Tài liệu Luận văn thạc sỹ Nghiên cứu phương pháp tính toán ứng dụng cọc siêu nhỏ trong điều kiện Việt Nam

Bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o bé x©y dùng Tr­êng ®¹i häc kiÕn tróc hµ néi -------------------- Lª c«ng minh Nghiªn cøu ph­¬ng ph¸p tÝnh to¸n øng dông cäc siªu nhá trong ®iÒu kiÖn viÖt nam LuËn v¨n th¹c sÜ kü thuËt Chuyªn ngµnh: X©y dùng D©n dông vµ C«ng nghiÖp HÀ NỘI - 2011 Bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o bé x©y dùng Tr­êng ®¹i häc kiÕn tróc hµ néi -------------------- Lª c«ng minh Khãa: 2008-2011 líp: 2008x Nghiªn cøu ph­¬ng ph¸p tÝnh to¸n øng dông cäc siªu nhá trong ®iÒu kiÖn viÖt nam LuËn v¨n th¹c sÜ kü thuËt Chuyªn ngµnh: X©y dùng D©n dông vµ C«ng nghiÖp M· sè: 60.58.20 Ng­êi h­íng dÉn khoa häc: PGS.TS. ®oµn thÕ t­êng HÀ NỘI - 2011 ii Lêi cam ®oan T«i xin cam ®oan sè liÖu vµ kÕt qu¶ nghiªn cøu trong luËn v¨n nµy lµ trung thùc vµ ch­a hÒ ®­îc sö dông ®Ó b¶o vÖ mét häc vÞ nµo. T«i xin cam ®oan mäi sù gióp ®ì cho viÖc thùc hiÖn luËn v¨n nµy ®· ®­îc c¶m ¬n vµ c¸c th«ng tin trÝch dÉn ®· ®­îc chØ râ nguån gèc. T¸c gi¶ luËn v¨n Lª C«ng Minh i lêi c¶m ¬n Tr­íc hÕt t«i xin bµy tá t×nh c¶m biÕt ¬n ch©n thµnh tíi tÊt c¶ c¸c thÇy c« trong Khoa sau ®¹i häc - Tr­êng §¹i häc KiÕn tróc Hµ Néi víi nh÷ng chØ dÉn vµ gióp ®ì trong qu¸ tr×nh häc tËp còng nh­ khi tiÕn hµnh lµm luËn v¨n. T«i xin göi lêi c¶m ¬n s©u s¾c ®Õn PGS.TS §oµn ThÕ T­êng ng­êi trùc tiÕp h­íng dÉn khoa häc, c¸c thÇy gi¸o trong Bé m«n NÒn mãng - Tr­êng §¹i häc KiÕn tróc Hµ Néi ®· cã nh÷ng ý kiÕn ®ãng gãp quý b¸u cho néi dung cña luËn v¨n. T«i còng xin tr©n träng c¶m ¬n gia ®×nh vµ c¸c b¹n ®ång nghiÖp ®· ®éng viªn, gióp ®ì t«i trong suèt qu¸ tr×nh häc tËp vµ thùc hiÖn ®Ò tµi. V× thêi gian thùc hiÖn luËn v¨n cã h¹n nªn kh«ng thÓ tr¸nh khái nh÷ng h¹n chÕ vµ thiÕu sãt. T«i rÊt mong nhËn ®­îc sù ®ãng gãp cña quý thÇy c«, b¹n bÌ vµ ®ång nghiÖp. Hµ Néi, ngµy th¸ng n¨m 2011 T¸c gi¶ Lª C«ng Minh 1 PHÇN Më ®Çu * TÝnh cÊp thiÕt cña ®Ò tµi Trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y tèc ®é ph¸t triÓn c«ng nghiÖp vµ ®« thÞ hãa ngµy cµng nhanh, nhiÒu hÖ thèng giao th«ng, khu c«ng nghiÖp, khu ®« thÞ ph¸t triÓn m¹nh ®ßi hái ph¶i cã nhiÒu gi¶i ph¸p xö lý, gia cè nÒn mãng ®¶m b¶o hiÖu qu¶ æn ®Þnh cho c«ng tr×nh x©y dùng. ViÖc lùa chän gi¶i ph¸p mãng hîp lý trong ®iÒu kiÖn phøc t¹p c¶ vÒ ®Þa chÊt vµ thi c«ng lµ vÊn ®Ò ®­îc ®Æc biÖt quan t©m. §Ó gia cè vµ x©y dùng mãng c«ng tr×nh cã quy m« võa vµ nhá trong ®iÒu kiÖn ®Êt nÒn yÕu hay ®iÒu kiÖn thi c«ng khã kh¨n chËt hÑp, ng­êi ta th­êng sö dông c¸c lo¹i mãng cäc kh¸c nhau. Mét trong sè c¸c lo¹i cäc ®· ®­îc sö dông kh¸ hiÖu qu¶ khi x©y dùng c¸c c«ng tr×nh quy m« nhá trong ®iÒu kiÖn ®Þa chÊt phøc t¹p lµ cäc siªu nhá. §©y lµ lo¹i cäc cã ®­êng kÝnh tiÕt diÖn d­íi 300 mm ®èi víi cäc nhåi vµ d­íi 150 mm ®èi víi cäc ®ãng [1]. Trªn thÕ giíi, cäc siªu nhá ®· ®­îc øng dông réng r·i trong x©y dùng míi vµ gia cè c¸c c«ng tr×nh. Cäc siªu nhá ®­îc sö dông réng r·i t¹i nhiÒu n­íc ch©u ¢u, Mü v.v. tõ nh÷ng n¨m 50 cña thÕ kû XX. T¹i ViÖt Nam, cäc siªu nhá còng ®· ®­îc sö dông trong c¸c c«ng tr×nh x©y dùng võa vµ nhá nh­ng chñ yÕu d­íi d¹ng cäc chÕ s½n thi c«ng b»ng ph­¬ng ph¸p ®ãng, Ðp cßn lo¹i cäc ®æ t¹i chæ thi c«ng b»ng ph­¬ng ph¸p khoan nhåi ®Õn nay vÉn ch­a ®­îc sö dông do chóng ta ch­a cã mét chØ dÉn kü thuËt nµo ®Ó lµm c¨n cø ¸p dông trong tÝnh to¸n thiÕt kÕ vµ thi c«ng lo¹i cäc nµy. Trong ®iÒu kiÖn nµy, viÖc nghiªn cøu ph­¬ng ph¸p tÝnh to¸n øng dông cäc siªu nhá trong ®iÒu kiÖn ViÖt Nam lµ cÊp thiÕt. C¸c nghiªn cøu nµy b­íc ®Çu cã thÓ cung cÊp c¬ së cho viÖc x©y dùng ph­¬ng ph¸p tÝnh to¸n vµ thiÕt kÕ cäc siªu nhá trong ®iÒu kiÖn ViÖt Nam. Gi¶i quyÕt vÊn ®Ò trªn ®©y sÏ gióp hoµn thiÖn thªm lý thuyÕt tÝnh to¸n mãng cäc t¹i ViÖt Nam, ®ång thêi t¨ng 2 thªm sù lùa chän cho ng­êi thiÕt kÕ vÒ c¸c gi¶i ph¸p mãng khi thiÕt kÕ c¸c c«ng tr×nh x©y dùng. XuÊt ph¸t tõ yªu cÇu trªn viÖc nghiªn cøu ph­¬ng ph¸p tÝnh to¸n øng dông cäc siªu nhá vµo ®iÒu kiÖn ViÖt Nam ®Ó xö lý, gia cè nÒn mãng c¸c c«ng tr×nh x©y dùng lµ rÊt cÇn thiÕt. * Môc ®Ých nghiªn cøu: Nghiªn cøu ph­¬ng ph¸p tÝnh to¸n cäc siªu nhá khi x©y dùng, xö lý, gia cè c¸c c«ng tr×nh trªn nÒn ®Êt yÕu hoÆc trong c¸c ®iÒu kiÖn thi c«ng khã kh¨n. Trªn c¬ së ®ã ®­a ra nh÷ng kiÕn nghÞ vÒ ph­¬ng ph¸p tÝnh to¸n øng dông cäc siªu nhá phï hîp víi ®iÒu kiÖn ViÖt Nam. * §èi t­îng vµ ph¹m vi nghiªn cøu: - §èi t­îng nghiªn cøu lµ c¸c c«ng tr×nh x©y dùng . - Ph¹m vi nghiªn cøu lµ ph­¬ng ph¸p tÝnh to¸n øng dông cäc siªu nhá ®æ t¹i chæ ®Ó ®¸p øng yªu cÇu æn ®Þnh cña c¸c c«ng tr×nh x©y dùng trong ®iÒu kiÖn ViÖt Nam * Néi dung nghiªn cøu: - Thu thËp vµ ph©n tÝch kinh nghiÖm n­íc ngoµi vÒ sö dông cäc siªu nhá trong x©y dùng c¸c c«ng tr×nh. - Ph­¬ng ph¸p tÝnh to¸n cäc siªu nhá d­íi t¸c dông cña t¶i träng ®øng vµ t¶i träng ngang - ¸p dông tÝnh to¸n cäc siªu nhá * H­íng kÕt qu¶ nghiªn cøu: C¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu cña ®Ò tµi luËn v¨n cã thÓ ®­îc sö dông lµm tµi liÖu tham kh¶o, nghiªn cøu vµ ¸p dông cho viÖc lùa chän gi¶i ph¸p nÒn mãng khi xö lý, gia cè vµ x©y dùng c«ng tr×nh, vµ nÕu ®­îc hoµn thiÖn thªm, sÏ lµ c¬ së khoa häc ®Ó kiÕn nghÞ sö dông réng r·i cäc siªu nhá trong thùc tiÔn x©y dùng c¸c c«ng tr×nh ë ViÖt Nam. * CÊu tróc luËn v¨n 3 - Toµn bé luËn v¨n ®­îc tr×nh bµy trong 03 ch­¬ng, phÇn më ®Çu, kÕt luËn, kiÕn nghÞ vµ h­íng nghiªn cøu tiÕp theo cña ®Ò tµi dµy 99 trang khæ A4. Ch­¬ng 1: Tæng quan vÒ mãng cäc vµ cäc siªu nhá Ch­¬ng 2: Ph­¬ng ph¸p tÝnh to¸n cäc siªu nhá Ch­¬ng 3: ¸p dông tÝnh to¸n cäc siªu nhá - LuËn v¨n ®­îc thùc hiÖn tõ 11/10/2010 ®Õn 18/2/2011 t¹i Khoa sau ®¹i häc - Tr­êng §¹i häc KiÕn tróc Hµ Néi d­íi sù h­íng dÉn khoa häc cña thÇy gi¸o: PGS.TS. §oµn ThÕ T­êng. - C¸c tµi liÖu c¬ b¶n ®· sö dông cho luËn v¨n gåm: + NÒn vµ mãng c¸c c«ng tr×nh d©n dông- c«ng nghiÖp, Nhµ xuÊt b¶n X©y dùng, Hµ Néi. + CÈm nang dïng cho kü s­ ®Þa kü thuËt, NhàxuÊt b¶n X©y dùng, Hµ Néi. + Ph­¬ng ph¸p tÝnh to¸n chuyÓn vÞ cña cäc ®¬n, Tr­êng §¹i häc KiÕn tróc Hµ Néi. + Micropile - Design and Construction Guidelines Manual, US Department of Transportation Federal Highway. + Mét sè tiªu chuÈn x©y dùng ViÖt Nam vÒ thiÕt kÕ vµ thi c«ng mãng cäc. + PhÇn mÒm tÝnh to¸n cäc LSPILE vµ VSPILE cña c«ng ty TNHH phÇn mÒm SSISOFT ViÖt Nam. 4 Ch­¬ng i: tæng quan vÒ mãng cäc vµ cäc SI£U NHá 1.1. Tæng quan vÒ mãng cäc 1.1.1. §Þnh nghÜa vµ ph©n lo¹i Mãng cäc lµ lo¹i mãng dïng trong x©y dùng c«ng tr×nh trªn nÒn ®Êt yÕu víi nguyªn lý c¬ b¶n lµ sö dông c¸c cäc ®Ó truyÒn t¶i träng tõ c«ng tr×nh xuèng c¸c líp ®Êt chÞu lùc n»m phÝa d­íi hoÆc c¶i thiÖn tÝnh chÊt c¬ lý cña líp ®Êt yÕu d­íi ®Õ mãng C¸c lo¹i cäc hiÖn nay kh¸ ®a d¹ng vÒ mÆt vËt liÖu, kÝch th­íc vµ biÖn ph¸p thi c«ng. Mçi lo¹i cäc ®Òu cã nh÷ng ­u ®iÓm, nh­îc ®iÓm vµ ph¹m vi ¸p dông kh¸c nhau. Theo vËt liÖu lµm cäc ng­êi ta chia ra: Cäc gç, cäc tre, cäc bª t«ng, cäc bª t«ng cèt thÐp, cäc thÐp . . .[5] Theo ph­¬ng thøc lµm viÖc cäc ®­îc ph©n ra: - Cäc chèng: Lµ cäc cã søc chÞu t¶i chñ yÕu do lùc chèng cña ®Êt, ®¸ t¹i mòi cäc [10] - Cäc ma s¸t: Lµ cäc cã søc chÞu t¶i chñ yÕu do ma s¸t cña ®Êt vµ cäc t¹i mÆt bªn cäc [10] - Cäc hçn hîp: Lµ cäc cã søc chÞu t¶i kÕt hîp cña hai lo¹i trªn [10] Theo ph­¬ng thøc h¹ cäc ®­îc ph©n ra: - Cäc ®ãng: Lµ cäc chÕ t¹o s½n, ®­îc ®ãng xuèng ®Êt b»ng bóa m¸y hoÆc h¹ xuèng ®Êt b»ng m¸y rung [5]. - Cäc Ðp: Lµ cäc chÕ t¹o s½n, ®­îc h¹ xuèng ®Êt b»ng thiÕt bÞ Ðp thñy lùc [5]. - Cäc nhåi: Lµ cäc ®­îc ®æ t¹i chæ trong c¸c hè khoan hoÆc hè t¹o b»ng c¸ch ®ãng èng thiÕt bÞ [5]. 1. Cäc ®ãng: Bao gåm cäc gç, cäc BTCT ®óc s½n, cäc thÐp . . . - Cäc gç th­êng ®­îc dïng trong nh÷ng c«ng tr×nh nhá hoÆc c«ng tr×nh t¹m víi nh÷ng ­u ®iÓm lµ träng l­îng b¶n th©n nhá, vËn chuyÓn, cÈu l¾p, h¹ cäc dÔ dµng, c«ng nghÖ chÕ t¹o ®¬n gi¶n, nhanh chãng. Tuy nhiªn nã cã mét 5 sè nh­îc ®iÓm lµ søc chÞu t¶i kh«ng lín, bÞ h¹n chÕ vÒ chiÒu dµi vµ kÝch th­íc mÆt c¾t ngang, kh¶ n¨ng chèng x©m thùc cña m«i tr­êng kÐm. - Cäc bª t«ng cèt thÐp (BTCT) ®óc s½n: Lµ lo¹i cäc ®­îc sö dông phæ biÕn nhÊt v× nh÷ng ­u ®iÓm næi bËt nh­: Søc chÞu t¶i t­¬ng ®èi lín; Kh«ng h¹n chÕ vÒ chiÒu dµi vµ kÝch th­íc mÆt c¾t ngang; Kh¶ n¨ng chèng x©m thùc rÊt tèt. Tuy nhiªn cäc BTCT vÉn cã mét nh­îc ®iÓm lín lµ träng l­îng b¶n th©n lín g©y khã kh¨n cho viÖc vËn chuyÓn vµ h¹ cäc. TiÕt diÖn ngang cäc BTCT cã thÓ cã d¹ng tam gi¸c, ®a gi¸c, trßn, ch÷ I... nh­ng lo¹i ®­îc dïng phæ biÕn h¬n c¶ lµi lo¹i tiÕt diÖn h×nh vu«ng. KÝch th­íc phæ biÕn cña lo¹i nµy lµ 25x25, 30x30, 35x35, 40x40cm. Cäc BTCT kh«ng h¹n chÕ vÒ chiÒu dµi nh­ng do ®iÒu kiÖn vËn chuyÓn vµ chiÒu dµi gi¸ bóa nªn th«ng th­êng chiÒu dµi hîp lý cña cäc BTCT lµ kho¶ng 12-20m. Trong tr­êng hîp cÇn chiÒu dµi lín h¬n th× ph¶i nèi cäc. - Cäc thÐp th­êng ®­îc dïng trong nh÷ng c«ng tr×nh yªu cÇu kh¶ n¨ng chÞu lùc rÊt lín. C¸c ­u ®iÓm chÝnh cña cäc thÐp lµ kh¶ n¨ng chÞu t¶i rÊt lín (chÞu lùc ngang rÊt tèt); C«ng t¸c vËn chuyÓn vµ h¹ cäc dÔ dµng do cäc thanh m¶nh; Kh«ng h¹n chÕ vÒ chiÒu dµi vµ mÆt c¾t ngang, ®Æc biÖt kh¶ n¨ng thay ®æi chiÒu dµi cäc rÊt linh ho¹t. Bªn c¹nh ®ã cäc thÐp còng cã nh÷ng nh­îc ®iÓm khiÕn cho viÖc sö dông chóng kh«ng phæ biÕn lµ gi¸ thµnh cäc rÊt cao; Kh¶ n¨ng chèng x©m thùc cña m«i tr­êng kÐm. Cäc thÐp dïng trong mãng cäc th­êng cã d¹ng trô èng, ngoµi ra nã cßn cã nhiÒu tiÕt diÖn kh¸c I, tiÕt diÖn ghÐp tõ 2 thÐp ch÷ [, ghÐp tõ 4 thÐp gãc cã hµn thªm c¸c thÐp b¶n, ®­îc dïng phæ biÕn trong c¸c d¹ng t­êng cõ vµ thi c«ng hè mãng. 2. Cäc Ðp: Trong nhãm gi¶i ph¸p nµy, cäc Ðp BTCT lµ lo¹i cäc ®­îc sö dông phæ biÕn nhÊt t¹i ViÖt Nam khi x©y chen c«ng tr×nh trªn nÒn ®Êt yÕu. Theo c«ng nghÖ nµy cäc ®­îc h¹ vµo nÒn ®Êt nhê lùc Ðp tõ mét vµi chôc tÊn vµ cã thÓ tíi 100 tÊn, tïy theo kÝch th­íc tiÕt diÖn vµ ®iÒu kiÖn ®Êt nÒn. Søc chÞu t¶i cña cäc kh¸ lín, cã thÓ ®¹t tíi 50-60 tÊn song phæ biÕn nhÊt lµ ë møc 10-20 tÊn ®èi víi cäc tiÕt diÖn 20x20 cm vµ 30-45 tÊn ®èi víi cäc tiÕt diÖn 25x25 6 cm. §Ó t¨ng kh¶ n¨ng chÞu lùc cäc Ðp BTCT th­êng ®­îc thiÕt kÕ chèng vµo c¸c tÇng ®Êt chÞu lùc. §é tin cËy cña gi¶i ph¸p cäc Ðp cao do søc chÞu t¶i cña cäc cã thÓ ®­îc ®¸nh gi¸ th«ng qua gi¸ trÞ lùc Ðp trong qu¸ tr×nh thi c«ng. Nh­îc ®iÓm: - N¨ng suÊt thi c«ng t­¬ng ®èi thÊp, thiÕt bÞ thi c«ng cång kÒnh nªn gÆp nhiÒu h¹n chÕ khi thi c«ng trªn mÆt b»ng chËt hÑp. - Sö dông cäc Ðp t¹i c¸c khu vùc cã chiÒu dµy líp ®Êt yÕu lín th× cã hiÖu qu¶ kinh tÕ thÊp do chiÒu dµi cäc t­¬ng ®èi lín, sè l­îng mèi nèi nhiÒu nªn chi phÝ cho mçi ®¬n vÞ t¶i träng kh¸ cao. Mét trong c¸c biÕn thÓ cña cäc Ðp BTCT ®Ó söa ch÷a sù cè c«ng tr×nh lµ cäc Mega víi kÝnh th­íc nhá, chiÒu dµi mçi ®o¹n cäc tõ 0,6 - 1,2 m cho phÐp vËn chuyÓn, l¾p dùng vµ Ðp trong ®iÒu kiÖn thi c«ng rÊt chËt hÑp. 3. Cäc nhåi: Cäc nhåi trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y ®· ®­îc ¸p dông nhiÒu trong x©y dùng nhµ cao tÇng, cÇu lín vµ nhµ c«ng nghiÖp cã t¶i träng lín. So víi cäc chÕ t¹o s½n, viÖc thi c«ng cäc nhåi cã nhiÒu phøc t¹p h¬n, do ®ã ph­¬ng ph¸p vµ c¸ch gi¸m s¸t, kiÓm tra chÊt l­îng ph¶i lµm hÕt søc chu ®¸o, tû mû víi nh÷ng thiÕt bÞ kiÓm tra hiÖn ®¹i. Trong qóa tr×nh sö dông, nhiÒu c«ng nghÖ thi c«ng thÝch hîp ®· ®­îc ¸p dông nh»m n©ng cao søc mang t¶i cña cäc nhåi vµ lµm gi¶m ®¸ng kÓ gi¸ thµnh cña mãng. Cã thÓ kÓ ra ®©y c¸c b­íc ph¸t triÓn sau: + Cäc khoan nhåi: lµ cäc nhåi mµ lç cäc ®­îc thi c«ng b»ng c¸c ph­¬ng ph¸p khoan kh¸c nhau nh­ khoan gÇu, khoan röa ng­îc,. . . + Cäc khoan nhåi më réng ®¸y : lµ cäc khoan nhåi cã ®­êng kÝnh ®¸y cäc ®­îc më réng lín h¬n ®­êng kÝnh th©n cäc. Søc mang t¶i cña cäc nµy sÏ t¨ng h¬n chõng 5-10% do t¨ng søc mang t¶i ®»ng mòi. + Cäc barret: lµ cäc nhåi nh­ng cã tiÕt diÖn kh«ng trßn víi c¸c h×nh d¹ng kh¸c nhau nh­ ch÷ nhËt, ch÷ thËp, ch÷ I, ch÷ H,.. vµ ®­îc t¹o lç b»ng gÇu ngoÆm. Søc mang t¶i cña cäc nµy cã thÓ t¨ng lªn tíi 30% do t¨ng søc mang t¶i bªn. 7 + Cäc khoan nhåi cã xãi röa vµ b¬m v÷a xi m¨ng gia c­êng ®¸y: lµ cäc khoan nhåi cã ¸p dông c«ng nghÖ röa s¹ch ®¸y (b»ng c¸ch xãi n­íc ¸p lùc cao) vµ b¬m v÷a xi m¨ng gia c­êng ®¸y (còng víi ¸p lùc cao). §©y lµ b­íc ph¸t triÓn gÇn ®©y nhÊt trong c«ng nghÖ thi c«ng cäc nhåi nh»m lµm t¨ng ®ét biÕn søc mang t¶i cña cäc nhåi (cã thÓ tíi 200-300%), cho phÐp sö dông tèi ®a ®é bÒn cña vËt liÖu bª t«ng cäc. HiÖn nay, theo kÝch th­íc ®­êng kÝnh cäc ng­êi ta gäi cäc lín khi ®­êng kÝnh cäc lín h¬n 76 cm, cäc nhá khi ®­êng kÝnh cäc tõ 30 ®Õn 76 cm, cßn cäc cã ®­êng kÝnh nhá h¬n 30 cm th× ch­a cã tªn gäi, v× vËy trong luËn v¨n nµy t¸c gi¶ ®Ò xuÊt gäi lµ cäc siªu nhá. C¸c c«ng ®o¹n chÝnh thi c«ng cäc nhåi bao gåm: + T¹o lç cäc: cã thÓ b»ng khoan, ®µo; + Röa lµm s¹ch ®¸y cäc; + L¾p dùng cèt thÐp; + KiÓm tra vµ röa l¹i ®¸y cäc (nÕu cÇn); + §æ bª t«ng cäc. ¦u ®iÓm: - Rót bít ®­îc c«ng ®o¹n ®óc cäc, do ®ã kh«ng cÇn c¸c kh©u x©y dùng b·i ®óc, l¾p dùng v¸n khu«n… - Do cäc ®óc ngay t¹i mãng nªn dÔ thay ®æi kÝch th­íc h×nh häc cña cäc nh­ chiÒu dµi, ®­êng kÝnh cäc ®Ó phï hîp víi ®Êt nÒn. - Cã kh¶ n¨ng sö dông cho mäi lo¹i ®Þa tÇng kh¸c nhau, dÔ dµng v­ît qua c¸c ch­íng ng¹i vËt nh­ ®¸, ®Êt cøng b»ng c¸ch sö dông c¸c dông cô nh­ khoan choßng, m¸y ph¸ ®¸, næ m×n… - Cã kh¶ n¨ng tËn dông hÕt kh¶ n¨ng lµm viÖc cña cäc, gi¶m sè cäc trong mãng vµ cã thÓ bè trÝ cèt thÐp phï hîp víi kh¶ n¨ng chÞu lùc dÔ dµng h¬n. 8 - Cho phÐp kiÓm tra trùc tiÕp c¸c líp ®Êt lÊy mÉu tõ c¸c líp ®Êt ®µo lªn, cã thÓ ®¸nh gi¸ chÝnh x¸c ®iÒu kiÖn ®Êt nÒn, kh¶ n¨ng chÞu lùc cña ®Êt nÒn d­íi ®¸y lç khoan. - Cho phÐp chÕ t¹o cäc cã ®­êng kÝnh lín vµ ®é s©u lín, phï hîp víi c¸c c«ng tr×nh cÇu lín. - Kh«ng g©y tiÕng ån vµ t¸c ®éng ®Õn ®« thÞ, phï hîp ®Ó x©y dùng c¸c c«ng tr×nh lín trong ®« thÞ. Nh­îc ®iÓm Bªn c¹nh nh÷ng tÝnh n¨ng v­ît tréi cña cäc khoan nhåi tr×nh bµy phÝa trªn, cäc khoan nhåi còng cã nh÷ng nh­îc ®iÓm chÝnh sau ®©y : - S¶n phÈm trong suèt qu¸ tr×nh thi c«ng ®Òu n»m s©u trong lßng ®Êt, c¸c khuyÕt tËt dÔ x¶y ra - §Ønh cäc khoan nhåi th­êng kÕt thóc á trªn mÆt ®Êt nÒn, cã thÓ kÐo dµi thÇn cäc lªn phÝa trªn nh­ng ph¶i lµm vßng v©y ng¨n n­íc do ®ã g©y tèn kÐm khi thi c«ng mãng cäc ®µi cao - Do c«ng t¸c thi c«ng cäc t¹i chç, nªn dÔ x¶y ra c¸c khuyÕt tËt ¶nh h­ëng tíi chÊt l­îng cäc nh­: + HiÖn t­îng co th¾t, hÑp côc bé th©n cäc hoÆc thay ®æi kÝch th­íc tiÕt diÖn khi cäc xuyªn qua c¸c líp ®Êt kh¸c nhau + Bª t«ng xung quanh th©n cäc dÔ bÞ röa tr«i líp xi m¨ng khi mÆc n­íc ngÇm hoÆc g©y ra rç mÆt th©n cäc + Lç khoan nghiªng lÖch, sôt v¸ch lç khoan + Bª t«ng ®æ th©n cäc dÔ kh«ng ®ång nhÊt vµ ph©n tÇng - Qu¸ tr×nh thi c«ng cäc khoan nhåi lµ t¹i c«ng tr­êng ngoµi trêi nªn phô thuéc nhiÒu vµo thêi tiÕt nh­ m­a b·o…, mÆt kh¸c nã còng dÔ bÞ lÇy léi ¶nh h­ëng trùc tiÕp ®Õn m«i tr­êng. - Chi phÝ kiÓm tra thÝ nghiÖm víi cäc khoan nhåi kh¸ tèn kÐm 9 HiÖn nay cã 3 c¸ch thi c«ng cäc nhåi [5]: - Thi c«ng trong hè cã èng chèng v¸ch vµ èng nµy sÏ ®­îc rót ra khái ®Êt. - Thi c«ng trong hè cã èng chèng v¸ch vµ èng nµy ®Ó l¹i trong ®Êt kh«ng ®­îc rót ra. - Thi c«ng trong hè khoan kh«ng cã èng chèng v¸ch Cäc Straux Lµ lo¹i cäc nhåi do kü s­ Straux ®Ò xuÊt n¨m 1899. §Ó thi c«ng lo¹i cäc Straux ng­êi ta t¹o hè khoan cã èng chèng v¸ch víi ®­êng kÝnh 30 40cm. Sau khi khoan ®Õn ®é s©u thiÕt kÕ ng­êi ta tiÕn hµnh vÐt s¹ch hè khoan råi ®æ mét mÎ bª t«ng vµo èng chèng v¸ch. MÎ bª t«ng ®æ vµo ph¶i t¹o thµnh ë trong èng mét líp cao ®Õn 1m. Dïng ®Çm ®Ó ®Çm bª t«ng vµ tõ tõ rót èng lªn. Khi rót èng lªn ph¶i chó ý lµ líp bª t«ng cßn l¹i trong èng chèng v¸ch ph¶I kh«ng bÐ h¬n 30  40cm ®Ó cho th©n cäc khái bÞ ph©n ®o¹n. Sau ®ã ®æ mÎ bª t«ng tiÕp theo vµ c«ng viÖc l¹i tiÕp tôc nh­ vËy [5]. Cäc ®Çm nhanh §Ó thi c«ng cäc ®Çm nhanh, ng­êi ta ®ãng èng chèng v¸ch b»ng thÐp xuèng ®Êt. Lo¹i èng nµy cã ®­êng kÝnh 35  42cm ®­îc bÝt kÝn phÝa d­íi b»ng ®Õ gang. §Ó n­íc ngÇm khái ch¶y vµo èng ng­êi ta dïng vßng ®Öm dµy 12mm ®Ó lãt gi÷a èng vµ ®Õ. Sau ®ã ®ãng èng thiÕt bÞ ®Õn chiÒu s©u thiÕt kÕ, kiÓm tra xem n­íc cã vµo èng kh«ng råi h¹ khung cèt thÐp vµo, khung cèt thÐp gåm 6  8 thanh 18 víi ®ai xo¾n 6. §æ bªt«ng M200 vµo èng v¸ch ®Õn 1/3  1/2 chiÒu cao èng. PhÇn trªn cña èng v¸ch ®­îc g¾n mét bé phËn b»ng thÐp nh»m lµm chç ®ãng ®Ó rót èng lªn. Muèn rót èng lªn ng­êi ta ®ãng vµo bé phËn thÐp ®ã mÊy nh¸t xuèng råi l¹i ®ãng mÊy nh¸t theo chiÒu ng­îc l¹i. Khi ®ãng nh­ vËy èng thiÕt bÞ ®­îc h¹ xuèng råi n©ng lªn, sau mçi ®ît ®ãng xuèng råi ®ãng lªn nh­ vËy èng ®­îc n©ng lªn 2  2,5cm, sau khi n©ng èng chèng v¸ch lªn ®­îc 1/4 chiÒu dµi cña nã th× ®æ mÎ bªt«ng thø hai vµ qu¸ 10 tr×nh ®­îc lÆp l¹i nh­ vËy. Bóa ®­îc dïng ë ®©y lµ lo¹i bóa m¸y cã thÓ thùc hiÖn 60  80 nh¸t ®Ëp/ 1 phót [5]. Cäc Franki Dïng èng thiÕt bÞ ®ãng xuèng ®Êt ®Õn ®é s©u thiÕt kÕ. §æ bª t«ng vµo èng ®Õn ®é cao 0,8 1m. h¹ bóa vµo trong èng vµ ®ãng m¹nh lµm bª t«ng nÐn vµo ®Êt t¹o thµnh ®Õ më réng. Sau ®ã ®Æt khung cèt thÐp vµo vµ ®æ bª t«ng råi ®Çm b»ng bóa, ®ång thêi rót èng lªn. V× ®Êt quanh th©n cäc ®­îc nÐn chÆt nªn ®­êng kÝnh cäc t¨ng 10 20% so víi ®­êng kÝnh èng thiÕt bÞ [5]. Cäc Raimond §©y lµ lo¹i cäc nhåi cã vá thÐp ®Ó l¹i trong ®Êt ®­îc c¸c c«ng ty x©y dùng cña Mü sö dông. ë ®©y vai trß cña èng thiÕt bÞ ®­îc thay thÕ bëi vá thÐp rÊt máng d¹ng h×nh nãn ®­îc t¨ng ®é cøng b»ng c¸c s­ên h×nh sang vµ cèt xo¾n. Vá bao gåm nhiÒu ®o¹n ®­îc lång vµo nhau, ë gi÷a cã lâi b»ng gç. Lâi gç cã ®­êng kÝnh lín h¬n ®­êng kÝnh cña ®o¹n vá d­íi cïng. Dïng bóa ®ãng lâi gç xuèng ®Êt, c¸c ®o¹n vá sÏ nèi tiÕp nhau xuèng theo. Khi ®¹t ®Õn ®é s©u thiÕt kÕ, nhæ lâi gç ra, bá khung cèt thÐp vµo vµ tiÕn hµnh nhåi bª t«ng [5]. 1.1.2. Dù b¸o søc chÞu t¶i cña cäc Theo tiªu chuÈn x©y dùng TCXD 205: 1998- Mãng cäc – Tiªu chuÈn thiÕt kÕ. ®Ó dù b¸o søc chÞu t¶i cña cäc ng­êi ta cã thÓ dïng c¸c ph­¬ng ph¸p sau: - Theo chØ tiªu c¬ lý cña ®Êt nÒn (theo SNIP 2.20.03.85) - Theo chØ tiªu c­êng ®é cña ®Êt nÒn - Theo kÕt qu¶ c¸c thÝ nghiÖm xuyªn - Theo c«ng thøc ®éng - Theo kÕt qu¶ nÐn tÜnh cäc 1.1.3. Dù b¸o ®é lón cña mãng cäc 11 Theo tiªu chuÈn x©y dùng TCXD 205: 1998- Mãng cäc – Tiªu chuÈn thiÕt kÕ. ®Ó dù b¸o søc ®é lón cña mãng cäc ng­êi ta cã thÓ dïng c¸c ph­¬ng ph¸p sau: - Dùa trªn quan hÖ øng suÊt, biÕn d¹ng theo lý thuyÕt b¸n kh«ng gian biÕn d¹ng - Ph­¬ng ph¸p mãng khèi quy ­íc - Theo lý thuyÕt bµi to¸n ph¼ng - Ph­¬ng ph¸p líp biÕn d¹ng tuyÕn tÝnh 1.2. Tæng quan vÒ cäc siªu nhá 1.2.1. Kh¸i niÖm vµ lÞch sö ph¸t triÓn cña cäc siªu nhá Cäc siªu nhá lµ d¹ng cäc ®­êng kÝnh nhá (®­êng kÝnh th­êng nhá h¬n 300mm) ®­îc thi c«ng khoan vµ ®æ v÷a, ®ång thêi ®­îc gia cè ®Æc tr­ng [19]. Cäc siªu nhá ®­îc thi c«ng b»ng c¸ch khoan mét lç khoan, ®Æt cèt thÐp vµo vµ ®æ v÷a vµo hè khoan nh­ minh häa trong H×nh 1.1. H×nh 1.1: Tr×nh tù thi c«ng cäc siªu nhá [19] 12 Cäc siªu nhá cã thÓ chÞu ®­îc t¶i träng däc trôc vµ t¶i träng ngang, nã cã thÓ ®­îc xem lµ cäc thay thÕ cho c¸c cäc truyÒn thèng hoÆc nh­ lµ mét thµnh phÇn trong nÒn ®Êt hçn hîp tïy thuéc vµo kh¸i niÖm thiÕt kÕ ®­îc øng dông. C¸c cäc siªu nhá ®­îc thi c«ng b»ng nhiÒu ph­¬ng ph¸p, Ýt g©y ¶nh h­ëng ®èi víi c¸c kÕt cÊu xung quanh, ®èi víi ®Êt vµ m«i tr­êng. C¸c cäc nµy cã thÓ ®­îc thi c«ng trong ®iÒu kiÖn m«i tr­êng h¹n chÕ ra vµo vµ trong tÊt c¶ c¸c lo¹i ®Êt còng nh­ tÊt c¶ c¸c ®iÒu kiÖn ®Þa chÊt [19]. Do quy tr×nh thi c«ng g©y ra rung chÊn, ®é ån tèi thiÓu vµ cã thÓ ®­îc øng dông víi c¸c ®iÒu kiÖn th«ng kho¶ng thÊp, nªn cäc siªu nhá th­êng ®­îc sö dông ®Ó xö lý, gia cè mãng c¸c kÕt cÊu hiÖn cã. ThiÕt bÞ khoan chuyªn dông th­êng ®­îc sö dông ®Ó l¾p dùng thi c«ng cäc siªu nhá trong c¸c c«ng tr×nh tÇng hÇm, mãng hiÖn cã [19]. Kh¸i niªm vÒ cäc siªu nhá ®­îc h×nh thµnh t¹i I-ta-li-a vµo ®Çu nh÷ng n¨m 1950, ®Ó ®¸p øng nhu cÇu vÒ c¸c kü thuËt c¶i tiÕn khi x©y mãng c¸c tßa nhµ vµ c«ng tr×nh t­ëng niÖm lÞch sö mµ ®· bÞ h­ háng qua thêi gian dµi, ®Æc biÖt lµ trong ChiÕn tranh thÕ giíi lÇn 2. Mét hÖ thèng chèng ®ì v÷ng ch¾c ®­îc yªu cÇu ®Ó ®ì c¸c t¶i träng kÕt cÊu víi ®é chuyÓn vÞ tèi thiÓu vµ ®Ó thi c«ng trong c¸c ®iÒu kiÖn h¹n chÕ ra vµo víi sù t¸c ®éng thÊp nhÊt ®èi víi kÕt cÊu hiÖn t¹i. Mét nhµ thÇu chuyªn nghiÖp ë I-ta-li-a lµ Nhµ thÇu Fondedile, mµ Dr. Fernando Lizzi lµ gi¸m ®èc kü thuËt, ®· ph¸t triÓn cäc palo radice, hay cßn gäi lµ cäc siªu nhá ®Ó øng dông vµo x©y mãng. Cäc palo rudice lµ lo¹i cäc cã ®­êng kÝnh nhá, ®­îc khoan, ®æ bª t«ng t¹i chç, Ýt v÷a vµ cèt thÐp[19]. ViÖc sö dông cäc siªu nhá triÓn khai t¹i I-ta-li-a trong suèt nh÷ng n¨m 1950. Nhµ thÇu Fondedile ®· giíi thiÖu c«ng nghÖ nµy t¹i Anh vµo n¨m 1962 trong qu¸ tr×nh thi c«ng mãng cña mét sè c«ng tr×nh lÞch sö, vµ ®Õn n¨m 1965, c«ng nghÖ nµy còng ®­îc ¸p dông t¹i §øc trong kÕ ho¹ch giao th«ng ngÇm t¹i c¸c ®« thÞ [19]. Ban ®Çu, ®a sè c¸c øng dông cña cäc siªu nhá lµ ®­îc sö dông vµo viÖc x©y mãng kÕt cÊu t¹i c¸c m«i tr­êng ®« thÞ. B¾t ®Çu tõ n¨m 1957, cã thªm 13 nhiÒu c¸c nhu cÇu kü thuËt b¾t nguån tõ viÖc giíi thiÖu hÖ thèng cäc siªu nhá d¹ng m¾t l­íi. C¸c hÖ thèng nµy bao gåm nhiÒu lo¹i cäc siªu nhá d¹ng th¼ng ®øng vµ d¹ng nghiªng kÕt hîp víi m¹ng l­íi ba chiÒu, t¹o ra mét kÕt cÊu phøc hîp h¹n chÕ chuyÓn vÞ ngang. M¹ng l­íi cäc siªu nhá d¹ng m¾t l­íi ®­îc øng dông vµo qu¸ tr×nh lµm æn ®Þnh ®é dèc, gia cè t­êng bê, kÌ, b¶o vÖ c¸c kÕt cÊu ch«n ngÇm, c¸c mãng ®ì kÕt cÊu vµ mÆt ®Êt kh¸c [19]. Nhµ thÇu Fondedile ®· giíi thiÖu c¸ch sö dông cäc siªu nhá t¹i B¾c Mü vµo n¨m 1973 th«ng qua mét sè øng dông trong thi c«ng x©y mãng t¹i c¸c khu vùc ë New York vµ Boston. HiÖn nay, chi phÝ x©y dùng vµ nhu cÇu kü thuËt t¹i c¸c n­íc trªn thÕ giíi lµ t­¬ng ®èi gièng nhau vµ do ®ã, tiÕp tôc thóc ®Èy sù ph¸t triÓn cña nhu cÇu sö dông cäc siªu nhá. 1.2.2 ¦u, nh­îc ®iÓm cña cäc siªu nhá ¦u ®iÓm - Sö dông tèt trong ®iÒu kiÖn chËt hÑp - ChÞu ®­îc t¶i träng lín tõ 3 – 500 tÊn - Hµm l­îng cèt thÐp tõ 3% - 8% do ®ã cã thÓ chÞu ®­îc t¶i träng ngang tèt h¬n cäc bª t«ng th«ng th­êng - Cã thÓ thi c«ng trong mäi lo¹i ®Êt nÒn - Cã thÓ gia c­êng mãng theo nhiÒu c¸ch kh¸c nhau Nh­îc ®iÓm: - N¨ng suÊt thi c«ng thÊp, c«ng nghÖ thi c«ng phøc t¹p vµ khã kiÓm so¸t chÊt l­îng th©n cäc. - §é tin cËy thÊp do khã ®¸nh gi¸ søc chÞu t¶i cña cäc th«ng qua c¸c sè liÖu thi c«ng hiÖn tr­êng. 1.2.3. Ph¹m vi ¸p dông cña cäc siªu nhá - Gia c­êng mãng c«ng tr×nh cò, lµm mãng míi, chÞu t¶i träng ngang. - æn ®Þnh m¸i dèc. - Gia t¨ng søc chÞu t¶i cña nÒn, gi¶m ®é lón cña nÒn. - æn ®Þnh kÕt cÊu 14 1.2.4. Ph©n lo¹i cäc siªu nhá Cäc siªu nhá ®­îc ph©n lo¹i dùa trªn hai tiªu chÝ: Ph­¬ng ph¸p thiÕt kÕ vµ ph­¬ng ph¸p ®æ bª t«ng [19] 1. Ph©n lo¹i theo ph­¬ng ph¸p thiÕt kÕ Lo¹i 1: lµ c¸c cäc ®­îc chÊt t¶i trùc tiÕp vµ t¹i nh÷ng n¬i mµ cèt thÐp cäc chÞu ®­îc ®a sè c¸c t¶i träng ¸p dông (H×nh 1.2). Cã thÓ ®­îc sö dông ®Ó thay thÕ nhiÒu lo¹i cäc truyÒn thèng ®Ó truyÒn t¶i träng kÕt cÊu sang mét ®Þa tÇng æn ®Þnh hoÆc cã ®ñ kh¶ n¨ng chÞu t¶i h¬n, s©u h¬n, phï hîp h¬n. C¸c cäc nµy ®­îc thiÕt kÕ ho¹t ®éng ®¬n lÎ, mÆc dï cã thÓ thi c«ng thµnh c¸c nhãm cäc. Ph­¬ng ph¸p bè trÝ c¸c cäc lo¹i 1 ®­îc m« t¶ trong H×nh 1.4. H×nh 1.2: Cäc siªu nhá lo¹i 1- Cäc chÞu t¶i trùc tiÕp [19] Lo¹i 2: C¸c chi tiÕt cäc siªu nhá lo¹i 2 giíi h¹n vµ gia cè bªn trong líp ®Êt, t¹o thµnh mét khèi ®Êt ®­îc gia cè mµ cã thÓ chÞu ®­îc t¶i träng øng dông (H×nh 1.3). §ã gäi lµ m¹ng l­íi cäc d¹ng l­íi. T¶i träng kÕt cÊu ®­îc øng dông víi toµn bé khèi ®Êt gia cè, nh­ ®èi víi c¸c cäc ®¬n. Cäc siªu nhá lo¹i 2 ®­îc gia cè nhÑ, do c¸c cäc nµy kh«ng ph¶i chÞu t¶i träng ®¬n lÎ nh­ c¸c cäc 15 lo¹i 1. M¹ng l­íi ®iÓn h×nh cña cäc siªu nhá d¹ng m¾t l­íi ®­îc minh häa trong H×nh 1.5. H×nh 1.3: Cäc siªu nhá lo¹i 2–M¹ng l­íi cäc d¹ng l­íi víi khèi ®Êt gia cè ®­îc chÊt t¶i hoÆc ®­îc kÕt hîp [19] H×nh 1.4: Bè trÝ cäc siªu nhá lo¹i 1 [19] 16 H×nh 1.5: Bè trÝ cäc siªu nhá lo¹i 2 [19] 2. Ph©n lo¹i theo ph­¬ng ph¸p ®æ bª t«ng Ph­¬ng ph¸p ®æ v÷a cäc cã ¶nh h­ëng rÊt lín ®Õn kh¶ n¨ng chÞu t¶i cña liªn kÕt v÷a/®Êt. Kh¶ n¨ng chÞu t¶i cña liªn kÕt v÷a/®Êt thay ®æi trùc tiÕp víi ph­¬ng ph¸p ®æ v÷a. PhÇn thø hai cña ph©n lo¹i cäc mini bao gåm c¸ch ®Æt tªn theo ch÷ c¸i (tõ A ®Õn D), chñ yÕu dùa trªn ph­¬ng ph¸p thay thÕ vµ t¹o ra ¸p lùc trong qu¸ tr×nh sö dông v÷a ®Ó thi c«ng cäc. ViÖc sö dông èng v¸ch vµ cèt thÐp ®· x¸c ®Þnh râ c¸c ph­¬ng ph¸p ph©n lo¹i cäc siªu nhá. Ph­¬ng ph¸p ph©n lo¹i ®­îc thÓ hiÖn b»ng s¬ ®å trong H×nh 1.6. Lo¹i A: Lo¹i A thÓ hiÖn lµ lo¹i v÷a chØ ®­îc ®æ trong cét n­íc träng lùc. V÷a xi m¨ng-c¸t, còng nh­ v÷a xi m¨ng thuÇn tóy, còng cã thÓ ®­îc sö dông, bëi v× cét v÷a kh«ng bÞ t¹o ¸p. Hè khoan cäc cã thÓ ®­îc khoÐt réng bªn d­íi ®Ó t¨ng kh¶ n¨ng chÞu kÐo, mÆc dï kü thuËt nµy còng kh«ng th«ng dông hoÆc kh«ng ®­îc sö dông ®èi víi c¸c lo¹i cäc kh¸c.