1 PHầN Mở đầu * Tính cấp thiết đề tài Trong năm gần tốc độ phát triển công nghiệp đô thị hóa ngày nhanh, nhiều hệ thống giao thông, khu công nghiệp, khu đô thị phát triển mạnh đòi hỏi phải có nhiều giải pháp xử lý, gia cố móng đảm bảo hiệu ổn định cho công trình xây dựng Việc lựa chọn giải pháp móng hợp lý điều kiện phức tạp địa chất thi công vấn đề đợc đặc biệt quan tâm Để gia cố xây dựng móng công trình có quy mô vừa nhỏ ®iỊu kiƯn ®Êt nỊn u hay ®iỊu kiƯn thi công khó khăn chật hẹp, ngời ta thờng sử dụng loại móng cọc khác Một số loại cọc đà đợc sử dụng hiệu xây dựng công trình quy mô nhỏ điều kiện địa chất phức tạp cọc siêu nhỏ Đây loại cọc có đờng kính tiết diện dới 300 mm cọc nhồi dới 150 mm cọc đóng [1] Trên giới, cọc siêu nhỏ đà đợc ứng dụng rộng rÃi xây dựng gia cố công trình Cọc siêu nhỏ đợc sử dụng rộng rÃi nhiều nớc châu Âu, Mỹ v.v từ năm 50 kỷ XX Tại Việt Nam, cọc siêu nhỏ đà đợc sử dụng công trình xây dựng vừa nhỏ nhng chủ yếu dới dạng cọc chế sẵn thi công phơng pháp đóng, ép loại cọc đổ chổ thi công phơng pháp khoan nhồi đến cha đợc sử dụng cha có dẫn kỹ thuật để làm áp dụng tính toán thiết kế thi công loại cọc Trong điều kiện này, việc nghiên cứu phơng pháp tính toán ứng dụng cọc siêu nhỏ điều kiện Việt Nam cấp thiết Các nghiên cứu bớc đầu cung cấp sở cho việc xây dựng phơng pháp tính toán thiết kế cọc siêu nhỏ điều kiện Việt Nam Giải vấn đề giúp hoàn thiện thêm lý thuyết tính toán móng cọc Việt Nam, đồng thời tăng thêm lựa chọn cho ngời thiết kế giải pháp móng thiết kế công trình xây dựng Xuất phát từ yêu cầu việc nghiên cứu phơng pháp tính toán ứng dụng cọc siêu nhỏ vào ®iỊu kiƯn ViƯt Nam ®Ĩ xư lý, gia cè nỊn móng công trình xây dựng cần thiết * Mục đích nghiên cứu: Nghiên cứu phơng pháp tính toán cọc siêu nhỏ xây dựng, xử lý, gia cố công trình đất yếu điều kiện thi công khó khăn Trên sở đa kiến nghị phơng pháp tính toán ứng dụng cọc siêu nhỏ phù hợp với điều kiện Việt Nam 2 * Đối tợng phạm vi nghiên cứu: - Đối tợng nghiên cứu công trình xây dựng - Phạm vi nghiên cứu phơng pháp tính toán ứng dụng cọc siêu nhỏ đổ chổ để đáp ứng yêu cầu ổn định công trình xây dựng điều kiện Việt Nam * Nội dung nghiên cứu: - Thu thập phân tích kinh nghiệm nớc sử dụng cọc siêu nhỏ xây dựng công trình - Phơng pháp tính toán cọc siêu nhỏ dới tác dụng tải trọng đứng tải trọng ngang - áp dụng tính toán cọc siêu nhỏ * Hớng kết nghiên cứu: Các kết nghiên cứu đề tài luận văn đợc sử dụng làm tài liệu tham khảo, nghiên cứu áp dụng cho việc lựa chọn giải pháp móng xử lý, gia cố xây dựng công trình, đợc hoàn thiện thêm, sở khoa học để kiến nghị sử dụng rộng rÃi cọc siêu nhỏ thực tiễn xây dựng công trình Việt Nam * Cấu trúc luận văn - Toàn luận văn đợc trình bày 03 chơng, phần mở đầu, kết luận, kiến nghị hớng nghiên cứu đề tài dày 99 trang khỉ A4 Ch¬ng 1: Tỉng quan vỊ mãng cäc cọc siêu nhỏ Chơng 2: Phơng pháp tính toán cọc siêu nhỏ Chơng 3: áp dụng tính toán cọc siêu nhỏ - Luận văn đợc thực từ 11/10/2010 đến 18/2/2011 Khoa sau đại học - Trờng Đại häc KiÕn tróc Hµ Néi díi sù híng dÉn khoa học thầy giáo: PGS.TS Đoàn Thế Tờng - Các tài liệu đà sử dụng cho luận văn gồm: + Nền móng công trình dân dụng- công nghiệp, Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội + Cẩm nang dùng cho kỹ s địa kỹ thuật, Nh xuất Xây dựng, Hà Nội + Phơng pháp tính toán chuyển vị cọc đơn, Trờng Đại học Kiến tróc Hµ Néi + Micropile - Design and Construction Guidelines Manual, US Department of Transportation Federal Highway + Mét sè tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam thiết kế thi công móng cọc 3 + Phần mềm tính toán cọc LSPILE VSPILE công ty TNHH phần mềm SSISOFT ViƯt Nam Ch¬ng i: tỉng quan vỊ mãng cäc vµ cäc SI£U NHá 1.1 Tỉng quan vỊ mãng cäc 1.1.1 Định nghĩa phân loại Móng cọc loại móng dùng xây dựng công trình đất yếu với nguyên lý sử dụng cọc để truyền tải trọng từ công trình xuống lớp đất chịu lực nằm phía dới cải thiện tính chất lý lớp đất yếu dới đế móng Các loại cọc đa dạng mặt vật liệu, kích thớc biện pháp thi công Mỗi loại cọc có u điểm, nhợc điểm phạm vi áp dụng khác Theo vật liệu làm cọc ngời ta chia ra: Cọc gỗ, cọc tre, cọc bê tông, cọc bê tông cốt thép, cọc thép [5] Theo phơng thức làm việc cọc đợc phân ra: - Cọc chống: Là cọc có sức chịu tải chủ yếu lực chống đất, đá mũi cọc [10] - Cọc ma sát: Là cọc có sức chịu tải chủ yếu ma sát đất cọc mặt bên cọc [10] - Cọc hỗn hợp: Là cọc có sức chịu tải kết hợp hai loại [10] Theo phơng thức hạ cọc đợc phân ra: - Cọc đóng: Là cọc chế tạo sẵn, đợc đóng xuống đất búa máy hạ xuống đất máy rung [5] - Cọc ép: Là cọc chế tạo sẵn, đợc hạ xuống đất thiết bị ép thủy lực [5] - Cọc nhồi: Là cọc đợc đổ chổ hố khoan hố tạo cách đóng ống thiết bị [5] 4 Cọc đóng: Bao gồm cọc gỗ, cọc BTCT đúc sẵn, cọc thép - Cọc gỗ thờng đợc dùng công trình nhỏ công trình tạm với u điểm trọng lợng thân nhỏ, vận chuyển, cẩu lắp, hạ cọc dễ dàng, công nghệ chế tạo đơn giản, nhanh chóng Tuy nhiên có số nhợc điểm sức chịu tải không lớn, bị hạn chế chiều dài kích thớc mặt cắt ngang, khả chống xâm thực môi trờng - Cọc bê tông cốt thép (BTCT) đúc sẵn: Là loại cọc đợc sử dụng phổ biến u điểm bật nh: Sức chịu tải tơng đối lớn; Không hạn chế chiều dài kích thớc mặt cắt ngang; Khả chống xâm thực tốt Tuy nhiên cọc BTCT có nhợc điểm lớn trọng lợng thân lớn gây khó khăn cho việc vận chuyển hạ cọc Tiết diện ngang cọc BTCT có dạng tam giác, đa giác, tròn, chữ I nhng loại đợc dùng phổ biến lài loại tiết diện hình vuông Kích thớc phổ biến loại 25x25, 30x30, 35x35, 40x40cm Cọc BTCT không hạn chế chiều dài nhng điều kiện vận chuyển chiều dài giá búa nên thông thờng chiều dài hợp lý cọc BTCT khoảng 12-20m Trong trờng hợp cần chiều dài lớn phải nối cọc - Cọc thép thờng đợc dùng công trình yêu cầu khả chịu lực lớn Các u điểm cọc thép khả chịu tải lớn (chịu lực ngang tốt); Công tác vận chuyển hạ cọc dễ dàng cọc mảnh; Không hạn chế chiều dài mặt cắt ngang, đặc biệt khả thay đổi chiều dài cọc linh hoạt Bên cạnh cọc thép có nhợc điểm khiến cho việc sử dụng chúng không phổ biến giá thành cọc cao; Khả chống xâm thực môi trờng Cọc thÐp dïng mãng cäc thêng cã d¹ng trơ èng, có nhiều tiết diện khác I, tiÕt diƯn ghÐp tõ thÐp ch÷ [, ghÐp tõ thép góc có hàn thêm thép bản, đợc dùng phổ biến dạng tờng cừ thi công hố móng Cọc ép: Trong nhóm giải pháp này, cọc ép BTCT loại cọc đợc sử dụng phổ biến Việt Nam xây chen công trình đất yếu Theo công nghệ cọc đợc hạ vào đất nhờ lực ép từ vµi chơc tÊn vµ cã thĨ tíi 100 tÊn, tïy theo kích thớc tiết diện điều kiện đất Sức chịu tải cọc lớn, đạt tíi 50-60 tÊn song phỉ biÕn nhÊt lµ ë møc 10-20 cọc tiết diện 20x20 cm 30-45 cọc tiết diện 25x25 cm Để tăng khả chịu lực cọc ép BTCT thờng đợc thiết kế chống vào tầng đất chịu lực Độ tin cậy giải pháp cọc ép cao sức chịu tải cọc đợc đánh giá thông qua giá trị lực ép trình thi công 5 Nhợc điểm: - Năng suất thi công tơng đối thấp, thiết bị thi công cồng kềnh nên gặp nhiều hạn chế thi công mặt chật hẹp - Sử dụng cọc ép khu vực có chiều dày lớp đất yếu lớn có hiệu kinh tế thấp chiều dài cọc tơng đối lớn, số lợng mối nối nhiều phí cho đơn vị tải trọng cao Một biến thể cọc ép BTCT để sửa chữa cố công trình cọc Mega với kính thớc nhỏ, chiều dài đoạn cọc từ 0,6 - 1,2 m cho phép vận chuyển, lắp dựng ép điều kiện thi c«ng rÊt chËt hĐp Cäc nhåi: Cäc nhåi năm gần đà đợc áp dụng nhiều xây dựng nhà cao tầng, cầu lớn nhà công nghiệp có tải trọng lớn So với cọc chế tạo sẵn, việc thi công cọc nhồi có nhiều phức tạp hơn, phơng pháp cách giám sát, kiểm tra chất lợng phải làm chu đáo, tỷ mỷ với thiết bị kiểm tra đại Trong qúa trình sử dụng, nhiều công nghệ thi công thích hợp đà đợc áp dụng nhằm nâng cao sức mang tải cọc nhồi làm giảm đáng kể giá thành móng Có thể kể bớc phát triển sau: + Cọc khoan nhồi: cọc nhồi mà lỗ cọc đợc thi công phơng pháp khoan khác nh khoan gầu, khoan rửa ngợc, + Cọc khoan nhồi mở rộng đáy : cọc khoan nhồi có đờng kính đáy cọc đợc mở rộng lớn đờng kính thân cọc Sức mang tải cọc tăng chừng 5-10% tăng sức mang tải đằng mũi + Cọc barret: cọc nhồi nhng có tiết diện không tròn với hình dạng khác nh chữ nhật, chữ thập, chữ I, chữ H, đợc tạo lỗ gầu ngoặm Sức mang tải cọc tăng lên tới 30% tăng sức mang tải bên + Cọc khoan nhồi có xói rửa bơm vữa xi măng gia cờng đáy: cọc khoan nhồi có áp dụng công nghệ rửa đáy (bằng cách xói nớc áp lực cao) bơm vữa xi măng gia cờng đáy (cũng với áp lực cao) Đây bớc phát triển gần công nghệ thi công cọc nhồi nhằm làm tăng đột biến sức mang tải cọc nhåi (cã thĨ tíi 200-300%), cho phÐp sư dơng tèi đa độ bền vật liệu bê tông cọc Hiện nay, theo kÝch thíc ®êng kÝnh cäc ngêi ta gäi cọc lớn đờng kính cọc lớn 76 cm, cäc nhá ®êng kÝnh cäc tõ 30 ®Õn 76 cm, cọc có đờng kính nhỏ 30 cm cha có tên gọi, luận văn tác giả đề xuất gọi cọc siêu nhỏ 6 Các công đoạn thi công cọc nhồi bao gồm: + Tạo lỗ cọc: khoan, đào; + Rửa làm đáy cọc; + Lắp dựng cốt thép; + Kiểm tra rửa lại đáy cọc (nếu cần); + Đổ bê tông cọc Ưu điểm: - Rút bớt đợc công đoạn đúc cọc, không cần khâu xây dựng bÃi đúc, lắp dựng ván khuôn - Do cọc đúc móng nên dễ thay đổi kích thớc hình học cọc nh chiều dài, ®êng kÝnh cäc ®Ĩ phï hỵp víi ®Êt nỊn - Có khả sử dụng cho loại địa tầng khác nhau, dễ dàng vợt qua chớng ngại vật nh đá, đất cứng cách sử dụng dụng cụ nh khoan choòng, máy phá đá, nổ mìn - Có khả tận dụng hết khả làm việc cọc, giảm số cọc móng bố trí cốt thép phù hợp với khả chịu lực dễ dàng - Cho phép kiểm tra trực tiếp lớp đất lấy mẫu từ lớp đất đào lên, đánh giá xác điều kiện đất nền, khả chịu lực đất dới đáy lỗ khoan - Cho phép chế tạo cọc có đờng kính lớn độ sâu lớn, phù hợp với công trình cầu lớn - Không gây tiếng ồn tác động đến đô thị, phù hợp để xây dựng công trình lớn đô thị Nhợc điểm Bên cạnh tính vợt trội cọc khoan nhồi trình bày phía trên, cọc khoan nhồi có nhợc điểm sau : - Sản phẩm suốt trình thi công nằm sâu lòng đất, khuyết tật dễ xảy - Đỉnh cọc khoan nhồi thờng kết thúc ỏ mặt đất nền, kéo dài thần cọc lên phía nhng phải làm vòng vây ngăn nớc gây tốn thi công móng cọc đài cao - Do công tác thi công cọc chỗ, nên dễ xảy khuyết tật ảnh hởng tới chất lợng cọc nh: + Hiện tợng co thắt, hẹp cục thân cọc thay đổi kích thớc tiết diện cọc xuyên qua lớp đất khác + Bê tông xung quanh thân cọc dễ bị rửa trôi lớp xi măng mặc nớc ngầm gây rỗ mặt thân cọc + Lỗ khoan nghiêng lệch, sụt vách lỗ khoan + Bê tông đổ thân cọc dễ không đồng phân tầng - Quá trình thi công cọc khoan nhồi công trờng trời nên phụ thuộc nhiều vào thời tiết nh ma bÃo, mặt khác dễ bị lầy lội ảnh hởng trực tiếp đến môi trờng - Chi phí kiểm tra thÝ nghiƯm víi cäc khoan nhåi kh¸ tèn kÐm HiƯn có cách thi công cọc nhồi [5]: - Thi công hố có ống chống vách ống đợc rút khỏi đất - Thi công hố có ống chống vách ống để lại đất không đợc rút - Thi công hố khoan ống chống vách Cọc Straux Là loại cọc nhồi kỹ s Straux đề xuất năm 1899 Để thi công loại cọc Straux ngời ta tạo hố khoan có ống chống vách với đờng kính 30ữ 40cm Sau khoan đến độ sâu thiết kế ngời ta tiến hành vét hố khoan đổ mẻ bê tông vào ống chống vách Mẻ bê tông đổ vào phải tạo thành ống lớp cao đến 1m Dùng đầm để đầm bê tông từ từ rút ống lên Khi rút ống lên phải ý lớp bê tông lại ống chống vách phảI không bé 30 ữ 40cm thân cọc khỏi bị phân đoạn Sau đổ mẻ bê tông công việc lại tiếp tục nh [5] Cọc đầm nhanh Để thi công cọc đầm nhanh, ngời ta đóng ống chống vách thép xuống đất Loại ống có đờng kính 35 ữ 42cm đợc bít kín phía dới đế gang Để nớc ngầm khỏi chảy vào ống ngời ta dùng vòng đệm dày 12mm để lót ống đế Sau đóng ống thiết bị đến chiều sâu thiết kế, kiểm tra xem nớc có vào ống không hạ khung cốt thép vào, khung cốt thép gồm ữ 18 với đai xoắn Đổ bêtông M200 vào ống vách đến 1/3 ữ 1/2 chiều cao ống Phần ống vách đợc gắn phận thép nhằm làm chỗ đóng để rút ống lên Muốn rút ống lên ngời ta đóng vào phận thép nhát xuống lại đóng nhát theo chiều ngợc lại Khi đóng nh ống thiết bị đợc hạ xuống nâng lên, sau đợt đóng xuống đóng lên nh ống đợc nâng lên ữ 2,5cm, sau nâng ống chống vách lên đợc 1/4 chiều dài đổ mẻ bêtông thứ hai trình đợc lặp lại nh Búa đợc dùng loại búa máy thực 60 ữ 80 nhát đập/ phút [5] Cọc Franki Dùng ống thiết bị đóng xuống đất đến độ sâu thiết kế Đổ bê tông vào ống đến độ cao 0,8 ữ1m hạ búa vào ống đóng mạnh làm bê tông nén vào đất tạo thành đế mở rộng Sau đặt khung cốt thép vào đổ bê tông đầm búa, đồng thời rút ống lên Vì đất quanh thân cọc đợc nén chặt nên đờng kính cọc tăng 10 ữ20% so với đờng kính ống thiết bị [5] Cọc Raimond Đây loại cọc nhồi có vỏ thép để lại đất đợc công ty xây dựng Mỹ sử dụng vai trò ống thiết bị đợc thay vỏ thép mỏng dạng hình nón đợc tăng độ cứng sờn hình sang cốt xoắn Vỏ bao gồm nhiều đoạn đợc lồng vào nhau, có lõi gỗ Lõi gỗ có đờng kính lớn đờng kính đoạn vỏ dới Dùng búa đóng lõi gỗ xuống đất, đoạn vỏ nối tiếp xuống theo Khi đạt đến độ sâu thiết kế, nhổ lõi gỗ ra, bỏ khung cốt thép vào tiến hành nhồi bê tông [5] 1.1.2 Dự báo sức chịu tải cọc Theo tiêu chuẩn xây dựng TCXD 205: 1998- Móng cọc Tiêu chuẩn thiết kế để dự báo sức chịu tải cọc ngời ta dùng phơng pháp sau: - Theo tiêu lý đất (theo SNIP 2.20.03.85) - Theo tiêu cờng độ đất - Theo kết thí nghiệm xuyên - Theo công thức động - Theo kết nén tĩnh cọc 1.1.3 Dự báo độ lún móng cọc Theo tiêu chuẩn xây dựng TCXD 205: 1998- Móng cọc Tiêu chuẩn thiết kế để dự báo sức độ lún móng cọc ngời ta dùng phơng pháp sau: - Dựa quan hệ ứng suất, biến dạng theo lý thuyết bán không gian biến dạng - Phơng pháp móng khối quy ớc - Theo lý thuyết toán phẳng - Phơng pháp lớp biến dạng tuyến tính 1.2 Tổng quan cọc siêu nhỏ 1.2.1 Khái niệm lịch sử phát triển cọc siêu nhỏ Cọc siêu nhỏ dạng cọc đờng kính nhỏ (đờng kính thờng nhỏ 300mm) đợc thi công khoan đổ vữa, đồng thời đợc gia cố đặc trng [19] Cọc siêu nhỏ đợc thi công cách khoan lỗ khoan, đặt cốt thép vào đổ vữa vào hố khoan nh minh họa Hình 1.1 Hình 1.1: Trình tự thi công cọc siêu nhỏ [19] Cọc siêu nhỏ chịu đợc tải trọng dọc trục tải trọng ngang, đợc xem cọc thay cho cọc truyền thống nh thành phần đất hỗn hợp tùy thuộc vào khái niệm thiết kế đợc ứng dụng Các cọc siêu nhỏ đợc thi công nhiều phơng pháp, gây ảnh hởng kết cấu xung quanh, đất môi trờng Các cọc đợc thi công điều kiện môi trờng hạn chế vào tất loại đất nh tất điều kiện địa chất [19] 10 Do quy trình thi công gây rung chấn, độ ồn tối thiểu đợc ứng dụng với điều kiện thông khoảng thấp, nên cọc siêu nhỏ thờng đợc sử dụng ®Ĩ xư lý, gia cè mãng c¸c kÕt cÊu hiƯn có Thiết bị khoan chuyên dụng thờng đợc sử dụng để lắp dựng thi công cọc siêu nhỏ công trình tầng hầm, móng có [19] Khái niêm cọc siêu nhỏ đợc hình thành I-ta-li-a vào đầu năm 1950, để đáp ứng nhu cầu kỹ thuật cải tiến xây móng tòa nhà công trình tởng niệm lịch sử mà đà bị h hỏng qua thời gian dài, đặc biệt ChiÕn tranh thÕ giíi lÇn Mét hƯ thèng chống đỡ vững đợc yêu cầu để đỡ tải trọng kết cấu với độ chuyển vị tối thiểu để thi công điều kiện hạn chế vào với tác động thấp kết cấu Một nhà thầu chuyên nghiệp I-ta-li-a Nhà thầu Fondedile, mà Dr Fernando Lizzi giám đốc kỹ thuật, đà phát triển cọc palo radice, hay gọi cọc siêu nhỏ để ứng dụng vào xây móng Cọc palo rudice loại cọc có đờng kính nhỏ, đợc khoan, đổ bê tông chỗ, vữa cốt thép[19] Việc sử dụng cọc siêu nhỏ triển khai I-ta-li-a suốt năm 1950 Nhà thầu Fondedile đà giới thiệu công nghệ Anh vào năm 1962 trình thi công móng số công trình lịch sử, đến năm 1965, công nghệ đợc áp dụng Đức kế hoạch giao thông ngầm đô thị [19] Ban đầu, đa số ứng dụng cọc siêu nhỏ đợc sử dụng vào việc xây móng kết cấu môi trờng đô thị Bắt đầu từ năm 1957, có thêm nhiều nhu cầu kỹ tht b¾t ngn tõ viƯc giíi thiƯu hƯ thèng cäc siêu nhỏ dạng mắt lới Các hệ thống bao gồm nhiều loại cọc siêu nhỏ dạng thẳng đứng dạng nghiêng kết hợp với mạng lới ba chiều, tạo kết cấu phức hợp hạn chế chuyển vị ngang Mạng lới cọc siêu nhỏ dạng mắt lới đợc ứng dụng vào trình làm ổn định độ dốc, gia cố tờng bờ, kè, bảo vệ kết cấu chôn ngầm, móng đỡ kết cấu mặt đất khác [19] Nhà thầu Fondedile đà giới thiệu cách sử dụng cọc siêu nhỏ Bắc Mỹ vào năm 1973 thông qua số ứng dụng thi công xây móng khu vực New York Boston Hiện nay, chi phí xây dựng nhu cầu kỹ thuật nớc giới tơng đối giống đó, tiếp tục thúc đẩy phát triển nhu cầu sử dụng cọc siêu nhỏ 1.2.2 Ưu, nhợc điểm cọc siêu nhỏ Ưu điểm - Sư dơng tèt ®iỊu kiƯn chËt hĐp 11 - Chịu đợc tải trọng lớn từ 500 - Hàm lợng cốt thép từ 3% - 8% chịu đợc tải trọng ngang tốt cọc bê tông thông thờng - Có thể thi công loại đất - Có thể gia cờng móng theo nhiều cách khác Nhợc điểm: - Năng suất thi công thấp, công nghệ thi công phức tạp khó kiểm soát chất lợng thân cọc - Độ tin cậy thấp khó đánh giá sức chịu tải cọc thông qua số liệu thi công trờng 1.2.3 Phạm vi áp dụng cọc siêu nhỏ - Gia cờng móng công trình cũ, làm móng mới, chịu tải trọng ngang - ổn định mái dốc - Gia tăng sức chịu tải nền, giảm độ lún - ổn định kết cấu 1.2.4 Phân loại cọc siêu nhỏ Cọc siêu nhỏ đợc phân loại dựa hai tiêu chí: Phơng pháp thiết kế phơng pháp đổ bê tông [19] Phân loại theo phơng pháp thiết kế Loại 1: cọc đợc chất tải trực tiếp nơi mà cốt thép cọc chịu đợc đa số tải trọng áp dụng (Hình 1.2) Có thể đợc sử dụng để thay nhiều loại cọc truyền thống để truyền tải trọng kết cấu sang địa tầng ổn định có đủ khả chịu tải hơn, sâu hơn, phù hợp Các cọc đợc thiết kế hoạt động đơn lẻ, thi công thành nhóm cọc Phơng pháp bố trí cọc loại đợc mô tả Hình 1.4 12 Hình 1.2: Cọc siêu nhỏ loại 1- Cọc chịu tải trực tiếp [19] Loại 2: Các chi tiết cọc siêu nhỏ loại giới hạn gia cố bên lớp đất, tạo thành khối đất đợc gia cố mà chịu đợc tải trọng ứng dụng (Hình 1.3) Đó gọi mạng lới cọc dạng lới Tải trọng kết cấu đợc ứng dụng với toàn khối đất gia cố, nh cọc đơn Cọc siêu nhỏ loại đợc gia cố nhẹ, cọc chịu tải trọng đơn lẻ nh cọc loại Mạng lới điển hình cọc siêu nhỏ dạng mắt lới đợc minh họa Hình 1.5 13 Hình 1.3: Cọc siêu nhỏ loại Mạng lới cọc dạng lới với khối đất gia cố đợc chất tải đợc kết hợp [19] Hình 1.4: Bố trí cọc siêu nhỏ loại [19] 14 Hình 1.5: Bố trí cọc siêu nhỏ loại [19] Phân loại theo phơng pháp đổ bê tông Phơng pháp đổ vữa cọc có ảnh hởng lớn đến khả chịu tải liên kết vữa/đất Khả chịu tải liên kết vữa/đất thay đổi trực tiếp với phơng pháp đổ vữa Phần thứ hai phân loại cọc mini bao gồm cách đặt tên theo chữ (từ A đến D), chủ yếu dựa phơng pháp thay tạo áp lực trình sử dụng vữa để thi công cọc Việc sử dụng ống vách cốt thép đà xác định rõ phơng pháp phân loại cọc siêu nhỏ Phơng pháp phân loại đợc thể sơ đồ Hình 1.6 Loại A: Loại A thể loại vữa đợc đổ cột nớc trọng lực Vữa xi măng-cát, nh vữa xi măng túy, đợc sử dụng, cột vữa không bị tạo áp Hố khoan cọc đợc khoét rộng bên dới để tăng khả chịu kéo, kỹ thuật không thông dụng không đợc sử dụng loại cọc khác 15 Hình 1.6: Phân loại cọc dựa phơng pháp đổ bê tông [19] Loại B: Loại B thể vữa xi măng túy đợc đổ vào hố khoan dới áp lực rút ống vách tạm thời thép lên áp lực phun vữa nằm khoảng từ 0,5 đến MPa, đợc giới hạn để tránh phun nớc dới áp lực cao đất xung quanh gây việc đổ nhiều vữa, để giữ làm kín xung quanh ống vách trình rút ống vách lên, vị trí Loại C: Loại C thể trình đổ vữa gồm hai bớc: 1) Đổ vữa xi măng túy dới cột nớc trọng lực nh Loại A 2) Trớc lớp vữa đông cứng (sau khoảng 15-25 phút), tiến hành đổ loại vữa thêm lần ống lồng đổ vữa mà không cần dùng đến thiết bị nén vữa (tại giao diện vùng liên kết) mức áp suất thấp MPa Loại cọc đợc sử dụng Pháp đợc gọi IGU (Injection Globale et Unitaire) Loại D: Loại D thể trình đổ vữa gồm hai bớc nh Loại C, có điều chỉnh bớc khác chút Vữa xi măng túy đợc ®ỉ díi cét níc träng lùc nh ®èi víi lo¹i A C đợc tạo áp nh Loại B Sau lớp vữa đông cứng, tiến hành đổ thêm vữa thông qua ống lồng đổ vữa với áp lực khoảng 2-8 MPa Có thể sử dụng thiết bị nén vữa bên ống lồng để lớp vữa đợc xử lý qua lại vài lần, có yêu cầu Loại cọc 16 đợc sử dụng rộng rÃi giới Pháp đợc gọi IRS (Injection RepCtitiveet Selective) 1.2.5 Kỹ thuật xây dựng vật liệu Việc xây dựng móng cọc siêu nhỏ liên quan đến thành công quy trình, công tác khoan, đặt cốt thép đổ vữa quan trọng Có nhiều hệ thống khoan sẵn có dành cho đá phủ đá, nhiều hệ thống đợc sử dụng cho xây dựng móng cọc siêu nhỏ Nói chung , thiết bị khoan đổ vữa kỹ thuật đợc sử dụng việc xây dựng móng cọc siêu nhỏ tơng tự nh kỹ thuật đợc sử dụng để lắp đặt cọc đóng vào đất, neo tiếp đất hố để đổ vữa Các thiết bị khoan Thiết bị khoan chủ yếu đợc sử dụng khoan thủy lực (điện diezen) cho phép thi công tiện dụng địa hình dốc khó khăn Cỡ khoan khác nh Hình 1.7, với khoan cỡ lớn cho phép việc sử dụng phần dài cần khoan đổ bê tông điều kiện độ cao, không khoan nhỏ cho phép làm việc độ cao thấp khó tới Trụ khoan đợc lắp dựng khung, cho phép làm việc khu vực không thấp tiếp cận hạn chế nh xây dựng tầng hầm Một khung khoan đợc dựng, đợc nối với vòi phun dài tới đơn vị máy chạy điện thủy lực tách rời Điều cho phép việc đặt thiết bị điện bên khu vực làm việc, giảm yêu cầu diện tích, tiếng ồn khu vực làm việc vấn đề xả chất thải Khung khoan đợc di chuyển đỡ xe nâng di chuyển tay dây tời đỡ bắt vít vào bê tông chân cầu giằng từ trần mặt vòm cầu [19] 17 Hình1.7: Một số thiết bị khoan thủy lực [17] Các kỹ thuật khoan Phơng pháp khoan đợc lựa chọn với mục đích để phiền phức gây đợc giảm thiểu thấp việc trơng nở lên cấu trúc đợc giảm tối đa, phơng tiện xuyên qua đáng tin cậy, kinh tế hiệu [17] Các móng cọc siêu nhỏ phải thờng xuyên đợc xuyên qua tầng vật liệu yếu để tới đợc tầng chịu lực tốt Do đó, đặc trng yêu cầu kỹ thuật khoan tầng để xuyên qua hỗ trợ cho tầng đất không chặt, yếu đắp đất Thêm vào đó, ngoại trừ tầng chịu áp lực vật liệu tự đỡ nh đá đất kết dính, hố khoan cần chống đỡ tạm thời cho toàn chiều dài, ví dụ, thông qua việc sử dụng ống chống tạm thời dung dịch khoan phù hợp Nếu vật liệu tự đỡ có toàn chiều sâu móng cọc, hố khoan đợc hình thành cách mở hố kỹ thuật,ví dụ, không cần hố khoan tạm thời ống chống khoan tay quay đầu khoan ngắn 18 Một phơng pháp khoan khác đợc sử dụng trớc hết để xuyên qua cấu trúc Các kỹ thuật khoan lõi bê tông đợc sử dụng để cung cấp hố rộng ngoại cỡ phiến đá móng có, cho phép thân khoan xuyên qua Trong số trờng hợp, phơng pháp khoan đá thông thờng có liên quan đến kỹ thuật xoay đập đợc sử dụng để xuyên qua chân móng cấu trúc với cốt thép nhẹ Nớc công cụ thông dụng để làm xối hố móng khoan, không khí, bùn lỏng bọt Phải lu ý sử dụng luồng không khí để tránh phun không khí vào đất xung quanh, gây nứt trơng nở đất Việc sử dụng bùn nhÃo bentonit hố khoan ngập nớc nói chung làm yếu khả kết dính /vữa tạo lớp vỏ đất sét bề mặt Các kỹ thuật Khoan qua lớp đá Trên giới có sáu phơng pháp chung đợc sử dụng lĩnh vực xây dựng kỹ thuật địa chất đặc biệt (ví dụ, đờng kính nhỏ 300 mm, độ sâu nhỏ 60 m) [19] Sau giới thiệu tóm tắt sáu phơng pháp Sáu phơng pháp đợc thể cách đơn giản Hình 1.8 Phun rửa bên ống đơn (rửa hố khoan): Bằng phơng pháp này, mũi ống chống khoan đợc lắp vừa với mũi khoan vòng mở, ống chống đợc nâng lên xoay đầu khoan Nớc xối đợc bơm liên tục qua ống chống, rửa vết lại khỏi vòng 19 Hình 1.8: Các phơng pháp khoan tầng ®¸ (Bruce, 1988) [19] Xoay hai chiỊu : Víi kü tht xoay hai chiỊu, cÇn khoan víi mịi khoan phï hợp đợc đặt bên ống chống khoan Nó đợc gắn liền với đầu xoay nh ống chống, cho phép dây ống chống khoan kết hợp đợc xoay tiến lên liên tục Dung dịch xối, thông thờng nớc đợc bơm qua đầu xuống thông qua cần khoan từ cổng phun đầu khoan Khoan đôi kiểu va đập (đồng tâm ): hệ thống khoan đôi kiểu va đập phát triển phơng pháp xoay hai chiều mà khoan ống chống va đập liên tục, xoay tiến phía trớc Sự va đập đợc cung cấp đầu khoan va đập xoay chiều xoay từ bên Phơng pháp yêu cầu đầu khoan có lợng va đập xoay thực chất Khoan đôi kiểu va đập (Lệch tâm vòng khuyên): Ban đầu đợc xem nh hệ thống khoan lớp đá lệch tâm (ODEX), phơng pháp liên quan đến việc sử dụng khoan kiểu va đập kết hợp với đầu khoan mở rộng lệch tâm Đầu khoan lệch tâm cắt phía dới ống chống khoan, sau đợc đẩy vào hố khoan ngoại cỡ với lợng xoay nhiều lực chống đẩy cần có phơng pháp đồng tâm đợc yêu cầu nh mô tả Đầu mũi khoan đôi : Với phơng pháp đầu mũi khoan đôi, phát triển kỹ thuật xoay hai chiều tiêu chuẩn, cán ống chống đợc xoay đầu mũi khoan riêng biệt dựng phía mũi khoan khác giá trợt Những đầu mũi khoan cung cấp lực xoắn mạnh nhng có nhợc điểm tốc độ quay chậm Đặc điểm xoay đối chiều cải thiện độ thẳng hố móng đáng kể, tăng cờng khả xuyên, chí thi công điều kiện đất khó Mũi khoan cán nông: Mũi khoan cán nông hệ thống mũi khoan nhẹ liên tục với lõi nông, tơng tự nh mũi khoan đợc sử dụng khoan móng cọc khảo sát móng Những cọc đợc lắp ráp đầu khoan xoay Khi khoan xuống, lõi nông sát với nắp mũi khoan Khi hố móng đà đợc khoan tới độ sâu, nắp bị bong bị nổ áp suất đổ vữa, cho phép hố móng đợc hình thành rút mũi khoan lên Mũi khoan nh đợc sử dụng chủ yếu để khoan vật liệu kết dính loại ®¸ rÊt mỊm C¸c kü tht khoan hè më Khi móng cọc siêu nhỏ đợc hình thành điều kiện ổn định giá đỡ, việc đóng ống chống đợc dừng lại hố móng đợc 20 tiếp tục khoan tới độ sâu cuối cïng bëi c¸c kü thuËt khoan hè më [19] C¸c kỹ thuật khoan hố mở đợc phân loại nh sau : Khoan xoay va đập : Đặc biệt loại đất đá có độ nén cao, kỹ thuật khoan xoay va đập dùng dẫn động phía búa tạo hố cọc phía dới đợc sử dụng Đối với hố móng có đờng kính nhỏ, kỹ thuật sử dụng cọc siêu nhỏ có hố cọc phía dới kinh tế thông dụng Hỗn hợp khí, nớc bọt khí đợc sử dụng để xối rửa Mũi khoan xuyên liên tục lõi cứng: Trong tầng đất đá cứng, đất sét rắn số tầng đá yếu, thực khoan với mũi khoan liên tục Các kỹ thuật khoan nh nhanh, yên tĩnh không cần có dụng cụ xối để chuyển đất đá đào lên Có thể có rủi ro giảm sức ép thành bên tờng đắp, mặt tiếp xúc bị bẩn có ảnh hởng bất lợi tới kết dính đất/ vữa Mở rộng hố khoan: Các thiết bị khác đà đợc triển khai để mở rộng hố móng mở đất dính trầm tích mềm, đặc biệt móng cọc để chịu kéo (ví dụ nh cọc truyền phát) Những công cụ đợc kích hoạt mặt khí thủy lực làm mở rộng cắt mài mòn hố khoan đơn nhiều hố khoan Đổ vữa Các hoạt động đổ vữa có ảnh hởng lớn đến khả chịu lực cọc siêu nhỏ tạo nên phân loại cốt lõi cho loại cọc siêu nhỏ Các chi tiết dạng thao tác đổ vữa giới khác nhau, phụ thc vµo xt xø cđa viƯc thùc hiƯn vµ chÊt lợng nguồn nguyên liệu địa phơng Tuy nhiên, nh đà quan sát chung, ghi nhận rằng: - Việc đổ vữa đợc thiết kế để cung cấp độ bền ổn định cao, nhng phải bơm đợc Nh đợc Hình 1.9, điều nói đến tỷ lệ nớc /xi măng phạm vi từ 0,40 tới 0,50 theo trọng lợng đổ vữa cọc siêu nhỏ - Vữa đợc tạo nớc uống đợc, để giảm bớt nguy hiểm cốt thép bị ăn mòn - Dạng xi măng phù hợp đợc sử dụng đợc cung cấp dới dạng túi dạng khối phụ thuộc vào điều kiện công trình, qui mô công việc sẵn có nguyên liệu địa phơng, chi phí - Nớc xi măng nguyên chất trộn vữa đợc sử dụng thông thờng nhất, cát phụ gia thông dụng nhiều nớc Bentonite đợc sử dụng hỗn hợp ban đầu với thận trọng đặc biệt chất 21 phụ gia đợc giới hạn cho điều kiện để cải thiện tính bơm đợc khoảng cách xa điều kiện nóng (ví dụ giảm bớt níc diƯn réng) - ThiÕt kÕ lùc nÐn tõ 28 tới 35 MPa đạt đợc mức phù hợp tạo hỗn hợp xi măng, vữa mức Hình 1.9:ảnh hởng thành phần nớc lên độ bền nén vữa tính chất dòng chảy (Barley Woodward, 1992) [19] Điều quan trọng thiết yếu thao tác đổ vữa thực tế, nơi đổ vữa đợc yêu cầu phục vụ cho số mục đích: - Chuyển tải trọng áp đặt cốt thép xung quanh - Có thể hình thành phần chịu lực cắt chéo cọc - Phục vụ bảo vệ cốt thép khỏi bị ăn mòn - Tác dụng kéo dài giới hạn hố khoan thẩm thấu, đầm nén và/ mạng đờng nứt Việc đổ vữa , , cần phải có đặc tính phù hợp tính lỏng, lực, độ ổn định , độ bền Sự cần thiết tính lu động vữa dẫn đến việc tăng thành phần nớc cách sai lầm; điều có ảnh hởng tiêu cực lên ba đặc tính khác Tất yếu tố ảnh hởng tới độ lỏng vữa đặc tính nêu trên, tỉ lệ nớc /xi măng 22 Việc đổ vữa thành phần yếu cọc siêu nhỏ, phải ý cẩn thận tới điều khiển chất lợng sản phẩm Cốt thép Số lợng cốt thép đợc đặt cọc siêu nhỏ đợc định tải trọng đỡ độ cứng đợc yêu cầu với giới hạn chuyển vị đàn hồi Cốt thép đợc bao gồm với cốt thép đơn, nhóm cốt thép đơn, đờng ống chống thép thép có cấu trúc tròn [19] Các cốt thép: Chuẩn mực cốt thép (Bảng 1.1); phù hợp với chuẩn ASTM A61 YAASHTO M3l ASTM A706, với độ bền hiệu suất 420 520 MPa, điển hình đợc sử dụng Thanh cã ®êng kÝnh tõ 25 mm tíi 63 mm Một đơn đợc sử dụng điển hình, nhng mét nhãm cịng cã thĨ sư dơng §èi víi nhóm, đơn lẻ đợc tách rời việc sử dụng vòng đệm nối vào cốt thép xoắn ốc, để cung cấp diện tích đổ vữa chảy đảm bảo liên kết phù hợp vữa nh Hình 1.10 Hoặc đợc bó lại, tạo thành độ dài phù hợp bó đợc cung cấp Đối với điều kiện trần thấp việc thay có toàn chiều dài không khả thi, nối ghép kỹ thuật đợc sử dụng [19] Hình 1.10: Các cốt thép với định vị [19] Bảng 1.1: Các kích thớc, độ bền uốn, độ bền cốt thép chuẩn [19] Đờng kính (mm) Mác 420 25 29 32 36 M¸c 520 43 57 36 43 57 63 23 Diện tích (mm2) Giới hạn chảy (kN) Giíi h¹n bỊn (kN) 510 645 819 1006 1452 2581 1006 1452 2581 3168 211 267 339 416 600 1068 520 751 1334 1742 316 400 508 624 901 1601 690 997 1770 2168 *Ghi chó : M¸c cốt thép 420 tạo nên dự ứng lực fy= 420 MPa lực kéo fu = 620 MPa Mác cốt thép 520 tạo nên dự ứng lực fy=520 MPa vµ lùc kÐo fu = 690 MPa Thanh khÝa ren DSI 63 mm có cờng độ chịu uốn tối thiểu fy= 550 MPa Các thép ren liên tục: Thanh cốt thép có độ dài ren liên tục, nh lµ hƯ thèng khÝa ren chn mùc qc tÕ (DSI) hay khÝa ren Williams All HÖ thèng khía ren DSI đợc gọi cọc GEWI (Hình 1.11), lựa chọn thông dụng toàn thÕ giíi cho cèt thÐp cäc siªu nhá Thanh cã khoảng cách thô, liên tục có gờ ren vào sản xuất Thép có đờng kính từ 19 mm đến 63 mm sẵn có phù hợp với ASTM A615/AASHTO M 31, với độ bền uốn 420,520, 550 MPa Loạt cỡ từ 44 mm tới 63.5 mm đợc sử dụng thờng xuyên Độ bền lớn hơn, lực thép phù hợp với ASTM A722/AASHTO M 275 với độ bền 1,035 MPa sẵn có , với đờng kính từ 26,32 36 mm Hình 1.11: Các chi tiết ren liên tục Dywidag (DSI, 1993) [19] Các Thanh khía ren Williams sẵn có loại thép đờng kÝnh tõ 20 mm tíi 53 mm phï hỵp víi ASTM A615/AASHTO M 31 vµ thÐp tõ 26 mm tíi 45 mm phï hỵp víi ASTM A722/AASHTO M 275 , với độ bền 1,035 MPa Thanh có ren tinh xảo Dywidag [19] Ren không đảm bảo gắn kết vữa vào thép mà cho phép đợc cắt ®iĨm nµo vµ nèi víi mét bé nèi ®Ĩ phơc hồi toàn lực nén/ kéo 24 Các thép ren lõi nông liên tục: Cốt thép với có lõi nông đờng ren liên tục bao gồm cán tròn Dwyidag (Dạng MAI), Ischebeck Titan Chance IBO Các dạng có u điểm rÃnh ren liên tục lõi nông cho phép đợc sử dụng để khoan hố móng Một đầu khoan đợc lắp dựng đầu đợc khoan với vòi phun vữa tới đầu mũi khoan th«ng qua lâi n«ng cđa Nh mét sù lùa chọn vòi phun khí nớc đợc sử dụng , với việc đổ vữa đợc tiến hành thông qua sau khoan tới độ sâu cuối [19] Việc ren liên tục cho phép đợc cắt theo chiều dài kết hợp cho phép sử dụng đai ốc sáu cạnh nối với đỉnh hố móng Hạn chế dạng cốt thép có giá cao Đờng ống chống thép : Với xu hớng cọc siêu nhỏ đỡ tải lớn với chuyển vị nhỏ yêu cầu để chống đỡ tải phía bên, đờng ống cốt thép đà trở nên thông dụng (Hình 1.12) Đờng ống cốt thép cung cấp phần thép lớn để đỡ tải trọng lớn góp phần làm móng cọc chắn, tạo mặt cắt lớn tính uốn phù hợp để chống đỡ tải phía bên [19] Hình 1.12: èng chèng b»ng thÐp [20] §êng èng cèt thÐp đợc đặt cách sử dụng ống chống khoan nh cốt thép vĩnh viễn, cách đặt đờng ống vĩnh viễn có đờng kính nhỏ bên èng chèng khoan ViƯc sư dơng èng chèng khoan toàn chiều dài cốt thép sử dụng cọc siêu nhỏ đóng đá, mà việc rút ống chống áp suất đổ vữa không cần thiết [20] 25 Đờng ống có cỡ điển hình đợc dùng xây dựng cọc siêu nhỏ sắt sẵn có phù hợp với ASTM A53, A519, A252 A106 với cờng độ điển hình 241Mpa [19] Các nhợc điểm sử dụng loại đờng ống cờng độ tơng đối thấp đơn giá mét ống cao ống chống API 5CT 5L (N-80) đợc sử dụng Cờng độ cao 551 MPa hỗ trợ phần lớn khả đỡ tải trọng cọc siêu nhỏ nâng cao độ bền mối nối ren đợc gắn theo cấu trúc vào vách đờng ống [19] Các kích thớc đờng ống độ bền tạo loại thép khác đợc thể Bảng 1.2 Bảng 1.2: Các kích thớc cờng độ dạng, cỡ cọc siêu nhỏ thông dụng [19] API N-80 Cỡ cọc thông dụng Đờng kính ống casing OD (mm) 139,7 177,8 Độ dày thép (mm) 9,17 12,65 Diện tích (mm2) 3760 6563 Cêng ®é uèn (kN) 2075 3619 177,8 18,54 9276 5117 244,5 11,99 8756 4829 ASTM A519, A106 Cỡ cọc thông dụng Đờng kính ống casing OD (mm) 141,3 168,3 203,2 Độ dày thép (mm) 12,7 12,7 12,74 DiƯn tÝch (mm2) 5128 6204 8230 Cêng ®é n (kN) 1919 2319 3075 273,1 15,9 12820 4794 Ghi chó : Đờng kính bên ống chống (OD) độ dày vách (t) kích thớc định danh Diện tích thép đợc tính As= (/4) x (OD2 ID2) ứng suất đàn hồi danh định thép API N-80 Fy = 551 MPa ứng suất đàn hồi danh định ®èi víi thÐp ASTM A519 & A106 lµ F y= 241 MPa Các cỡ đờng ống khác đợc sản xuất nhng không sẵn có Kiểm tra khả thông qua nhà cung cấp ... khổ A4 Chơng 1: Tổng quan móng cọc cọc siêu nhỏ Chơng 2: Phơng pháp tính toán cọc siêu nhỏ Chơng 3: áp dụng tính toán cọc siêu nhỏ - Luận văn đợc thực từ 11 /10 /2 010 đến 18 /2/2 011 Khoa sau đại... vi nghiên cứu: - Đối tợng nghiên cứu công trình xây dựng - Phạm vi nghiên cứu phơng pháp tính toán ứng dụng cọc siêu nhỏ đổ chổ để đáp ứng yêu cầu ổn định công trình xây dựng điều kiện Việt Nam. .. thi công móng cọc 3 + Phần mềm tính toán cọc LSPILE VSPILE công ty TNHH phần mềm SSISOFT Việt Nam Chơng i: tổng quan móng cọc cọc SIÊU NHỏ 1. 1 Tổng quan móng cọc 1. 1 .1 Định nghĩa phân loại Móng