Tài liệu Nghiên cứu ứng dụng cọc bê tông ly tâm ứng lực trước cho nhà cao tầng thi công bằng phương pháp nakabori (tt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI ---------------------------------- NGUYỄN XUÂN LÂM NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CỌC BÊ TÔNG LY TÂM ỨNG LỰC TRƯỚC CHO NHÀ CAO TẦNG THI CÔNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP NAKABORI LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP Hà Nội - 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI ---------------------------------- NGUYỄN XUÂN LÂM kho¸: 2016-2018 NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CỌC BÊ TÔNG LY TÂM ỨNG LỰC TRƯỚC CHO NHÀ CAO TẦNG THI CÔNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP NAKABORI Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp Mã số: 60.58.02.08 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS.TS. NGUYỄN ĐỨC NGUÔN 2. TS. NGUYỄN TRƯỜNG HUY XÁC NHẬN CỦA CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN 3. TS. NGUYỄN NGỌC THANH HÀ NỘI – 2018 DÂN LỜI CẢM ƠN Trước hết, tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến quý Thầy, Cô Trường Đại học Kiến Trúc Hà Nội, đặc biệt là các Thầy, Cô trong Khoa Sau đại học đã tận tình dạy bảo tôi trong suốt thời gian học tập tại Trường. Đồng thời, tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến Giáo viên hướng dẫn PGS.TS. Nguyễn Đức Nguôn và TS. Nguyễn Trường Huy đã dành rất nhiều thời gian và tâm huyết, tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi nghiên cứu và hoàn thành luận văn này. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè đồng nghiệp của tôi đã quan tâm, động viên giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và làm luận văn. Mặc dù tôi đã cố gắng thực hiện luận văn trong phạm vi và khả năng cho phép, tuy nhiên không thể tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy, tôi rất mong nhận được sự đóng góp của quý Thầy, Cô và các bạn để tôi có thể hoàn thiện hơn về kiến thức và có bước nghiên cứu bổ sung, phát triển. Hà Nội, ngày tháng năm 2018 TÁC GIẢ LUẬN VĂN Nguyễn Xuân Lâm LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sĩ này là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của tôi. Các số liệu khoa học, kết quả nghiên cứu của Luận văn là trung thực và có nguồn gốc rõ ràng. TÁC GIẢ LUẬN VĂN Nguyễn Xuân Lâm MỤC LỤC Lời cảm ơn Lời cam đoan Mục lục Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt trong Luận văn Danh mục các hình trong Luận văn Danh mục các bảng biểu trong Luận văn Danh mục sơ đồ trong Luận văn MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 1 NỘI DUNG ................................................................................................... 4 Chương 1. TỔNG QUAN VỀ GIẢI PHÁP CỌC BÊ TÔNG CHO NHÀ CAO TẦNG.............................................................................................................. 4 1.1. Tình hình xây dựng nhà cao tầng ở Việt Nam và Thế giới ................... 4 1.2. Vài trò của móng cọc trong nhà cao tầng ............................................. 8 1.3. Các giải pháp móng cọc cho nhà cao tầng ........................................... 9 1.3.1. Móng cọc sử dụng cọc bê tông cốt thép đúc sẵn ............................... 9 1.3.2. Móng cọc khoan nhồi ..................................................................... 11 1.3.3. Móng cọc Barrette .......................................................................... 12 1.3.4. Móng cọc sử dụng cọc bê tông ly tâm dự ứng lực........................... 14 1.3.5. Nhận xét về các giải pháp móng cọc sử dụng cho nhà cao tầng ...... 21 Chương 2. CƠ SỞ ÁP DỤNG CỌC BÊ TÔNG LY TÂM ỨNG LỰC TRƯỚC CHO NHÀ CAO TẦNG Ở HÀ NỘI .................................................. 23 2.1. Khái niệm về cọc ống bê tông ly tâm dự ứng lực ............................... 23 2.1.1. Định nghĩa ...................................................................................... 23 2.1.2. Phân loại và cấu tạo ........................................................................ 23 2.2. Quy trình sản xuất cọc ly tâm trong nhà máy ..................................... 26 2.3. Tính toán thiết kế cọc bê tông ly tâm ứng lực trước cho nhà cao tầng ..................................................................................................................... 32 2.3.1. Tính toán sức chịu tải của cọc theo vật liệu .................................... 32 2.3.2. Tính toán sức chịu tải của cọc theo đất nền ..................................... 33 2.3.3. Tính toán sức chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm nén tĩnh ..... 36 2.3.4. Tính toán độ lún của móng cọc ....................................................... 38 2.3.5. Giải pháp tăng sức chịu tải cho cọc................................................. 39 2.4. Giải pháp thi công cọc ống dự ứng lực cho nhà cao tầng theo phương pháp Nakabori .............................................................................................. 40 2.4.1. Nội dung và yêu cầu kỹ thuật của phương pháp thi công ................ 40 2.4.2. Máy thi công và vật liệu cọc ........................................................... 42 2.4.3. Tổ chức thi công và kỹ thuật thi công khoan ép Nakabori .............. 45 2.4.4. Ưu nhược điểm của phương pháp khoan ép .................................... 54 2.4.5. Đề xuất giải pháp giảm thiểu ma sát khi thi công cọc ..................... 54 2.4.6. Đề xuất quy trình thi công cọc ống ly tâm ứng suất trước bằng phương pháp Nakabori có sử dụng biện pháp giảm ma sát thân cọc ............. 57 2.5. Đề xuất quy trình áp dụng cọc bê tông ly tâm dự ứng lực thi công theo phương pháp Nakabori cho nhà cao tầng ...................................................... 58 Chương 3. TÍNH TOÁN ÁP DỤNG CỌC BÊ TÔNG LY TÂM DỰ ỨNG LỰC VÀO MỘT CÔNG TRÌNH CAO TẦNG CỤ THỂ TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ HÀ NỘI......................................................................................... 59 3.1. Giới thiệu công trình cụ thể và điều kiện địa chất thủy văn................ 59 3.2. Mô hình hóa công trình và phân tích kết quả lực dọc chân cột ........... 62 3.2.1. Mô hình tính toán công trình .......................................................... 62 3.2.2. Phân tích kết quả lực dọc chân cột .................................................. 64 3.3. Lựa chọn giải pháp cọc bê tông ly tâm ứng lực trước và cọc khoan nhồi vào tính toán móng công trình ...................................................................... 65 3.3.1. Tính toán sức chịu tải của hai phương án cọc ................................. 65 1. Tính toán sức chịu tải theo vật liệu cọc............................................. 65 2. Tính toán sức chịu tải theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền ....................... 70 3. Nhận xét về hai phương án cọc trên phương diện sức chịu tải .......... 82 3.3.2. Đánh giá so sánh chi phí của hai phương án cọc ............................. 83 3.3.3. Lựa chọn cọc và bố trí mặt bằng cọc............................................... 85 3.3.4. Kiểm tra độ lún của móng cọc đã lựa chọn ..................................... 88 3.4. Phương án tổ chức thi công cọc bê tông dự ứng lực theo phương pháp Nakabori ...................................................................................................... 89 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................... 92 KẾT LUẬN ................................................................................................. 92 KIẾN NGHỊ................................................................................................ 93 TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu/ chữ viết tắt Giải nghĩa ƯLT Ứng lực trước TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam BTLT ƯLT Bê tông ly tâm ứng lực trước TVGS Tư vấn giám sát SCT Sức chịu tải DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu hình Tên hình Hình 1.1 Cọc bê tông cốt thép đúc sẵn Hình 1.2 Cọc khoan nhồi bê tông cốt thép Hình 1.3 Cọc barrette bê tông cốt thép Hình 1.4 Ép tĩnh cọc theo phương pháp cổ điển Hình 1.5 Thi công đóng cọc Hình 1.6 Thi cong ép cọc bằng Robot Hình 1.7 Thi công khoan thả cọc Hình 1.8 Thi công khoan ép cọc Hình 2.1 Cọc bê tông ly tâm ứng suất trước Hình 2.2 Kiểm tra vật liệu đầu vào Hình 2.3 Quét dầu chống dính vào khuôn Hình 2.4 Gia công lồng thép và lắp lồng thép vào khuôn Hình 2.5 Rải bê tông vào khuôn Hình 2.6 Kéo căng thép Hình 2.7 Quay ly tâm cọc Hình 2.8 Dưỡng hộ cọc trong lò hơi và lò cao áp Hình 2.9 Kiểm tra chất lượng cọc Hình 2.10 Lưu kho bãi và vận chuyển cọc Hình 2.11 Giá đỡ và dàn tải trọng thí nghiệm nén tĩnh cọc Hình 2.12 Mở rộng mũi cọc Hình 2.13 Máy thi công khoan hạ Hình 2.14 Sơ đồ thi công trên mặt bằng Hình 2.15 Một số loại mối nối cọc Hình 2.16 Trình tự thi công khoan trong mở rộng mũi Hình 2.17 Biện pháp giảm ma sát thân cọc khi ép Hình 2.18 Trình tự thi công khoan trong mở rộng mũi có áp dụng biện pháp giảm ma sát thành khi ép Hình 3.1 Mô hình 3D hệ kết cấu Hình 3.2 Hình ảnh vị trí và tên cột từ mô hình tính Hình 3.3 Mặt cắt ngang cọc bê tông ly tâm PHC-500 và PHC-600 Hình 3.4 Mặt cắt ngang cọc khoan nhồi bê tông cốt thép D600 và D800 Hình 3.5 Lát cắt địa chất và sơ đồ cọc khoan ép Hình 3.6 Mặt bằng bố trí cọc, đài cọc Hình 3.7 Sơ đồ thi công khoan ép cọc BT ƯLT tại công trường. DANH MỤC BẢNG, BIỂU Số hiệu bảng Tên bảng Bảng 2.1 Bảng phân loại cọc PC, PHC theo giá trị mô men uốn nứt, ứng suất hữu hiệu, khả năng bền cắt. Bảng 3.1 Bảng tổng hợp chỉ tiêu cơ lí đất đá (đơn vị kg-cm) Bảng 3.2 Bảng dữ liệu địa chất hố khoan (đơn vị kN-m) Bảng 3.3 Bảng kết quả nội lực chân cột (đơn vị kN-m) Bảng 3.4 Bảng thông số cọc ly tâm ƯLT Bảng 3.5 Bảng kết quả tính toán sức chịu tải theo vật liệu cọc ly tâm ƯLT Bảng 3.6 Bảng thông số cấu tạo và kết quả tính toán sức chịu tải theo vật liệu cọc khoan nhồi Bảng 3.7 Bảng so sánh sức chịu tải và lượng dùng vật liệu cọc giữa cọc ly tâm và cọc khoan nhồi Bảng 3.8 Bảng tính sức chịu tải theo đất nền cọc ly tâm D500 Bảng 3.9 Bảng tính sức chịu tải theo đất nền cọc ly tâm D600 Bảng 3.10 Bảng tính sức chịu tải theo đất nền cọc khoan nhồi D600 Bảng 3.11 Bảng tính sức chịu tải theo đất nền cọc khoan nhồi D800 Bảng 3.12 Bảng so sánh sức chịu tải giữa cọc ly tâm ƯLT và cọc khoan nhồi Bảng 3.13 Bảng tính toán chi phí xây dựng cho 1 cọc bê tông ly tâm D600 Bảng 3.14 Bảng tính toán chi phí xây dựng cho 1 cọc khoan nhồi D800 Bảng 3.15 Bảng lựa chọn sức chịu tải của cọc Bảng 3.16 Bảng kiểm tra tính toán số lượng cọc trong mỗi đài Bảng 3.17 Bảng tính lún móng cọc DANH MỤC SƠ ĐỒ Số hiệu Tên sơ đồ Sơ đồ 2.1 Sơ đồ quy trình sản xuất cọc ly tâm ứng lực trước Sơ đồ 2.2 Sơ đồ quy trình thi công khoan ép cọc ly tâm ứng lực trước Sơ đồ 2.3 Sơ đồ quy trình áp dụng cọc BTLT ƯLT thi công theo phương pháp Nakabori 1 Phần 1 MỞ ĐẦU  Lý do chọn đề tài - Với xu thế ngày càng phát triển như hiện nay thì các công trình lớn, nhà cao tầng ngày càng nhiều nên đòi hỏi những bước tiến mới về công nghệ cho cọc để áp dụng vào những công trình đó. Với đặc điểm là tải trọng công trình lớn, hiện nay có rất nhiều loại cọc có thể sử dụng cho nhà cao tầng như: cọc bê tông cốt thép đúc sẵn, cọc khoan nhồi, cọc bê tông ly tâm ứng lực trước,…Trong đó cọc bê tông ly tâm ứng lực trước có nhiều ưu điểm nổi trội hơn nhiều loại cọc khác về nhiều mặt nên hiện nay loại cọc này ngày càng được sử dụng rộng rãi: + Bê tông được nén trước, ở điều kiện sử dụng phần bê tông không xuất hiện ứng suất kéo (hoặc nếu có xuất hiện thì giá trị nhỏ không gây nứt); + Do bê tông được ứng suất trước, kết hợp với quay ly tâm đã làm cho cọc đặc chắc chịu được tải trọng cao không nứt, tăng khả năng chống thấm, chống ăn mòn cốt thép; + Do sử dụng bê tông và thép cường độ cao nên tiết diện giảm dẫn đến trọng lượng của cọc giảm. Thuận lợi cho việc vận chuyển, thi công; + Do khả năng chịu tải theo vật liệu cọc lớn nên nếu đóng sâu vào nền đất để tăng khả năng chịu tải theo đất nền, cọc sẽ có sức chịu tải rất lớn, dẫn đến sử dụng ít cọc trong một đài móng hơn. Chi phí xây dựng móng giảm, có lợi về kinh tế; - Bài toán phức tạp nhất là thi công được cọc có đường kính lớn và chiều sâu lớn phù hợp với nhà cao tầng, phương pháp đóng hay ép truyền thống khó thực hiện được. Hiện nay đã có một số công nghệ mới của Nhật Bản về thi 2 công đáp ứng được yêu cầu trên như khoan ép trong lỗ cọc (Nakabori), khoan thả (Sotobory)…. Trong đó phương pháp khoan ép Nakabori tỏ ra phù hợp do những ưu điểm sau: + Có thể thi công được cọc có đường kính lớn đến 1.2m với chiều sâu hạ cọc tới 50m; + Có thể thi công trong điều kiện địa chất không cho phép để ép robot thông thường như lớp thấu kính cát, sét cứng…, mà không làm giảm sức chịu tải của cọc; + Tận dụng tối đa chiều dài cọc do có thể hạ được cọc tới được cốt cao độ theo thiết kế; + Dễ dàng mở rộng mũi cọc để tăng sức chịu tải.  Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu ứng dụng cọc bê tông ly tâm ứng lực trước thi công theo công nghệ Nakabori cho nhà cao tầng ở Hà Nội.  Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu sự làm việc của cọc bê tông dự ứng lực trong móng nhà cao tầng và phương pháp thi công khoan ép cọc Nakabori. - Phạm vi nghiên cứu: Nhà cao tầng loại 1, loại 2 (từ 9-16-25 tầng, cao tới 75m) tại Hà Nội.  Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp thu thập, kế thừa tài liệu, kết quả đã nghiên cứu; - Phương pháp điều tra khảo sát thực tế, các công trình đã sử dụng; 3 - Phương pháp thực nghiệm, mô hình hóa tính toán công trình bằng phần mềm; - Phương pháp chuyên gia, đúc rút kinh nghiệm, đề xuất giải pháp mới.  Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài - Ý nghĩa khoa học: Từ kết quả nghiên cứu của đề tài góp phần làm cơ sở thực tiễn và lý luận để đưa tiến bộ khoa học kỹ thuật về cọc và phương pháp thi công cọc áp dụng phổ biến trong xây dựng nhà cao tầng ở nước ta. Và cũng là cơ sở khoa học cho việc nghiên cứu và áp dụng vào các công trình lớn hơn. - Ý nghĩa thực tiễn: hướng đến áp dụng rộng rãi cọc bê tông dự ứng lực cho nhà cao tầng ở nước ta, đảm bảo yêu cầu an toàn chịu lực cho công trình, hạ về giá thành, rút ngắn thời gian thi công, dễ dàng thi công thực tế, và giảm thiểu tác động tới môi trường.  Cấu trúc luận văn Ngoài các phần Mở đầu, Kết luận, Kiến nghị, Tài liệu tham khảo và Phụ lục, nội dung chính của Luận văn gồm ba chương: - Chương 1: Tổng quan về giải pháp cọc bê tông cho nhà cao tầng. - Chương 2: Cơ sở áp dụng cọc bê tông ly tâm ứng lực trước cho nhà cao tầng ở Hà Nội. - Chương 3: Tính toán áp dụng cọc bê tông ly tâm dự ứng lực vào một công trình cao tầng cụ thể trên địa bàn thành phố Hà Nội. THÔNG BÁO Để xem được phần chính văn của tài liệu này, vui lòng liên hệ với Trung Tâm Thông tin Thư viện – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội. Địa chỉ: T.13 – Nhà H – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội Đ/c: Km 10 – Nguyễn Trãi – Thanh Xuân Hà Nội. Email: [email protected] TRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN 92 Phần III KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Dựa trên các kết quả nghiên cứu, tác giả rút ra các kết luận chính như sau: + Kết quả nghiên cứu cho thấy giải pháp móng cọc bê tông ly tâm ứng lực trước tối ưu hơn giải pháp móng cọc khoan nhồi xét cả về mặt chi phí sản xuất, khả năng thi công và hiệu quả môi trường; + Việc áp dụng cọc bê tông ly tâm tại Hà Nội hiện nay khá phổ biến, nhưng hầu hết là cho công trình nhỏ, sử dụng cọc đường kính nhỏ thi công bằng phương pháp ép tĩnh là chủ yếu. Vì vậy trong Luận văn này, tác giả đã đưa ra phương án thi công khoan ép Nakabori để giải quyết yêu cầu là sử dụng cọc có đường kính lớn, chiều sâu thi công yêu cầu lớn cho nhà nhiều tầng, và quy trình thiết kế cọc khi áp dụng biện pháp thi công đó; + Tác giả đã đề xuất giải pháp giảm ma sát khi hạ cọc có đường kính lớn và chiều sâu yêu cầu lớn, cùng phương pháp tính toán sức chịu tải cho cọc khi áp dụng biện pháp này. + Kết quả nghiên cứu là một cơ sở khoa học để các Chủ đầu tư, các Nhà thầu có thể lựa chọn giải pháp móng tối ưu cho công trình; + Kết quả nghiên cứu cũng có thể sử dụng làm một tài liệu tham khảo trong các trương trình giảng dạy, đào tạo kỹ sư xây dựng có trách nhiệm với việc tránh lãng phí tài nguyên thiên nhiên và bảo vệ môi trường, bằng cách áp dụng tiến bộ của khoa học, công nghệ mới. + Luận văn còn hạn chế là chưa thực hiện được các thí nghiệm thực tế để đánh giá mức độ giảm thiểu ma sát theo giải pháp giảm thiểu ma sát khi thi công bằng cách gán đai thép ở đầu cọc như đã nêu ra. 93 KIẾN NGHỊ Cần có nghiên cứu bổ sung với những loại công trình có quy mô khác nhau, trong những điều kiện địa chất khác nhau. Tiến tới nghiên cứu áp dụng cọc bê tông ly tâm ứng suất trước đường kính lớn (tới 1m hoặc hơn), chiều sâu thi công lớn cho các nhà cao tầng và công trình có tải trọng lớn. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Bộ Xây dựng (2015), Khoan hạ cọc bê tông ly tâm – thi công và nghiệm thu, TCVN 7201:2015. 2. Bộ Xây dựng (2014), Cọc bê tông ly tâm ứng lực trước, TCVN 7888:2014. 3. Bộ Xây dựng (2012), Cọc – phương pháp thử nghiệm hiện trường bằng tải trọng tĩnh ép dọc trục, TCVN 9393:2012. 4. Bộ Xây dựng (2012), Cọc đóng, cọc ép – thi công và nghiệm thu, TCVN 9394:2012. 5. Bộ Xây dựng (2012), Cọc khoan nhồi – thi công và nghiệm thu, TCVN 9395:2012. 6. Bộ Xây dựng (2014), Móng cọc – tiêu chuẩn thiết kế, TCVN 10304:2014. 7. Công ty Cổ phần đầu tư Phan Vũ, Hội thảo giới thiệu công nghệ tiên tiến thi công cọc BTCT đúc sẵn – phương pháp khoan hạ cọc BTCT đúc sẵn. 8. Công ty Cổ phần đầu tư Phan Vũ, Thông số kỹ thuật sản phẩm 2016. 9. Công ty cổ phần kỹ thuật Nền móng và công trình ngầm Fecon, Báo cáo nghiên cứu giải pháp & công nghệ thi công mới. 10. Đặng Đình Minh (2009), Thi công cọc, NXB Xây dựng. 11. Nguyễn Bá Kế, Nguyễn Tiến Chương, Nguyễn Hiền, Trịnh Thành Huy (2004), Móng nhà cao tầng – kinh nghiệm nước ngoài, NXB Xây dựng. 12. Nguyễn Bá Kế (2010), Thi công cọc khoan nhồi, NXB Xây dựng.