MỞ ĐẦU 1. ĐẶT VAN DE Trong những năm gan đây. khi thi công móng cho các công trình trong khu vực đô thị, giải pháp được các nhà thiết kế và chủ đầu tư thường ưu tiên chọn lựa là móng trên nên cọc ép bê tông cốt thép (BTCT) vì một số ưu điểm của nó. Cụ thể là thi công nhanh, giá thành hop lý, ít gay ảnh hưởng làm sụp lún nhà lần cận do không phải đào móng khá sâu, hoặc giảm thiểu đáng kế độ lún móng khi sử dụng lâu dài nếu so với việc gia cố móng bang cừ tram hay phải đặt móng trên nền đất thiên nhiên.
Đặc biệt, có thể kiểm soát được chất lượng cọc trước khi ép. Tuy nhiên, thực tế cho thấy biện pháp thi công ép cọc BTCT cũng có thể gây ra những ảnh hưởng đáng kể đối với công trình kiến trúc lân cận- có thé thấy bang mat thường- như gây chấn động công trình liền kề, gây nứt cục bộ các cấu kiện kiến trúc. Nguyên nhân các sự cô nay được cho là do sự chuyển dịch của đất nên trong quá trình hạ cọc, dân đên hiện tượng dat trôi, cọc trôi trên mat dat. Xét về mặt giá thành, việc lựa chọn giải pháp móng cọc cụ thể cho công trình như là sử dụng cọc khoan nhdi, ép tĩnh cọc theo kiểu thông thường, ép coc có khoan dẫn.có ý nghĩa lớn va là van dé đáng quan tâm đối với các nhà dau tư trong mục tiêu làm hạ giá thành công trình.
Việc nghiên cứu phạm vi chuyển dịch của đất nền xung quanh khi ép cọc và các kiến nghị về biện pháp khắc phục những ảnh hưởng không mong muốn của việc thi công ép cọc bê tông đối với công trình lân cận là nhằm mục đích góp phần hoàn thiện hơn theo hướng an toàn và tiết kiệm cho phương pháp ép tĩnh cọc, góp phần tạo cơ sở trong việc lựa chọn loại hình móng cọc cụ thê đê xây dựng công trình. Đề tài tập trung nghiên cứu các ảnh hưởng do chuyến dich đất khi sử dụng biện pháp ép cọc bê tông đối với nhà xây chen trong đô thị. Áp dụng tính toán bằng các phương pháp dự báo khác nhau và đúc kết các kết quả để đưa tới những nhận định chung. Từ đó, có kiến nghị phù hợp trong thiết kế, thi công, kết hợp với yếu tố hiệu quả kinh tế trong thực tế xây dựng đối với các công trình sử dụng cọc ép hiện nay.
MỤC TIỂU NGHIÊN CỨU + Nghiên cứu quá trình thay đổi trạng thái ứng suất-biễn dạng của đất nền, xác định cơ chế chuyền vị đất nền khi thi công cọc ép bê tông. + Xây dựng được phương pháp dự báo vùng ảnh hưởng của việc thi công ép cọc gây ra cho khu vực lân cận trong khu dân cư đồ thi. + Đề xuất biện pháp giảm thiểu những ảnh hưởng bat lợi do việc thi công ép cọc đối với khu vực lân cận. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU + Tổng hợp và phân tích cơ sở lý thuyết đã có về khả năng nén chặt của đất trong quá trình thi công ép cọc, sự thay đổi áp lực nước lỗ rỗng và trạng thái ứng suat-bién dạng khi thi công.
+ Dùng phương pháp giải tích dự báo khả năng chuyển dịch của đất nền khi hạ cọc bằng phương pháp ép tĩnh. Thông qua ứng xử của đất nền khi ép cọc, đánh giá tác động gây ảnh hưởng đến sự 6n định của đất nền trong khu vực. + Sử dụng công cụ tính toán (phần mềm Plaxis 8.5) để mô phỏng quá trình ứng xử của đất khi ép coc BTCT (mô hình đất đàn hồi dẻo Mohr-Coulomb). Ý NGHĨA KHOA HOC CUA DE TÀI Đề tài thực hiện nhằm làm rõ hơn những ứng xử của nên đất khi ép cọc.
phân tích những tác động đến công trình lân cận va góp phan xác định biện pháp thi công phù hợp cho loại hình móng cọc ép tĩnh đang được sử dung pho biến hiện nay. PHAM VI NGHIÊN CỨU CUA DE TÀI Đề tài tập trung nghiên cứu về chuyển dịch của đất nền trong quá trình cọc đơn được hạ vào đất bằng phương pháp ép tĩnh. Qua đó, đề xuất biện pháp thi công ép cọc phù hợp cho loại hình công trình nhà xây chen trong khu dân cư đô thị tại thành phố Hồ Chí Minh. TONG QUAN VE CÁC NGHIÊN CỨU CHUYEN DỊCH CUA DAT NEN TRONG QUA TRÌNH EP COC 1.1 Giới thiệu chung 1.1 Giới thiệu sơ lược về phương pháp ép tĩnh cọc Khi xây dựng công trình cao tầng trong đô thị, từ điều kiện phải xây chen với các công trình có sẵn xung quanh, giải pháp móng thường dùng trước đây là móng cọc khoan nhéi.
Tuy nhiên, giải pháp cọc khoan nhỏi cho thấy nhiều nhược điểm khi sử dụng như: giá thành cao, khó quản lý được chất lượng của từng cọc nhdi. Ngay trong việc thử tải cho cọc nhdi, vì lý do quá tốn kém, thường chỉ được tiến hành kiểm tra theo tỉ lệ vài phần trăm. Theo Tạp chí Sài Gòn Đầu Tư Xây Dựng 6/1998 “Thử tĩnh một vài cọc nhồi trong công trình là khá nguy hiểm, vì số cọc còn lại có thé là ân họa”[1]. Vi vậy, giải pháp thay thé cho móng công trình hiện nay là ép tĩnh cọc.
Cùng với sự phát triển rất nhanh trong lĩnh vực sản xuất cọc bê tông cường độ cao, phương pháp ép tĩnh cọc là lời giải hợp lý vì có giá thành thấp hơn rất nhiều so với cọc nhỏi, chất lượng từng cọc được kiểm soát và khả năng chịu lực được nâng cao (nêu so sánh về gia tri vật liệu làm cọc giữa cọc đúc săn và cọc nhoi). Phương pháp ép tĩnh cọc là sử dụng tải trọng (thông qua dàn ép thông thường hoặc Robot) dé ép dan cọc xuống nên đất. Lớp đất bên dưới bị dịch chuyển do có sự chiếm chỗ của cọc trong đất và có thé gây ra ảnh hưởng nhất định đến khu vực lân can. Trong phạm vi luận van nay, tác giả xin đề cập đến những chuyền dịch đất nền khi ép cọc, làm rõ phạm vi ảnh hưởng trong khu vực.
Từ đó, đề ra biện pháp góp phan hoản thiện hơn phương pháp ép tĩnh cọc bê tông cốt thép (BTCT) — phương pháp đang được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay.2 Một số phương pháp hạ cọc đang sử dụng tại TP Hồ Chí Minh Những hình ảnh dưới đây minh họa cho một số phương pháp hạ cọc đang được sử dụng trong thực tế. Tuy thuộc vào cấp tải trọng công trình, đặc điểm địa chất cụ thể, điều kiện về diện tích công trường và kinh phí đầu tư. Một trong số các > e , : Hình 1.1 Phương pháp ép tĩnh cọc thông thường-sử dung đối trọng là các khối bê tông (hoặc sắt). Phù hợp cho công trình có diện tích rộng.
Phù hợp cho nhà đưới 3 tang, dién tich chat hep. “Toa = (a= ~t a ` xr 3 ví == — = == =e 7 =m 5 == „” == ens _ “+ = E Hình 1.3 Phương pháp ép coc bằng robot tự hành-sử dung doi trọng là các khối sắt và trọng lượng bản thân.4 Phương pháp cọc khoan nhôi- Sử dung khi có yêu cầu coc có đường kính lớn, chiêu đài sau.5 Phương pháp ép cọc-khoan trong (Nakabory), su dụng cọc ly tam cường độ cao. Phù hợp cho nhà cao tang phía trên có thể được ép thuần túy hoặc khoan-ép.2 Tổng hợp các nghiên cứu về chuyền dịch đất khi ép cọc Quá trình hạ cọc bê tông xuống nên đất gây xáo trộn và thay đổi trạng thái ứng suất — biến dạng của đất xung quanh và dưới mũi cọc được thể hiện như hình 1.7 [2] Việc ép cọc làm xáo trộn đất xung quanh cọc. Khi cọc được ép vào lớp đất nền bên dưới thì sẽ xảy ra những ứng xử khác nhau tùy thuộc vào độ lớn cọc, độ sâu hạ cọc và khác biệt vé đặc trưng cơ lý theo từng loại dat.1 Khi hạ cọc vào lớp đất sét [3] De Mello (1969) đã liệt kê 4 loại ảnh hưởng chính khi hạ cọc vào đất là: -Lam thay đổi cấu trúc đất xung quanh cọc -Làm bién đổi trạng thái ứng suất trong đất ở vùng lân cận cọc -Làm tăng áp lực lỗ rỗng xung quanh cọc -Hiện tượng biến đổi độ bền Theo thời gian trong đất Trước hết, xét cọc ép vào tang đất sét bảo hòa nước.
Khi ép cọc xuống thì một lượng thể tích đất bị dịch chuyến, thé tích khối đất nầy bằng với thé tích của cọc đã chiếm chỗ. Có thể nói hoạt động ép cọc gây ra những thay đỗi về biến dạng trong đất sét. Đất có thể bị đấy từ vị trí ban đều BCDE sang ngang với vị trí B’C’D’E’ (hinh1. Do đất sét bảo hòa nước có tính thấm bé, đất bị dịch chuyén và nén ép có thê trôi lên mat dat.8 Chuyển vị và nén ép của đất xung quanh do ép cọc Trên hình 1.9, cọc có bán kính oa được ép sâu vào trong tầng đất sét, sự thay đối của độ bền cắt doc theo chiều dài cọc và khoảng cách theo phương ngang đến cọc được cho trên hình obcd, trong đó o là góc toa độ.
Duong A biéu diễn độ bền cắt trước khi ép cọc và cũng là độ bền của đất sét khi còn nguyên dạng. Ngay sau khi ép cọc, độ bền cắt biểu thị băng đường B. Trước khi ép cọc đất ở điểm a, thì sau khi ép đã dịch chuyển tới điểm o, còn gốc o thì dịch chuyển đến điểm f. Độ bền cat bi giảm đi [3].“ v = «ey | /Õ | © h: ss dj & kh ` Vv lo y uv cei ae 9 | 0 3 = 9 ! @ , Me 5 ¡ ~ ¬ ~ ob ¡ & " - 5 1a 5 ja & j ¡ © ' a O [ m b Hình 1.9 Độ bên cắt trong đất sét bão hòa nước trước và sau khi ép cọc Dat ở điểm o đã dịch chuyển và do đó phần lớn áp lực giữa các hạt bị biến mất.
Tổng cộng áp lực chất tải trước bao gồm áp lực giữa các hạt cộng với áp lực nước lễ rỗng là không thay đổi. Do đó, phần mất đi giữa các hat đã được chuyển thành áp lực nước lỗ rỗng. Vì chỉ có lớp đất cách cọc rất gần mới bị xáo trộn nên áp lực lỗ rỗng tăng lên. Hon nữa, áp lực ngang bên cạnh cọc tăng do chuyển vị hướng ra ngoài của đất khi ép coc.
Gradient do áp lực dư này lập tức gây ra thấm và bắt đầu quá trình có kết. Vì dòng chảy xảy ra từ điểm có áp lực cao đến điểm có áp lực thấp, do đó hướng của dòng chảy là từ cọc và theo phương đường kính cọc.