Tài liệu Nghiên cứu lựa chọn kết cấu cọc hợp lý thi công xử lý nền, áp dụng cho công trình trạm bơm nghi xuyên tỉnh hưng yên

LỜI CẢM ƠN Luận văn “Nghiên lựa chọn kết cấu cọc hợp lý thi công xử lý nền, áp dụng cho công trình trạm bơm Nghi Xuyên - Tỉnh Hưng Yên”. Được hoàn thành tại Khoa Công Trình và Phòng Đào tạo Đại học & Sau đại học - Trường Đại học Thủy lợi Hà Nội. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS. Nguyễn Trọng Tư, TS. Đào Văn Hưng đã tận tình hướng dẫn tác giả hoàn thiện luận văn này. Xin cảm ơn các thầy cô giáo trong Khoa Công Trình – Trường Đại học Thủy Lợi, các đồng nghiệp trong Phòng Nghiên cứu thủy năng và Năng lượng tái tạo-Viện Thủy điện và năng lượng tái tạo đã cung cấp các số liệu cho luận văn. Xin chân thành cảm ơn các cơ quan, đơn vị và cá nhân nói trên đã truyền bá kiến thức, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi học tập và hoàn thiện luận văn này. Tác giả có được kết quả ngày hôm nay chính là nhờ sự chỉ bảo ân cần của các thầy cô giáo, cùng sự động viên cổ vũ của cơ quan, gia đình và bạn bè đồng nghiệp trong thời gian qua. Một lần nữa tác giả xin ghi nhớ những đóng góp đó. Với thời gian và trình độ có hạn, luận văn không tránh khỏi những sai sót. Rất mong nhận được sự chỉ bảo và đóng góp chân tình của Quý Thầy Cô giáo và các bạn đồng nghiệp. Hà Nội, ngày tháng năm 2013 Tác giả Đào Đức Thuần LỜI CAM ĐOAN Tôi là Đào Đức Thuần, tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Những nội dung và kết quả trình bày trong Luận văn là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình khoa học nào. Tác giả Đào Đức Thuần MỤC LỤC Danh mục Trang Mở đầu 1 1. Tính cấp thiết của đề tài 1 2. Mục đích của đề tài 1 3. Nội dung của luận văn 2 4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 2 5. Kết quả kiến đạt được 2 Chương 1: Giới thiệu chung 3 1.1 Tổng quan về các biện pháp xử lý nền cho công trình thủy lợi 3 1.1.1 Các phương pháp xử lý về kết cấu công trình 3 1.1.2 Các phương pháp xử lý về móng 4 1.1.3 Các phương pháp xử lý nền 5 1.2 Quá trình phát triển của móng cọc 7 1.3 Ứng dụng của móng cọc trong việc xử lý nền đất yếu 8 1.3.1 Khái niệm về nền đất yếu 8 1.3.2 Khái niệm chung về móng cọc 8 1.3.3 Các loại móng cọc thường dùng để xử lý nền đất yếu 9 1.4 Kết luận chương 1 11 Chương 2: Nghiên cứu phương pháp xử lý nền bằng cọc bê tông cốt thép 13 2.1. Các loại cọc bê tông cốt thép xử lý nền 13 2.1.1 Cọc bê tông đúc sẵn 13 2.1.2 Cọc khoan nhồi 16 2.2 Phân tích đặc điểm chịu lực của các loại cọc bê tông cốt thép 2.2.1 Xác định sức chịu tải của cọc theo vật liệu làm cọc 2.2.1.1 Cọc bê tông cốt thép thường 17 17 17 2.2.1.2 Cọc khoan nhồi 2.2.2 Xác định sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu đất nền 18 19 2.2.2.1 Phương pháp thống kê 19 2.2.2.2 Phương pháp tính theo cường độ đất nền 21 2.2.2.3 Phương pháp từ kết quả thí nghiệm xuyên động (SPT) 22 2.2.2.4 Phương pháp từ kết quả thí nghiêm xuyên tĩnh 22 2.2.2.5 Phương pháp xác định từ thí nghiệm nén tĩnh cọc 23 2.2.2.6 Phương pháp xác định từ thí nghiệm thử động 25 2.3 Phân tích đặc điểm thi công của các loại cọc bê tông cốt thép 27 2.3.1 Cọc bê tông cốt thép đúc sẵn 27 2.3.2 Cọc khoan nhồi 32 2.4 Phân tích tính kính tế của các loại cọc bê tông cốt thép 38 2.5. Kết luận chương 2 39 Chương 3: Áp dụng lựa chọn kết cấu cọc hợp lý thi công xử lý nền công trình trạm bơm Nghi Xuyên-tình Hưng Yên 41 3.1Giới thiệu chung về công trình trạm bơm Nghi Xuyên 41 3.2 Tính toán cọc bê tông cốt thép xử lý nền cho trạm bơm Nghi Xuyên 42 3.2.1 Các số liệu đầu vào cho tính toán 42 3.2.1.1 Điều kiện địa chất khu đầu mối 42 3.2.1.2 Tính chất cơ lý đất nền 44 3.2.1.3 Điều kiện địa chất thủy văn 44 3.2.1.4 Kết cấu khu nhà trạm 45 3.2.2. Tính toán ứng suất đáy móng nhà trạm 46 3.2.2.1 Trường hợp tính toán 46 3.2.2.2 Tài liệu tính toán 46 3.2.2.3 Phương pháp tính toán 46 3.2.2.4 Sơ đồ tính toán 47 3.2.2.5 Lực và tải trọng tác dụng lên đáy móng 48 3.2.2.6 Tính toán ứng suất đáy móng 49 3.2.2.7 Tính toán ổn định 49 3.2.3 Tính toán lựa chọn kết cấu cọc cho móng cọc xử lý nền 51 3.2.3.1 Tính toán cọc bê tông cốt thép đúc sẵn 52 3.2.3.2 Tính toán cọc khoan nhồi 58 3.2.4 Đánh giá hiệu quả kinh tế các loại cọc xử lý nền 61 3.2.4.1 Các căn cứ dùng cho tính toán 61 3.2.4.2 Kết quả tính toán 62 3.2.5 Lựa chọn phương án kết cấu cọc xử lý nền 63 3.3. Tính toán kiểm tra phương pháp xử lý nền móng trạm bơm Nghi Xuyên bằng cọc bê tông cốt thép tiết diện vuông 64 3.3.1 Lựa chọn biện pháp thi công 64 3.3.2 Tính toán kiểm tra sức chịu tải của nền và cọc 66 3.3.3 Tính toán kiểm tra ứng suất đáy móng quy ước 67 3.3.4 Tính lún móng cọc 72 3.4. Kết luận chương 3 76 Kết luận và kiến nghị 77 Tài liệu tham khảo 79 Phụ lục tính toán 80 DANH MỤC HÌNH VẼ, HÌNH ẢNH Chương 1 Hình 1.1 Chương 2 Hình 2.1 Hình 2.2 Hình 2.3 Hình 2.4 Hình 2.5 Hình 2.6 Chương 3 Hình 3.1 Hình 3.2 Hình 3.3 Hình 3.4 Hình 3.5 Hình 3.6 Các bộ phận chính của móng cọc 9 Các tiết diện ngang phổ biến thân cọc bê tông cốt thép Một số hình ảnh về cọc bê tông cốt thép Một số hình ảnh về cọc khoan nhồi Biểu đồ quan hệ S=f(P) Một số hình ảnh thi công cọc bê tông cốt thép đúc sẵn Một số hình ảnh thi công cọc khoan nhồi 14 14 17 25 31 35 Mô phỏng các lớp đất khu vực trạm bơm Nghi Xuyên Mặt bằng đáy móng nhà trạm Sơ đồ mặt cắt địa chất trạm bơm Sơ đồ bố trí cọc trong móng Sơ đồ kiểm tra ứng suất đáy móng Sơ đồ khối móng qui ước 44 47 52 64 68 70 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Bảng 3.1 Bảng 3.2 Bảng 3.3 Bảng 3.4 Bảng 3.5 Bảng 3.6 Bảng 3.7 Bảng 3.8 Bảng 3.9 Bảng 3.10 Bảng 3.11 Bảng 3.12 Bảng 3.13 Bảng 3.14 Bảng 3.15 Bảng 3.16 Bảng 3.17 Bảng 3.18 Bảng 3.19 Bảng 3.20 Bảng 3.21 Bảng 3.22 Bảng 3.23 Hệ số uốn dọc Tính chất cơ lý đất nền khu vực trạm bơm Tính chất cơ lý đất nền khu vực trạm bơm (Tiếp) Bảng tổng hợp thí nghiệm xác định độ thấm nước các lớp đất khu vực trạm bơm Thông số cơ bản của nhà trạm Hệ số tải trọng an toàn dùng cho tính toán Bảng tính lực, mô men tác dụng vào đáy móng trạm bơm (TH thi công xong, buồng hút chưa có nước) Bảng tính lực, mô men tác dụng vào đáy móng trạm bơm (TH vận hành bình thường) Lực tác dụng lên đáy móng Tính toán độ lệch tâm Tính toán giá trị mô men, lực tác dụng Kết quả tính toán ứng suất đáy móng Tính toán các thành phần ma sát thân cọc bê tông cốt thép Dự toán cho 1 cọc BTCT thường tiết diện 40x40cm Báo giá cọc ống bê tông cốt thép Dự toán cho 1 cọc bê tông khoan nhồi đường kính D600 mm Tổng hợp chọn búa đóng cọc Lực tác dụng lên đầu cọc Bảng tính góc ma sát trung bình Trọng lượng đẩy nổi trung bình Tính mômen tiêu chuẩn tại tâm đáy móng quy ước M y Tính toán lún móng tại tâm Tính toán lún góc móng phía bể hút Tính toán lún góc móng phía bể xả R 18 PL PL PL PL 46 PL PL 48 48 49 49 55 PL PL PL 66 PL 68 69 71 PL PL PL Luân văn thạc sỹ kỹ thuật MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Các công trình thủy lợi thường được xây dựng trên các vị trí có nền đất yếu, phức tạp, độ thấm cao, thường xuyên ngập nước… Vì vậy công tác xử lý nền móng là công tác hết sức quan trọng, ảnh hưởng đến sự ổn định trong quá trình làm việc của công trình. Ở các vùng đồng bằng, các công trình chủ yếu là những trạm bơm tưới, tiêu lớn. Chúng thường phải làm việc trong những điều kiện bất lợi, phải hoạt động trong mùa mưa bão khi mực nước trong đồng và ngoài sông đều lớn. Để đảm bảo an toàn cho những công trình này, chúng cần phải được xây dựng trên nền tảng vững chắc. Điều này đòi hỏi cần phải lựa chọn phương pháp xử lý nền hợp lý. Hiện nay có rất nhiều phương pháp xử lý nền móng công trình, trong đó phương pháp sử dụng phổ biến và rộng rãi nhất là xử lý nền bằng cọc bê tông cốt thép. Thực tế cũng cho thấy phương pháp này đạt được hiệu quả rất cao. Tuy nhiên cũng có rất nhiều loại cọc bê tông cốt thép như cọc tròn, cọc vuông, cọc đặc, cọc rỗng…việc sử dụng loại cọc nào để công trình đảm bảo được các yêu cầu về kinh tế, kỹ thuật là một vấn đề vô cùng quan trọng. Vì vậy đề tài “ Nghiên cứu lựa chọn kết cấu cọc hợp lý thi công xử lý nền, áp dụng cho công trình trạm bơm Nghi Xuyên – Tỉnh Hưng Yên” là hết sức cần thiết, có ý nghĩa đối với khoa học và thực tiễn. 2. Mục đích của đề tài Nghiên cứu và lựa chọn kết cấu cọc hợp lý xử lý nền cho các công trình. Từ đó nêu lên điều kiện áp dụng cho từng loại cọc. Các lý luận, tính toán sẽ được cụ thể hóa trong việc lựa chọn kết cấu cọc thi công xử lý nền công trình trạm bơm Nghi Xuyên – tỉnh Hưng Yên. Nghiên cứu lựa chọn kết cấu cọc hợp lý thi công xử lý nền, áp dụng cho công trình trạm bơm Nghi Xuyên-Hưng Yên 1 Luân văn thạc sỹ kỹ thuật 3. Nội dung của luận văn Đề xuất các giải pháp xử lý nền bằng các loại kết cấu cọc bê tông cốt thép. Phân tích, tính toán và đánh giá về các chỉ tiêu kinh tế, ký thuật cho từng loại kết cấu cọc bê tông cốt thép. Áp dụng để lựa chọn kết cấu cọc hợp lý xử lý nền cho trạm bơm Nghi Xuyên – tỉnh Hưng Yên. 4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu dựa trên những tài liệu, kết quả trước đây đã có, kết hợp với điều kiện thực tiễn đưa ra những kết cấu cọc hợp lý trong công tác xử lý nền công trình. Phân tích điều kiện làm việc của từng loại kết cấu cọc xử lý nền. Phân tích lý thuyết và tính toán đánh giá về kinh tế, kỹ thuật cho từng loại kết cấu cọc. 5. Kết quả đạt được Phân tích, đánh giá về kinh tế, kỹ thuật đối với các loại kết cấu cọc bê tông cốt thép, đưa ra điều kiện áp dụng. Qua đó áp dụng lựa chọn kết cấu cọc hợp lý để xử lý nền trạm bơm Nghi Xuyên – Tỉnh Hưng Yên. Nghiên cứu lựa chọn kết cấu cọc hợp lý thi công xử lý nền, áp dụng cho công trình trạm bơm Nghi Xuyên-Hưng Yên 2 Luân văn thạc sỹ kỹ thuật CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Tổng quan về các biện pháp xử lý nền cho công trình thủy lợi Nền móng của các công trình xây dựng nói chung và công trình thủy lợi nói riêng khi đặt trên nền đất yếu thường đặt ra hàng loạt vấn đề phải giải quyết như sức chịu tải nền thấp, độ lún lớn và độ ổn định của cả diện tích lớn nơi đặt công trình. Các công trình thủy lợi thường đặt trên lưu vực các sông, nơi có tầng đất phù sa khá dày, tập trung đất sét và thường xuyên ngập trong nước. Để các công trình này an toàn hoạt động tốt rất cần các giải pháp và công nghệ xử lý nền thích hợp. Hiện nay có rất nhiều phương pháp xử lý nền đất yếu cho các công trình căn cứ vào điều kiện địa chất, nguyên nhân và đòi hỏi với công nghệ khác phục. Việc xử lý nền đất yếu nhằm mục đích tăng sức chịu tải của nền đất, cải thiện một số tính chất cơ lý của nền đất yếu như: giảm hệ số rỗng, giảm tính nén lún, tăng độ chặt, tăng cường độ chống cắt của đất, giảm tính thấm của đất, đảm bảo độ ổn định cho khối đắp,… Việc xử lý khi xây dựng công trình trên nền đất yếu phụ thuộc rất nhiều yếu tố như: đặc điểm công trình, đặc điểm địa chất của nền đất,…tuy từng điều kiện cụ thể mà nhà thiết kế đưa ra các biện pháp xử lý thích hợp. Có nhiều biện pháp xử lý nền đất yếu như: các biện pháp xử lý kết cấu công trình, các biện pháp xử lý về móng, các biện pháp xử lý nền. Cụ thể như sau: 1.1.1 Các phương pháp xử lý về kết cấu công trình Kết cấu công trình có thể bị phá hỏng cục bộ hoặc hoàn toàn do các điều kiện biến dạng không thỏa mãn: Lún hoặc lún lệch quá lớn do nền đất yếu, Nghiên cứu lựa chọn kết cấu cọc hợp lý thi công xử lý nền, áp dụng cho công trình trạm bơm Nghi Xuyên-Hưng Yên 3 Luân văn thạc sỹ kỹ thuật sức chịu tải bé. Các biện pháp về kết cấu công trình nhằm giảm áp lực tác dụng lên mặt nền hoặc làm tăng khả năng chịu lực của kết cấu công trình. Phương pháp này thường dùng vật liệu nhẹ và kết cấu nhẹ, thanh mảnh, nhưng phải đảm bảo khả năng chịu lực của công trình nhằm mục đích làm giảm trọng lượng bản thân công trình, tức là giảm được tĩnh tải tác dụng lên móng. Làm tăng sự linh hoạt của kết cấu công trình kể cả móng bằng cách dùng kết cấu tĩnh định hoặc phân cắt các bộ phận của công trình bằng các khe lún để khử được ứng suất phụ phát sinh trong kết cấu khi xảy ra lún lệch hoặc lún không đều.Làm tăng khả năng chịu lực cho kết cấu công trình để đủ sức chịu các ứng lực sinh ra do lún lệch và lún không đều bằng các đai bê tông cốt thép để tăng khả năng chịu ứng suất kéo khi chịu uốn, đồng thời có thể gia cố tại các vị trí dự đoán xuất hiện ứng suất cục bộ lớn. 1.1.2. Các phương pháp xử lý về móng Khi xử lý nền theo phương pháp này người ta thường sử dụng những phương pháp như sau: Thay đổi chiều sâu chôn móng nhằm giải quyết sự lún và khả năng chịu tải của nền. Khi tăng chiều sâu chôn móng sẽ làm tăng trị số sức chịu tải của nền đồng thời làm giảm ứng suất gây lún cho móng nên giảm được độ lún của móng. Đồng thời tăng độ sâu chôn móng, có thể đặt móng xuống các tầng đất phía dưới chặt hơn, ổn định hơn. Tuy nhiên việc tăng chiều sâu chôn móng phải cân nhắc giữa 2 yếu tố kinh tế và kỹ thuật. Thay đổi kích thước và hình dáng móng sẽ có tác dụng thay đổi trực tiếp áp lực tác dụng lên mặt nền, và do đó cũng cải thiện được điều kiện chịu tải cũng như điều kiện biến dạng của nền. Khi tăng diện tích đáy móng thường làm giảm được áp lực tác dụng lên mặt nền và làm giảm độ lún của công Nghiên cứu lựa chọn kết cấu cọc hợp lý thi công xử lý nền, áp dụng cho công trình trạm bơm Nghi Xuyên-Hưng Yên 4 Luân văn thạc sỹ kỹ thuật trình. Tuy nhiên đất có tính nén lún tăng dần theo chiều sâu thì biện pháp này không hoàn toàn phù hợp. Thay đổi loại móng và độ cứng của móng cho phù hợp với điều kiện địa chất công trình: Có thể thay móng đơn bằng móng băng, móng băng giao thoa, móng bè hoặc móng hộp; trường hợp sử dụng móng băng mà biến dạng vẫn lớn thì cần tăng thêm khả năng chịu lực cho móng. Độ cứng của móng bản, móng băng càng lớn thì biến dạng bé và độ lún sẽ bé. Có thể sử dụng biện pháp tăng chiều dày móng, tăng cốt thép dọc chịu lực, tăng độ cứng kết cấu bên trên, bố trí các sườn tăng cường khi móng bản có kích thước lớn 1.1.3. Các phương pháp xử lý nền Phương pháp thay nền: Đây là một phương pháp ít được sử dụng khi xử lý nền đất yếu, công trình xây dựng được thay một phần hoặc toàn bộ nền đất yếu trong phạm vi chịu lực công trình bằng nền đất mới có tính bền cơ học cao, như làm gối cát, đệm cát. Phương pháp này đòi hỏi kinh tế và thời gian thi công lâu dài, áp dụng được với mọi điều kiện địa chất. Bên cạnh đó cũng có thể kết hợp cơ học bằng phương pháp nén thêm đất khô với điều kiện địa chất đất mùn xốp. Các phương pháp cơ học: Là một trong những nhóm phương pháp phổ biến nhất, bao gồm các phương pháp làm chặt bằng sử dụng tải trọng tĩnh (phương pháp nén trước), sử dụng tải trọng động (đầm chấn động), sử dụng các cọc không thấm, sử dụng lưới nền cơ học và sử dụng thuốc nổ sâu , phương pháp làm chặt bằng giếng cát, các loại cọc (cọc cát, cọc xi măng đất, cọc vôi...), phương pháp vải địa kỹ thuật, phương pháp đệm cát...để gia cố nền bằng các tác nhân cơ học. Sử dụng tải trọng động khá phổ biến với điều kiện địa chất đất cát hoặc đất sỏi như dùng máy đầm rung, đầm lăn. Cọc không thấm như cọc tre, cọc cừ tràm, cọc gỗ chắc thường được áp dụng với Nghiên cứu lựa chọn kết cấu cọc hợp lý thi công xử lý nền, áp dụng cho công trình trạm bơm Nghi Xuyên-Hưng Yên 5 Luân văn thạc sỹ kỹ thuật các công trình dân dụng. Sử dụng hệ thống lưới nền cơ học chủ yếu áp dụng để gia cố đất trong các công trình xây mới như đường bộ và đường sắt. Sử dụng thuốc nổ sâu tuy đem lại hiệu quả cao trong thời gian ngắn, nhưng không thích hợp với đất sét và đòi hỏi tính chuyên nghiệp của nhà xây dựng. Phương pháp vật lý: Gồm các phương pháp hạ mực nước ngầm, phương pháp dùng giếng cát, phương pháp bấc thấm, điện thấm... Phương pháp nhiệt học: Là một phương pháp độc đáo có thể sử dụng kết hợp với một số phương pháp khác trong điều kiện tự nhiên cho phép. Sử dụng khí nóng trên 800 0C để làm biến đổi đặc tính lí hóa của nền đất yếu. Phương P P pháp này chủ yếu sử dụng cho điều kiện địa chất đất sét hoặc đất cát mịn. Phương pháp đòi hỏi một lượng năng lượng không nhỏ, nhưng kết quả nhanh và tương đối khả quan. Các phương pháp hóa học: Là một trong các nhóm phương pháp được chú ý trong vòng 40 năm trở lại đây. Sử dụng hóa chất để tăng cường liên kết trong đất như xi măng, thủy tinh, phương pháp Silicat hóa... hoặc một số hóa chất đặc biệt phục vụ mục đích điện hóa. Phương pháp xi măng hóa và sử dụng cọc xi măng đất tương đối tiện lợi và phổ biến. Trong vòng 20 năm trở lại đây đã có những nghiên cứu tích cực về việc thêm cốt cho cọc xi măng đất. Sử dụng thủy tinh ít phổ biến hơn do độ bền của phương pháp không thực sự khả quan, còn điện hóa rất ít dùng do đòi hỏi về công nghệ. Phương pháp sinh học: Là một phương pháp mới sử dụng hoạt động của vi sinh vật để làm thay đổi đặc tính của đất yếu, rút bớt nước úng trong vùng địa chất công trình. Đây là một phương pháp ít được sự quan tâm, do thời gian thi công tương đối dài, nhưng lại được khá nhiều ủng hộ về phương diện kinh tế cũng như trên phương diện môi trường. Nghiên cứu lựa chọn kết cấu cọc hợp lý thi công xử lý nền, áp dụng cho công trình trạm bơm Nghi Xuyên-Hưng Yên 6 Luân văn thạc sỹ kỹ thuật Các phương pháp thủy lực. Đây là nhóm phương pháp lớn như là sử dụng cọc thấm, lưới thấm, sử dụng vật liệu composite thấm, bấc thấm, sử dụng bơm chân không, sử dụng điện thẩm. Các phương pháp phân làm hai nhóm chính, nhóm một chủ yếu mang mục đích làm khô đất, nhóm này thường đòi hỏi một lượng tương đối thời gian và chi phí còn khá cao. Nhóm hai ngoài mục đích trên, còn dùng lực nén thủy lực để gia cố đất, nhóm này đòi hỏi cao về công nghệ, thời gian thi công giảm đi và tính kinh tế được cải thiện đáng kể.Ngoài ra còn có các phương pháp mới được nghiên cứu như rung hỗn hợp, đâm xuyên, bơm cát... 1.2 Quá trình phát triển của móng cọc Trong các phương pháp xử lý nền đất yếu, phương pháp xử lý nền bằng móng cọc là phương pháp sử dụng phổ biến và lâu đời nhất. Móng cọc được sử dụng cách đây khoảng 1200 năm trước, những người dân của thời ký đồ đá mới của Thụy Sỹ đã biết sử dụng các cọc gỗ cắm xuống các hồ nông để xây dựng nhà trên các hồ cạn (Sower, 1979), cũng trong thời kỳ này người ta đóng cọc gỗ xuống các vùng đầm lầy để chống quân xâm lược, đóng cọc gỗ để làm tường chắn đất, người ta dùng thân cân, cành cây để làm móng nhà… Ngày này cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật nói chung, móng cọc ngày càng được nghiên cứu, cải tiến, hoàn thiện, đa dạng về chủng loại cũng như phương pháp thi công, phù hợp với yêu cầu cho từng loại công trình. Sự phát tiển của kỹ thuật làm cọc đã sản sinh ra rất nhiều loại cọc mới, mở ra cho các nhà thiết kế lựa chọn được những loại cọc có tính năng kỹ thuật tốt hơn, phù hợp với từng loại nền, mang lại lợi ích kinh tế cao hơn. Hiện nay tại Việt Nam, móng cọc được sử dụng rộng rãi để xử lý nền các công trình xây dựng trên nền đất yếu. Nghiên cứu lựa chọn kết cấu cọc hợp lý thi công xử lý nền, áp dụng cho công trình trạm bơm Nghi Xuyên-Hưng Yên 7 Luân văn thạc sỹ kỹ thuật 1.3 Ứng dụng của móng cọc trong việc xử lý nền đất yếu 1.3.1 Khái niệm về nền đất yếu Theo TCXD 245-2000, 22TCN 262-2000 thì đất yếu được định nghĩa và có các đặc trưng như sau: Đất yếu nếu ở trạng thái tự nhiên, độ ẩm của chúng gần bằng hoặc cao hơn giới hạn chảy, hệ số rỗng lớn, lực dính C theo kết quả cắt nhanh không thoát nước từ 0,15daN/cm2 trở xuống, góc nội ma sát từ 00 - 100 P P P P hoặc lực dính từ kết quả cắt nhanh hiện trường Cu ≤ 0,35daN/cm2. Phần lớn các nước trên thế giới thống nhất về định nghĩa nền đất yếu theo sức kháng cắt không thoát nước Su và trị số xuyên tiêu chuẩn N như sau: + Đất yếu: Su ≤ 12,5 kPa hoặc N ≤ 2; + Đất rất yếu: Su ≤ 25 kPa hoặc N ≤ 2; Nền đất có sức chịu tải yếu (nền đất yếu) là nền đất không đủ sức chịu tải, không đủ độ bền và biến dạng, do vậy không thể làm nền thiên nhiên cho công trình xây dựng. Trong thực tế việc đánh giá chính xác được các tính chất cơ lý của nền đất để làm cơ sở đưa ra các phương pháp xử lý nền móng phù hợp đòi hỏi sự kết hợp chặt chẽ giữa kiến thức khoa học và kinh nghiệm của người thiết kế. 1.3.2 Khái niệm chung về móng cọc Móng cọc là một loại móng sâu, thường dùng khi tải trọng công trình lớn có lớp đất tốt nằm sâu dưới lòng đất. Hai loại cọc phố biến dùng trong móng cọc là cọc đúc sẵn và cọc khoan nhồi, ngoài ra còn có cọc khoan trộn sâu. Cọc đúc sẵn có thể làm bằng bê tông cốt thép hoặc thép. Cọc đổ tại chỗ, thường gọi là cọc nhồi, có dạng hình tròn. Đường kính cọc nhồi khoảng 0,6 -5,0 m, với kích thước thường gặp ở Việt Nam hiện nay là 1,0 - Nghiên cứu lựa chọn kết cấu cọc hợp lý thi công xử lý nền, áp dụng cho công trình trạm bơm Nghi Xuyên-Hưng Yên 8 Luân văn thạc sỹ kỹ thuật 2,0 m. Một dạng cọc đổ tại chỗ khác là cọc Barrette, thường có dạng hình chữ nhật và thường được dùng làm móng công trình có tải trọng rất lớn. Móng cọc gồm có hai bộ phận chính là: Đài cọc và móng cọc. C«ng tr×nh bªn trªn §µi cäc Cäc MÆt ph¼ng mòi cäc (§¸y mãng) Hình 1.1: Các bộ phận chính của móng cọc - Đài cọc: Là kết cấu dùng để liên kết các cọc lại với nhau và phân bố tải trọng của công trình lên các cọc phía dưới đài. - Cọc: Là kết cấu có chiều dài lớn so với bề rộng tiết diện ngang, được đóng hay thi công tại chỗ vào lòng đất, đá để truyền tải trọng công trình xuống các tầng đất, đá dưới sâu. 1.3.3 Các loại móng cọc thường dùng để xử lý nền đất yếu Hiện nay, do việc phát triển của khoa học và công nghệ cũng như các biện pháp thi công tiên tiến, việc thiết kế và thi công móng cọc đã đạt được những bước tiến nhất định. Đã có rất nhiều loại cọc khác nhau dùng để xử lý nền đất yếu vì vậy việc thiết kế và thi công cũng có những khó khăn và thuận tiện khác nhau đối với mỗi phương pháp. Sau đây là một số loại cọc thường dùng trong công tác xử lý nền đất yếu: Nghiên cứu lựa chọn kết cấu cọc hợp lý thi công xử lý nền, áp dụng cho công trình trạm bơm Nghi Xuyên-Hưng Yên 9 Luân văn thạc sỹ kỹ thuật Cọc gỗ (cọc tre và cọc cừ tràm) nó có lịch sử phát triển rất lâu đời, hiện nay việc thiết kế và thi công loại cọc này cũng đã tương đối hoàn thiện, đã có những quy phạm, tiêu chuẩn để áp dụng cho việc tính toán thiết kế, triển khai thi công và kiểm tra chất lượng. Việc thi công cọc gỗ rất đơn giản thuận tiện, trước đây chủ yếu thi công bằng thủ công, gần đây việc thi công đã được sử dụng máy móc, tốc độ thi công nhanh và đảm bảo chất lượng công trình. Cọc cát cũng khá phát triển ở Việt Nam, cọc cát được sử dụng khá nhiều trong việc xử lý nền đất yếu, ví dụ như: Dự án chỉnh trị hạ lưu sông Tắc - Quán Trường - Khánh Hoà; Công trình xử lý nền đường cao tốc thành phố Hồ Chí Minh; Tiêu biểu nhất là dự án mở rộng đường Láng - Hoà Lạc - Hà Nội v.v…Hiện ở Việt Nam đã có tiêu chuẩn riêng để áp dụng cho việc thiết kế, thi công, giám sát, kiểm tra chất lượng của cọc cát. Cọc cát là một giải pháp xử lý nền được áp dụng phổ biến đối với các trường hợp công trình có tải trọng không lớn trên địa tầng có dạng cơ bản với chiều dầy lớp đất yếu tương đối lớn. Nó được áp dụng nhiều nhất ở đất yếu của vùng đồng bằng Bắc Bộ, Nam Bộ và việc xử lý nền đường công trình đường bộ. Cọc khoan trộn sâu hay còn gọi là cọc xi măng đất cũng mới phát triển gần đây, chủ yếu được ứng dụng cho các công trình không đòi hỏi đài cọc vì cọc này không có cốt thép. Cọc thép: móng cọc thép có thể đáp ứng được các điều kiện địa chất phức tạp, độ tin cậy của kết cấu móng trong xây dựng khá cao. Cọc thép thường được sử dụng cho kết cấu móng các công trình như nhà cao tầng, sân bay, bến cảng,.. Với sự phát triển của kinh tế và công nghiệp, ứng dụng cọc thép ngày càng trở nên phổ biến hơn bởi nó có nhiều ưu điểm vượt trội so với những loại cọc khác như độ bền, cường độ cao của vật liệu, chịu tải trọng cao, khả năng kháng ngang lớn… Nghiên cứu lựa chọn kết cấu cọc hợp lý thi công xử lý nền, áp dụng cho công trình trạm bơm Nghi Xuyên-Hưng Yên 10 Luân văn thạc sỹ kỹ thuật Cọc bê tông cốt thép: Là loại cọc được sử dụng rộng rãi và phố biến nhất ở Việt Nam hiện nay. Cọc bê tông cốt thép bao gồm cả cọc khoan nhồi và cọc bê tông cốt thép đúc sẵn. Có rất nhiều các công ty, cơ sở sản xuất được thành lập để cung cấp, thi công cọc bê tông cốt thép đúc sẵn. Cọc bê tông cốt thép đúc sẵn áp dụng tốt nhất cho các công trình có tải trọng không lớn, và chiều sâu lớp đất yếu không sâu. Cọc khoan nhồi so với các loại cọc khác mới phát triển gần đây, nhưng được phát triển rất nhanh và được áp dụng rộng rãi ở Việt Nam. Nó thường được sử dụng để gia cố nền đất yếu có chiều sâu và tải trọng công trình tương đối lớn, như các nhà cao tầng, khu chung cư, các trình công cộng có chiều cao lớn, các công trình cầu lớn v.v... 1.4 Kết luận chương I Móng cọc đã được con người đưa vào sử dụng để xứ lý nền đất yếu từ rất lâu, đến nay đã có hàng ngàn năm nghiên cứu và phát triển. Nhiều công nghệ xử lý nền đất bằng các loại móng cọc hiện đại đã ra đời và được áp dụng vào thực tiễn trên toàn thế giới. Nhiều loại móng cọc được con người phát minh ra, đi kèm với nó là nhưng công nghệ thi công hiện đại. Tuy nhiên sử dụng loại móng cọc nào, công nghệ thi công nào, các nhà thiết kế cần căn cứ vào điều kiện cụ thể từng loại nền, yêu cầu của từng loại công trình để lựa chọn sao cho phù hợp. Điều này đòi hỏi một hệ thống các quy phạm quy chuẩn trong thiết kế thi công móng cọc, đồng thời cũng đặt ra những yêu cầu về chuyên môn đối với các nhà tư vấn thiết kế. Ở nước ta hiện nay khi xây dựng công trình trên nền đất yếu, phương pháp dùng cọc bê tông cốt thép để xử lý nền thường được sử dụng nhiều nhất. Phương pháp này có thể áp dụng cho nhiều loại công trình, nhiều loại nền đất khác nhau. Tuy nhiên để đảm bảo các yêu cầu về kinh tế, kỹ thuật cho công trình, đối với từng loại nền đất cụ thể ta cần lựa chọn kết cấu cọc bê tông cốt thép cũng như phương pháp thi công hợp lý. Việc nghiên cứu để lựa chọn kết cấu cọc bê tông cốt Nghiên cứu lựa chọn kết cấu cọc hợp lý thi công xử lý nền, áp dụng cho công trình trạm bơm Nghi Xuyên-Hưng Yên 11 Luân văn thạc sỹ kỹ thuật thép cho từng loại nền đất là một phần quan trọng đối với bất kỳ công trình nào trước khi đưa ra thi công. Nghiên cứu lựa chọn kết cấu cọc hợp lý thi công xử lý nền, áp dụng cho công trình trạm bơm Nghi Xuyên-Hưng Yên 12 Luân văn thạc sỹ kỹ thuật CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN BẰNG CỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP 2.1 Các loại cọc bê tông cốt thép xử lý nền 2.1.1 Cọc bê tông đúc sẵn Cọc bê tông cốt thép đúc sẵn là loại cọc được sử dụng rộng rãi nhất trong xây dựng móng sâu và chịu lực ngang lớn. Cọc bê tông cốt thép đúc sẵn bao gồm cọc có ứng suất trước và không có ứng suất trước. Cọc bê tông cốt thép thường (cọc không ứng xuất trước), mác bê tông thường cọc từ 250 đến 350, với loại cọc này tiết diện cọc thường nhỏ, sức chịu tải của cọc nhỏ nên cọc thường được sử dụng cho những công trình có tải trọng không lớn. Đối với cọc bê tông có ứng suất trước mác bê tông thường từ 350 đến 450, loại cọc này có sức chịu tải lớn, có thể xuyên qua các lớp cát chặt, sỏi cuội. Tuy nhiên ở nước ta hiện nay, loại cọc bê tông cốt thép thường vẫn được sử dụng phổ biến hơn. Trong phạm vi luận văn này, tác giả tập trung nghiên cứu các loại cọc bê tông cốt thép thường để xử lý nền đất yếu. Cọc bê tông cốt thép thường là loại cọc thường được sử dụng trong thi công nền móng hơn so với loại cọc bê tông cốt thép có ứng suất trước ở nước ta hiện nay. Trong thực tế thi công cọc thường gặp một số dạng tiết diện như: hình tròn, hình vành khăn, hình vuông, hình vuông khoét lỗ. Ngoài ra chúng ta còn bắt gặp dạng tiết diện như: hình tam giác, hình chữ I, chữ T, hình đa giác… tuy nhiên đây là những dạng rất ít khi được áp dụng trừ một số trường hợp đặc biệt. Nghiên cứu lựa chọn kết cấu cọc hợp lý thi công xử lý nền, áp dụng cho công trình trạm bơm Nghi Xuyên-Hưng Yên 13