cäc Franki hiÖn nay ë níc ta cha ®îc ¸p dông cho c¸c c«ng tr×nh x©y dùng ë
níc ta.
I. 1. 3. C¸c vÊn ®Ò cÇn nghiªn cøu vÒ cäc Franki:
- Nghiªn cøu c¬ së lý thuyÕt tÝnh to¸n, thiÕt kÕ cäc Franki.
- BiÖn ph¸p thi c«ng cäc Franki.
I. 1. 4. Ph¹m vi
môc tiªu nghiªn cøu:
- Nghiªn cøu c«ng nghÖ thi c«ng cäc Franki, ¸p dông cäc Franki trong ®iÒu
kiÖn ®Êt nÒn Hµ néi.
I. 1. 5. Ph¬ng ph¸p nghiªn cøu:
- Ph¬ng ph¸p thèng kª kÕt hîp víi ph¬ng ph¸p nghiªn cøu lý thuyÕt.
I. 2. §iÒu kiÖn ¸p dông c«ng nghÖ cäc franki:
I. 2. 1. S¬ lîc vÒ kh¶ n¨ng chÞu lùc cña cäc Franki ®iÓn h×nh:
T¶i träng nÐn däc trôc cña cäc thêng trong ph¹m vi tõ 8 ®Õn 10 Mpa. øng suÊt
nÐn däc trôc cã thÓ t¨ng lªn 16 Mpa khi ®îc sö dông cho nh÷ng cäc s©u, n¬i mµ
cã thµnh phÇn lùc ma s¸t lµ ®¸ng kÓ vµ nh÷ng cäc ®îc ®ãng trªn nÒn ®Þa tÇng kh¸
tèt. Lùc nÐn cña cäc ®îc tr×nh bµy trong b¶ng sau:
§êng kÝnh cäc
T¶i träng lµm viÖc ®iÓn
h×nh (kN)
ChiÒu s©u h¹ cäc lín nhÊt
®iÓn h×nh (m)
Kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c trôc
cäc trong ®µi (mm)
§é nghiªng lín nhÊt
ThÐp cäc
150
250
400
500
600
125
400
1000
1750
2500
12
20
40
50
50
500
750
1200
1500
1750
1:4
1:4
1:4
1:4
1:4
4x10mm 4x10mm 4x10mm 4x10mm 4x10mm
Theo thèng kª cña Kozicki (1985) vÒ c¸c dù ¸n ¸p dông cäc Franki trªn thÕ
giíi cho thÊy d¹ng cäc nµy ¸p dông thµnh c«ng t¹i c¸c ®iÒu kiÖn ®Êt nÒn kh¸c
nhau. Qua thÝ nghiÖm thö t¶i cho lo¹i cäc nµy cho thÊy cäc cã thÓ chÞu ®îc t¶i
Häc viªn: Bïi Hång Cêng
Tªn ®Ò tµi: øng dông c«ng nghÖ cäc Franki trong ®iÒu kiÖn ®Êt nÒn Hµ néi.
Trang 4
träng thiÕt kÕ víi ®é lón nhá. VÝ dô: C«ng tr×nh Khu liªn hîp nhµ ga hµng kh«ng
Calgary, cäc dµi 17ft (t¬ng øng 5m), ®êng kÝnh cäc 50cm, mòi cäc ®îc ®Æt trªn
nÒn ®Êt sÐt c¸t cuéi, lÉn bïn. Cäc ®îc thiÕt kÕ víi t¶i träng lµm viÖc lµ 350 kips
(1560 kN). Khi t¶i träng thÝ nghiÖm lªn ®Õn 944 kips (4200 kN), tæng ®é lón cña
cäc ®îc ghi l¹i lµ 0.59 in (14.7mm).
Dù ¸n Outlook Manor t¹i Toronto, Canada, cäc dµi 45 ft (14m), ®êng kÝnh cäc
16 in (40cm), më réng ®¸y, mòi cäc tùa trªn nÒn ®Êt c¸t chÆt, ®îc thiÕt kÕ víi t¶i
träng lµm viÖc lµ 300 kips (1335 kN). Khi thÝ nghiÖm víi t¶i träng 600 kips (2670
kN) t¬ng øng víi 2 lÇn t¶i träng lµm viÖc, tæng ®é lón cña cäc ghi l¹i lµ 0.585 in
(14.6mm).
Dù ¸n C©u l¹c bé VÞnh Brickwell, Miami, Florida, cäc dµi 27.5 ft (8.4m),
®êng kÝnh cäc lµ 175/8 in (440mm), mòi cäc tùa trªn nÒn ®Êt c¸t rêi, lÉn ®¸ v«i.
Cäc ®îc thiÕt kÕ víi t¶i träng lµm viÖc 300 kips (1335 kN). Khi thÝ nghiÖm víi t¶i
träng 600 kips (2670 kN) t¬ng øng víi 2 lÇn t¶i träng lµm viÖc, tæng ®é lón cña
cäc ghi l¹i lµ 0.64 in (16mm).
Nh÷ng thèng kª trªn cho thÊy r»ng cäc më réng ®¸y lµ mét d¹ng cäc cã kh¶
n¨ng chÞu lùc cao, ®é lón cña cäc nhá.
I. 2. 2. ¦u ®iÓm cña cäc Franki:
- §©y lµ mét d¹ng cäc cã ph¹m vi øng dông réng.
- Cäc ®îc thi c«ng trong èng, do vËy c¸c vÊn ®Ò vÒ níc ngÇm vµ sôp thµnh
hè lµ kh«ng ®¸ng ng¹i.
- Víi c«ng nghÖ ®ãng më réng ®¸y ®îc thi c«ng t¹i ®¸y cäc, do vËy vÒ ®é ån
vµ ®é rung ë møc ®é nhá. Cäc Franki cã ®é ån nhá nhÊt trong c¸c lo¹i cäc ®ãng thi
c«ng t¹i chỗ, do vËy nã thÝch hîp víi nh÷ng n¬i mµ tiÕng ån lµ mét vÊn ®Ò m«i
trêng quan t©m. §é rung cña nÒn khi thi c«ng cäc thêng xuyªn ®îc ghi nhËn vµ
nã lu«n ë díi møc ®é tiªu chuÈn cho phÐp.
- ViÖc më réng ®¸y cäc lµm t¨ng kh¶ n¨ng chÞu t¶i cña cäc vµ cña ®Êt nÒn. Do
vËy nã ®em l¹i lîi Ých kinh tÕ cao h¬n so víi c¸c cäc kh¸c t¬ng øng cã cïng kÝch
thíc vµ chiÒu s©u h¹ cäc.
Häc viªn: Bïi Hång Cêng
Tªn ®Ò tµi: øng dông c«ng nghÖ cäc Franki trong ®iÒu kiÖn ®Êt nÒn Hµ néi.
Trang 5
- Do thi c«ng b»ng ph¬ng ph¸p ®ãng èng, do vËy nã cã thÓ xuyªn qua líp ®Êt
cøng, ®¹t tíi ®é s©u theo yªu cÇu vµ cã thÓ thi c«ng t¹i mäi ®iÒu kiÖn ®Êt nÒn (cã
thÓ ®¹t tíi ®é s©u >60m trong ®iÒu kiÖn thuËn lîi).
- Cäc Franki cã thÓ thi c«ng theo ph¬ng ngang, cäc neo, cã thÓ më réng ®¸y
cäc tuú theo yªu cÇu chÞu lùc ®èi víi c¸c t¶i träng ®Æc biÖt nh: t¶i träng ®éng ®Êt,
t¶i neo v¸ch...
- Cäc Franki cã thÓ tæ hîp víi c¸c cÊu kiÖn chÕ t¹o tríc (cäc Franki tæ hîp)
hoÆc c¸c cäc kh¸c më réng ®¸y (VB pile hoÆc cäc Franki khoan...)
I. 2. 3. H¹n chÕ cña c«ng nghÖ cäc Franki:
- Gi¸ c¶ thiÕt bÞ ®¾t.
- Khi thi c«ng cã ®é rung cña nÒn.
Tuy nhiªn, qua nghiªn cøu vÒ ®é rung cña nÒn ®Êt khi thi c«ng cäc ®æ t¹i chç,
më réng ®¸y cña Mark B.Jaksa, Micheal C.Griffith (Khoa kü thuËt x©y dùng vµ
m«i trêng - §¹i häc Adelaide – Mü) vµ Roger W.Grounds (§Ò tµi Khoa häc ®Þa
chÊt – §H Adelaide) ®· thèng kª ®îc b¶ng sè liÖu vÒ ®é rung cña nÒn ®Êt khi thi
c«ng cäc më réng ®¸y ®æ t¹i chç (cäc Franki) vµ cho kÕt luËn r»ng t¹i kho¶ng c¸ch
15m tÝnh tõ t©m cäc, gi¸ trÞ ®iÓm vËn tèc h¹t cù ®¹i cao nhÊt ®o ®îc nhá h¬n
ngìng cho phÐp mµ g©y ph¸ ho¹i c«ng tr×nh ®· bÞ xuèng cÊp nghiªm träng, cã thÓ
nh×n thÊy b»ng m¾t thêng. Nh vËy cho ta thÊy thi c«ng cäc Franki cã ®é rung
nÒn nhá vµ ®é ån nhá.
I. 3. B¸o c¸o nghiªn cøu ®é rung cña nÒn khi thi c«ng cäc Franki:
I. 3. 1 S¬ lîc néi dung b¶n b¸o c¸o:
Møc ®é rung cña nÒn khi thi c«ng cäc cã møc ®é liªn quan lín ®Õn qu¸ tr×nh
rót èng cña cäc ®ãng. B¶n b¸o c¸o nµy hiÖn t¹i ®o møc ®é rung cña nÒn khi thi
c«ng cäc ®æ t¹i chỗ, më réng ®¸y. D÷ liÖu ®· ®îc ghi l¹i bëi gia tèc kÕ ®o gi¸ trÞ
gia tèc t¹i 3 híng trùc giao vµ t¹i kho¶ng c¸ch kh¸c nhau tõ t©m cäc ®ãng. Gi¸ trÞ
gia tèc ®îc chuyÓn ®æi sang gi¸ trÞ ®iÓm vËn tèc h¹t, hÖ ®o lêng chÊp nhËn réng
r·i vÒ møc ph¸ ho¹i nÒn do rung nÒn. §iÓm vËn tèc h¹t ®îc so s¸nh víi gi¸ trÞ lín
nhÊt khuyÕn c¸o vµ c¸c th«ng sè ®· ®îc ®a ra bëi c¸c b¶n b¸o c¸o kh¸c vµ møc
nhËn thøc cña con ngêi vÒ ®é rung cña nÒn. Gi¸ trÞ vËn tèc ®iÓm h¹t cùc ®¹i lµ
Häc viªn: Bïi Hång Cêng
Tªn ®Ò tµi: øng dông c«ng nghÖ cäc Franki trong ®iÒu kiÖn ®Êt nÒn Hµ néi.
Trang 6
8.8mm/s ®îc ghi l¹i khi thi c«ng më réng ®¸y, t¹i kho¶ng c¸ch lµ 3.5m tÝnh tõ
t©m cäc. C¸c d÷ liÖu ghi l¹i ®îc nµy ®· khuyÕn c¸o r»ng cäc thi c«ng ®æ t¹i chỗ,
më réng ®¸y cã thÓ ®îc ¸p dông thµnh c«ng t¹i c¸c m«i trêng thµnh phè. Gi¸ trÞ
®o ®îc nµy tuy nhiªn, lµ lÜnh vùc ®Æc biÖt vµ khi øng dông cÇn chó ý tíi c¸c ®iÒu
kiÖn ®Êt nÒn kh¸c nhau.
I. 3. 2. KÕt qu¶ ®o rung, so s¸nh víi tiªu chuÈn cho phÐp:
I. 3. 2. 1. §o møc ®é rung cña nÒn ®Êt:
Nh ®· nãi ë trªn, môc ®Ých cña b¶n b¸o c¸o lµ ghi nhËn, th¶o luËn vµ so s¸nh
lîng ®o ®îc møc ®é rung cña nÒn khi thi c«ng cäc ®æ t¹i chỗ, më réng ®¸y cäc.
Ngêi ta quy ®Þnh tiªu chuÈn chÊp nhËn chung vÒ gi¸ trÞ ph¸ ho¹i do rung cña nÒn
®Êt vµ møc ®é c¶m nhËn vÒ rung cña con ngêi lµ §iÓm vËn tèc h¹t cùc ®¹i
particle velocity
peak
(Wiss 1981, Tchepak 1986, Tiªu chuÈn Australia 1993). §é
rung cña nÒn thêng ®îc ®o t¹i 3 ph¬ng trùc giao, thêng ®îc hiÓu theo nghÜa
lµ gia tèc theo ph¬ng ®øng, ph¬ng truyÒn vµ ph¬ng däc. §iÓm vËn tèc h¹t cùc
®¹i lµ gi¸ trÞ vector tæng cña 3 gi¸ trÞ thµnh phÇn trªn (Tiªu chuÈn Australia 1993,
Amick vµ Gendreau 2000).
Mét vµi quèc gia vµ mét sè c¸c tæ chøc quèc tÕ ®· ®a ra khuyÕn c¸o vÒ ®iÓm
vËn tèc h¹t cùc ®¹i cho mét sè lo¹i c«ng tr×nh kh¸c nhau. Amick vµ Gendreau
(2000) ®· tæng hîp l¹i theo b¶ng thèng kª (B¶ng 1). Trong ®ã, Wiss (1981) ®· ghi
l¹i r»ng, khi møc ®é ph¸ ho¹i c«ng tr×nh lµ quan träng, th× ®ã lµ tû lÖ vÒ tiªu chuÈn
an toµn ®îc ®Æt tríc møc ®é phµn nµn, lo l¾ng cña con ngêi.
B¶ng 1.1: Tiªu chuÈn møc ®é rung g©y ph¸ ho¹i c«ng tr×nh ®Æc trng
(Amick vµ Gendreau 2000)
Lo¹i c«ng tr×nh
VËn tèc h¹t (mm/s)
C¸c lo¹i c«ng tr×nh c«ng nghiÖp
100
D¹ng c«ng tr×nh ch¾c ch¾n
100
Nhµ ë d©n c
50
Nhµ ë d©n c, c«ng tr×nh míi x©y dùng
50
Häc viªn: Bïi Hång Cêng
Tªn ®Ò tµi: øng dông c«ng nghÖ cäc Franki trong ®iÒu kiÖn ®Êt nÒn Hµ néi.
Trang 7
Nhµ ë d©n c, ®· cò
25
Nhµ ë d©n c, rÊt cò
12.5
C«ng tr×nh xuèng cÊp nghiªm träng
4
C«ng tr×nh lÞch sö
3
C«ng tr×nh lÞch sö, di tÝch cæ
2
¤ng ta ®· cho r»ng b¶n th©n con ngêi chÝnh lµ bé c¶m biÕn vÒ ®é rung hoµn
h¶o, nhng l¹i cã møc ®é ®o lêng kÐm. Wiss (1981) cho r»ng, víi sù rung truyÒn
hoÆc rung do va ch¹m, ngìng chÊp nhËn ®îc cña con ngêi lµ 0.3mm/s, b¾t ®Çu
khã chÞu lµ 7mm/s vµ rÊt khã chÞu lµ xÊp xØ trªn gi¸ trÞ 25mm/s. Trong hoµn c¶nh
nµy, Wiss (1981) ®· ghi l¹i mét ®å thÞ vÒ ®é rung cña nÒn t¹i mét sè lo¹i thiÕt bÞ
thi c«ng kh¸c nhau, bao gåm c¶ c¸c lo¹i cäc ®ãng.
BiÓu ®å 1.1: Mèi liªn hÖ gi÷a møc ®é rung cña c«ng tr×nh vµ kho¶ng c¸ch
(Wiss 1981)
Häc viªn: Bïi Hång Cêng
Tªn ®Ò tµi: øng dông c«ng nghÖ cäc Franki trong ®iÒu kiÖn ®Êt nÒn Hµ néi.
Trang 8
I. 3. 2. 2. Vïng nghiªn cøu, ®Æc ®iÓm ®Þa chÊt:
Th«ng sè vÒ ®é rung nÒn khi thi c«ng cäc ®æ t¹i chỗ, më réng ®¸y ®îc ghi l¹i
tõ qu¸ tr×nh thi c«ng dù ¸n C«ng tr×nh Häc viÖn Y khoa, To
nh
C«ng viªn Khoa
häc thó y, Dù ¸n §êng Frome, Adelaide. §Þa ®iÓm x©y dùng ®îc ®Æt trong vïng
®Êt phï sa Torrens, n¬i bao gåm c¸t, bôi phï sa trÇm tÝch båi ®¾p trªn 1km khu
thung lòng bÞ båi ®¾p bëi dßng s«ng cæ Torrens (Selby vµ Lindsay 1982). TiÕn
hµnh khoan kh¶o s¸t bëi §Ò tµi khoa häc ®Þa chÊt (2000) nhËn thÊy 2 d¹ng thµnh
phÇn chÝnh trªn chiÒu s©u khoan 14,5m. Bao gåm:
- Líp 1: PhÝa trªn líp ®Êt phï sa, bao gåm c¸c líp ®Êt sau: líp sÐt lÉn c¸t yÕu,
sÐt bïn vµ c¸t. ChiÒu s©u líp xÊp xØ ®¹t kho¶ng 10,5m.
- Líp 2: PhÝa díi líp ®Êt phï sa, bao gåm c¸t sái víi mét vµi líp xen kÑp. ThÝ
nghiÖm xuyªn tiªu chuÈn (SPT) cho biÕt tr¹ng th¸i ®Êt tõ chÆt cho tíi rÊt chÆt trong
cïng 1 vÞ trÝ. ChiÒu s©u líp cha x¸c ®Þnh ®îc víi mòi khoan s©u 14,5m.
T¹i vïng nµy, Phï sa Tertiary cña sù h×nh thµnh ®iÓm tr¾ng vµ C¸t vïng Nam
Maslin thêng n»m díi líp phï sa Torrens (Selby vµ Lindsay 1982). Møc níc
ngÇm ®îc ®iÒu tra ®¹t xÊp xØ ë ®é s©u 4,5m díi bÒ mÆt nÒn ®Êt.
Qu¸ tr×nh thi c«ng cäc ®æ t¹i chỗ, më réng ®¸y cäc ®îc ®ãng cho tíi khi èng
®¹t tíi líp c¸t cuéi (líp 2). Cäc ®îc më réng ®¸y t¹i líp nµy. ThiÕt bÞ ®ãng cäc
dïng bóa 3.5 tÊn, víi 10m r¬i vµ dµi 10,8m, ®êng kÝnh èng lµ 500mm.
§é rung cña nÒn ®· ®îc ®o theo ph¬ng th¼ng ®øng, ph¬ng truyÒn vµ
ph¬ng däc bëi 3 gia tèc kÕ ®îc l¾p ®Æt trªn mét nÒn tÊm cøng vµ ®îc ®Æt trªn
bÒ mÆt nÒn. Th«ng sè ®¹t ®îc t¹i mét vÝ dô, tÇn sè 1kHz vµ 2 cùc 11Hz, bé läc
truyÒn thÊp ®îc sö dông ®Ó läc nh÷ng tÇn sè tiÕng ån cao, ®Æc biÖt lµ tiÕng ån
giao th«ng.
Klopp vµ Griffith (1993) ®· ghi l¹i tæng hîp nh÷ng ®Æc trng ®éng vÒ mét vµi
cÊu kiÖn ®îc ®óc kh«ng gia cè, nh÷ng cÊu kiÖn mµ ¶nh hëng nhÊt bëi ®é rung
cña nÒn do qu¸ tr×nh thi c«ng cäc g©y nªn. PhÇn lín c¸c cÊu kiÖn thö nghiÖm cã
tÇn sè tù nhiªn ®Æc trng trong ph¹m vi tõ tÇn sè tõ 3 ®Õn 7Hz. §Æt kho¶ng bé läc
lµ 11Hz, vµ ®îc ®a vµo vÞ trÝ thÝch hîp. Tuy nhiªn, cã thÓ ®é rung tÇn sè cao
(trong ph¹m vi tõ 10 ®Õn 50Hz) cã thÓ lµ nguyªn nh©n g©y ph¸ ho¹i, nÕu qu¸ tr×nh
Häc viªn: Bïi Hång Cêng
Tªn ®Ò tµi: øng dông c«ng nghÖ cäc Franki trong ®iÒu kiÖn ®Êt nÒn Hµ néi.
Trang 9
ghi n»m ®ñ trong biªn ®é. Qu¸ tr×nh ®o lêng ®é rung cña nÒn ®îc thu l¹i t¹i
kho¶ng c¸ch ngang tõ 3.5, 7, 15 vµ 30m tÝnh tõ t©m cäc ®ãng. T¹i mỗi kho¶ng
c¸ch ®o lêng, ®é rung ®îc ®o suèt qu¸ tr×nh thi c«ng cäc cho ®Õn khi hoµn thµnh
cäc, tõ khi ®ãng cäc cho tíi khi thi c«ng më réng ®¸y cäc.
I. 3. 2. 3. Ph©n tÝch, kÕt qu¶ vµ th¶o luËn:
VËn tèc h¹t ®· ®îc tÝnh to¸n bëi qu¸ tr×nh tËp hîp gi¸ trÞ ®o lêng gia tèc t¹i
nh÷ng thêi ®iÓm quan träng. C¸c th«ng sè ®Æc trng vÒ vËn tèc ®iÓm h¹t cùc ®¹i
®îc ®a ra tõ biÓu ®å 1.2 ®Õn biÓu ®å 1.5 nh sau:
BiÓu ®å 1.2: Ghi nhËn vËn tèc ®iÓm h¹t cùc ®¹i ®Æc trng - ph¬ng ®øng (®· läc)
BiÓu ®å 1.3: Ghi nhËn vËn tèc ®iÓm h¹t cùc ®¹i ®Æc trng-ph¬ng truyÒn (®· läc)
Häc viªn: Bïi Hång Cêng
Tªn ®Ò tµi: øng dông c«ng nghÖ cäc Franki trong ®iÒu kiÖn ®Êt nÒn Hµ néi.
Trang 10
BiÓu ®å 1.4: Ghi nhËn vËn tèc ®iÓm h¹t cùc ®¹i ®Æc trng-ph¬ng ngang (®· läc)
BiÓu ®å 1.5: Tæng hîp ghi nhËn vËn tèc ®iÓm h¹t cùc ®¹i (®· läc)
Nh÷ng kÕt qu¶ ®o lêng hoµn thµnh vÒ ®é rung cña nÒn, trong giíi h¹n cña vËn
tèc h¹t cùc ®¹i ®èi víi chiÒu s©u ®¸y èng ®ãng cäc vµ kho¶ng c¸ch phÝa sau tÝnh tõ
t©m cäc, ®îc biÓu thÞ tõ biÓu ®å 1.6 ®Õn biÓu ®å 1.7.
Nh c¸c biÓu ®å trªn cho thÊy gi¸ trÞ ®o lêng ®iÓm vËn tèc h¹t cùc ®¹i lín nhÊt
lµ 8.8mm/s vµ ®îc tæ hîp tõ sù h×nh thµnh ®¸y më réng tõ phÝa sau kho¶ng c¸ch
3.5m tÝnh tõ chu vi cña èng. Trong trêng hîp nµy, BiÓu ®å 1.6 vµ 1.7 thÓ hiÖn
®iÓm vËn tèc h¹t cùc ®¹i lín nhÊt gi¶m dÇn theo kho¶ng c¸ch vµ nh ®· mong ®îi,
t¹i mỗi ®iÓm kho¶ng c¸ch, gi¸ trÞ lín nhÊt ®o ®îc ®îc tæ hîp víi qu¸ tr×nh më
réng ®¸y.
Häc viªn: Bïi Hång Cêng
Tªn ®Ò tµi: øng dông c«ng nghÖ cäc Franki trong ®iÒu kiÖn ®Êt nÒn Hµ néi.
Trang 11
BiÓu ®å 1.6:VËn tèc ®iÓm h¹t max ®èi víi chiÒu s©u h¹ ®¸y èng vµ kho¶ng c¸ch
BiÓu ®å 1.7: MÆt c¾t däc ph¬ng ngang cña phæ vËn tèc h¹t cùc ®¹i
Häc viªn: Bïi Hång Cêng
Tªn ®Ò tµi: øng dông c«ng nghÖ cäc Franki trong ®iÒu kiÖn ®Êt nÒn Hµ néi.
Trang 12
So s¸nh víi gi¸ trÞ lín nhÊt lµ 8.8mm/s víi gi¸ trÞ lín nhÊt ®· khuyÕn c¸o (thÓ
hiÖn ë b¶ng 1.1), cho thÊy r»ng qu¸ tr×nh ®ãng cäc më réng ®¸y chØ ¶nh hëng tíi
nh÷ng c«ng tr×nh rÊt nh¹y c¶m nh c¸c c«ng tr×nh lÞch sö, c¸c di tÝch cæ hay c¸c
c«ng tr×nh ®· bÞ ph¸ ho¹i hoÆc ®· cò n¸t. Trong khi phÇn lín c¸c gi¸ trÞ ®o ®îc
®Òu trªn ngìng chÊp nhËn lµ 0.3mm/s (Wiss 1981), chØ 3 phÐp ®o, ghi l¹i ë
kho¶ng c¸ch 3.5m, vµ ®îc cho lµ “ g©y khã chÞu”.
Attewell vµ Farmer (1973) ®· quan s¸t vµ ghi nhËn l¹i r»ng qu¸ tr×nh ®ãng cäc
bao gåm c¶ nh÷ng sãng nÐn ph¸t sinh vµ truyÒn tõ khu vùc ch©n cäc vµ khu vùc
më réng ch©n cäc. Trong trêng hîp nµy, nh÷ng sãng c¾t däc ph¸t sinh tõ lùc ma
s¸t th©n cäc quanh mét bÒ mÆt h×nh nãn. H×nh 1.8 thÓ hiÖn sù thay ®æi cña chuyÓn
®éng h¹t víi thêi gian cho nh÷ng th«ng sè thÓ hiÖn trong h×nh 1.2 ®Õn h×nh 1.5.
H×nh 1.8 cho thÊy hiÓn nhiªn r»ng sù chuyÓn ®éng phÇn lín lµ chuyÓn ®éng däc,
nh sù mong ®îi vÒ cäc ®ãng ma s¸t (Kim vµ Lee 2000). Nh kÕt qu¶ trªn, nguån
rung cã thÓ xem nh lµ mét ®iÓm nguån ph¸t sinh t¹o sãng vµ kho¶ng c¸ch truyÒn
cã thÓ xÊp xØ gi¸ trÞ kho¶ng c¸ch ngang (Kim vµ Lee 2000).
BiÓu ®å 1.8:Tæ hîp vÞ trÝ ®iÓm h¹t khi thi c«ng cäc ®ãng më réng ®¸y (cäc Franki)
Häc viªn: Bïi Hång Cêng
Tªn ®Ò tµi: øng dông c«ng nghÖ cäc Franki trong ®iÒu kiÖn ®Êt nÒn Hµ néi.
Trang 13
BiÓu ®å 1.9: So s¸nh møc ®o vËn tèc ®iÓm h¹t cùc ®¹i
BiÓu ®å 1.9 bæ sung cho BiÓu ®å 1.6 tõ thang Wiss (h×nh 1.1). Trong trêng
hîp nµy, BiÓu ®å 1.9 bao gåm phÝa trªn giíi h¹n bao cña mét sè lîng lín c¸c gi¸
trÞ ®o lêng ®é rung cña nÒn, liªn quan tíi cäc ®ãng, vµ ®îc ghi l¹i bëi Tchepak
(1986). Nã cã thÓ ®îc thÓ hiÖn tõ biÓu ®å nµy r»ng tÊt c¶ nh÷ng gi¸ trÞ ®o lêng lµ
trong nh÷ng vïng l©n cËn, nhng vÏ biÓu ®å díi, c¶ mèi liªn hÖ vÒ mèi liªn hÖ
cäc cña Wiss, tèt h¬n giíi h¹n bao trªn cña Tchepark.
I. 3. 2. 4. KÕt luËn:
B¶n b¸o c¸o nµy ®· ghi nhËn ®îc gi¸ trÞ ®o lêng vÒ ®é rung khi thi c«ng cäc
®æ t¹i chỗ, më réng ®¸y. Th«ng sè ®îc ghi l¹i sö dông gia tèc kÕ chÝnh ®o gi¸ trÞ
gia tèc trªn 3 ph¬ng trùc giao, vµ t¹i c¸c kho¶ng c¸ch biÕn thiªn tÝnh tõ t©m cäc.
Gi¸ trÞ ®o vËn tèc h¹t tèi ®a lín nhÊt nµy lµ t¬ng ®ång víi c¸c th«ng sè ®· ®îc
b¸o c¸o bëi c¸c ®Ò tµi kh¸c vµ ®iÓm vËn tèc h¹t tèi ®a lín nhÊt lµ 8.8mm/s ®îc tæ
hîp l¹i víi sù ph¸t triÓn cña ®¸y më réng, t¹i mét kho¶ng c¸ch 3.5m tÝnh tõ cäc.
§iÓm vËn tèc h¹t cùc ®¹i nµy cã thÓ g©y ra ph¸ ho¹i tíi c¸c c«ng tr×nh lÞch sö vµ
c¸c di tÝch cæ, hay c¸c c«ng tr×nh ®· bÞ ph¸ ho¹i hoÆc trong t×nh tr¹ng cò n¸t. Nh
®· mong ®îi, gi¸ trÞ ®o ®é rung cña nÒn gi¶m khi t¨ng kho¶ng c¸ch tÝnh tõ cäc. T¹i
Häc viªn: Bïi Hång Cêng
Tªn ®Ò tµi: øng dông c«ng nghÖ cäc Franki trong ®iÒu kiÖn ®Êt nÒn Hµ néi.
Trang 14
kho¶ng c¸ch 15m, gi¸ trÞ ®iÓm vËn tèc h¹t ®Ønh ®îc ghi l¹i thÊp h¬n gi¸ trÞ
ngìng mµ cã thÓ lµ nguyªn nh©n ph¸ ho¹i tíi c«ng tr×nh ®· bÞ xuèng cÊp nghiªm
träng. Th«ng sè ghi l¹i ë ®©y gîi ý r»ng, cäc thi c«ng t¹i chỗ, më réng ®¸y cã thÓ
®îc ¸p dông thµnh c«ng t¹i m«i trêng thµnh phè. Gi¸ trÞ ®o lêng nµy, tuy nhiªn,
lµ nh÷ng sè liÖu hiÖn trêng vµ khi sö dông cÇn chó ý t¹i nh÷ng d¹ng ®Êt nÒn kh¸c
nhau.
I. 4. KÕt luËn ch¬ng:
Tõ nh÷ng vÊn ®Ò ®· ®îc nªu ë trªn cho thÊy mỗi lo¹i cäc ®Òu cã nh÷ng u
nhîc ®iÓm riªng cña nã. ViÖc ¸p dông lo¹i cäc nµo tuú thuéc vµo quy m«, ®Æc
®iÓm vµ vÞ trÝ x©y dùng cña c«ng tr×nh.
Cïng víi thùc tÕ x©y dùng t¹i Hµ néi, ta thÊy r»ng cäc Franki lµ lo¹i cäc
hoµn toµn cã thÓ ¸p dông t¹i Hµ néi nãi riªng vµ ë níc ta nãi chung. ViÖc nghiªn
cøu vµ ¸p dông c«ng nghÖ cäc Franki cho c¸c c«ng tr×nh x©y dùng theo ®iÒu kiÖn
®Êt nÒn Hµ néi nãi riªng vµ ë níc ta nãi chung lµ hîp lý vµ cÇn thiÕt.
Häc viªn: Bïi Hång Cêng
Tªn ®Ò tµi: øng dông c«ng nghÖ cäc Franki trong ®iÒu kiÖn ®Êt nÒn Hµ néi.
Trang 21
Ch¬ng iI: c¬ së khoa häc ¸p dông cäc franki
II. 1. Nguyªn lý tÝnh to¸n søc chÞu t¶i cña cäc Franki
II. 1. 1. S¬ lîc vÒ sù lµm viÖc cña cäc díi nÒn ®Êt:
Nh ta ®· biÕt, t¶i träng c«ng tr×nh ®îc truyÒn xuèng nÒn ®Êt th«ng qua mét bé
phËn gäi lµ mãng. Mãng lµ bé phËn kÕt cÊu díi ch©n cét khung hoÆc têng, tiÕp
nhËn t¶i träng tõ trªn xuèng vµ truyÒn t¶i xuèng nÒn.
NÒn lµ bé phËn cuèi cïng cña c«ng tr×nh, tiÕp nhËn t¶i träng c«ng tr×nh truyÒn
qua mãng. H×nh d¹ng vµ kÝch thíc cña nÒn phô thuéc vµo lo¹i ®Êt lµm nÒn, phô
thuéc vµo lo¹i mãng vµ c«ng tr×nh bªn trªn.
Mãng cäc lµ d¹ng mãng s©u, trong ®ã cäc lµ bé phËn chÝnh cã t¸c dông truyÒn
t¶i träng tõ c«ng tr×nh lªn tÇng ®Êt díi mòi cäc (søc kh¸ng ®Çu cäc) vµ c¸c líp ®Êt
xung quanh cäc (søc kh¸ng bªn cña cäc). §µi cäc lµ bé phËn liªn kÕt c¸c cäc thµnh
mét khèi. Dùa theo c¸ch truyÒn t¶i cña cäc ta cã thÓ ph©n ra d¹ng cäc chèng, d¹ng
cäc ma s¸t vµ d¹ng cäc chèng + ma s¸t, dùa theo tr¹ng th¸i chÞu lùc cña cäc cã thÓ
ph©n ra d¹ng cäc nÐn, cäc kÐo vµ cäc uèn.
Cäc chèng lµ d¹ng cäc mµ mòi cäc tùa trªn nÒn ®Êt cøng, r¾n ch¾c. Toµn bé t¶i
träng cña c«ng tr×nh truyÒn th¼ng vµo mòi cäc vµ truyÒn xuèng líp ®Êt nµy. D¹ng
cäc nµy ®îc gäi lµ cäc chèng.
Cäc ma s¸t lµ d¹ng cäc mµ toµn bé t¶i träng cña c«ng tr×nh truyÒn xuèng cäc
th«ng qua søc kh¸ng bªn (gåm ma s¸t bªn vµ lùc dÝnh), lµ ph¶n lùc gi÷a ®Êt xung
quanh cäc víi phÇn xung quanh cäc. D¹ng cäc nµy gäi lµ cäc ma s¸t.
Mãng cäc thêng ®îc thiÕt kÕ cho cäc lµm viÖc bao gåm c¶ søc kh¸ng ®Çu cäc
vµ søc kh¸ng ma s¸t th©n cäc. Nh vËy ta thÊy r»ng khi t¨ng cêng kh¶ n¨ng chÞu
lùc chèng hay lùc ma s¸t cña cäc th× sÏ lµm t¨ng søc chÞu t¶i cña cäc, gi¶m sè cäc
bè trÝ trong ®µi cäc vµ kinh tÕ h¬n khi thi c«ng mãng.
Häc viªn: Bïi Hång Cêng
Tªn ®Ò tµi: øng dông c«ng nghÖ cäc Franki trong ®iÒu kiÖn ®Êt nÒn Hµ néi
- Xem thêm -
.PDF 
104 
258 
143 
