Tài liệu Nghiên cứu giải pháp móng cọc cho công trình thấp tầng trên địa bàn thành phố sóc trăng

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sĩ này là công trình nghiên cứu của bản thân. Các số liệu kết quả trình bày trong luận văn này là đúng sự thật, có nguồn gốc rõ ràng và chưa được công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào. Tác giả Thái Chí Cường i LỜI CẢM ƠN Luận văn được hoàn thành là thành quả của sự cố gắng, nỗ lực hết mình và sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô trong bộ môn Địa kỹ thuật trường Đại học Thủy lợi, Hà Nội, đặc biệt dưới sự hướng dẫn khoa học của thầy TS. Nguyễn Văn Lộc. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy hướng dẫn, đã tận tâm hướng dẫn khoa học suốt quá trình từ khi lựa chọn đề tài, xây dựng đề cương đến khi hoàn thành luận văn. Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Địa kỹ thuật, Khoa Công trình đã giúp đỡ và tạo điều kiện tác giả hoàn thành luận văn này. Hà Nội, ngày tháng năm 2017 Tác giả Thái Chí Cường ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................................ii MỤC LỤC ..................................................................................................................... iii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH....................................................................................vii DANH MỤC CÁC BIỂU BẢNG................................................................................ viii MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1 1. Tính cấp thiết của đề tài............................................................................................... 1 2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ............................................................................... 1 3. Các tiếp cận và phương pháp nghiên cứu .................................................................... 1 4. Kết quả dự kiến đạt được............................................................................................. 2 5. Bố cục luận văn ........................................................................................................... 2 MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 2 CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT VÀ GIẢI PHÁP MÓNG .. 3 1.1. Đánh giá về địa chất công trình trên địa bàn thành phố Sóc Trăng .......................... 3 1.2. Các giải pháp móng công trình phổ biến hiện đang áp dụng.................................... 4 1.2.1. Phương án móng nông ........................................................................................ 4 1.2.2. Phương án móng cọc ép, cọc đóng ..................................................................... 4 1.2.3. Phương án móng cọc khoan nhồi ........................................................................ 5 1.3. Phân tích các giải pháp xử lý nền móng áp dụng địa bàn thành phố Sóc Trăng ...... 6 1.3.1. Móng bè .............................................................................................................. 6 1.3.2. Gia cố nền bằng cừ tràm: .................................................................................... 7 1.3.3. Gia cố nền bằng cọc khoan nhồi: ........................................................................ 9 1.3.4. Gia cố nền bằng cọc bê tông cốt thép đúc sẵn: ................................................. 11 1.3.5. Phương pháp Cọc cát: ....................................................................................... 12 1.3.6. Phương pháp Giếng cát: .................................................................................... 13 1.4. Một số công trình sử dụng móng cọc trên địa bàn thành phố Sóc Trăng ............... 14 1.5. Đánh giá ưu nhược điểm của các giải pháp: ........................................................... 16 1.5.1. Đối với móng băng:........................................................................................... 16 1.5.2. Ưu nhược điểm của phương án móng bè: ......................................................... 17 1.5.3. Ưu nhược điểm của phương án móng cọc: ....................................................... 19 1.6. Kết luận chương I.................................................................................................... 20 iii CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÓNG CỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP ................ 21 2.1. Đặc điểm móng cọc và các tiêu chuẩn thiết kế....................................................... 21 2.1.1. Định nghĩa và phân loại .................................................................................... 21 2.1.1.1. Định nghĩa: ....................................................................................................... 21 2.1.2. Các tiêu chuẩn thiết kế ...................................................................................... 23 2.2. Lý thuyết cơ bản tính sức chịu tải của cọc ............................................................. 23 2.2.1. Khái niệm về sức chịu tải của cọc đơn ............................................................. 23 2.2.1.1. Định nghĩa ........................................................................................................ 23 2.2.1.2. Nguyên tắc xác định ......................................................................................... 24 2.2.2. Tính toán sức chịu tải của cọc theo độ bền vật liệu .......................................... 24 2.2.3. Tính toán sức chịu tải cọc của đất nền theo kết quả thí nghiệm trong phòng .. 24 2.2.4. Xác định sức chịu tải của cọc bằng các phương pháp thí nghiệm .................... 35 2.3. Thiết kế móng cọc .................................................................................................. 40 2.3.1. Chọn loại móng cọc .......................................................................................... 41 2.3.2. Xác định đài cọc................................................................................................ 41 2.3.3. Chọn loại cọc, kích thước cọc và sức chịu tải của cọc đơn .............................. 41 2.3.3.1. Chọn loại cọc và kích thước cọc ...................................................................... 41 2.3.3.2. Xác định sức chịu tải của cọc đơn .................................................................... 42 2.3.4. Xác định số lượng cọc và bố trí cọc trong móng .............................................. 43 2.3.4.1. Xác định số lượng cọc ...................................................................................... 43 2.3.4.2. Bố trí cọc trong móng....................................................................................... 43 2.3.5. Tính toán nền móng theo trạng thái thứ I ( kiểm tra về cường độ)................... 44 2.3.5.1. Kiểm tra tải trọng tác dụng lên đầu cọc ........................................................... 44 2.3.5.2. Kiểm tra sức chịu tải của nền ........................................................................... 46 2.3.5.3. Kiểm tra ổn định cho móng cọc khi công trình chịu lực ngang lớn................. 48 2.3.6. Tính toán nền móng theo trạng thái thứ II ( kiểm tra về biến dạng) ................. 48 2.3.6.1. Tính độ lún của móng....................................................................................... 48 2.3.6.2. Tính chênh lệch độ lún của móng .................................................................... 50 2.4. Tính toán kích thước cọc đối với chiều dày lớp đất yếu phân lớp khác nhau ........ 50 2.5. Phân tích so sánh với các phương pháp xác định sức chịu tải áp dụng cho các công trình thấp tầng ................................................................................................................ 52 iv 2.5.1. Phương pháp xác định sức chịu tải theo công thức ký thuyết........................... 52 2.5.2. Phương pháp xác định sức chịu tải của cọc theo phương pháp tra bảng dựa vào tài liệu thu thập thống kê. .............................................................................................. 52 2.5.3. Phương pháp xác định sức chịu tải của cọc theo thí nghiệm động ................... 52 2.5.4. Phương pháp xác định sức chịu tải của cọc theo thí nghiệm tĩnh ..................... 53 2.5.5. Phương pháp xác định sức sức chịu tải của cọc theo thí nghiệm hiện trường .. 53 2.6. Kết luận chương II .................................................................................................. 54 CHƯƠNG III: THIẾT KẾ MÓNG CỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP CHO CÔNG TRÌNH THẤP TẦNG TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ SÓC TRĂNG - ỨNG DỤNG CHO CÔNG TRÌNH ÁNH QUANG PLAZA........................................................................ 55 3.1. Tổng quan về công trình ......................................................................................... 55 3.1.1. Quy mô của dự án. ............................................................................................ 55 3.1.2. Các điều kiện địa chất ....................................................................................... 57 3.2. Tính toán lựa chọn các phương pháp xử lý nền ...................................................... 59 3.2.1. Phân tích và đề xuất các phương án móng. ....................................................... 59 3.2.2. Lựa chọn kích thước và vật liệu cho cọc và móng cọc ..................................... 60 3.2.3. Tính toán sức chịu tải dọc trục của cọc ............................................................. 61 3.2.3.1. Theo điều kiện cường độ vật liệu cọc: ............................................................. 61 3.2.3.2. Theo điều kiện đất nền: .................................................................................... 61 3.2.3.3. Áp dụng các công thức xác định sức chịu tải của cọc ứng với các đường kính cọc khác nhau. ............................................................................................................... 63 3.2.3.4. Xác định số lượng cọc trong móng. ................................................................. 67 3.3. Tính toán phương án sử dụng móng cọc xử lý nền ................................................ 70 3.3.1. Chọn loại móng cọc, kích thươc cọc và đài cọc ............................................... 70 3.3.2. Tải trọng tác dụng lên đáy cột trong công trình: ............................................... 70 3.3.3. Sức chịu tải của cọc đơn: .................................................................................. 71 3.3.4. Xác định số lượng cọc và bố trí cọc trong móng. ............................................. 72 3.3.4.1. Xác định số lượng cọc. ..................................................................................... 72 3.3.4.2. Bố trí cọc trong móng. ...................................................................................... 72 3.3.5. Kiểm tra khả năng chịu tải của cọc. .................................................................. 73 3.3.5.1. Kiểm tra lực thẳng đứng tác dụng vào cọc. ...................................................... 73 v 3.3.6. Kiểm tra móng cọc và nền theo trạng thái giới hạn về cường độ. .................... 77 3.4. Sử dụng phần mềm Geoslop tính toán biến dạng của móng cọc ............................ 86 3.5. Nhận xét kết quả tính. ............................................................................................. 91 3.6. Kết luận chương 3 ................................................................................................... 92 KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ ............................................................................................ 93 1. Kết luận ..................................................................................................................... 93 2. Kiến nghị ................................................................................................................... 93 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 95 vi DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Móng băng hai phương..................................................................................... 6 Hình 1.2 Công tác bố trí thép trong móng bè .................................................................. 7 Hình 1.3 Cừ tràm dùng xử lý nền .................................................................................... 8 Hình 1.4 Sử dụng cừ tram gia cố nền .............................................................................. 9 Hình 1.5 Cọc khoan nhồi xử lý nền ............................................................................... 10 Hình 1.6 Cọc bê tông đúc sẵn xử lý nền....................................................................... 11 Hình 1-7: Cọc cát ........................................................................................................... 13 Hình 1-8: Giếng cát ....................................................................................................... 14 Hình 1.9 : Đóng cọc bê tông cốt thép xử lý nền công trình .......................................... 15 Hình 1.10 : Công trình sử dụng cọc bê tông cốt thép xử lý nền công trình .................. 15 Hình 1.11 : Công trình sử dụng cọc khoan nhồi mini xử lý nền công trình .................. 16 Hình 2.1a: Cấu tạo móng cọc đài thấp: 1- cọc; 2- đài cọc; 3- kết cấu phần trên .......... 21 Hình 2.1b: Cấu tạo móng cọc đài cao: 1- cọc; 2- đài cọc; 3- kết cấu phần trên............ 21 Hình 2.2: Gia tải bằng kích thủy lực, dùng cọc neo làm phản lực ................................ 39 Hình 2.3 Quan hệ giữa tải trọng và độ lún của cọc………………………………… 39 Hình 2.4 Sơ đồ xác định kích thước đáy móng……………………………………….46 Hình 2.5 Biểu đồ ứng suất trong nền ............................................................................. 50 Hình 3.1: Mặt cắt ngang công trình ............................................................................... 56 Hình 3.2: Mặt bằng công trình ...................................................................................... 57 Hình 3.4: Mặt bằng bố trí cọc ........................................................................................ 73 Hình 3.5 Sơ đồ khối móng quy ước .............................................................................. 78 Hình 3.6 Biểu đồ ứng suất cột số 8 ............................................................................... 86 Hình 3.7: Sơ đồ áp suất đáy móng Ptb và Ptt ................................................................ 88 Hình 3.8: Phác họa bài toán ........................................................................................... 89 Hình 3.9: Mô hình bài toán............................................................................................ 89 Hình 3.10: Đường đẳng chuyển vị theo phương y ........................................................ 90 Hình 3.11: Đường đẳng chuyển vị theo phương x ........................................................ 90 Hình 3.12: Biểu đồ chuyển vị theo phương y................................................................ 91 vii DANH MỤC CÁC BIỂU BẢNG Bảng 2.1. Bảng xác định hệ số ktc ................................................................................ 25 Bảng 2.2. Sức kháng ma sát giữa thành cọc và đất fi ................................................... 26 Bảng 2.3. Hệ số mf ........................................................................................................ 27 Bảng 2.4 - Trị số qp ....................................................................................................... 28 Bảng 2.5 Hệ số m ......................................................................................................... 31 Bảng 2.6 Trị số τi của loại đất ( T/m2) ......................................................................... 31 Bảng 2.7 Trị số Ri (T/m2) .......................................................................................... 32 Bảng 2.8 Hệ số Kc và α ............................................................................................. 33 Bảng 2.10 Chiều cao rơi của búa tính toán H ............................................................ 36 Bảng 2.11 : Hệ số điều kiện làm việc của cọc............................................................... 45 Bảng 2.12 : Trị số Hng (T) ứng với ∆C = 1cm ............................................................. 46 Bảng 2.13 Mô tả chiều dài cọc tương thích với địa tầng khác nhau ............................. 51 Bảng 3.1: Bảng chỉ tiêu đất nền công trình ................................................................... 58 Bảng 3.2: Giá trị Nội lực chân cột. ............................................................................... 59 Bảng 3.3: Bảng tính giá trị sức chịu tải của cọc 25x25 cm ........................................... 64 Bảng 3.4: Bảng tính giá trị sức chịu tải của cọc 30x30 cm ........................................... 65 Bảng 3.5: Bảng tính giá trị sức chịu tải của cọc 35x35 cm ........................................... 65 Bảng 3.6: Trường hợp tiết điện 25×25cm.....................................................................67 Bảng 3.7: Trường hợp tiết điện 30×30cm.....................................................................68 Bảng 3.8: Trường hợp tiết điện 35×35cm.....................................................................68 Bảng 3.9 Bảng tính ứng suất tại tâm móng cột 8. ......................................................... 85 viii MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Thành phố Sóc Trăng đang phấn đấu đến năm 2020 đạt đô thị loại II, nên việc cải tạo chỉnh trang đô thị và xây dựng các công trình mới ngày càng nhiều góp phần vào việc nâng cấp đô thị và đặc biệt là phát triển kinh tế xã hội của Thành Phố. Tuy nhiên, khu vực Thành phố Sóc Trăng có cấu trúc địa chất đa dạng và phức tạp với nhiều loại đất có thành phần và tính chất cơ lý khác nhau, với sự phân bố không đồng điều ở các khu vực khác nhau. Giải pháp hiện nay đối với các công trình xây dựng trên địa bàn thành phố Sóc Trăng chủ yếu là sử dụng cọc ép có chiều dài từ 25-30m đến lớp đất tốt. Vì vậy, việc nghiên cứu ứng dụng cọc Bê tông cốt thép là hết sức cần thiết và phù hợp với địa chất tại đây. Đề tài luận văn thạc sĩ “Nghiên cứu giải pháp móng cọc cho công trình thấp tầng trên địa bàn thành phố Sóc Trăng” chính là giải quyết vấn đề bức xúc đó, góp phần định hướng cho các chủ đầu tư, người thiết kế, cơ quan quản lý chất lượng xây dựng sử dụng hợp lý môi trường địa chất, tăng hiệu quả đầu tư xây dựng. 2. Mục đích của đề tài Nghiên cứu và ứng dụng móng cọc bê tông cốt thép đúc sẵn cho các công trình thấp tầng trên địa bàn thành phố Sóc Trăng. Đánh giá, lựa chọn giải pháp nền móng hợp lý cho các công trình thấp tầng trên địa bàn thành phố Sóc Trăng vừa đảm bảo tính kỹ thuật cũng như kinh tế. 3. Nội dung và phương pháp nghiên cứu - Thu thập, tổng hợp và phân tích tài liệu thực tế (tài liệu khảo sát địa chất, tài liệu thiết kế cơ sở,…) để làm rõ điều kiện địa chất công trình và tổ hợp tải trọng; - Phân tích chọn giải pháp cọc bê tông cốt thép đúc sẵn để xử lý nền công trình; - Phương pháp phần tử hữu hạn, phương pháp mô hình số với việc sử dụng phần mềm Geo-slope, Plaxis để phân tích, kiểm tra ổn định và biến dạng. 1 4. Kết quả dự kiến đạt được - Hiểu được lý thuyết tính toán móng cọc; - Đánh giá điều kiện địa chất công trình trên khu vực thành phố Sóc Trăng; - Tổng hợp kinh nghiệm sử dụng giải pháp móng trên địa bàn thành phố Sóc Trăng; - Đề xuất giải pháp nền móng hợp lý về kinh tế-kỹ thuật trên khu vực thành phố Sóc Trăng. kiểm chứng tính toán bằng phần mềm Geo – slope và Plaxis . 5. Bố cục luận văn MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT VÀ GIẢI PHÁP MÓNG CHO CÁC CÔNG TRÌNH TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ SÓC TRĂNG CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÓNG CỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MÓNG CỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP CHO CÔNG TRÌNH THẤP TẦNG TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ SÓC TRĂNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ TÀI LIỆU THAM KHẢO 2 CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT VÀ GIẢI PHÁP MÓNG 1.1. Đánh giá về địa chất công trình trên địa bàn thành phố Sóc Trăng Đất yếu thuộc đối tượng nghiên cứu chủ yếu là bùn sét và bùn sét pha với bề dày xấp xỉ khoảng 10m, một số nơi có thể đạt đến 20m, nằm gần mặt đất, hầu như chưa được nén chặt, mới ở giai đoạn đầu của quá trình hình thành đá trầm tích.Vì vậy, rất khó khăn cho công tác xây dựng đường. Đất có thành phần hạt rất mịn, hàm lượng các nhóm hạt bụi và sét khá cao đồng thời cũng có mặt các khoáng vật có tính phân tán cao như montmorillonit và illit, không thuận lợi cho các giải pháp sử dụng xử lý nền đất yếu bằng các chất kết dính. Các kết quả nghiên cứu về độ pH, khả năng trao đổi cho thấy, độ pH của đất thấp, nhỏ hơn 7, dao động từ 3 đến xấp xỉ 6. Khả năng trao đổi hấp thụ không cao, dung lượng hấp thụ chỉ dao động từ 19,6÷27,25 me/100g đất khô nên thuận lợi cho việc cải tạo đất bằng các biện pháp thông thường nên dùng các biện pháp bằng các chất kết dính và cả các giải pháp làm chặt đất. Tại các địa điểm nghiên cứu ta thấy trong đất có chứa muối dễ hòa tan. Đất được xếp vào loại nhiễm muối ít thường từ 1÷2%, đất thuộc loại nhiễm muối ít. Loại muối trong đất là chlorua natri. Như vậy, sự có mặt của muối dễ hòa tan sẽ gây ảnh hưởng xấu đến việc cải tạo đất bằng các chất kết dính vô cơ. Tuy nhiên, với mức nhiễm muối này, vẫn có thể cải tạo được bằng các chất kết dính vô cơ. Hầu hết các mẫu nghiên cứu cho thấy, đất đều chứa chất hữu cơ, hàm lượng hữu cơ trong đất không cao, đại đa số các mẫu nghiên cứu cho hàm lượng hữu cơ dao động trung bình từ 3÷4%. Hàm lượng hữu cơ đã gây ảnh hưởng tới các đặc trưng cơ lý, cũng như chất lượng cải tạo đất bằng xi măng. Đất nghiên cứu là loại đất yếu, chưa được nén chặt, có chứa muối và chất hữu cơ. Mức độ nén lún mạnh, hệ số nén lún và chỉ số lún ở tất cả các mẫu đều lớn hơn 0,1; áp lực tiền cố kết nhỏ, dao động trung bình từ xấp xỉ 0,3÷0,5 kg/cm2. Sức kháng cắt không thoát nước từ thí nghiệm cắt cánh hiện trường và thí nghiệm 3 trục trong phòng cho 3 thấy đất nghiên cứu không thuận lợi cho việc xây dựng đường, các thông số nghiên cứu có thể phục vụ kiểm toán ổn định. [1] 1.2. Các giải pháp móng công trình phổ biến hiện đang áp dụng Do đặc điểm về địa chất công trình nên hiện nay trên địa bàn thành phố Sóc Trăng hiện nay sử dụng một số loại nền móng như sau: 1.2.1. Phương án móng nông Móng nông là giải pháp móng cực kỳ phổ biến tại Việt Nam hiện nay với chi phí thi công rất hợp lý, thường được áp dụng đối với các công trình có quy mô vừa và nhỏ (dưới 5 tầng). Móng nông có thể tận dụng tối đa khả năng làm việc của các lớp đất phía trên cùng, thích hợp với những địa điểm thi công với điều kiện địa chất công trình có các lớp đất sét hoặc sét pha ở trạng thái từ dẻo cứng cho đến cứng, đáp ứng bề dày đủ lớn từ 5m – 7m. Chiều sâu chôn móng nông phổ biến từ 0.5m – 3m, phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau như bề dày lớp đất lấp, sự phân bố của đất yếu, hay chiều sâu mực nước dưới đất, Thành phố Sóc Trăng khi xây dựng sử dụng móng nông trong trường hợp sau: Móng đơn: Sử dụng cho nhà ở riêng lẻ diện tích nhỏ, chủ yếu là nhà trệt. Móng băng: Sử dụng cho nhà trên một tầng và dưới 4 tầng có tải trong tương đối nhỏ. [3] , [7] 1.2.2. Phương án móng cọc ép, cọc đóng Khi phương án móng nông không thể đáp ứng được yêu cầu về mặt kỹ thuật (biến dạng nhiều, không ổn định) công trình tải trọng lớn hay trong trường hợp chi phi phí xử lý đất nền khi thi công móng nông quá tốn kém, thì phương án móng cọc ép, cọc đóng là một giải pháp thay thế hữu hiệu. Đây là loại móng gồm có các cọc và đài cọc, được sử dụng để truyền tải trọng của cả công trình xuống lớp đất tốt đến tận sỏi đá nằm ở phía dưới sâu công trình. Trên thực tế thi công, người ta có thể đóng, hạ những cây cọc rất lớn xuống các tầng đất rất sâu, qua đó làm tăng đáng kể khả năng chịu tải trọng lớn cho móng. 4 Đối với công trình có tầng cao từ 2 tầng trở xuống và quy mô diện tích tương đối nhỏ có thể sử dụng móng cọc cừ tràm. Đối với nhà có tầng cao trên 4 tầng, diện tích và tải trọng lớn chủ yếu sử dụng móng cọc bê tông cốt thép. Do đặc điểm địa chất nên trên địa bàn thành phố Sóc Trăng sử dụng móng cọc bê tông cốt thép được dùng phổ biến nhất trong trường hợp tải trọng công trình khá lớn hay trong điều kiện địa chất yếu, giải pháp móng cọc luôn được xem là giải pháp thuận lợi nhất do đặc tính phong phú về cấu tạo vật liệu học của cọc, được chia làm các loại như sau: Móng cọc đài cao và Móng cọc đài thấp. [3] , [7] 1.2.3. Phương án móng cọc khoan nhồi Giải pháp móng cọc khoan nhồi hiện nay được áp dụng chủ yếu đối với các công trình nhà cao tầng (thường cao trên 10 tầng). Tuy nhiên, phương pháp cọc khoan nhồi lại có chi phí thi công khá tốn kém (cao hơn nhiều so với phương án cọc ép) nên chủ đầu tư, kỹ sư thiết kế kết cấu cũng như các bên liên quan thường cân nhắc hết sức kỹ lưỡng khi quyết định áp dụng giải pháp móng này. Trên thực tế, móng cọc khoan nhồi sẽ là giải pháp không thể thay thế đối với trường hợp phương án cọc ép hoặc cọc ép không thể đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật. Đối với các công trình nhà cao tầng, tải trọng truyền xuống một cột thường rất lớn, và nếu áp dụng móng cọc ép thì số lượng cọc cần sử dụng sẽ là rất nhiều và kích thước đài cọc cũng rất lớn. Nếu mặt bằng móng đủ rộng để có thể bố trí đài cọc và không ảnh hưởng đến các hạng mục hạ tầng, phương án móng cọc ép là hoàn toàn hợp lý. Tuy nhiên, các công trình nhà cao tầng hiện đại hiện nay với tầng hầm, bể nước ngầm, hệ thống cấp thoát nước, bể phốt, cùng hạ tầng kỹ thuật khác chiếm khoảng không gian khá đáng kể nên việc áp dụng móng cọc ép là gần như không thể. Vì lẽ đó, phương án móng cọc khoan nhồi là giải pháp duy nhất với sức chịu tải cao hơn và diện tích móng cũng nhỏ hơn nhiều. Tùy thuộc từng điều kiện địa chất, điều kiện kỹ thuật và thi công cụ thể mà người kỹ sư thiết kế kết cấu dựa trên những thông số kỹ thuật cụ thể và các tính toán chính xác sẽ đưa ra một giải pháp móng và hệ chịu lực chính tối ưu cho từng công trình. Tuy nhiên, để có thể làm được điều này, ngoài việc tính toán chính xác, nghiên cứu hồ sơ 5 địa chất kỹ lưỡng, người kỹ sư cũng cần có rất nhiều kinh nghiệm thực tế cũng như chuyên môn vững vàng mới có thể tìm ra được một phương án tối ưu, an toàn và tiết kiệm. [8] 1.3. Phân tích các giải pháp xử lý nền móng áp dụng địa bàn thành phố Sóc Trăng Nếu tải trọng dưới chân cột không lớn ta có thể dùng móng đơn dưới cột. Nếu tải trọng lớn thì móng đơn không đảm bảo điều kiện chịu lực hay biến dạng quá mức thì ta có thể dung móng băng một phương, hai phương hoặc móng bè dưới khung nhà. Hình 1.1 Móng băng hai phương 1.3.1. Móng bè Móng bè là loại móng mềm, chiếm toàn bộ diện tích nền nhà. Khi nhà tải trọng lớn (nhà ≥ 3 tầng), nền xấu thì thường phải dùng móng băng đặt sâu và diện tích móng chiếm đến 75% diện tích nền, khi đó nên dùng móng bè. Móng bè còn dùng thích hợp khi cần hạn chế chấn động, lún lệch nhiều, cần tăng cường độ và độ cứng của móng. 6 Hình 1.2 Công tác bố trí thép trong móng bè Nếu nền có lớp trên là đất tốt, lớp dưới là đất yếu. Khi lớp đất tốt trên mỏng (≤ 1,5m): coi như toàn bộ là nền yếu. Với trường hợp này cần phải có những biện pháp gia cố nền phù hợp với quy mô công trình: 1.3.2. Gia cố nền bằng cừ tràm: Chỉ dùng với các công trình có quy mô nhỏ nhưng sức chịu tải của nền vẫn là rất yếu, cơ sở tính toán chỉ là giả định, ngôi nhà bị treo trên tầng đất yếu. Nên hạn chế sử dụng. Ưu điểm : Đối với nhà thấp tầng, tải trọng nhỏ có thể dùng cọc tre ( miền Bắc ), cọc tràm ( miền Nam ) và cọc gỗ sẽ tiết kiệm được 1 phần chi phí nền móng. Với nhu cầu xây nhà giá rẻ hoặc giá tầm trung có tải trọng công trình không lớn có thể chọn giải pháp móng đơn hay móng băng. Cừ tràm phải đóng xuống dưới mực nước ngầm, cừ ngâm trong nước mới vững bền. Cừ tràm 8 - 10 cm là loại cừ thông dụng nhất, được sử dụng trong xây dựng làm móng nhà ở nhiều vì đất chụi tải tốt và giá cả hợp lý, phù hợp với nhiều loại công trình khác nhau. Mật độ đóng 25 cọc/m2 7 Hình 1.3 Cừ tràm dùng xử lý nền Nhược điểm : Khi dùng cừ tràm thì phải đào sâu 1,8 - 2,2m nên dễ ảnh hưởng đến các công trình lân cận, chỉ sử dụng cho công trình thấp tầng, cần tải trọng không cao. Về độ sâu của móng cừ tràm, nhiều người có thói quen đặt đầu cừ tràm là phải đặt nằm dưới mực nước ngầm thấp nhất. Ðiều này dẫn đến việc phải đặt đáy móng quá sâu, gây bất lợi cho thi công, nhất là vào mùa mưa. Các tài liệu địa chất cho thấy: ở vị trí cao hơn mạch nước ngầm, đất khi đó vẫn ẩm ướt, độ bão hòa cao, do đó đủ độ ẩm để đầu cừ tràm không bị khô và sẽ không bị mục. Vì vậy, tùy theo chất lượng đất bên trên mực nước ngầm, có thể chọn đầu cừ tràm cao hơn mực nước ngầm, miễn sao là đầu cừ luôn ẩm ướt. Ở đất sét, nước mao dẫn có thể lên đến 5 - 6m. 8 Hình 1.4 Sử dụng cừ tram gia cố nền 1.3.3. Gia cố nền bằng cọc khoan nhồi: Đối với những công trình có quy mô vừa nhưng có tầm quan trọng và những công trình có quy mô lớn thì biện pháp gia cố nền này là tối ưu nhất. Đối với các công trình nhà tải trọng lớn thì hiếm khi dùng biện pháp gia cố nền bằng cọc khoan nhồi vì chí phí khá cao. Ưu điểm: Tùy theo điều kiện địa chất và tải trọng của công trình, trên tổng thể giá thành của phương án xử lý nền móng khi sử dụng cọc nhồi đường kính nhỏ hợp lý do khả năng chịu tải trên mỗi đầu cọc khá cao nên số lượng cọc trong móng giảm. Thêm vào đó phần đài cọc, giằng móng giảm thiểu do số lượng cọc ít, cọc có thể thi công sát công trình bên cạnh (cách >=10cm) nên không phải thiết kế đài cọc kiểu consol dẫn đến làm giảm kích thước đài cọc. Thiết bị thi công nhỏ gọn nên có thể thi công trong điều kiện xây dựng chật hẹp. Không gây ảnh hưởng đối với phần nền móng và kết cấu của các công trình kế cận. Thời gian thi công nhanh (do có thể đưa nhiều dàn vào công trình hơn do gọn nhẹ). Sử dụng tốt cho trường hợp lớp đất tốt xen kẹp bên trên lớp đất xấu mà không thể đóng hoặc ép cọc BTCT thông thường. 9 Hình 1.5 Cọc khoan nhồi xử lý nền Thiết bị thi công đa dạng có thể lựa chọn tuỳ theo mục đích và điều kiện thi công, phần lớn thiết bị được sản xuất tại Việt Nam, phụ tùng dễ thay thế. Dễ thi công móng & đà kiềng, khối lượng bêtông và cốt thép ít, đào đắp đất ít, không ảnh hưởng nhà bên cạnh hoặc ngược lại. Không đào nền để làm móng, giữ nguyên sự ổn định của đất nền. Tính bền vững và ổn định của công trình rất cao, không bị ảnh hưởng khi nhà liền kề đào móng xây dựng, không bị nghiêng lún. Không có khớp nối như cọc ép, đảm bảo truyền tải trọng đúng tâm. Thực tế cho thấy cọc khoan nhồi không có nhiều khuyết tật. Có thể khoan xuyên tầng đất cứng. Phạm vi ứng dụng: - Các công trình nhà cao tầng xây chen trong thành phố. - Gia cố nền cho các công trình sửa chữa, cải tạo, nâng tầng. - Các công trình có mặt bằng thi công chật hẹp (không thể đưa các thiết bị thông thường vào thi công). - Các công trình có yêu cầu về bảo đảm an toàn cho các công trình lân cận, cần tránh xảy ra tranh chấp, đền bù hư hỏng trong quá trình xây dựng. 10 - Các công trình cầu, móng hàng rào, tường bao cho tầng hầm, công trình trên bờ sông… Khuyết điểm: Công nghệ phức tạp, tốn nhiều công đoạn, đòi hỏi bên thi công phải có chuyên môn và kinh nghiệm thi công cọc khoan nhồi. Mặt bằng thi công sình lầy do dung dịch sét. Nhiều công đoạn thi công và giám sát. Chi phí thi công cao Khi lớp đất tốt trên không dày lắm (1,5-3m): chỉ nên xây nhà đến 2 tầng (dùng móng bè). Nếu muốn xây nhà > 2 tầng thì xử lý như nền đất yếu phía dưới.[8] 1.3.4. Gia cố nền bằng cọc bê tông cốt thép đúc sẵn: Đối với những công trình có quy mô vừa và nhỏ thì biện pháp gia cố nền này rất có hiệu quả về khả năng chịu lực và tính kinh tế. Khi lớp đất tốt trên dày (≥ 3,0m): Tận dụng lớp tốt bên trên để làm nền, không nên đặt móng sâu, nên dùng móng bè và chỉ nên xây nhà đến 3 tầng, nếu nhà ≥ 4 tầng thì xử lý như “toàn bộ là nền đất yếu” Nếu nền có lớp trên là lớp đất yếu, lớp dưới là lớp đất tốt: Khi lớp đất yếu không dày lắm (1,5 – 3m): Đối với trường hợp này có thể gia cố nền bằng cừ tràm hoặc cọc BTCT đúc sẵn tùy theo quy mô công trình. Hình 1.6 Cọc bê tông đúc sẵn xử lý nền 11 Ưu điểm: Công nghệ đơn giản dễ làm, có thể tính toán tải trọng khá chính xác thông qua các thông số thí nghiệm của đất nền. Thi công nhanh hơn cọc khoan nhồi. Khuyết điểm: Do có thể nhìn thấy được cây cọc lúc thi công nên chủ đầu tư thường cảm thấy yên tâm hơn. Có nhiều khớp nối từ đó dẫn đến sự sai lệch khi ép sâu, chịu tải không đúng tâm. Chỉ áp dụng được cho loại cọc nhỏ 25x25, 30x30, 40x40.[7] 1.3.5. Phương pháp Cọc cát: * Đặc điểm và phạm vi ứng dụng: Cọc cát được sử dụng trong các trường hợp sau đây: Công trình chịu tải trọng lớn trên nền đất yếu có chiều dày > 3m. Những trường hợp sau đây không nên dùng cọc cát: Đất quá nhão yếu, lưới cọc cát không thể lèn chặt được đất (khi hệ số rỗng nén chặt enc > 1 thì không nên dùng cọc cát. Chiều dày lớp đất yếu dưới đáy móng nhỏ hơn 3m, lúc này dùng đệm cát tốt hơn. Tác dụng của cọc cát: Làm cho độ rỗng, độ ẩm của nền đất giảm đi, trọng lượng thể tích, modun biến dạng, lực dính và góc ma sát trong tăng lên. Do nền đất được nén chặt, nên sức chịu tải tăng lên, độ lún và biến dạng không đều của đất nền dưới đế móng giảm đi đáng kể. Dưới tác dụng của tải trọng, cọc cát và vùng đất được nén chặt xung quanh cọc cùng làm việc đồng thời, đất được nén chặt đều trong khoảng cách giữa các cọc. Vì vậy sự phân bố ứng suất trong nền được nén chặt bằng cọc cát có thể được coi như một nền thiên nhiên. 12