intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu thiết kế kết cấu móng cọc ống thép dạng giếng trong công trình cầu và khả năng ứng dụng tại Việt Nam

Chia sẻ: Lạc Táp | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:115

Thêm vào BST
Báo xấu
2
lượt xem 0
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn "Nghiên cứu thiết kế kết cấu móng cọc ống thép dạng giếng trong công trình cầu và khả năng ứng dụng tại Việt Nam" trình bày tổng quan về kết cấu móng cọc ống thép dạng giếng trong công trình cầu và khả năng ứng dụng tại Việt Nam; phân tích sơ đồ làm việc của kết cấu móng cọc ống thép dạng giếng có xét đến làm việc đồng thời với đất nền; thiết kế và kiểm tra kết cấu móng cọc ống thép dạng giếng; ví dụ thiết kế và tính toán kết cấu móng cọc ống thép dạng giếng. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu thiết kế kết cấu móng cọc ống thép dạng giếng trong công trình cầu và khả năng ứng dụng tại Việt Nam

  1. LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT LỜI NÓI ĐẦU Kết cấu móng cọc ống thép dạng giếng dành cho mố trụ cầu được phát minh tại Nhật Bản và đang được phát triển, ứng dụng rộng rãi trên thế giới trong ngành xây dựng cầu vì tính hiệu quả của nó. Đây là kết cấu móng rất phù hợp với các cầu nhịp lớn, thi công ở vùng nước sâu, rộng, điều kiện địa chất phức tạp và dễ xảy ra hiện tượng động đất gây hóa lỏng đất đá. Kết cấu móng này đang dần được đưa vào ứng dụng tại Việt Nam, tiền đề là dự án cầu Thanh Trì (chỉ làm vòng vây ngăn nước phục vụ thi công móng trụ cầu), hiện nay được ứng dụng trực tiếp tại dự án cầu Nhật Tân cho các móng trụ tháp. Tương lai kết cấu móng này sẽ được ứng dụng nhiều hơn cho các công trình cầu lớn tại Việt Nam. Trong quá trình nghiên cứu đề tài này, mặc dù tác giả đã có nhiều cố gắng nhưng luận văn không thể tránh khỏi những sai sót. Tác giả rất mong nhận được những sự góp ý chân thành của các thầy cô và đồng nghiệp. Nhân dịp này, tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc tới PGS. TS. Phan Duy Pháp - người đã dành nhiều thời gian và tâm huyết hướng dẫn tôi hoàn thành luận văn này. Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy, cô giáo thuộc khoa Công trình giao thông thành phố - Trường Đại học GTVT, các anh chị đang công tác tại Tổng công ty Tư vấn thiết kế giao thông vận tải (TEDI) đã cung cấp nhiều tài liệu quý giá trong quá trình nghiên cứu. Tôi cũng xin trân trọng cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Cầu đường, khoa Sau Đại học trường Đại học Xây dựng Hà Nội, cảm ơn gia đình cùng bạn bè đã hết lòng giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu. Hà Nội, ngày 10 tháng 03 năm 2011. Tác giả. Trần Anh Tuấn
  2. LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU .................................................................................................................1 MỤC LỤC .........................................................................................................................2 CHÚ THÍCH CÁC KÝ HIỆU .........................................................................................4 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU MÓNG CỌC ỐNG THÉP DẠNG GIẾNG TRONG CÔNG TRÌNH CẦU VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TẠI VIỆT NAM.........8 1.1. Khái quát chung về kết cấu móng cọc ống thép dạng giếng. ...............................8 1.2. Lịch sử phát triển của công nghệ móng cọc ống thép dạng giếng........................9 1.3. Cấu tạo kết cấu móng cọc ống thép dạng giếng. ................................................11 1.3.1. Khái quát chung về cấu tạo móng cọc ống thép dạng giếng. .......................11 1.3.2. Các kiểu móng cọc ống thép dạng giếng. ....................................................13 1.3.3. Các hình thức bố trí cọc ống thép dạng giếng trên mặt bằng. .....................14 1.3.4. Tai nối cọc ống thép. ....................................................................................15 1.3.5. Liên kết giữa cọc ống thép và bệ. ................................................................18 1.3.7. Gia cường cho cọc ống thép. ........................................................................24 1.3.9. Cấu tạo vị trí cắt cọc ống thép......................................................................26 1.3.10. Chế tạo cọc ống thép. .................................................................................26 1.4. Trình tự và công nghệ thi công móng cọc ống thép dạng giếng.........................27 1.4.1. Trình tự thi công móng cọc ống thép dạng giếng. .......................................27 1.4.2. Thi công lắp đặt hệ dẫn hướng. ...................................................................29 1.4.3. Thi công hạ cọc ống thép. ............................................................................31 1.4.4. Xử lý tai nối cọc ống thép. ...........................................................................40 1.4.5. Cắt cọc ống thép trong nước. .......................................................................42 1.5. Ưu nhược điểm của kết cấu móng cọc ống thép dạng giếng. .............................42 1.5.1. Ưu điểm:.......................................................................................................42 1.5.2. Nhược điểm: .................................................................................................43 1.6. Khả năng ứng dụng kết cấu móng cọc ống thép dạng giếng trong xây dựng móng cầu tại Việt Nam. .............................................................................................43 1.6.1. Tình hình ứng dụng móng cọc ống thép ở nước ngoài. ...............................43 1.6.2. Ứng dụng kết cấu móng cọc ống thép tại Việt Nam. ...................................44 CHƯƠNG II: PHÂN TÍCH SƠ ĐỒ LÀM VIỆC CỦA KẾT CẤU MÓNG CỌC ỐNG THÉP DẠNG GIẾNG CÓ XÉT ĐẾN LÀM VIỆC ĐỒNG THỜI VỚI ĐẤT NỀN. ...49 2.1. Sơ đồ làm việc của kết cấu móng cọc ống thép dạng giếng. ..............................49 2.1.1. Khái quát chung về tính toán kết cấu móng cọc ống thép dạng giếng. .......49 2.1.2. Mô hình dầm có chiều dài hữu hạn trên nền đàn hồi. ..................................51 2.1.3. Mô hình dầm giếng giả tưởng xét đến chênh lệch lực cắt giữa các tai nối. .53 2.1.4. Mô hình khung không gian. .........................................................................56 2.1.5. Kết luận về mô hình tính kết cấu móng cọc ống thép dạng giếng. ..............58 2.2. Tương tác giữa cọc và đất nền. ...........................................................................59 2.3. Các phương pháp xác định hệ số đàn hồi của nền đất. .......................................60 2.3.1. Phương pháp thí nghiệm. .............................................................................61 2.3.2. Phương pháp tra bảng. .................................................................................62 2.3.3. Phương pháp tính theo các công thức nền móng. ........................................64 2.3.4. Tính hệ số phản lực của nền đất theo tiêu chuẩn Nhật Bản. ........................67 2.4. Kết luận chương 2. ..............................................................................................70
  3. LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CHƯƠNG III: THIẾT KẾ VÀ KIỂM TRA KẾT CẤU MÓNG CỌC ỐNG THÉP DẠNG GIẾNG. .............................................................................................................71 3.1. Yêu cầu về vật liệu trong thiết kế móng cọc ống thép dạng giếng. ....................71 3.2. Thiết kế móng cọc ống thép dạng giếng. ............................................................72 3.2.1. Khái quát chung về thiết kế móng cọc ống thép dạng giếng. ......................72 3.2.2. Các loại tải trọng tác dụng lên móng cọc ống thép dạng giếng. ..................73 3.2.3. Tải trọng đóng xuống cho phép tối đa. ........................................................74 3.2.4. Phản lực thẳng đứng của một cọc ống thép dạng giếng...............................75 3.2.5. Lực dọc trục của một cọc ống thép dạng giếng. ..........................................75 3.3. Sức kháng của một cọc ống thép dạng giếng. ....................................................76 3.3.1. Sức kháng đóng xuống cho phép của cọc theo đất nền. ..............................76 3.3.2. Sức kháng kéo nhổ cho phép của cọc theo đất nền. .....................................78 3.3.3. Kiểm tra lực ma sát âm xung quanh thành cọc. ...........................................79 3.3.4. Kiểm tra sức kháng của cọc ống thép theo vật liệu làm cọc. .......................80 3.4. Kiểm tra chuyển vị của móng cọc ống thép dạng giếng. ....................................81 3.4.1. Điều kiện kiểm tra. .......................................................................................81 3.4.2. Tương tác giữa hệ móng cọc dạng giếng và đất nền....................................82 3.5. Kiểm tra ứng suất của cọc ống thép dạng giếng. ................................................83 3.5.1. Ứng suất dọc trục của cọc ống thép. ............................................................83 3.5.2. Ứng suất tổng hợp. .......................................................................................84 3.5.3. Ứng suất của cọc đơn bên trong móng.........................................................84 3.6. Thiết kế liên kết giữa cọc ống thép và bệ. ..........................................................86 3.6.1. Trường hợp là cọc vĩnh cửu hay trường hợp có tường ngăn hay cọc đơn bên trong của loại kiêm làm vòng vây tạm. ..................................................................86 3.6.2. Trường hợp kiêm làm vòng vây tạm. ...........................................................86 3.7. Kết luận chương 3. ..............................................................................................87 CHƯƠNG 4: VÍ DỤ THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN KẾT CẤU MÓNG CỌC ỐNG THÉP DẠNG GIẾNG. ..................................................................................................88 4.1. Giới thiệu chung về cầu Nhật Tân. .....................................................................88 4.1.1. Bố trí chung cầu Nhật Tân. ..........................................................................88 4.1.2. Điều kiện địa chất.........................................................................................89 4.1.3. Móng cọc ống thép dạng giếng dùng cho trụ tháp. ......................................90 4.2. Tính toán thiết kế kết cấu móng trụ tháp P14 cầu Nhật Tân. .............................91 4.2.1. Cấu tạo móng cọc ống thép dạng giếng trụ P14. .........................................91 4.2.2. Tính toán kết cấu móng cọc ống thép dạng giếng trụ P14. ..........................97 4.3. Kết luận chương 4. ............................................................................................112 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. ....................................................................................113 TÀI LIỆU THAM KHẢO. ..........................................................................................114
  4. LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CHÚ THÍCH CÁC KÝ HIỆU (∆v)j: Chênh lệch chuyển vị của tai nối τS : Ứng suất cắt trong thanh chịu cắt τSa : Ứng suất cắt cho phép trong thanh chịu cắt ∆Xi: Chênh lệch toạ độ X của trục trọng tâm của 2 cọc ống thép liên kết tại tai nối i 1/β: Chiều sâu của nền đất liên quan đến sức kháng theo phương ngang A0: Diện tích nguyên của một cọc ống thép A01: Diện tích mặt cắt ngangcủa cọc ống thép vòng ngoài A02: Diện tích mặt cắt ngang của cọc ống thép tường ngăn A03: Diện tích mặt cắt ngang của cọc ống thép đơn A0i : Diện tích mặt cắt thuần tuý của thân cọc ống thép thứ i Ab: Diện tích một thanh thép Ag, Ig*, Ig: Các đặc trưng hình học mặt cắt giếng móng Ap: Diện tích nguyên của cọc ống thép AS: Diện tích thanh thép chịu cắt B: chiều rộng giếng móng BH: Chiều rộng đặt tải tính đổi ở mặt trước của móng BU: Chiều rộng mặt trước móng BV: Chiều rộng gia tải tính đổi của cọc ống thép C: Lực dính đơn vị của nền đất D: Đường kính cọc DP: Chiều sâu ngàm dQd: Chuyển vị theo phương vuông góc với trục cọc tại mặt đất thiết kế dRyd: Chuyển vị đàn hồi thiết kế cho phép theo phương vuông góc với trục cọc e: Độ lệch tâm giữa cọc và bệ (lấy bằng bán kính cọc ống thép) Eo: Hệ số biến dạng của nền đất ES : Mô đun đàn hồi của vật liệu cọc ống thép ESI: Độ cứng chịu uốn của móng fi: Cường độ ma sát xung quanh của các lớp mặt ngoài móng fj: Cường độ ma sát xung quanh của các lớp mặt trong móng fni:Cường độ lực ma sát xung quanh của các lớp xét đến lực ma sát âm xung quanh fy: ứng suất kéo chảy của vật liệu thép làm cọc ɣ: Trọng lượng riêng của đất ɣi: Hệ số tải trọng Gj: Độ cứng chống cắt của tai nối
  5. LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT h: Khoảng cách từ trọng tâm bệ móng đến trọng tâm hàng thép chịu kéo H: Lực nằm ngang thiết kế tác dụng vào đầu cọc I: Mô men quán tính của móng Ip: Mô men quán tính bản thân của cọc ống thép IZ : Mô men quán tính của mặt cắt móng cọc ống thép dạng giếng k: Hệ số phản lực của nền đất k1: Số lớp đất mặt ngoài móng có xét đến lực ma sát xung quanh k2: Số lớp đất mặt trong móng có xét đến lực ma sát xung quanh kH: Hệ số phản lực nền theo phương ngang kH1: Hệ số phản lực nền theo phương ngang xét đến sự tồn tại biến dạng kHo: Hệ số phản lực nền theo phương ngang tương đương với giá trị thí nghiệm gia tải lên bản cứng hình tròn nằm ngang đường kính 0,3m Kj: Hệ số đàn hồi của tai nối thứ j Kr1: Hệ số đàn hồi quay tại đáy giếng KS: Hệ số đàn hồi cắt tại đáy giếng kS: Hệ số phản lực nền cắt theo phương ngang tại đáy giếng KV: Hệ số đàn hồi thẳng đứng tại đáy giếng kV: Hệ số phản lực nền theo phương thẳng đứng kVo: Hệ số phản lực nền theo phương thẳng đứng tương đương với giá trị của thí nghiệm gia tải theo phương ngang lên bản cứng hình tròn đường kính 0,3m L: Chiều dài từ đáy bệ móng đến đỉnh lớp đất chịu lực L1: Chiều dài từ đáy bệ móng đến đỉnh lớp đất chịu lực Le : chiều dài có hiệu của giếng móng Li: Chiều dày các lớp xét đến ma sát xung quanh mặt ngoài móng Lj: Chiều dày các lớp xét đến lực ma sát xung quanh mặt trong móng Lni: Chiều dày các lớp đất xét đến lực ma sát âm mặt xung quanh M: Mô men uốn thiết kế của cọc đơn bên trong M0’: Mô men uốn tác dụng vào đáy bệ móng MB: Mô men uốn tại đáy giếng do tải trọng ngoài gây ra Mcof,i: Mô men dư của cọc trong quá trình thi công Me: Mô men do phản lực lệch tâm tác dụng vào cọc ống thép vòng ngoài Mfix: Mô men kháng của cọc ống thép ML: Mô men uốn thiết kế tác dụng vào mũi cọc MU: Mô men uốn thiết kế tác dụng vào đầu cọc mv: hệ số nén lún My: Mô men uốn của móng tại vị trí chiều sâu y tính từ mặt nền đất thiết kế
  6. LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT N: Giá trị N-SPT của nền đất tại mũi cọc n1: Số cọc ống thép cấu tạo nên vòng ngoài n1: Số cọc ống thép vòng ngoài n2: Số cọc ống thép tường ngăn n3: Số cọc ống thép đơn bên trong nb: Số thanh thép chịu kéo trong một hàng nba: Số thanh thép chịu mô men tối thiểu Nɣ, Nq, Nc: Các hệ số sức chịu tải của đất phụ thuộc vào góc ma sát trong φ của đất Ni: Phản lực thẳng đứng của cọc đơn thứ i bên trong nS: Số thanh thép chịu cắt nSa: Số thanh thép chịu cắt tối thiể p0: Áp lực tĩnh Pli: Phản lực thẳng đứng của một cọc thứ i cần tính toán tại đáy của móng cọc ống thép dạng giếng PX, PY: Ngoại lực phân bố theo phương X và Y tác dụng vào giếng móng Py,i: Nội lực dọc trục của cọc ống thép thứ i của móng tại vị trí chiều sâu y tính từ mặt nền thiết kế py: Áp lực chảy q: Cường độ lực tác dụng qd : Sức chịu tải cực hạn trên 1 đơn vị diện tích chống đỡ của lớp đất nền tại mũi cọc ống thép Qi: Phản lực theo phương dọc trục tại đáy cọc ống thép QR: Sức kháng đóng xuống tại đầu cọc của một cọc ống thép theo đất nền r0: Đường kính hố tại thời điểm có áp lực p0 R0: Lực thẳng đứng do tĩnh tải tác dụng lên một cọc ống thép Rnf: Lực ma sát âm mặt xung quanh của 1 cọc ống thép Rr: Sức kháng cho phép theo phương dọc trục của cọc ống thép Ru: Sức chịu tải cực hạn của một cọc ống thép tại đầu cọc và ma sát dương xung quanh thành cọc ry: Đường kính hố tại tại thời điểm có áp lực py S0: Mô men kháng uốn của cọc ống thép Si: Mô men kháng uốn của cọc ống thép thứ i t: Chiều dày thành cọc T1: Lực kéo trong thanh thép liên kết do mô men T2: Lực kéo trong thanh thép liên kết do lực ngang u: Chuyển vị của thân móng theo phương ngang của phần ngập trong đất U1: Chu vi của tường bao mặt ngoài móng
  7. LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT U2: Tổng chu vi bao gồm chu vi của tường bao mặt trong của móng, tường ngăn bên trong và chu vi của cọc đơn V0: Tải trọng thẳng đứng do tải trọng ngoài gây ra tác dụng vào đáy bệ móng, bao gồm bệ móng, bê tông nhồi và đất đắp phía trên xi : Khoảng cách từ tim cọc ống thép thứ i đến trục trọng tâm của mặt cắt ngang của giếng hay thân trụ y: Chiều sâu tính từ mặt nền đất thiết kế y: Chuyển vị theo phương ngang của móng trên mặt nền đất thiết kế yo: Chuyển vị tiêu chuẩn Z01: Hệ số mặt cắt của cọc ống thép vòng ngoài Z02: Hệ số mặt cắt của cọc ống thép tường ngăn α: Hệ số dùng để suy luận hệ số phản lực nền α1: Hệ số tỷ lệ của ứng suất cho phép αH: Hệ số tỷ lệ kể đến sự kháng lại của đất bên trong và phản lực nền cắt theo phương ngang của mặt bên giếng β biểu thị giá trị đặc trưng của giếng móng δ: Chuyển vị nằm ngang tại đáy bệ móng η: Hệ số phân bố mô men uốn ηi: Hệ số điều chỉnh tải trọng. θ: Góc quay của đáy bệ móng µ: Hệ số poát xông của đất nền µ: Hiệu suất liên hợp của hệ giếng cọc σ1: ứng suất do tải trọng ngoài thiết kế sau khi hoàn thành σ2: ứng suất dư trong quá trình thi công vòng vây tạm σa: ứng suất cho phép của cọc ống thép σS1: Ứng suất kéo trong thanh thép liên kết do lực ngang σS1: Ứng suất kéo trong thanh thép liên kết do mô men σSa: Ứng suất kéo cho phép trong thanh thép liên kết σyL,i: ứng suất dọc trục của cọc ống thép thứ i của giếng tại vị trí chiều sâu y tính từ mặt nền đất thiết kế φ: Góc ma sát trong của đất φ: Hệ số kháng φn1 : Hệ số kháng đối với ma sát âm φqp: Hệ số kháng đối với sức chịu tải mũi cọc φqs: Hệ số kháng đối với sức chịu tải xung quanh thành cọc φu: Hệ số kháng với sức chịu kéo nhổ cọc φw: Hệ số kháng đối với trọng lượng của cọc φy: Hệ số kháng đối với cường độ của cọc
  8. LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU MÓNG CỌC ỐNG THÉP DẠNG GIẾNG TRONG CÔNG TRÌNH CẦU VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TẠI VIỆT NAM. 1.1. Khái quát chung về kết cấu móng cọc ống thép dạng giếng. Trong vòng vài năm trở lại đây, có rất nhiều dự án cầu lớn được xây dựng ở Việt Nam. Cùng với sự phát triển của công nghệ thiết kế cũng như thi công cầu, một loạt các dự án cầu lớn được triển khai như cầu khung, cầu dầm liên tục nhiều nhịp, cầu vòm, cầu dây văng, cầu treo dây võng… Các dự án cầu lớn chủ yếu được xây dựng ở những vùng nước sâu, rộng, yêu cầu thông thương lớn, vượt nhịp lớn. Những cầu nhịp lớn đòi hỏi cần phải có kết cấu móng mố trụ phù hợp. Tuy nhiên điều kiện địa chất ở Việt Nam tương đối phức tạp, đặc biệt là ở vùng đồng bằng châu thổ sông Hồng và sông Cửu Long. Đó cũng là một trong những nguyên nhân dẫn đến những khó khăn trong thiết kế và thi công kết cấu móng, mố trụ cầu lớn. Nếu sử dụng các kết cấu móng cầu truyền thống như móng cọc BTCT đúc sẵn, móng cọc khoan nhồi, móng giếng chìm thì khối lượng cho kết cấu phần dưới là rất lớn, các công trình phụ tạm phục vụ thi công và điều kiện thi công phức tạp và tốn kém. Hiệp hội cọc ống thép Nhật Bản đã tiến hành nghiên cứu đề ra những loại móng có quy mô lớn thích hợp với các điều kiện như trên, đó là kết cấu móng cọc ống thép dạng giếng. Kết cấu móng này có độ tin cậy tương đối cao. Kết cấu móng cọc ống thép dạng giếng cấu tạo bằng các ống thép tròn có độ bền chống rỉ cao, đường kính từ 0,8m đến 1,5m, hạ xuống đến tầng nền đất chịu lực. Mỗi cọc đều có những bộ phận liên kết khoá để gắn chặt các cọc đơn với nhau thành một hệ kết cấu móng vòng vây khép kín có dạng hình tròn, elip, chữ nhật, chữ nhật vát cạnh, hình ô van... Sau khi vét đất trong lòng hố móng, tiến hành đổ bê tông bịt đáy và thi công liên kết ngàm cứng các cọc vào xung quanh bệ móng, cuối cùng đổ bê tông bệ trụ và thân trụ. Vòng vây cọc ống thép khép kín đó vừa có tác dụng ngăn nước trong suốt quá trình thi công, vừa là hệ móng cọc để truyền tải trọng từ kết cấu bên trên xuống đất nền sau này, do đó sau khi thi công xong thân trụ người ta tiến hành cắt bỏ phần cọc ống thép phía trên bệ có tác dụng làm vòng vây. (Hình 1.1)
  9. LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Hình 1.1: Cấu tạo móng cọc ống thép dạng giếng. Ưu điểm chính của loại kết cấu móng này là độ cứng của cọc cũng như của hệ móng cọc lớn do các cọc liên kết chặt chẽ với nhau và ngàm cứng vào bệ trụ; mũi cọc có thể hạ xuống tầng địa chất tốt ở sâu trong lòng đất dễ dàng; công tác thi công cọc cũng như hàn nối cọc, cắt cọc rất thuận tiện tại công trường. Vì giếng cọc liên kết ngàm xung quanh bệ trụ nên có thể giảm được tiết diện bệ một cách đáng kể so với loại kết cấu móng khác. Đồng thời giếng cọc chính là vòng vây thi công trong nước, tạo diện thi công có độ an toàn cao và giảm bớt chi phí phục vụ thi công. Ngoài ra kết cấu móng này còn có khả năng kháng lại tác dụng của lực động đất khá tốt. 1.2. Lịch sử phát triển của công nghệ móng cọc ống thép dạng giếng. Cọc ống thép sử dụng trong móng cọc ống thép dạng giếng được nghiên cứu bởi các nhà sản xuất thép ở Nhật Bản. Ban đầu nó được sử dụng ở trong các kết cấu tường chắn, khi đó người ta đã dùng thép hình là thép góc để làm tai nối cọc, nhưng do tính ngăn nước của tai nối này không tốt mà sau đó người ta đã thiết kế các ống thép tròn làm tai nối cọc. Phạm vi sử dụng của cọc ống thép ngày càng mở rộng, sự phát triển của công nghệ làm sạch trong lòng ống tai nối và công nghệ thi công vữa cường độ cao trong lòng ống tai nối đến nay đã được nâng cao rất nhiều. [15] - Năm 1930: Ứng dụng cọc hộp trong móng trụ cầu của công ty BaineBail-Tây Đức.
  10. LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT - Năm 1964: Bắt đầu phát triển móng cọc ống thép dạng giếng. - Năm 1966: Áp dụng cọc hộp vào Nhật Bản (cầu Kinjo Ohashi). - Năm 1967: Áp dụng trong móng lò cao loại lớn. - Năm 1972: Thành lập “Phương pháp thiết kế và thi công móng cọc ván thép” của Hiệp hội nghiên cứu móng cọc ván thép. - Khoảng năm 1973: Phát minh ra phương pháp thi công móng cọc ống thép dạng giếng kiêm vòng vây thi công tạm thời. - Khoảng năm 1981: Phát minh ra phương pháp cắt cọc ống ván thép trong nước. - Năm 1981: Đưa ra phương pháp thiết kế thi công móng cọc ống thép dạng giếng (Bản thảo) - Đường sắt Nhật Bản (nay là JR). - Năm 1984: Phương pháp thiết kế móng cọc ống thép dạng giếng và giải thích của Hiệp hội đường bộ Nhật Bản. - Năm 1986: Phát minh ra phương pháp liên kết bệ cọc bằng thanh thép xiên vào. - Năm 1989: Phát minh ra phương pháp liên kết bệ cọc bằng kiểu đinh thép. - Năm 1990: Khi cải biên Quy trình thiết kế cầu đường bộ của Hiệp hội đường bộ Nhật Bản đã đưa chương Móng cọc ống thép dạng giếng vào quy trình. - Năm 1996: Phương pháp tính sức chịu tải theo phương ngang của móng cọc ống thép dạng giếng chịu động đất trong Quy trình thiết kế cầu đường bộ của Nhật Bản. - Năm 1997: Hướng dẫn thiết kế thi công móng cọc ống thép dạng giếng của Hiệp hội cầu đường bộ Nhât Bản. Hiện nay ở Việt Nam, cọc ống thép đã và đang được áp dụng trong các dự án xây dựng cầu lớn như móng cọc ống thép nhồi bê tông ở cầu Bính, vòng vây ngăn nước bằng cọc ván ống thép phục vụ thi công các trụ ở cầu Thanh Trì, kết cấu móng cọc ống thép dạng giếng cho các trụ tháp đang thi công ở cầu Nhật Tân… Với ưu điểm nổi trội của nó, tương lai cọc ống thép cũng như loại móng cọc ống thép dạng giếng này có thể được áp dụng rộng rãi hơn và dần dần thay thế cho những kết cấu móng truyền thống như móng giếng chìm, móng cọc bê tông cốt thép đúc sẵn, móng cọc khoan nhồi, đặc biệt khi thi công trong vùng nước sâu.
  11. LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT 1.3. Cấu tạo kết cấu móng cọc ống thép dạng giếng. 1.3.1. Khái quát chung về cấu tạo móng cọc ống thép dạng giếng. Kết cấu móng cọc ống thép dạng giếng được cấu tạo bởi các ống thép đường kính từ 0,8m đến 1,5m liên kết với nhau bằng hai tai nối ở hai bên cọc (khoá nối chống cắt) (Hình 1.2). Móng này được đóng xuống nền đất theo các hình tròn, chữ nhật, hình elip và hình ô van khép kín. Sau khi hạ các cọc xuống tầng chịu lực, phần tai nối được xói hút sạch và nhồi vữa vào bên trong. Vữa nhồi tai nối vừa có tác dụng liên kết các cọc đơn với nhau tốt hơn, làm tăng cường khả năng kháng cắt của cả giếng cọc, vừa ngăn nước xâm nhập vào giếng cọc trong quá trình thi công trụ cầu. [8], [9]. Hình 1.2: Cấu tạo chi tiết cọc ống thép.
  12. LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Phần đầu cọc được liên kết ngàm xung quanh bệ trụ bằng các tấm thép hoặc các thanh thép đường kính lớn chôn sâu vào trong lòng bệ có tác dụng liên kết chống cắt, chống mô men. Phần đầu cọc trong phạm vi liên kết với bệ được vét hết đất và đổ bê tông lấp kín. Trong một số trường hợp người ta có thể bơm bê tông phạm vi mũi cọc để tăng cường sức chịu tải cho mũi cọc. Kết cấu móng cọc ống thép dạng giếng có sức chịu tải theo phương thẳng đứng và khả năng kháng theo phương ngang tương đối lớn. Kết cấu móng cọc ống thép dạng giếng vừa có tác dụng liên kết cứng với bệ trụ tạo thành hệ cọc chịu lực để truyền tải trọng bên trên xuống nền đất vừa có tác dụng làm vòng vây ngăn nước trong suốt quá trình thi công trụ. Do đó sau khi thi công xong phải cắt bỏ phần cọc ống thép phía trên bệ để thanh thải lòng sông. Thông thường tất cả các cọc đều được đóng xuống tầng chịu lực (Hình 1.3 a). Trong một vài trường hợp, một số cọc được đóng xuống tầng chịu lực, một số cọc được đóng xuống tầng tương đối tốt ở giữa (Hình 1.3 b). Nếu toàn bộ cọc ống thép trong móng đều đóng xuyên qua lớp đất ở giữa đến tầng chịu lực, do sức kháng của nền đất quá lớn có thể sẽ làm hỏng cọc ống thép, làm hỏng mối nối và liên kết ống tai nối hoặc cọc không đóng xuống được do độ chối quá lớn. Khi đó kết cấu móng sẽ không còn đảm bảo điều kiện cấu tạo và hình dạng như thiết kế, chức năng làm việc của móng sẽ không còn được như tính toán. a, Toàn bộ cọc hạ xuống tầng chịu lực b, Một phần cọc hạ xuống tầng chịu lực Hình 1.3: Vị trí mũi cọc ống thép trong lòng đất.
  13. LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT 1.3.2. Các kiểu móng cọc ống thép dạng giếng. 1.3.2.1. Móng cọc ống thép kiêm làm vòng vây tạm thi công. Là phương pháp tận dụng giếng cọc làm luôn tường vòng vây ngăn nước khi thi công. Khi đóng cọc ống thép, đầu cọc phải vượt trên mực nước thi công để đảm bảo làm vòng vây ngăn nước. Sau khi đổ bê tông thân trụ tiến hành cắt bỏ phần cọc thép nhô lên khỏi bệ để tránh cản trở dòng chảy. Thông thường phải sử dụng máy cắt và áp dụng biện pháp cắt cọc trong nước. (Hình 1.4 a) Ưu điểm của phương pháp này là thời gian thi công ngắn hơn so với kiểu phải dùng vòng vây tạm và diện tích thi công cũng nhỏ hơn, diện tích chắn dòng giảm. Kiểu kết cấu móng cọc này được áp dụng rất phổ biến khi thi công trên vùng nước sâu và rộng, hiện nay đang được ứng dụng trong thi công trụ cầu Nhật Tân tại Việt Nam. 1.3.2.2. Móng cọc ống thép dạng giếng kiểu cọc thật. Là phương pháp xây dựng bệ móng trên hệ móng cọc ống thép sau khi đã thi công giếng cọc đến cao độ trên mực nước thi công. Khi đó cọc được ngàm vào trong bệ như kết cấu cọc thông thường. Kiểu này được áp dụng cho khu vực trên sông nước hay cảng biển không hạn chế mặt cắt lưu lượng và tĩnh không cho tàu thuyền qua lại.(Hình 1.4 b) 1.3.2.3. Móng cọc ống thép kiểu vòng vây. Là phương pháp xây dựng vòng vây ngăn nước bằng cọc ống ván thép. Ưu điểm của phương pháp này là độ cứng của vòng vây cao hơn vòng vây thông thường làm bằng tường cừ. Sau khi thi công xong thân trụ phải tháo dỡ vòng vây thanh thải lòng sông. (Hình 1.4 c). Loại móng này được áp dụng khi thi công trụ cầu Thanh Trì. Hình 1.4: Các kiểu móng cọc ống thép dạng giếng.
  14. LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT 1.3.3. Các hình thức bố trí cọc ống thép dạng giếng trên mặt bằng. 1.3.3.1. Móng cọc ống thép dạng giếng có tường ngăn bên trong. Trong trường hợp diện tích giếng móng tương đối lớn, để đảm bảo độ cứng của bệ trụ, độ cứng của toàn hệ giếng và làm tăng sức chịu tải thẳng đứng của toàn hệ móng cọc, người ta bổ sung thêm các tường cọc ống thép vào trong lòng giếng. Ngoài ra các tường ngăn còn có tác dụng giảm ứng suất cục bộ sinh ra ở các vị trí liên kết giữa cọc ống thép với bệ móng và giếng.(Hình 1.5) Hình 1.5: Giếng cọc có tường ngăn bên trong. 1.3.3.2. Móng cọc ống thép dạng giếng có cọc đơn bên trong. Khi số lượng cọc trong giếng móng chưa được đảm bảo điều kiện chịu lực và liên kết phải bổ sung thêm các cọc đơn bên trong để giảm ứng suất sinh ra ở phần liên kết của cọc ống thép với bệ trụ và giếng. Ngoài ra nó còn có tác dụng làm tăng sức chịu tải thẳng đứng của toàn hệ móng cọc.(Hình 1.6) Hình 1.6: Giếng cọc có cọc đơn bên trong. 1.3.3.3. Móng cọc ống thép dạng giếng tiết diện lớn. Trong trường hợp mặt bằng của móng lớn, có thể lựa chọn các dạng giếng cọc ống thép kiểu nhiều nhiều giếng con hình chữ nhật (Hình 1.7 a) hoặc có thể xét đến các dạng kết cấu móng có nhiều tường ngăn cọc ống thép ở bên trong (Hình 1.7 b). a, Kiểu nhiều giếng. b, Kiểu có nhiều tường ngăn. Hình 1.7: Mặt bằng móng cọc ống thép dạng giếng tiết diện lớn.
  15. LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT 1.3.4. Tai nối cọc ống thép. Ban đầu cọc ống thép được sử dụng ở trong các kết cấu tường chắn, khi đó người ta đã sử dụng thép hình là thép góc để làm tai nối cọc, nhưng do tính ngăn nước của tai nối này kém mà sau đó người ta đã thiết kế các ống thép tròn làm tai nối cọc. Các loại tai nối của cọc ống thép có loại P-P, loại L-T, loại P-T qui định trong JIS A 5530 (cọc ván ống thép). Đối với móng cọc ống thép dạng giếng thông thường, người ta sử dụng tai nối loại P-P với đường kính ngoài 165,2mm và dày 11mm.[22]. a, Tai nối loại P-P b, Tai nối loại P-T c, Tai nối loại L-T Hình 1.8: Cấu tạo các loại tai nối cọc. Hình 1.9: Hình ảnh tai nối cọc ống thép dạng giếng.
  16. LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Để đảm bảo độ cứng của toàn hệ cọc ống thép, nên hàn ống tai nối của cọc ống thép trên toàn bộ chiều dài của cọc ống thép. Nhưng khi đó sức kháng khi đóng xuống nền đất chịu lực tại mũi cọc ống thép tăng lên, khó đóng cọc và làm hỏng tai nối. Để tránh hiện tượng này phạm vi hàn tai nối chỉ đến cao độ gần nền chịu lực và đầu tai nối được cắt vát để quá trình hạ cọc vào trong nền đất được dễ dàng hơn.(Hình 1.10) Hình 1.10: Vị trí hàn tai nối vào thân cọc. Trong trường hợp sử dụng cọc ống thép đường kính lớn và phải tăng cường liên kết chống cắt giữa các ống thép, người ta có thể tăng đường kính của ống tai nối từ 165,2mm lên 267,4mm và có gia cường thêm liên kết dọc theo chiều dài ống bằng hai bản thép hai bên thành ống.(Hình 1.11 a) Hình 1.11: Tăng cường các ống tai nối đường kính lớn.
  17. LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Khoảng cách tiêu chuẩn của các tai nối khi bố trí cọc ống thép vòng ngoài và cọc thép tường ngăn lấy bằng 1,5 lần đường kính ngoài của ống tai nối. Với móng chỉ cấu tạo từ cọc ống thép vòng bên ngoài thì dùng giá trị tiêu chuẩn này để bố trí cọc ống thép. Với móng có bố trí tường ngăn cọc ống thép ở móng có dạng lượn tròn ở vòng ngoài như hình tròn, hình ô van, hình chữ nhật góc lượn tròn thì khoảng cách các tai nối của cọc ống thép vòng vây ngoài về nguyên tắc vẫn lấy giá trị tiêu chuẩn nhưng có thể điều chỉnh khoảng cách các tai nối của cọc ống thép làm tường ngăn trong phạm vi khoảng ± 20mm. (Hình 1.12) Trong trường hợp khó bố trí khi chỉ điều chỉnh khoảng cách tai nối của cọc ống thép làm tường ngăn thì có thể điều chỉnh khoảng cách tai nối cọc ống thép làm vòng ngoài tại phần góc lượn tròn. Khi đó khoảng cách các tai nối của cọc ống thép làm vòng bên ngoài tại phần góc lượn tròn lấy giá trị gần với giá trị tiêu chuẩn nhất. Trường hợp điều chỉnh theo cách này mà vẫn khó bố trí cọc ống thép làm tường ngăn thì có thể thay đổi đường kính ống tai nối của cọc ống thép làm tường ngăn.(Hình 1.12) Bảng 1.1: Kích thước và khối lượng của ống tai nối cọc. Hình dạng ống Kích thước ống tai nối Khối lượng ống tai nối tai nối (mm) (kg/m) Loại P-P 165,2x11 83,6 Hình 1.12: Điều chỉnh khoảng cách giữa các tai nối Để đảm bảo liên kết giữa các cọc ống thép với nhau được tốt và làm vòng vây ngăn nước hiệu quả trong quá trình thi công, sau khi hạ cọc xuống cao độ thiết kế người ta
  18. LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT hút đất làm sạch lòng tai nối và bơm vữa lấp đầy. Tuy nhiên vữa lấp lòng tai nối thường khó thi công, chất lượng khó kiểm soát và dễ rò rỉ ra nguồn nước gây ô nhiễm môi trường. Với sự phát triển của công nghệ làm sạch trong lòng ống tai nối bằng xói hút và công nghệ bơm vữa cường độ cao trong lòng ống tai nối khá hiệu quả nên hiện nay chất lượng thi công móng cọc ống thép dạng giếng đã được nâng cao rất nhiều. 1.3.5. Liên kết giữa cọc ống thép và bệ. Sau khi đóng hạ cọc ống thép xuống nền chịu lực phải thi công liên kết cọc ống thép với bệ móng thành một khối thống nhất. Khi đó mới đảm bảo sự làm việc của giếng cọc được tốt, đảm bảo tính ổn định của giếng cọc và khả năng truyền tải trọng từ kết cấu nhịp xuống nền đất được tốt.(Hình 1.13) Hình 1.13: Liên kết giữa cọc ống thép và bệ móng trong giếng móng. Có 2 phương pháp liên kết cọc ống thép vào bệ móng: phương pháp xây dựng bệ móng trực tiếp trên đầu cọc ống thép (liên kết ngàm trực tiếp vào đáy bệ) và phương pháp xây dựng bệ móng bên cạnh cọc ống thép (liên kết thành bên của cọc với thành bên của bệ). Đối với kiểu kiêm luôn là vòng vây tạm khi xây dựng bệ móng (liên kết thành bên của cọc với thành bên của bệ) có thể sử dụng 3 phương pháp là phương pháp dùng bản thép, phương pháp dùng cốt thép cắm và phương pháp dùng đinh thép.[10] 1.3.5.1. Liên kết bằng bản thép và bản hẫng. Là phương pháp liên kết bệ móng và cọc ống thép nhờ bản thép chịu mô men và bản thép chịu cắt hay bản hẫng hàn vào thành bên của cọc. Bản thép chịu mô men được hàn nhóm trên toàn mặt cắt. Bản thép chịu cắt hàn góc hai mặt bên hay hàn nhóm trên
  19. LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT toàn mặt cắt. Để liên kết giữa cọc và bệ được tốt, hàn thêm cốt thép vào bản thép chịu cắt và chịu mô men và liên kết với lưới thép bệ móng. Hình 1.14: Cấu tạo liên kết cọc vào bệ móng bằng bản thép và bản hẫng. Hình 1.15: Chi tiết liên kết bản thép vào cọc. Hình 1.16: Hình ảnh thi công liên kết bằng bản thép.
  20. LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT 1.3.5.2. Liên kết bằng thanh thép thanh. Là phương pháp liên kết bệ móng với cọc ống thép bằng các thanh thép được hàn vào thành bên của giếng. Để liên kết các thanh thép với cọc ống thép, người ta dùng máy để khoan lỗ vào mặt trong của giếng (đường kính lỗ bằng đường kính cốt thép +10mm), sau đó luồn thanh thép qua lỗ và hàn trực tiếp cốt thép vào bề mặt của cọc ống thép. Yêu cầu mặt cắt làm việc của cọc không bị giảm yếu quá 5%. Khi đổ bê tông vào trong cọc cũng làm tăng liên kết giữa thanh thép và cọc. Hình 1.17: Cấu tạo liên kết cọc vào bệ bằng thép thanh. Hình 1.18: Chi tiết liên kết thanh thép vào cọc ống thép.
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.09: Bộ Luận Văn Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Quản Trị Kinh Doanh
81 tài liệu
1649 lượt tải
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
41=>2