Tài liệu Nghiên cứu tính toán móng cọc theo tiêu chuẩn mỹ và tiêu chuẩn việt nam tính toán áp dụng cho móng cọc cống phú định thành phố hồ chí minh​

LỜI CAM ĐOAN Bản luận văn này do tôi tự nghiên cứu và thực hiện dưới sự hướng dẫn của PGS.TS. Trịnh Công Vấn. Để hoàn thành luận văn này, tôi đã sử dụng những tài liệu được ghi trong mục Tài liệu tham khảo, ngoài ra tôi không sử dụng bất kì tài liệu nào mà không được liệt kê. Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về những nội dung tôi đã trình bày trong luận văn này. TP Hồ Chí Minh, ngày tháng 01 năm 2019 Học viên Nguyễn Văn Tráng i LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành Luận văn tốt nghiệp chuyên ngành Xây dựng Công trình thủy với đề tài “Nghiên cứu tính toán móng cọc theo tiêu chuẩn Mỹ và tiêu chuẩn Việt Nam - Tính toán áp dụng cho móng cọc cống Phú Định - Thành phố Hồ Chí Minh” tôi đã nhận được rất nhiều sự động viên, giúp đỡ của nhiều cá nhân và tập thể. Trước hết tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS. Trịnh Công Vấn đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo trong suốt thời gian qua để Luận văn được hoàn thành đúng thời gian quy định. Xin bày tỏ lòng chân thành với sự giúp đỡ nhiệt tình của quý thầy cô giáo trong khoa Công trình - Trường Đại Học Thủy lợi và Viện Thủy lợi và Môi trường đã tạo điều kiện cho tôi hoàn thành luận văn này. Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè, những người đã luôn bên tôi, động viên và khuyến khích tôi trong quá trình thực hiện đề tài nghiên cứu của mình. Xin chân thành cảm ơn! ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................................i LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................. ii MỤC LỤC ..................................................................................................................... iii DANH MỤC HÌNH ẢNH ..............................................................................................vi DANH MỤC BẢNG BIỂU ......................................................................................... viii PHẦN MỞ ĐẦU .............................................................................................................1 1.1. Tính cấp thiết của đề tài ............................................................................................ 1 1.2. Mục đích nghiên cứu.................................................................................................1 1.3. Đối tượng nghiên cứu. .............................................................................................. 2 1.4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu: .............................................................. 2 1.4.1. Cách tiếp cận ........................................................................................................2 1.4.2. Phương pháp nghiên cứu ......................................................................................2 1.5. Kết quả đạt được .......................................................................................................3 1.6. Bố cục của luận văn ..................................................................................................3 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ TÍNH TOÁN MÓNG CỌC........................................4 1.1. Tổng quan tình hình thiết kế móng cọc trong nước và thế giới. ............................... 4 1.1.1. Khái niệm nền, móng............................................................................................ 4 1.1.2. Phân loại nền, móng ............................................................................................. 4 1.1.3. Khái niệm về móng cọc và phân loại cọc ............................................................. 5 1.1.4. Tổng quan về móng cọc trên thế giới ...................................................................7 1.1.5. Tổng quan về móng cọc sử dụng tại Việt Nam ..................................................11 1.2. Các vấn đề đặt ra cần giải quyết trong luận văn. ....................................................17 Kết luận chương 1 .........................................................................................................18 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ LUẬN TÍNH TOÁN MÓNG CỌC THEO TIÊU CHUẨN MỸ VÀ TIÊU CHUẨN VIỆT NAM....................................................................................19 2.1. Các phương pháp tính toán sức chịu tải của cọc ....................................................19 2.2. Tính toán móng cọc theo tiêu chuẩn của Mỹ. ........................................................ 20 iii 2.1.1 Sức chịu tải của cọc theo phương đứng. .............................................................. 20 2.1.2 Sức chịu tải của cọc theo phương ngang. ............................................................. 25 2.1.3 Thiết kế của nhóm cọc ......................................................................................... 27 2.1.4. Hệ số an toàn trong thiết kế ................................................................................. 30 2.3 Tính toán móng cọc theo tiêu chuẩn Việt Nam....................................................... 30 2.1.3. Các hệ số an toàn trong thiết kế .......................................................................... 30 2.3.2. Sức chịu tải của cọc theo phương đứng .............................................................. 32 2.3.3. Tính toán sức chịu tải ngang của cọc .................................................................. 35 2.3.4. Thiết kế của nhóm cọc ........................................................................................ 35 Kết luận chương 2. ........................................................................................................ 37 CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÓNG CỌC THEO TIÊU CHUẨN MỸ VÀ TIÊU CHUẨN VIỆT NAM (SỬ DỤNG TÀI LIỆU CỦA CÔNG TRÌNH CỐNG PHÚ ĐỊNH) ............................................................................................................................ 39 3.1 . Giới thiệu về công trình áp dụng nghiên cứu ....................................................... 39 3.1.1. Điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội trong vùng dự án ........................................... 39 3.1.3 Tài liệu sử dụng trong tính toán .......................................................................... 43 3.2. Nội dung tính toán .................................................................................................. 51 3.3. Xác định tải trọng tác dụng lên công trình ............................................................. 51 3.3.1. Các tổ hợp áp dụng tính toán............................................................................... 51 3.3.2. Tính toán các tải trọng tác dụng. ......................................................................... 51 3.4. Kiểm tra khả năng chịu tải của nền móng .............................................................. 54 3.4.1. Tính ứng suất đáy móng ...................................................................................... 54 3.4.2. Điều kiện làm việc đàn hồi của nền .................................................................... 55 3.4.3. Các thông số về cọc ............................................................................................. 56 3.5. Thiết kế cọc chịu tải đứng theo tiêu chuẩn Mỹ ...................................................... 56 3.5.1. Tính toán sức chỉu tải theo vật liệu ..................................................................... 56 3.5.2. Tính toán sức chịu tải của cọc đơn ...................................................................... 57 3.5.3. Sức chịu tải dưới mũi cọc .................................................................................... 59 3.5.4. Sức chịu tải của cọc ............................................................................................. 60 iv 3.5.5. Tính toán sức chịu tải của nhóm cọc ...................................................................60 3.6. Thiết kế cọc chịu tải đứng theo tiêu chuẩn Việt Nam ............................................61 3.6.1. Sức kháng cọc theo vật liệu .................................................................................61 3.6.2. Sức kháng dọc trục của cọc theo đất nền ............................................................ 63 3.7. Thiết kế cọc chịu tải trọng ngang ...........................................................................66 3.7.1. Thiết kế cọc chịu tải ngang theo tiêu chuẩn Mỹ..................................................66 3.7.2. Thiết kế cọc chịu tải ngang theo tiêu chuẩn Việt Nam .......................................69 3.8. Kiểm tra khả năng chịu tải của cọc ........................................................................72 3.8.1. Tổng hợp kết quả tính toán ..................................................................................72 3.8.2. Kiểm tra khả năng chịu tải của cọc theo tiêu chuẩn Mỹ. ....................................72 3.8.3. Kiểm tra khả năng chịu tải của cọc theo tiêu chuẩn Việt Nam. .......................... 73 3.9. Kiểm tra ổn định dưới đáy móng quy ước. ............................................................ 74 3.9.1. Tính toán theo tiêu chuẩn Mỹ ..............................................................................74 3.9.2. Tính toán theo tiêu chuẩn Việt Nam....................................................................76 3.10. Kết quả tính toán và thảo luận ..............................................................................78 3.10.1. Số liệu địa chất phục vụ tính toán .....................................................................79 3.10.2. Về phương pháp tính toán .................................................................................79 Kết luận chương 3 .........................................................................................................81 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................................................... 83 1. Kết luận ...................................................................................................................83 2. Những vấn đề tồn tại ............................................................................................... 83 3. Kiến nghị .................................................................................................................84 PHỤ LỤC ...................................................................................................................... 85 v DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1. 1: Hình ảnh nền và móng công trình .................................................................. 4 Hình 1. 2: Cấu tạo chung của móng cọc ......................................................................... 5 Hình 1. 3 : Loại cọc tre và cọc đóng bằng bê tông cốt thép ............................................ 6 Hình 1. 4: Loại cọc xi măng đất và cọc khoan nhồi ........................................................ 6 Hình 1.5: Loại cọc ống thép và cọc ván ......................................................................... 7 Hình 1. 6: Loại cọc xi măng đất và cọc khoan nhồi ........................................................ 7 Hình 1. 7: Móng của một công trình sử dụng công nghệ cọc xi măng đất ..................... 8 Hình 1. 8: Cột đất trộn xi măng để gia cố thành hố đào ................................................. 8 Hình 1. 9: Cọc ống thép sử dụng trong thi công khung vây và móng trụ cầu ................ 9 Hình 1. 10: Công trình Ems Barrier đã được thi công tại Đức ..................................... 10 Hình 1. 11: Giải pháp xử lý nền bằng cọc thép ............................................................. 10 Hình 1. 12: Dùng cọc tràm để gia cố mái buồng âu – công trình âu tàu Rạch Chanh .. 12 Hình 1. 13: Dùng cọc tràm để gia cố bản đáy bể tiêu năng cống.................................. 12 Hình 1. 14: Công trình cống đập Ba Lai tại tỉnh Bến Tre ............................................. 13 Hình 1. 15: Công trình cống đập Láng Thé tại tỉnh Trà Vinh ....................................... 13 Hình 1. 16: Hình ảnh công trình Cống Phú Định .......................................................... 14 Hình 1. 17: Cống Phú Định sử dụng cọc khoan nhồi D1500, chiều dài 50m ............... 14 Hình 1. 18: Hình ảnh công trình Cống Thị Nghè .......................................................... 15 Hình 1. 19: Cống Thị Nghè dùng cọc khoan nhồi D1200, dài 55m ............................. 15 Hình 1. 20: Hình ảnh công trình Cống Mương Chuối .................................................. 16 Hình 1. 21: Hình ảnh cắt ngang Cống Mương Chuối dùng cọc ống thép ..................... 16 Hình 2. 1: Sơ đồ tính toán sức chịu tải của cọc ............................................................. 19 Hình 2. 2: Mô hình sức kháng thân cọc trong đất rời ................................................... 21 Hình 2. 3: Biểu đồ xác định hệ số chịu tải Nq .............................................................. 23 Hình 2. 4: Các đường cong thiết kế về hệ số kết dính cho cọc trong đất sét ................ 24 Hình 2. 5: Các giá trị của α1 và α2 áp dụng cho cọc dài .............................................. 24 Hình 2. 6: Vùng đất chồng lên nhau của nhóm cọc ...................................................... 27 vi Hình 2. 7: Nhóm cọc hoạt động như một khối .............................................................. 28 Hình 2. 8: Biểu đồ xác định hệ số α ..............................................................................33 Hình 3. 1: Bản đồ hành chính quận 8 ............................................................................40 Hình 3. 2: Hình ảnh vị trí vùng dự án ............................................................................41 Hình 3. 3: Bản đồ vị trí xây dựng cống Phú Định ......................................................... 43 Hình 3. 4: Bình đồ địa hình cống Phú Định ..................................................................44 Hình 3. 5: Mặt cắt địa tầng dọc HK1-HK6-HK7 .......................................................... 44 Hình 3. 6: Mặt cắt địa tầng dọc HK4-HK9-HK8 .......................................................... 45 Hình 3. 7: Mặt cắt địa tầng dọc HK8-HK5-HK10 ........................................................ 45 Hình 3. 8: Hình ảnh mặt bằng bố trí tổng thể công trình ..............................................49 Hình 3. 9: Cắt ngang công trình ....................................................................................49 Hình 3. 10: Mặt bằng trụ pin số 2 ..................................................................................50 Hình 3. 11: Mặt cắt ngang trụ pin số 2 ..........................................................................50 Hình 3. 12: Sức kháng uốn của cọc D1500 ...................................................................57 Hình 3. 13: Biểu đồ ứng suất hữu hiệu ..........................................................................59 Hình 3. 14: Sức kháng uốn của cọc D1500 ...................................................................63 Hình 3. 15: Biểu đồ ứng suất hữu hiệu ..........................................................................64 Hình 3. 16: Phản lực ngang và mô men lớn nhất tại đầu cọc ........................................67 Hình 3. 17: Sơ đồ bố trí cọc trong đài ...........................................................................68 Hình 3. 18: Phản lực ngang lớn nhất tại đầu cọc và biểu đồ mo men uốn ....................70 Hình 3. 19: Sơ đồ bố trí cọc trong đài ...........................................................................71 Hình 3. 20: Mô hình khối móng quy ước ......................................................................74 Hình 3. 21: Ranh giới móng khối quy ước khi tính độ lún móng cọc ........................... 76 vii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2. 1: Giá trị của góc ma sát giữa đất và cọc (δ) ................................................... 22 Bảng 2. 2: Giá trị của hệ số ứng suất (K) ...................................................................... 22 Bảng 2. 3: Các hệ số FS trong tính toán xác định sức chịu tải của cọc ........................ 25 Bảng 2. 4: Cường độ sức kháng trên thân cọc đóng hoặc ép fi..................................... 34 Bảng 3. 1: Bảng quy mô các công trình trong vùng dự án............................................ 41 Bảng 3. 2: Kết quả thí nghiệm đất của các lớp 1 - 2 – 3 ............................................... 46 Bảng 3. 3: Kết quả thí nghiệm đất của các lớp TK – 4a – 4b ....................................... 47 Bảng 3. 4: Kết quả thí nghiệm nén cố kết của các lớp đất ............................................ 47 Bảng 3. 5: Bảng thông số kỹ thuật của công trình ........................................................ 48 Bảng 3. 6: Tổ hợp tải trọng và các mực nước tính toán ................................................ 51 Bảng 3. 7: Bảng tải trọng tiêu chuẩn ứng ...................................................................... 54 Bảng 3. 8: Bảng tải trọng tính toán ............................................................................... 54 Bảng 3. 9: Kết quả tính toán ứng suất đáy móng .......................................................... 56 Bảng 3. 10: Các thông số của cọc khoan nhồi .............................................................. 56 Bảng 3. 11: Kết quả sức kháng dọc trục của cọc theo vật liệu ..................................... 57 Bảng 3. 12: Các thông số của vật liệu cọc .................................................................... 61 Bảng 3. 13: Sức kháng dọc trục của cọc theo vật liệu .................................................. 62 Bảng 3. 14: Kết quả tính toán các hệ số Nq, Nγ, Nc ..................................................... 67 Bảng 3. 15: Kết quả tính toán các hệ số nề kZ (hệ số nhóm cọc Eg=0.25) ................... 67 Bảng 3. 16: Kết quả tính toán lựa ngang và mô men tại đầu cọc.................................. 68 Bảng 3. 17: Sức kháng dọc trục và mô men uốn cho phép của cọc .............................. 68 Bảng 3. 18: Hệ số α trường hợp cọc có 4 cọc kề sát, khoảng cách cọc 3D .................. 69 Bảng 3. 19: Hệ số nền tính toán dọc thân cọc ............................................................... 70 Bảng 3. 20: Kết quả tính toán lực ngang và mô men tại đầu cọc.................................. 70 Bảng 3. 21: Sức kháng dọc trục và mô men uốn cho phép của cọc .............................. 71 Bảng 3. 22: Bảng tổng hợp kết quả tính toán ................................................................ 72 Bảng 3. 23: Bảng tổng hợp kết quả tính toán ................................................................ 73 Bảng 3. 24: Bảng tổng hợp kết quả tính toán ................................................................ 73 Bảng 3. 25: Bảng các thông số tính toán ....................................................................... 75 Bảng 3. 26: Tính toán ứng suất dưới đáy móng cọc ..................................................... 78 Bảng 3. 27: Kết quả tính toán thiết kế móng cọc cống Phú Định ................................. 78 viii Bảng 3. 28: So sánh phương pháp tính SCT của cọc trong đất dính ............................. 79 Bảng 3. 29: So sánh phương pháp tính SCT của cọc trong đất rời ............................... 80 Bảng 3. 30: Bảng so sánh tính toán ...............................................................................80 Bảng 3. 31: Bảng so sánh kết quả tính sức chịu tải của cọc theo các phương pháp .....82 Bảng PL 01- 1: Tải trọng do trọng lượng bản thân lên đáy cống trụ 2 ......................... 85 Bảng PL 01- 2: Áp lực thủy tĩnh lên cống trụ 2 ............................................................ 87 Bảng PL 01- 3: Áp lực đất lên cống trụ 2......................................................................88 Bảng PL 01- 4: Tổng hợp tải trọng lên đáy móng cống trụ 2 theo TCVN....................89 Bảng PL 01- 5: Tổng hợp tải trọng lên đáy móng cống trụ 2 theo tiêu chuẩn Mỹ .......89 Bảng PL 02 - 1: Kết quả sức chịu tải tính theo tiêu chuẩn Việt Nam ........................... 90 Bảng PL 02 - 2: Kết quả sức chịu tải tính theo tiêu chuẩn Mỹ .....................................93 Bảng PL 02 - 3: Kiểm tra khả năng chịu tải của cọc trường hợp thi công ....................94 Bảng PL 02 - 4: Kiểm tra khả năng chịu tải của cọc TH1 ............................................94 Bảng PL 02 - 5: Kiểm tra khả năng chịu tải của cọc TH2 ............................................95 Bảng PL 02 - 6: Kiểm tra khả năng chịu tải của cọc tổ hợp thi công ........................... 95 Bảng PL 02 - 7: Kiểm tra khả năng chịu tải của cọc TH1 ............................................96 Bảng PL 02 - 8: Kiểm tra khả năng chịu tải của cọc TH2 ............................................96 Bảng PL03- 1: Tính ứng suất đáy móng quy ước ......................................................... 97 Bảng PL03- 2: Bảng kết quả tính toán độ lún theo tiêu chuẩn Mỹ ............................... 98 Bảng PL03- 3: Bảng kết quả tính toán độ lún theo tiêu chuẩn Mỹ ............................... 98 ix PHẦN MỞ ĐẦU 1.1. Tính cấp thiết của đề tài Dự án thủy lợi chống ngập úng khu vực thành phố Hồ Chí Minh nói riêng và các công trình thuộc các dự án chống xâm nhập mặn, ngập úng do triều cường tại các tỉnh miền nam nói chung bao gồm các cống kiểm soát triều và ngăn nước lớn ngoài sông chảy vào trong các khu vực dự án (do triều cường, nước biển dâng…). Các cống chính được thiết kế với khẩu diện mỗi khoang cửa lớn (b=20m, b=40m, b= 60m …) cao trình ngưỡng cống khoảng từ (-5.50÷-10.0)m. Các âu thuyền được xây dựng kèm theo các cống kiểm soát triều để phục vụ giao thông thủy trong thời gian cửa cống đóng làm nhiệm vụ ngăn triều. Đây là loại công trình ít được xây dựng tại Việt Nam. Các công trình này thường được xây dựng tại các cửa sông lớn, cao độ mặt đất tự nhiên khoảng từ (-3.50÷-10)m. Đặc điểm địa chất tại các vị trí xây dựng chủ yếu là bùn sét yếu ở tầng trên có chiều dày từ 15m đến hơn 30m, không có khả năng chịu tải trọng lớn. Trong hệ thống tiêu chuẩn của Việt Nam có nhiều tiêu chuẩn áp dụng tính toán thiết kế móng cọc qua các thời kỳ, tiêu chuẩn đầu tiên là TCXD 21-72 và 20TCN 21-86, sau này như TCXD 205:1998 và mới nhất là TCVN 10304:2014 các tính toán sức chịu tải của cọc gồm hai thành phần: Lực ma sát bên và sức chống dưới mũi cọc tính toán dựa vào các bảng tra đã có sẵn (Thường được gọi là phương pháp tra bảng). Tiêu chuẩn TCVN 10304:2014 đã bổ sung một số phương pháp tính toán sức chịu tải của cọc từ kết quả khảo sát hiện trường và đã được áp dụng rộng rãi trong thiết kế móng cọc trong những năm vừa qua. Tuy nhiên trong các tiêu chuẩn vẫn còn tồn tại một số những hướng dẫn chưa cụ thể gây lung túng cho người sử dụng. Vì vậy việc nghiên cứu tính toán móng cọc theo tiêu chuẩn Mỹ và tiêu chuẩn Việt Nam để so sánh sự khác nhau giữa 2 hệ thống tiêu chuẩn là cần thiết. 1.2. Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu tính toán thiết kế móng cọc theo tiêu chuẩn Mỹ và tiêu chuẩn Việt Nam cho các công trình xây dựng trên nền đất yếu khu vực Thành phố Hồ Chí Minh. 1 1.3. Đối tượng nghiên cứu. Đối tượng nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu áp dụng tính toán thiết kế móng cọc theo tiêu chuẩn Mỹ và tiêu chuẩn Việt Nam cho các cống ngăn triều xây dựng trên nền đất yếu khu vực Thành phố Hồ Chí Minh. 1.4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu: 1.4.1. Cách tiếp cận Đối tượng nghiên cứu liên quan đến giải pháp xử lý nền của các công trình cống ngăn triều xây dựng trên nền đất yếu khu vực Thành phố Hồ Chí Minh. Để đạt được mục tiêu nghiên cứu đặt ra, hướng tiếp cận của đề tài sẽ là: 1) Tiếp cận từ tổng thể Thu thập các tài liệu về tính toán xử lý nền bằng giải pháp móng cọc của các công trình cống ngăn triều đã và đang xây dựng trên nền đất yếu khu vực Thành phố Hồ Chí Minh. 2) Tiếp cận kế thừa Sử dụng một số bài toán tính toán xử lý nền và kết quả thí nghiệm hiện trường của công trình cống Phú Định thuộc dự án chống ngập thành phố Hồ Chí Minh giai đoạn 1 nhằm tiết kiệm thời gian nghiên cứu. 3) Tiếp cận hiện đại Sử dụng các phần mềm tính toán để giải quyết các vấn đề của để tài. 1.4.2. Phương pháp nghiên cứu Để đạt được các mục tiêu nghiên cứu đặt ra, đề tài đã sử dụng các phương pháp sau: a) Phương pháp thống kê, phân tích Thu thập số liệu mực nước, địa hình và địa chất công trình cống Phú Định. Thu thập, hệ thống hoá các tài liệu, kết quả, báo cáo của các nghiên cứu và đề tài có liên quan tới giải pháp xử lý nền bằng móng cọc. Thu thập và tổng hợp tiêu chuẩn của Mỹ và tiêu chuẩn Việt Nam trong tính toán thiết 2 kế móng cọc. Thu thập hồ sơ thiết kế của các công trình quanh khu vực nghiên cứu. b) Phương pháp điều tra, khảo sát thực địa và tính toán Để nắm bắt rõ tình hình thực tế, tác giả đã tiến hành khảo sát trực tiếp tại hiện trường, tiến hành chụp ảnh và ghi chép lại hiện trạng, tính toán với bài toán cụ thể. 1.5. Kết quả đạt được Tổng quan về phương pháp tính toán thiết kế móng cọc, tính toán sức chịu tải của cọc theo cường độ của đất nền theo tiêu chuẩn Mỹ và tiêu chuẩn Việt Nam. Xác định được các thông số kỹ thuật của cọc như chiều dài cọc, khả năng chịu lực của cọc, số lượng cọc. So sánh sự giống nhau và khác nhau về tính toán sức chịu tải của cọc theo cường độ của đất nền giữa tiêu chuẩn Mỹ và tiêu chuẩn Việt Nam. 1.6. Bố cục của luận văn Mở đầu Chương 1: Tổng quan về tính toán móng cọc Chương 2: Cơ sở lý luận tính toán móng cọc theo tiêu chuẩn Mỹ và tiêu chuẩn Việt Nam Chương 3: Tính toán thiết kế móng cọc theo tiêu chuẩn Mỹ và tiêu chuẩn Việt Nam (Sử dụng tài liệu của công trình cống Phú Định) Kết luận và kiến nghị. 3 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ MÓNG CỌC 1.1. Tổng quan tình hình thiết kế móng cọc trong nước và thế giới. 1.1.1. Khái niệm nền, móng Nền công trình: Nền công trình là chiều dày lớp đất, đá nằm dưới đáy móng, có tác dụng tiếp thu tải trọng công trình bên trên do móng truyền xuống từ đó phân tán tải trọng vào bên trong nền. Nền là một không gian có giới hạn dưới đáy móng, giới hạn này nó bắt đầu từ đáy móng và phát triển tới độ sâu Hnc tính từ đáy móng. Hnc gọi là chiều sâu nén chặt và được xác định từ điều kiện tính lún móng. Hình 1. 1: Hình ảnh nền và móng công trình (nguồn: Google) Móng công trình: Móng công trình là một bộ phận kết cấu bên dưới của công trình, nó liên kết với kết cấu chịu lực bên trên như cột, tường… Móng có nhiệm vụ tiếp thu tải trọng từ công trình và truyền tải trọng đó phân tán xuống nền. Khoảng cách từ đáy móng tới mặt đất tự nhiên gọi là chiều sâu chôn móng. 1.1.2. Phân loại nền, móng Phân loại nền: Gồm hai loại là nền thiên nhiên và nền nhân tạo. Nền thiên nhiên: Là nền đất với kết cấu tự nhiên, nằm ngay sát bên dưới đáy móng chịu trực tiếp tải trọng của công trình và khi xây dựng công trình không cần dùng các biện pháp kỹ thuật để cải thiện các tính chất xây dựng của nền. 4 Nền nhân tạo: Khi các lớp đất sát bên dưới móng không đủ khả năng chịu lực với kết cấu tự nhiên, cần phải áp dụng các biện pháp nhằm nâng cao khả năng chịu lực của nền. Phân loại theo độ sâu chôn móng: Móng nông, móng sâu Móng nông: Là các loại móng được thi công trên hố đào, sau đó lấp đất lại, độ sâu chôn móng không quá lớn thường từ 1,5÷3m, trường hợp đặc biệt chiều sâu chôn móng có thể chọn 5÷6m. Ngoài ra còn dựa vào điều kiện làm việc của đất nền, khi chịu tải trọng nếu không tính đến ma sát hông của đất ở xung quanh với móng đó là móng nông, ngược lại là móng sâu. Móng sâu: Là các loại móng khi thi công không cần đào hố móng hoặc chỉ đào một phần rồi dùng thiết bị thi công để hạ móng đến độ sâu thiết kế. Các loại móng sâu thường gặp: Móng cọc (đóng, ép), cọc khoan nhồi, móng giếng chìm, giếng chìm hơi ép… 1.1.3. Khái niệm về móng cọc và phân loại cọc 1.1.3.1. Tổng quan về móng cọc Móng cọc là một trong những loại được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay. Người ta có thể đóng, hạ những cây cọc lớn xuống các tầng đất sâu, nhờ đó làm tăng khả năng chịu tải trọng cho móng. Tuỳ thuộc vào tải trọng, quy mô kích thước của công trình và tính chất các tầng đất dưới nền công trình khi đó sẽ tính toán và lựa chọn loại móng phù hợp. Trong khuôn khổ luận văn này em xin trình bày ngắn gọn về móng cọc như sau: Hình 1. 2: Cấu tạo chung của móng cọc (nguồn: Google) 5 Móng cọc: Là các loại móng gồm có cọc và đài cọc, dùng để truyền tải trọng của công trình xuống lớp đất có khả năng chịu tải để công trình bên trên đạt các yêu cầu của trạng thái giới hạn và đảm bảo ổn định. Đài 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. 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. Có thể phân ra làm đài tuyệt đối cứng và đài mềm trong tính toán thiết kế hệ cọc. 1.1.3.2. Phân loại cọc Cọc là vật thể dạng thanh hoặc bản được cắm vào đất theo phương trục của nó. Cọc là kết cấu có chiều dài lớn hơn 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, sâu hơn nhằm cho công trình bên trên đạt các yêu cầu của trạng thái giới hạn quy định. Trong xây dựng, cọc được dùng với nhiều mục đích khác nhau như để gia cố nền đất (Cọc tre, cọc tràm, cọc cát....); làm móng cho công trình (cọc bê tông cốt thép, cọc thép, cọc xi măng đất...); làm vách đứng ngăn đất hoặc nước (cọc ván, cọc cừ....). Hình 1. 3 : Loại cọc tre và cọc đóng bằng bê tông cốt thép (nguồn: Google) Hình 1. 4: Loại cọc xi măng đất và cọc khoan nhổi (nguồn: Google) 6 Hình 1.5: Loại cọc ống thép và cọc ván (nguồn: Google) 1.1.4. Tổng quan về móng cọc trên thế giới Trên thế giới móng cọc đã được sử dụng rất sớm từ khoảng 1200 năm trước, những người dân thời kỳ đồ đá 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 các cọc gỗ để làm tường chắn đất, dùng thân cây để làm móng nhà... Cọc khoan nhồi là cọc bê tông được đổ tại chỗ trong các lỗ tạo bằng phương pháp khoan hoặc ống thiết bị, công nghệ cọc khoan nhồi đã được sử dụng đầu tiên cho Tòa thị chính thành phố Kansas, Mỹ (1890), đến đầu những năm 1950 mới được sử dụng phổ biến trên thế giới. Hình 1. 6: Loại cọc xi măng đất và cọc khoan nhồi (nguồn: Google) Tại Châu Âu, công nghệ cọc xi măng đất được nghiên cứu và ứng dụng bắt đầu ở Thụy Điển và Phần Lan bắt đầu từ năm 1967. Nước ứng dụng công nghệ cọc xi măng đất 7 nhiều nhất là Nhật Bản và nước vùng Scandinaver. Theo thống kê của hiệp hội CDM (Nhật Bản), tính chung trong giai đoạn 1980-1996 có 2345 dự án. Riêng từ 1977 đến 1993, lượng đất gia cố bằng xi măng ở Nhật vào khoảng 23,6 triệu m³ cho các dự án ngoài biển và trong đất liền, với khoảng 300 dự án [2] Hình 1. 7: Móng của một công trình sử dụng công nghệ cọc xi măng đất (nguồn: Google) Hình 1. 8: Cột đất trộn xi măng để gia cố thành hố đào (nguồn: Google) 8 Công nghệ Móng cọc ống thép dạng giếng SPSPF (Steel Pipe Sheet Pile Foundation) được nghiên cứu phát triển từ năm 1964 tại Nhật Bản và được áp dụng đầu tiên cho móng cầu Isikari năm 1969 và ngày càng được ứng dụng rộng rãi. Theo thống kê, tính đến năm 2010 đã có trên 2000 móng cầu xây dựng tại Nhật Bản sử dụng công nghệ Móng cọc ống thép dạng giếng. Không chỉ có tại Nhật Bản, công nghệ Móng cọc ống thép dạng giếng hiện nay đã được nghiên cứu, ứng dụng tại nhiều nước khác trên thế giới. Hình 1. 9: Cọc ống thép sử dụng trong thi công khung vây và móng trụ cầu (nguồn: Google) Cọc Barrette là một loại cọc khoan nhồi, hình dạng cọc thường là hình chữ nhật có kích thước (0.6÷1.5)m. Công nghệ xử lý nền bằng cọc Barrette đã được nhiều nước trên thế giới sử dụng từ những năm 1970. ở châu Âu, châu Mỹ và nhiều nước trên thế giới có nhiều công trình nhà cao tầng đều được xây dựng có tầng hầm. Một số công trình đặc biệt có thể xây dựng được nhiều tầng hầm Đập ngăn sông Ems (LB Đức) có nhiệm vụ ngăn triều ở hạ lưu.. Đây là công trình mới hòan thành năm 2002 trên cơ sở rút kinh nghiệm các công trình của Hàlan và Anh. Công trình gồm 7 cửa kéo lên thẳng (vertical lifting gate), trong đó 4 cửa rộng có khẩu độ 63,5m và 1 cửa 50m, và 1 cửa âu cho phép tàu biển đi qua rộng 60m + 1 cửa âu cho giao thông thủy nội địa (inland navigation) rộng 50m. Công trình được xử lý nền bằng cọc thép hình 9 Hình 1. 10: Công trình Ems Barrier đã được thi công tại Đức (nguồn: Google) Hình 1. 11: Giải pháp xử lý nền bằng cọc thép (nguồn: Google) 10