Tài liệu So sánh hiệu quả của phương án móng băng trên nền đất gia cố cừ tràm và móng đơn trên hệ cọc sâu cho một số công trình trường học trên địa bàn tỉnh trà vinh

TRANG TÓM TẮT LUẬN VĂN Đề tài: SO SÁNH HIỆU QUẢ CỦA PHƢƠNG ÁN MÓNG BĂNG TRÊN NỀN ĐẤT GIA CỐ CỪ TRÀM VÀ MÓNG ĐƠN TRÊN HỆ CỌC SÂU CHO MỘT SỐ CÔNG TRÌNH TRƢỜNG HỌC TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH TRÀ VINH Học viên: Phó Phong Thái An Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp Mã số: 85 80 201 Khóa 35 - Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng Tóm tắt - Mục tiêu của đề tài là so sánh các chỉ tiêu về kinh tế, kỹ thuật của phƣơng án móng băng trên nền đất gia cố cừ tràm và phƣơng án móng đơn trên hệ cọc sâu cho một số công trình trƣờng học có quy mô từ 03 - 04 tầng đƣợc xây dựng trên địa bàn tỉnh Trà Vinh nhằm đề xuất thêm giải pháp móng để các Chủ đầu tƣ lựa chọn. Trong luận văn này sẽ nêu các thí nghiệm nén tĩnh hiện trƣờng xác định sức chịu tải của nền đất sau khi gia cố cừ tràm (Cừ tràm dài 4,5m, đƣờng kính ngọn không nhỏ hơn 4cm, mật độ gia cố nền là 25 cây/m2) đã đƣợc thực hiện trên địa bàn tỉnh Trà Vinh, từ kết quả thí nghiệm sẽ đề xuất sức chịu tải giới hạn của nền đất sau khi gia cố cừ tràm cho các công trình đƣợc sử dụng tính toán; Tính toán các chỉ tiêu kỹ thuật về khả năng chịu lực, độ lún móng,… của 02 phƣơng án móng cho các công trình trong cùng điều kiện tải trọng, địa chất (Điều kiện địa chất có thể gia cố nền bằng cừ tràm), đo bốc khối lƣợng gồm vật liệu, nhân công, máy thi công, sau đó so sánh về mặt kinh tế, đề xuất phƣơng án móng, điều kiện áp dụng cho các Chủ đầu tƣ đảm bảo tiết kiệm, hiệu quả nhƣng vẫn đảm bảo an toàn xây dựng. Từ khóa: Cừ tràm, nén tĩnh, nền đất gia cố cừ tràm, móng băng, móng cọc. Topic: COMPARISON OF THE EFFECT OF THE FOUNDATION PLAN ON THE REINFORCED SOIL OF MELALEUCA AND SINGLE FOUNDATION ON DEEP PILES FOR SOME SCHOOL BUILDINGS IN TRA VINH PROVINCE Summary - The objective of the project is to compare the economic and technical indicators of the foundation plan on the melaleuca reinforced soil foundation and the single foundation plan on the deep pile system for a number of school buildings. 03 - 04 storey model was built in Tra Vinh province to propose more foundation solutions for investors to choose. In this thesis, static field compression tests will be conducted to determine the load capacity of the ground after reinforcing melaleuca poles (melaleuca poles of 4.5m long, tops diameter not less than 4cm, bed reinforcement density is 25). tree / m2) has been implemented in Tra Vinh province, from the experimental results will propose the limited load capacity of the ground after reinforcing melaleuca poles for the works used calculation; Calculation of technical specifications on bearing capacity, foundation settlement, etc. of 02 foundation plans for works under the same load and geological conditions (geological conditions can reinforce the foundation with melaleuca poles) , measure the loading volume including materials, labor, construction machines, then compare economically, propose foundation plans and conditions applied to the investors to ensure thrift and efficiency but still ensure construction safety. Key words: Melaleuca poles, static compression, reinforced soil piles, platesfoundation, pile foundation. MỤC LỤC TRANG BÌA LỜI CAM ĐOAN TRANG TÓM TẮT LUẬN VĂN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1 1. Lý do chọn đề tài .....................................................................................................1 2. Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................................1 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ...........................................................................1 4. Phƣơng pháp nghiên cứu .........................................................................................1 5. Nội dung nghiên cứu ...............................................................................................2 6. Bố cục luận văn .......................................................................................................2 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HAI PHƢƠNG ÁN MÓNG ....................................... 3 1.1. Phƣơng án móng đơn trên hệ cọc bê tông cốt thép đúc sẳn .....................................3 1.2. Tổng quan về móng băng trên nền đất gia cố cừ tràm .............................................5 1.2.1. Tổng quan về cừ tràm ....................................................................................... 5 1.2.2. Tổng quan về nền đất gia cố cừ tràm ................................................................ 7 CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN .........................................................9 2.1. Xác định sức chịu tải của nền đất sau khi gia cố cừ tràm ........................................9 2.1.1. Thí nghiệm nén tĩnh hiện trƣờng công trình Trƣờng THCS phƣờng 6, thành phố Trà Vinh .................................................................................................................... 9 2.1.2. Thí nghiệm nén tĩnh hiện trƣờng công trình Khách sạn Thanh Trà, phƣờng 3, thành phố Trà Vinh ........................................................................................................ 13 2.2. Lý thuyết tính toán ..................................................................................................16 2.2.1. Lý thuyết tính toán móng cọc ......................................................................... 16 2.2.2. Lý thuyết tính toán móng băng ....................................................................... 20 CHƢƠNG 3. TÍNH TOÁN LẠI MỘT SỐ CÔNG TRÌNH SỬ DỤNG PHƢƠNG ÁN ÓNG ĐƠN TRÊN HỆ CỌC SÂU BẰNG PHƢƠNG ÁN MÓNG BĂNG TRÊN NỀN ĐẤT GIA CỐ CỪ TRÀM, SO SÁNH CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ - KỸ THUẬT CỦA 02 PHƢƠNG ÁN MÓNG .....................................................................22 3.1. Trƣờng Trung học phổ thông Lƣơng Hòa A ..........................................................22 3.1.1. Giới thiệu chung .............................................................................................. 22 3.1.2. Phƣơng án móng đơn trên hệ cọc sâu ............................................................. 23 3.1.3. Phƣơng án móng băng trên nền đất gia cố cừ tràm ......................................... 31 3.2. Trƣờng Trung học phổ thông huyện Duyên Hải ....................................................36 3.2.1. Giới thiệu chung .............................................................................................. 36 3.2.2. Phƣơng án móng đơn trên hệ cọc sâu ............................................................. 37 3.2.3. Phƣơng án móng băng trên nền đất gia cố cừ tràm ......................................... 46 3.3. Trƣờng Trung học phổ thông chuyên Nguyễn Thiện Thành .................................51 3.3.1. Giới thiệu chung .............................................................................................. 51 3.3.2. Phƣơng án móng đơn trên hệ cọc sâu ............................................................. 52 3.3.3. Phƣơng án móng băng trên nền đất gia cố cừ tràm ......................................... 61 3.4. So sánh các chỉ tiêu về kỹ thuật..............................................................................66 3.5. So sánh về điều kiện thi công .................................................................................67 3.6. So sánh về chi phí đầu tƣ ........................................................................................67 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................................................... 68 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................... 69 PHỤ LỤC ...................................................................................................................... 70 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SỸ (BẢN SAO). BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC PHẢN BIỆN. DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1. Kết quả quan trắc tải trọng, độ lún Móng 1, trục 10 - công trình Trƣờng THCS phƣờng 6, thành phố Trà Vinh ........................................................ 10 Bảng 2.2. Kết quả quan trắc tải trọng, độ lún Móng 2, trục 6 - công trình Trƣờng THCS phƣờng 6, thành phố Trà Vinh ........................................................ 11 Bảng 2.3. Kết quả quan trắc tải trọng, độ lún công trình Khách sạn Thanh Trà, phƣờng 3, thành phố Trà Vinh ................................................................... 14 Bảng 3.1. Địa chất công trình Trƣờng THPT Lƣơng Hòa A ........................................ 22 Bảng 3.2. Nội lực chân cột khung trục 12 (T, T.m) công trình Trƣờng THPT Lƣơng Hòa A ......................................................................................................... 23 Bảng 3.3. Thành phần ma sát hông đất nền công trình Trƣờng THPT Lƣơng Hòa A . 24 Bảng 3.4. Bảng tính lún khối móng quy ƣớc công trình Trƣờng THPT Lƣơng Hòa A ................................................................................................................. 29 Bảng 3.5. Chi phí xây dựng phần cọc, móng công trình Trƣờng THPT Lƣơng Hòa A ................................................................................................................. 31 Bảng 3.6. Bảng tính lún móng băng công trình Trƣờng THPT Lƣơng Hòa A ............. 33 Bảng 3.7. Chi phí xây dựng phần cừ tràm, móng công trình Trƣờng THPT Lƣơng Hòa A ......................................................................................................... 36 Bảng 3.8. Địa chất công trình Trƣờng THPT huyện Duyên Hải .................................. 37 Bảng 3.9. Nội lực chân cột khung trục 10 (T, T. m) công trình Trƣờng THPT huyện Duyên Hải................................................................................................... 37 Bảng 3.10. Thành phần ma sát hông đất nền công trình Trƣờng THPT huyện Duyên Hải................................................................................................... 39 Bảng 3.11. Bảng tính lún khối móng quy ƣớc công trình Trƣờng THPT huyện Duyên Hải................................................................................................... 43 Bảng 3.12. Chi phí xây dựng phần cọc, móng công trình Trƣờng THPT huyện Duyên Hải................................................................................................... 45 Bảng 3.13. Bảng tính lún móng băng công trình Trƣờng THPT huyện Duyên Hải .... 47 Bảng 3.14. Chi phí xây dựng phần cừ tràm, móng công trình Trƣờng THPT huyện Duyên Hải................................................................................................... 51 Bảng 3.15. Địa chất công trình Trƣờng THPT chuyên Nguyễn Thiện Thành .............. 52 Bảng 3.16. Nội lực chân cột khung trục 3 (T, T.m) công trình Trƣờng THPT chuyên Nguyễn Thiện Thành ..................................................................... 53 Bảng 3.17. Thành phần ma sát hông đất nền công trình Trƣờng THPT chuyên Nguyễn Thiện Thành .................................................................................. 54 Bảng 3.18. Bảng tính lún khối móng quy ƣớc công trình Trƣờng THPT chuyên Nguyễn Thiện Thành .................................................................................. 59 Bảng 3.19. Chi phí xây dựng phần cọc, móng công trình Trƣờng THPT chuyên Nguyễn Thiện Thành .................................................................................. 61 Bảng 3.20. Bảng tính lún móng băng công trình Trƣờng THPT chuyên Nguyễn Thiện Thành ............................................................................................... 63 Bảng 3.21. Chi phí xây dựng phần cừ tràm, móng công trình Trƣờng THPT chuyên Nguyễn Thiện Thành .................................................................................. 65 Bảng 3.22. So sánh các chỉ tiêu về mặt kỹ thuật ........................................................... 66 Bảng 3.23. So sánh về điều kiện thi công...................................................................... 67 Bảng 3.24. So sánh về chi phí đầu tƣ ............................................................................ 67 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. Móng cọc ......................................................................................................... 3 Hình 1.2. Cấu tạo cọc bê tông cốt thép............................................................................ 4 Hình 1.3. Cừ tràm ............................................................................................................ 6 Hình 1.4. Thi công cừ tràm.............................................................................................. 7 Hình 1.5. Cấu tạo móng băng .......................................................................................... 8 Hình 2.1. Ảnh thí nghiệm tại hiện trƣờng công trình Trƣờng THCS phƣờng 6, thành phố Trà Vinh .............................................................................................. 11 Hình 2.2. Biểu đồ quan hệ tải trọng - độ lún công trình Trƣờng THCS phƣờng 6, thành phố Trà Vinh .................................................................................... 12 Hình 2.3. Biểu đồ quan hệ tải trọng - độ lún - thời gian công trình Trƣờng THCS phƣờng 6, thành phố Trà Vinh ................................................................... 12 Hình 2.4. Biểu đồ quan hệ tải trọng - độ lún - thời gian công trình Trƣờng THCS phƣờng 6, thành phố Trà Vinh ................................................................... 12 Hình 2.5. Ảnh thí nghiệm tại hiện trƣờng công trình Khách sạn Thanh Trà, phƣờng 3, thành phố Trà Vinh ................................................................................ 15 Hình 2.6. Biểu đồ quan hệ tải trọng - độ lún công trình Khách sạn Thanh Trà, phƣờng 3, thành phố Trà Vinh ................................................................... 15 Hình 2.7. Biểu đồ quan hệ tải trọng - độ lún - thời gian công trình Khách sạn Thanh Trà, phƣờng 3, thành phố Trà Vinh............................................................ 15 Hình 2.8. Biểu đồ quan hệ tải trọng - độ lún - thời gian công trình Khách sạn Thanh Trà, phƣờng 3, thành phố Trà Vinh............................................................ 16 Hình 3.1. Sơ đồ nút khung trục 12 (T, T.cm) công trình Trƣờng THPT Lƣơng Hòa A ................................................................................................................. 23 Hình 3.2. Mặt bằng móng cọc công trình Trƣờng THPT Lƣơng Hòa A ..................... 30 Hình 3.3. Cấu tạo cọc công trình Trƣờng THPT Lƣơng Hòa A ................................... 30 Hình 3.4. Cấu tạo móng cọc công trình Trƣờng THPT Lƣơng Hòa A ......................... 30 Hình 3.5. Mặt bằng móng băng công trình Trƣờng THPT Lƣơng Hòa A .................... 35 Hình 3.6. Cấu tạo móng băng công trình Trƣờng THPT Lƣơng Hòa A ....................... 35 Hình 3.7. Sơ đồ nút khung trục 10 (T, T.cm) Trƣờng Duyên Hải ................................ 37 Hình 3.8. Mặt bằng móng cọc công trình Trƣờng THPT huyện Duyên Hải ................ 44 Hình 3.9. Cấu tạo cọc công trình Trƣờng THPT huyện Duyên Hải ............................. 44 Hình 3.10. Cấu tạo móng cọc công trình Trƣờng THPT huyện Duyên Hải ................. 45 Hình 3.11. Mặt bằng móng băng công trình Trƣờng THPT huyện Duyên Hải ............ 49 Hình 3.12. Cấu tạo móng băng công trình Trƣờng THPT huyện Duyên Hải ............... 50 Hình 3.13. Sơ đồ nút khung trục 3 (T, T.cm) công trình Trƣờng THPT chuyên Nguyễn Thiện Thành .................................................................................. 52 Hình 3.14. Mặt bằng móng cọc công trình Trƣờng THPT chuyên Nguyễn Thiện Thành ......................................................................................................... 60 Hình 3.15. Cấu tạo cọc công trình Trƣờng THPT chuyên Nguyễn Thiện Thành ......... 60 Hình 3.16. Cấu tạo móng cọc công trình Trƣờng THPT chuyên Nguyễn Thiện Thành .......................................................................................................... 60 Hình 3.17. Mặt bằng móng băng công trình Trƣờng THPT chuyện Nguyễn Thiện Thành .......................................................................................................... 64 Hình 3.18. Cấu tạo móng băng công trình Trƣờng THPT chuyện Nguyễn Thiện Thành .......................................................................................................... 65 Hình 3.19. Biểu đồ so sánh giá trị độ lún 02 phƣơng án móng ..................................... 66 Hình 3.20. Biểu đồ so sánh giá trị chi phí xây dựng 02 phƣơng án móng .................... 67 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Hòa nhập xu thế phát triển và tốc độ gia tăng dân số của đất nƣớc, nhu cầu đầu tƣ cơ sở vật chất phục vụ cho công tác dạy và học tại tỉnh Trà Vinh ngày càng đƣợc quan tâm, các công trình trƣờng học có quy mô từ 03 - 04 tầng đƣợc đầu tƣ xây dựng trên địa bàn tỉnh ngày càng nhiều, đặc biệt là các Trƣờng Trung học cơ sở, Trung học phổ thông. Với vị trí địa lý là tỉnh thuộc đồng bằng sông Cửu Long, địa chất tƣơng đối yếu, nền đất thấp, chủ yếu do phù sa bồi đấp, lớp đất trên cùng thƣờng là lớp đất sét, trạng thái dẻo mềm, mực nƣớc ngầm quanh năm cao. Giải pháp thiết kế móng cho các công trình trƣờng học có quy mô từ 03 - 04 tầng thƣờng đƣợc Chủ đầu tƣ lựa chọn là giải pháp móng đơn trên hệ cọc sâu (cọc bê tông cốt thép đúc sẵn, chiều dài từ 25 - 35m), giải pháp tuy đảm bảo an toàn xây dựng nhƣng tƣơng đối tốn kém, hệ cọc nằm trong điều kiện xâm nhập mặn làm cốt thép dễ bị ăn mòn khó đảm bảo chất lƣợng trong quá trình sử dụng lâu dài. Nhằm tiết kiệm chi phí đầu tƣ xây dựng, tận dụng đƣợc nguồn nguyên liệu cừ tràm tại địa phƣơng nhƣng vẫn đảm bảo an toàn cho công trình, việc đề xuất thêm phƣơng án móng băng trên nền đất gia cố cừ tràm để Chủ đầu tƣ có thêm lựa chọn là cần thiết, đó là lý do học viên lựa chọn đề tài “So sánh hiệu quả của phương án móng băng trên nền đất gia cố cừ tràm và móng đơn trên hệ cọc sâu cho một số công trình trường học trên địa bàn tỉnh Trà Vinh”. 2. Mục tiêu nghiên cứu - Kiểm tra, tính toán lại, đánh giá các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật một số công trình đã đƣợc thiết kế, thẩm định, phê duyệt sử dụng phƣơng án móng đơn trên hệ cọc sâu. - Tính toán, thiết kế lại, đánh giá các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật bằng phƣơng án móng băng trên nền đất gia cố cừ tràm cho một số công trình sử dụng móng đơn trên hệ cọc sâu đã đƣợc thiết kế, thẩm định, phê duyệt. 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu - Đối tƣợng nghiên cứu: Móng băng trên nền đất gia cố cừ tràm và móng đơn trên hệ cọc sâu. - Phạm vi nghiên cứu: Các công trình trƣờng học có quy mô từ 03 - 04 tầng sử dụng vốn ngân sách nhà nƣớc xây dựng trên địa bàn tỉnh Trà Vinh. 4. Phƣơng pháp nghiên cứu - Phƣơng pháp tổng hợp số liệu từ một số công trình đã đƣợc xây dựng. - Phƣơng pháp lý thuyết, sử dụng kiến thức nền móng công trình, kiến thức bê tông cốt thép toàn khối để tính toán nền móng công trình, khả năng chịu tải của móng, cọc. 2 - Phƣơng pháp phần tử hữu hạn, sử dụng các phần mềm tính toán kết cấu để kiểm tra nội lực, sử dụng các bảng tính excel kiểm tra kết quả tính toán. - Phƣơng pháp so sánh, đánh giá, nhận xét và rút ra kiến nghị. 5. Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu tổng quan móng băng trên nền gia cố cừ tràm và móng cọc bê tông cốt thép đúc sẵn. - Cơ sở khoa học tính toán sức chịu tải của móng băng trên nền gia cố cừ tràm và móng cọc bê tông cốt thép đúc sẵn. - Áp dụng tính toán các phƣơng án móng băng trên nền gia cố cừ tràm và móng cọc bê tông cốt thép đúc sẵn cho công trình cụ thể trên địa bàn tỉnh Trà Vinh. - Phân tích, so sánh, đánh giá ƣu, nhƣợc điểm của hai phƣơng án móng, đề xuất khả năng sử dụng móng băng trên nền gia cố cừ tràm trên địa bàn tỉnh Trà Vinh. 6. Bố cục luận văn Ngoài Chƣơng mở đầu giới thiệu về lý do chọn đề tài, mục tiêu nghiên cứu, đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu, phƣơng pháp và nội dung nghiên cứu, phần Kết luận và Kiến nghị, luận văn có 3 chƣơng theo bố cục sau: Mở đầu Chƣơng 1: Tổng quan về 02 phƣơng án móng. Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết tính toán. Chƣơng 3: Tính toán lại một số công trình sử dụng phƣơng án móng đơn trên hệ cọc sâu bằng phƣơng án móng băng trên nền đất gia cố cừ tràm, so sánh các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của 02 phƣơng án móng. Kết luận và Kiến nghị 3 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HAI PHƢƠNG ÁN MÓNG 1.1. Phƣơng án móng đơn trên hệ cọc bê tông cốt thép đúc sẳn a) Giới thiệu về móng cọc Móng cọc đã đƣợc sử dụng rất sớm từ khoảng 1.200 trƣớc, những ngƣời dân của thời kỳ đồ đá mới của Thụy Sỹ đã biết sử dụng các cọc gỗ cắm xuống các hồ nông để xây dựng nhà. Ngày nay, cùng với tiến bộ về khoa học kỹ thuật nói chung móng cọc ngày càng đƣợc cải tiến, đa dạng về chủng loại cũng nhƣ phƣơng pháp thi công. Sự phát triển của kỹ thuật làm cọc giúp cho ngƣời thiết kế có thể lựa chọn đƣợc những loại cọc có tính năng kỹ thuật tốt hơn, lợi ích kinh tế cao hơn. a) b) 3 3 2 1 Hình 1.1. Móng cọc a) Móng cọc đài thấp; b) Móng cọc đài cao; 1. Cọc đứng; 2. Cọc nghiêng; 3. Đài cọc b) Cấu tạo Cọc là kết cấu có chiều dài lớn so với bề rộng tiết diện ngang, đƣợc đóng hay thi công tại chỗ vào lòng đất, đá, để truyền tải trọng công trình xuống các tầng đất, đá, sâu hơn nhằm cho công trình bên trên đạt các yêu cầu của trạng thái giới hạn quy định. 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, nội lực ở cọc do tải trọng kết cấu phần trên truyền xuống qua hệ đài, bản chất sinh ra do chuyển vị tại điểm liên kết cọc với hệ đài. Coi đài móng cứng tuyệt đối khi chiều cao đài phải rất lớn, dƣới tác dụng của tải trọng thì chuyển vị tại các điểm trên mặt cắt ngàm cọc là tuyến tính do đó thông thƣờng cọc ở vị trí biên sẽ có nội lực lớn nhất; Lực truyền xuống cọc trong trƣờng hợp đài cọc mềm sẽ đi theo đƣờng ngắn nhất, nghĩa là các cọc ngay dƣới lõi vách, phản lực lớn hơn rất nhiều so với cọc biên, trong khi đó ở trƣờng hợp đài cọc tuyệt đối cứng các cọc biên sẽ chịu lực lớn nhất. 4 Hình 1.2. Cấu tạo cọc bê tông cốt thép c) Các yêu cầu về đài móng Kích thƣớc cơ bản của đài: Khoảng cách từ trung tâm của cột biên tới mép của đài không nhỏ hơn đƣờng kính cột, đƣờng kính hoặc chiều dài cạnh cọc, khoảng cách tính từ cọc tới mép đài không nên nhỏ hơn 150mm; Bề rộng bản đáy của đài cọc không nên nhỏ hơn 2 lần đƣờng kính hoặc chiều dài cạnh cọc, khoảng cách tính từ mép cọc tới mép đài không nên nhỏ hơn 150mm; Độ dày của đài móng cọc phải căn cứ vào yêu cầu của kết cấu bên trên để xác định. Yêu cầu đối với bê tông và đặt thép đài: Cấp cƣờng độ bê tông không đƣợc thấp hơn B15, đƣờng kính cốt thép dọc không nên nhỏ hơn 12mm, đƣờng kính cốt đứng không nhỏ hơn 10mm, đƣờng kính cốt đai không nhỏ hơn 8mm; Đài có dạng bản nên dùng cốt thép chịu lực đƣờng kính tƣơng đối nhỏ, nhƣng không dƣới 10mm, khoảng cách không nên lớn hơn 200mm, cũng không nên nhỏ hơn 100mm, cốt thép chịu lực ở mặt đáy của đài nên trực tiếp để trên mặt đầu cọc sau khi đầu cọc đã đƣợc làm phẳng theo đúng cốt thiết kế. Yêu cầu liên kết cọc với đài hoặc với bản đáy của móng hộp: Độ dài phần đầu cọc ngàm vào trong đài hoặc bản đáy của móng hộp không nên nhỏ hơn 50mm. Độ dài cốt thép dọc của cọc kéo vào đài hoặc vào bản đáy của móng hộp lấy theo độ dài neo giữ khi chịu kéo. Độ dày lớp bê tông bảo vệ cốt thép đài: Độ dày lớp bê tông bảo vệ cốt thép đài không nhỏ hơn 50mm, khi có lớp đệm bê tông thì lớp bảo vệ cốt thép ở bên dƣới có thể giảm xuống còn 30mm, vấn đề tính toán chịu cắt của bản đáy móng cọc bè và cọc hộp. d) Một số ưu điểm và phạm vi áp dụng Móng cọc sử dụng hợp lý đối với các công trình chịu tải trọng lớn mà lớp đất tốt nằm dƣới sâu, giảm đƣợc biến dạng lún và lún không đều; Khi dùng móng cọc làm tăng tính ổn định cho các công trình có chiều cao lớn, tải trọng ngang lớn nhƣ các nhà cao tầng, nhà tháp,… 5 Sử dụng làm móng cho các công trình có điều kiện địa chất, địa hình phức tạp mà các loại móng nông không đáp ứng đƣợc nhƣ vùng có nền đất yếu hoặc công trình trên sông,… Móng cọc đƣợc sử dụng rộng rãi trong các ngành xây dựng dân dụng và công nghiệp, cầu đƣờng, thủy lợi - thủy điện; Cọc có nhiều loại để phục vụ cho những công trình khác nhau với nhiệm vụ để gia cố nền đất hoặc truyền tải cho móng. e) Quy trình tính toán - Chọn chiều sâu chôn móng. - Chọn vật liệu và kích thƣớc cọc. - Xác định sức chịu tải của cọc theo độ bền vật liệu làm cọc. - Xác định sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cƣờng độ đất nền. - Xác định số cọc, kích thƣớc đài cọc. - Tính toán móng cọc. - Kiểm tra sức chịu tải cọc. - Tính lún khối móng quy ƣớc. 1.2. Tổng quan về móng băng trên nền đất gia cố cừ tràm 1.2.1. Tổng quan về cừ tràm a) Tổng quan về cừ tràm trong xây dựng “Cừ tràm” còn có tên khác tràm ta, tên khoa học là Melaleuca Cajuputy Powell, họ thực vật Sim, thƣờng đƣợc trồng ở vùng Tây Nam Bộ, là loại cây thân gỗ, có vỏ mềm xốp, lá dẹt màu xanh, cây tràm có hoa và hạt nhỏ, ngƣời ta dùng thân cây tràm làm cọc để gia cố nền móng cho các công trình trên nền đất yếu vì đặt điểm nổi bật nhất của nó là khả năng chịu nƣớc cực tốt. "Nền gia cố cừ tràm" là giải pháp công nghệ mang tính truyền thống để xử lý nền cho công trình có tải trọng nhỏ trên nền đất yếu, cừ tràm có chiều dài từ 03 - 06m đƣợc đóng để gia cƣờng nền đất nhằm tăng khả năng chịu tải và giảm độ lún; Theo kinh nghiệm, thƣờng đóng 25 cọc tràm cho 1m2 nền đất. Cọc cừ tràm đƣợc ngƣời Pháp sử dụng cách đây trên 100 năm (ví dụ Nhà hát thành phố Hồ Chí Minh, chung cƣ Thanh Đa, thành phố Hồ Chí Minh đƣợc xây dựng vào khoảng năm 1968 - 1972), một thời gian rất dài khi mà cọc bê tông cốt thép chƣa đƣợc sử dụng rộng rãi thì cừ tràm nhƣ một giải pháp hữu hiệu gia cố móng công trình trên nền đất yếu. Thực tế đã chứng minh công trình vẫn tồn tại rất tốt dù kiến trúc không còn phù hợp hoặc phần kết cấu chính sắp sập đổ do sự hƣ hỏng theo thời gian; Trong số đó có những căn hộ cấp 4, đến những chung cƣ 03 - 06 tầng đang tồn tại đến nay là một minh chứng cho kinh nghiệm của những ngƣời đi trƣớc trong việc sử dụng cừ tràm nhƣ một giải pháp hiệu quả gia cố nền móng cho những công trình nhỏ, thấp tầng. Việc tính toán móng trên nền có cừ tràm cũng có thể mang lại một số hiệu quả đáng kể, đa phần thiết kế theo kinh nghiệm thực tế; Cách đây vài năm có một hội thảo 6 khoa học cấp bộ để đƣa ra các tiêu chuẩn về cọc tràm nhƣng tới giờ vẫn chƣa đƣợc công bố, Phân viện Khoa học xây dựng Miền Nam dự định đƣa thành tiêu chuẩn thiết kế và nghiệm thu móng cọc cừ tràm xây dựng trên cơ sở đề tài của GS - TSKH Hoàng Văn Tân, nhƣng nó chƣa thể hình thành đƣợc vì nhiều vấn đề khó có thể tiêu chuẩn hóa đƣợc. Có thể tham khảo công thức đối với cọc tre gia cố nền đất để tính số lƣợng cừ tràm trên diện tích 1m2 nhƣ sau: n = 4.000*(e0-eyc)/(π*d2*(1+e0)). Trong đó: n là số lƣợng cọc; d là đƣờng kính cọc; e0 là độ rỗng tự nhiên; eyc là độ rỗng yêu cầu. Từ công thức trên ta thấy: Đất yếu vừa có độ sệt B = 0,55 - 0,60, cƣờng độ chịu tải tự nhiên R0 = 07 - 09 T/m2 đóng 16 cọc cho 1m2; Đất yếu có độ sệt B= 0,7 - 0,8 , cƣờng độ chịu tải tự nhiên R0 = 05 - 07 T/m2 đóng 25 cọc cho 1m2; Đất yếu quá có độ sệt B > 0,80, cƣờng độ chịu tải tự nhiên R0 < 5 T/m2 đóng 36 cọc cho 1m2. Các loại đất yếu dùng thích hợp cho cọc tràm và móng cọc tràm có thể bao gồm các loại cát nhỏ, cát bụi ở trạng thái rời bão hòa nƣớc, các loại đất dính (cát pha sét, sét pha cát và sét) ở trạng thái dẻo mềm, dẻo chảy và chảy, các loại đất bùn, đất than bùn, và than bùn. Hình 1.3. Cừ tràm b) Một số lưu ý khi thiết kế móng trên nền đất gia cố cừ tràm Gỗ tràm dùng làm cọc phải có tuổi từ 6 năm trở lên và đƣờng kính ngọn khi khai thác không đƣợc nhỏ hơn 4cm khi chiều dài cọc tràm lớn hơn 4,5m. Thân cọc tràm phải thẳng để hạn chế khả năng uốn dọc khi chịu tải trọng. Lõi cọc tràm khi sử dụng phải tƣơi, không bị mục và không bóc vỏ ngoài. Các cọc tràm trƣớc khi dùng phải đƣợc tƣới ẩm và dƣỡng hộ theo các quy định cụ thể trong quy trình thi công. Cọc tràm chỉ đƣợc dùng trong trƣờng hợp móng cọc đài thấp và chủ yếu chịu tải trọng thẳng đứng là chính, không thích hợp đối với móng cọc đài cao khi có tải trọng ngang tác dụng; Cọc tràm không nên dùng ở những nơi xảy ra hiện tƣợng động đất, những công trình chịu tải trọng lớn. 7 Kích thƣớc đáy đài cọc lúc ban đầu có thể xác định sơ bộ dựa vào điều kiện ứng suất trung bình dƣới đáy đài do tải trọng công trình, trọng lƣợng đài và đất phủ trên đài không vƣợt quá 08T/m2; Cần thiết phải đóng cừ rộng ra ngoài diện tích móng, mỗi cạnh từ 0,1 - 0,2m để tăng sức chống cắt của cung trƣợt. Về độ sâu của móng cừ tràm, tùy thuộc vào mực nƣớc ngầm, có thể chọn đầu cừ tràm cao hơn mực nƣớc ngầm, miễn sao đầu cừ luôn ẩm ƣớt vì võ cừ tràm và một số loại đất có hiện tƣợng mao dẫn. Hình 1.4. Thi công cừ tràm 1.2.2. Tổng quan về nền đất gia cố cừ tràm a) Khái niệm móng băng Móng băng là là phần móng nằm dƣới hàng cột hoặc tƣờng, thƣờng có một dải dài, có thể độc lập hoặc giao nhau theo hình chữ thập, đƣợc dùng để đỡ tƣờng hoặc cột. Trong xây dựng công trình nhà Dân dụng, móng băng đƣợc sử dụng rộng rãi nhất vì độ lún đều hơn và dễ thi công. Tùy thuộc vào địa hình, diện tích cũng nhƣ độ cứng, độ lún của đất mà chúng ta quyết định sử dụng loại móng băng phù hợp, để đảm bảo độ an toàn cho công trình; Móng băng thuộc loại móng nông, là những móng xây trên hố đào trần, sau đó lấp lại, chiều sâu chọn móng thƣờng dƣới 2m. Ƣu điểm: Cũng nhƣ các loại móng khác, móng băng giúp cho sự liên kết giữa tƣờng và cột chắc chắn hơn theo phƣơng thẳng đứng; Ngoài ra, loại móng này còn có tác dụng giảm áp lực đáy móng; Giúp cho việc truyền tải trọng lƣợng công trình xuống phía dƣới đƣợc đều hơn. Với công trình có quy mô từ 03 - 04 tầng ngƣời ta hay dùng móng băng. Nhƣợc điểm: Chiều sâu của móng băng nhỏ nên tính ổn định, chống lật, chống trƣợt của móng kém. Lớp đất bề mặt có sức chịu tải kém, ảnh hƣởng đến sức chịu tải chung của nền móng. b) Các yêu cầu về đài móng Yêu cầu đối với bê tông và đặt thép đài: Cấp cƣờng độ bê tông không đƣợc thấp hơn B15, đƣờng kính cốt thép dọc không nên nhỏ hơn 12mm, đƣờng kính cốt đứng không nhỏ hơn 10mm, đƣờng kính cốt đai không nhỏ hơn 8mm; Đài có dạng bản nên 8 dùng cốt thép chịu lực đƣờng kính tƣơng đối nhỏ, nhƣng không dƣới 10mm, khoảng cách không nên lớn hơn 200mm, cũng không nên nhỏ hơn 100mm. Độ dày lớp bê tông bảo vệ cốt thép đài: Độ dày lớp bê tông bảo vệ cốt thép đài không nhỏ hơn 50mm, khi có lớp đệm bê tông thì lớp bảo vệ cốt thép ở bên dƣới có thể giảm xuống còn 30mm, chiều cao đài cọc và lƣợng cốt thép cần thiết bố trí trong đài cọc đƣợc xác định nhƣ kết cấu chịu uốn theo các chỉ dẫn trong Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép. Hình 1.5. Cấu tạo móng băng c) Quy trình tính toán - Xác định giá trị nội lực móng trục tính toán. - Chọn sơ bộ kích thuốc móng. - Xác định nội lực tại tâm móng. - Xác định sức chịu tải nền đất tự nhiên dƣới đáy móng. - Xác định sức chịu tải nền đất gia cố cừ tràm dƣới đáy móng. - Kiểm tra ứng suất đất nền. - Kiểm tra độ lún móng băng. - Tính thép bản móng. - Tính thép dầm móng. 9 CHƢƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN 2.1. Xác định sức chịu tải của nền đất sau khi gia cố cừ tràm 2.1.1. Thí nghiệm nén tĩnh hiện trường công trình Trường THCS phường 6, thành phố Trà Vinh a) Giới thiệu chung Công trình Trƣờng Trung học cơ sở phƣờng 6, thành phố Trà Vinh đã đƣợc thi công theo thiết kế đƣợc duyệt, móng trên nền đất gia cố cừ tràm, để có số liệu kiểm tra nền móng của công trình này phục vụ công tác thi công, Phòng Thí nghiệm địa kỹ thuật - Công ty Cổ phần xây dựng tổng hợp Trà Vinh đã tiến hành thí nghiệm theo hợp đồng với Sở Giáo dục và Đào tạo Trà Vinh, thí nghiệm đƣợc thực hiện dƣới sự giám sát của Chủ đầu tƣ. Vị trí thử nghiệm tại phƣờng 6, thành phố Trà Vinh, nền đất gia cố cừ tràm, mật độ gia cố 25 cây/m2, cừ tràm dài 4,5m, đƣờng kính ngọn lớn hơn 4cm; Lớp đất dƣới đáy móng là bùn sét, màu xám nâu, trạng thái chảy, chiều sâu khoảng 6m, góc nội ma sát là 4022’. b) Thiết bị thí nghiệm Bàn nén 1m2, gồm 3 tấm ép xếp chồng lên nhau để chống võng. Thiết bị tạo áp: Nƣớc sản xuất: Hoa Kỳ; Hãng sản xuất: Simplex; Áp lực lớn nhất: 50T; Đƣờng kính ngoài: 130mm; Chiều cao: 350mm; Trọng lƣợng: 31kg; Hành trình: 250mm; Tem hiệu chuẩn: KT3-0041CO7. Thiết bị đo chuyển vị: Tên: Đồng hồ so, số hiệu: BKZ 876; Hiệu: MITUTOYO, Nhật Bản; Phạm vi đo: 50mm; Giá trị vạch chiu 0,01mm; Tem hiệu chuẩn: 0370DD6/1,2,3,4. Đồng hồ đo chuyển vị gồm 4 cái đƣợc gắn tại 4 góc của bàn nén, tựa lên hai dầm chuẩn, dài 4m, đặt song song hai bên bàn nén, các gối tựa trụ đở dầm chuẩn đƣợc chôn chặt và sâu dƣới đất. Dàn chất tải: Là hệ khung dầm thép đƣợc sắp xếp đối xứng, các dầm này đƣợc đặt trên hai gối tựa song song, đối trọng là các bao cát tạo tạo hiện trƣờng, tổng tải trọng đạt 1,2 lần tải trọng nén, toàn bộ giàn chất tải và tải trọng đƣợc đặt trên dầm chính, dầm chính là điểm tựa, trực tiếp nhận tải trọng do kích thủy lực tạo ra truyền lên hệ đối trọng và phản lực lại tác dụng lên vị trí thử nghiệm. c) Quy trình - Tham khảo TCXDVN 80:2002, TCXDVN 269:2002. - Gia tải trƣớc: Nhằm kiểm tra tiếp xúc giữa đầu cọc thí nghiệm và hệ thống dàn chất tải cũng nhƣ hệ thống tạo áp, tải trọng gia tải khoảng 5% tải trọng thiết kế, giữ trong 10 phút, sau đó giảm về 0, nếu hệ thống làm việc tốt thì tiến hành thử nghiệm chính thức. 10 - Gia tải theo tứng cấp áp lực ∆P (20% tải trọng thiết kế) và quan trắc chuyển vị của nền, chi tiết nhƣ sau: + Chu kỳ 1: Gia tải đến 100% tải trọng thiết kế sau đó giảm về 0: 0 - 20% 40% - 60% - 80% - 100% -80% - 40% - 0. + Chu kỳ 2: Gia tải đến 100% tải trọng thiết kế sau đó giảm về 0: 0 - 20% 40% - 60% - 80% - 100% - 120% -140% -160% - 180% - 200% - 160% - 120% - 80% - 40% - 0. - Ghi số đọc các đồng hồ đo chuyển vị tại mỗi cấp áp lực nhƣ sau: + 15 phút 1 lần trong 60 phút đầu. + 30 phút 1 lần trong những giờ tiếp theo cho đến khi đạt ổn định quy ƣớc. + Giữ mỗi cấp gia tải đến khi ổn định biến dạng quy ƣớc của đất: Chuyển vị lún đang có xu hƣớng giảm dần và không lớn hơn 0,1mm trong 2 giờ quan trắc sau cùng. + Khi dở tải, giữ mỗi cấp áp lực 15 phút và quan trắc chuyển vị đàn hồi, riêng cấp cuối đƣợc giữ 60 phút. d) Kết quả thử nghiệm: Các số liệu quan trắc đƣợc ghi lại nhƣ sau Bảng 2.1. Kết quả quan trắc tải trọng, độ lún Móng 1, trục 10 công trình Trường THCS phường 6, thành phố Trà Vinh 11 Bảng 2.2. Kết quả quan trắc tải trọng, độ lún Móng 2, trục 6 - công trình Trường THCS phường 6, thành phố Trà Vinh e) Kết luận và kiến nghị - Theo biểu đồ tải trọng, chuyển vị, thì tại cấp tải 9,6T, biểu đồ xuất hiện điểm uốn, đơn vị thử nghiệm đề nghị chọn tải trọng giới hạn là 9,6T. - Môđun biến dạng đàn hồi E của nền gia cố cừ tràm: E = (1-μ2).ω.d.(∆P/∆S) = 11,44 Mpa. Tróng đó: - μ là hệ số Poisson, lấy bằng 0,35. - ω hệ số phụ thuộc vào hình dạng của tấm nén, lấy bằng 0,79. - d là cạnh tấm nén, 100 cm. - ∆P = Pc – Pd = 0,078 Mpa. - ∆S = Sc – Sd = 1,25 cm. Hình 2.1. Ảnh thí nghiệm tại hiện trường công trình Trường THCS phường 6, thành phố Trà Vinh 12 Hình 2.2. Biểu đồ quan hệ tải trọng - độ lún công trình Trường THCS phường 6, thành phố Trà Vinh Hình 2.3. Biểu đồ quan hệ tải trọng - độ lún - thời gian công trình Trường THCS phường 6, thành phố Trà Vinh Hình 2.4. Biểu đồ quan hệ tải trọng - độ lún - thời gian công trình Trường THCS phường 6, thành phố Trà Vinh 13 2.1.2. Thí nghiệm nén tĩnh hiện trường công trình Khách sạn Thanh Trà, phường 3, thành phố Trà Vinh a) Giới thiệu chung Công trình Khách sạn Thanh Trà, phƣờng 3, thành phố Trà Vinh đã đƣợc thi công theo thiết kế đƣợc duyệt, móng trên nền đất gia cố cừ tràm, để có số liệu kiểm tra nền móng của công trình này phục vụ công tác thi công, Phòng Thí nghiệm địa kỹ thuật - Công ty Cổ phần xây dựng tổng hợp Trà Vinh đã tiến hành thí nghiệm theo hợp đồng với Ban Quản lý dự án đầu tƣ xây dựng các công trình Dân dụng và Công nghiệp tỉnh Trà Vinh, thí nghiệm đƣợc thực hiện dƣới sự giám sát của Chủ đầu tƣ. Vị trí thử nghiệm tại phƣờng 3, thành phố Trà Vinh, nền đất gia cố cừ tràm, mật độ gia cố 25 cây/m2, cừ tràm dài 4,5m, đƣờng kính ngọn lớn hơn 4cm. Lớp đất dƣới đáy móng là bùn sét pha, màu xám nâu, trạng thái nhão, chiều sâu khoảng 4m, góc nội ma sát là 4007’. b) Thiết bị thí nghiệm Bàn nén 1m2, gồm 3 tấm ép xếp chồng lên nhau để chống võng. Thiết bị tạo áp: Nƣớc sản xuất: Hoa Kỳ; Hãng sản xuất: Simplex; Áp lực lớn nhất: 50T; Đƣờng kính ngoài: 130mm; Chiều cao: 350mm; Trọng lƣợng: 31kg; Hành trình: 250mm; Tem hiệu chuẩn: KT3-0041CO7. Thiết bị đo chuyển vị: Tên: Đồng hồ so, số hiệu: BKZ 876; Hiệu: MITUTOYO, Nhật Bản; Phạm vi đo: 50mm; Giá trị vạch chiu 0,01mm; Tem hiệu chuẩn: 0370DD6/1,2,3,4. Đồng hồ đo chuyển vị gồm 4 cái đƣợc gắn tại 4 góc của bàn nén, tựa lên hai dầm chuẩn, dài 4m, đặt song song hai bên bàn nén, các gối tựa trụ đở dầm chuẩn đƣợc chôn chặt và sâu dƣới đất. Dàn chất tải: Là hệ khung dầm thép đƣợc sắp xếp đối xứng, các dầm này đƣợc đặt trên hai gối tựa song song, đối trọng là các bao cát tạo tạo hiện trƣờng, tổng tải trong đạt 1,2 lần tải trọng nén, toàn bộ giàn chất tải và tải trọng đƣợc đặt trên dầm chính, dầm chính là điểm tựa, trực tiếp nhận tải trọng do kích thủy lực tạo ra truyền lên hệ đối trọng và phản lực lại tác dụng lên vị trí thử nghiệm. c) Quy trình - Tham khảo TCXDVN 80:2002, TCXDVN 269:2002. - Gia tải trƣớc: Nhằm kiểm tra tiếp xúc giữa đầu cọc thí nghiệm và hệ thống dàn chất tải cũng nhƣ hệ thống tạo áp, tải trong gia tải khoảng 5% tải trọng thiết kế, giữ trong 10 phút, sau đó giảm về 0, nếu hệ thống làm việc tốt thì tiến hành thử nghiệm chính thức. - Gia tải theo từng cấp áp lực ∆P (20% tải trọng thiết kế) và quan trắc chuyển vị của nền, chi tiết nhƣ sau: + Chu kỳ 1: Gia tải đến 100% tải trọng thiết kế sau đó giảm về 0: 0 - 20% 40% - 60% - 80% - 100% -80% - 40% - 0.