Nghiên cứu thực nghiệm sức chịu tải dọc trục cọc bê tông cốt thép trên đất đỏ bazan tại Pleiku

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu thực nghiệm sức chịu tải dọc trục bê tông cốt thép trên đất đỏ bazan tại Pleiku, mang lại những kết quả đáng chú ý.

• Tác giả: Đinh Công Quyết
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Sỹ Hùng
• Trường học: Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ thuật công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp
• Đề tài: Nghiên cứu thực nghiệm trên mô hình thu nhỏ sức chịu tải dọc trục cọc bê tông cốt thép trong đất đỏ Bazan ở Pleiku
• Loại tài liệu: Luận văn
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu sức chịu tải cọc bê tông cốt thép

Nghiên cứu sức chịu tải của cọc bê tông cốt thép trên đất đỏ bazan ở Pleiku là một chủ đề quan trọng trong lĩnh vực xây dựng. Đất đỏ bazan có những đặc điểm riêng biệt, ảnh hưởng đến khả năng chịu tải của cọc. Việc hiểu rõ về sức chịu tải cọc bê tông cốt thép sẽ giúp các kỹ sư thiết kế và thi công hiệu quả hơn. Đề tài này không chỉ mang lại giá trị lý thuyết mà còn có ứng dụng thực tiễn cao trong các công trình xây dựng tại khu vực Tây Nguyên.

1.1. Đặc điểm địa chất đất đỏ bazan ở Pleiku

Đất đỏ bazan ở Pleiku có cấu trúc địa chất đặc trưng với độ cứng và tính chất cơ lý biến đổi theo mùa. Mùa khô, đất cứng chắc, trong khi mùa mưa, đất trở nên mềm yếu. Điều này ảnh hưởng lớn đến sức chịu tải của cọc bê tông cốt thép. Các nghiên cứu trước đây cho thấy rằng việc khảo sát địa chất là rất cần thiết để đảm bảo an toàn cho các công trình xây dựng.

1.2. Tầm quan trọng của nghiên cứu sức chịu tải cọc

Nghiên cứu sức chịu tải cọc bê tông cốt thép không chỉ giúp xác định khả năng chịu tải của cọc mà còn giúp tối ưu hóa thiết kế móng cho các công trình cao tầng. Việc này giúp tiết kiệm chi phí xây dựng và đảm bảo an toàn cho công trình. Đặc biệt, trong bối cảnh phát triển đô thị tại Pleiku, việc nghiên cứu này càng trở nên cấp thiết.

II. Vấn đề và thách thức trong nghiên cứu sức chịu tải cọc

Mặc dù có nhiều nghiên cứu về sức chịu tải cọc bê tông cốt thép, nhưng việc áp dụng các phương pháp này trên đất đỏ bazan vẫn gặp nhiều thách thức. Đặc điểm địa chất phức tạp và sự biến đổi của các chỉ tiêu cơ lý theo mùa là những yếu tố cần được xem xét kỹ lưỡng.

2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến sức chịu tải cọc

Sức chịu tải của cọc bê tông cốt thép phụ thuộc vào nhiều yếu tố như loại đất, độ ẩm, và cấu trúc cọc. Đất đỏ bazan có độ rỗng lớn và dung trọng khô bé, điều này làm giảm khả năng chịu tải của cọc. Việc xác định các yếu tố này là rất quan trọng trong thiết kế.

2.2. Khó khăn trong khảo sát địa chất

Khảo sát địa chất trên đất đỏ bazan gặp nhiều khó khăn do tính chất biến đổi của đất theo mùa. Việc lấy mẫu và phân tích các chỉ tiêu cơ lý cần được thực hiện cẩn thận để đảm bảo độ chính xác của kết quả. Điều này đòi hỏi các kỹ thuật và thiết bị hiện đại.

III. Phương pháp nghiên cứu sức chịu tải cọc bê tông cốt thép

Để nghiên cứu sức chịu tải cọc bê tông cốt thép, nhiều phương pháp khác nhau đã được áp dụng. Các thí nghiệm trong phòng và hiện trường là những phương pháp chính được sử dụng để xác định sức chịu tải của cọc.

3.1. Thí nghiệm nén tĩnh cọc

Thí nghiệm nén tĩnh cọc là phương pháp phổ biến để xác định sức chịu tải dọc trục của cọc bê tông cốt thép. Thí nghiệm này được thực hiện trên mô hình thu nhỏ và trong điều kiện thực tế để so sánh kết quả. Kết quả thí nghiệm sẽ cung cấp thông tin quan trọng cho việc thiết kế.

3.2. Mô phỏng bằng phần mềm Plaxis

Phần mềm Plaxis được sử dụng để mô phỏng sức chịu tải của cọc bê tông cốt thép trong điều kiện đất đỏ bazan. Mô phỏng này giúp dự đoán chính xác hơn về hành vi của cọc dưới tải trọng và so sánh với kết quả thí nghiệm thực tế.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu về sức chịu tải cọc bê tông cốt thép trên đất đỏ bazan đã chỉ ra rằng có sự khác biệt rõ rệt giữa các chỉ tiêu cơ lý của đất theo mùa. Những kết quả này có thể được áp dụng trong thiết kế và thi công các công trình cao tầng tại Pleiku.

4.1. Kết quả thí nghiệm sức chịu tải cọc

Kết quả thí nghiệm cho thấy sức chịu tải của cọc bê tông cốt thép trên đất đỏ bazan có sự biến đổi lớn theo độ ẩm. Các thí nghiệm đã chỉ ra rằng cọc đơn có sức chịu tải cao hơn so với nhóm cọc trong điều kiện đất này.

4.2. Ứng dụng trong thiết kế móng cọc

Các kết quả nghiên cứu sẽ được áp dụng trong thiết kế móng cọc cho các công trình cao tầng tại Pleiku. Việc này không chỉ giúp tối ưu hóa chi phí mà còn đảm bảo an toàn cho công trình trong điều kiện đất đỏ bazan.

V. Kết luận và triển vọng nghiên cứu trong tương lai

Nghiên cứu sức chịu tải cọc bê tông cốt thép trên đất đỏ bazan ở Pleiku đã cung cấp nhiều thông tin quý giá cho ngành xây dựng. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều vấn đề cần được nghiên cứu thêm để hoàn thiện hơn.

5.1. Những hạn chế của nghiên cứu

Mặc dù đã đạt được nhiều kết quả, nhưng nghiên cứu vẫn còn một số hạn chế như số lượng mẫu thí nghiệm còn ít và chưa đa dạng. Cần có thêm nhiều nghiên cứu để khẳng định tính chính xác của các kết quả.

5.2. Định hướng nghiên cứu trong tương lai

Trong tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu sâu hơn về các yếu tố ảnh hưởng đến sức chịu tải cọc bê tông cốt thép trên đất đỏ bazan. Việc áp dụng công nghệ mới và các phương pháp thí nghiệm hiện đại sẽ giúp nâng cao độ chính xác của các kết quả nghiên cứu.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 TỔNG QUAN Trong chương này tác giả chủ yếu nghiên cứu, tìm kiếm các thông tin về đặc điểm địa chất đất đỏ bazan ở thành phố Plei ku. Tổng hợp các công trình có thi công móng cọc ở thành phố Plei ku từ trước đến nay, một số vấn đề về móng cọc liên quan đến đất đỏ Bazan. Các nghiên cứu trong và ngoài nước về đất đỏ bazan ở Pleiku và cọc BTCT trong điều kiện đất đỏ Bazan.1 Đặc điểm địa chất đất đỏ bazan ở Plei ku.1 Đặc điểm thủy văn. - Trong các thành tạo phun trào bazan, nước dưới đất tồn tại trong hệ thống khe nứt và các lỗ rổng của các thành tạo đá góc bazan và vỏ phong hóa của chúng.

Nước thường có nguồn góc ngấm trực tiếp từ nước mưa. - Động thái mực nước thay đổi theo mùa, biên độ dao động mực nước trong năm đạt khoảng 10m đến 20m. Trong vỏ phong hóa bazan, nước thường là nước ngầm (không áp). - Kết quả nghiên cứu trước đây cho thấy nước trong thành tạo bazan thuộc loại siêu nhạt đến nhạt và thường không có tính ăn mòn bê tông.2 Đặc điểm khí hậu.

Gia Lai thuộc vùng khí hậu cao nguyên nhiệt đới gió mùa, dồi dào về độ ẩm, có lượng mưa lớn, không có bão và sương muối. Khí hậu chia làm 2 mùa rõ rệt, mùa mưa bắt đầu từ tháng 5 và kết thúc vào tháng 10; mùa khô từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau. Vùng Tây Trường Sơn có lượng mưa trung bình năm từ 2.500 mm, vùng Đông Trường Sơn từ 1. Nhiệt độ trung bình năm là 22 – 25°C.3 Các quá trình địa chấn động lực công trình.

- Động đất: Theo sơ đồ phân vùng động đất Trung và Nam Trung Bộ (Nguyễn Đình Xuyên và nhóm nghiên cứu, 1994), khu vực TP. Plei ku thuộc vùng động đất 3 cấp Mmax = 5,1 – 5,5 độ richter, sâu h = 10 - 15km. Nhìn chung, chấn tâm động đất nông, song có thể xảy ra tai biến do động đất kích thích [3]. Vì vậy trong quá trình xây dựng cần chú ý các biện pháp kháng chấn cần thiết.

- Các quá trình chấn động khác: Các quá trình địa chất ngoại sinh thường chỉ là các rãnh xói, dòng tạm thời nhỏ xuất hiện trong mùa mưa, chúng ít ảnh hưởng đến công trình xây dựng.4 Sự phân bố theo vùng và độ sâu. Tại Tây nguyên nói chung và TP. Pleiku nói riêng, có địa chất đặc trưng chủ yếu là đất đỏ Bazan (hình 1. Vị trí địa lý kéo dài từ phía tây tỉnh Gia Lai đến phía nam tỉnh Kon Tum, có diện tích khá lớn.

Diện phân bố bazan này có dạng tương đối đẳng thước bao bọc xung quanh TP. Plei ku,thuộc tỉnh Gia Lai. Có độ cao trung bình từ 700 – 800m so với mực nước biển. Các đá bazan Miocen giữa phân bố chủ yếu từ độ cao 700m trở xuống và thường tập trung trong các trũng tương đối bằng phẳng tạo nên các cao nguyên bazan thoải nghiêng dần về phía biên giới Việt Lào ở phía Tây và giảm dần về phía Nam.

Độ cao giảm dần từ 700m ở phía bắc của dải bazan này đến 200m ở phía Tây và 300m ở phía Nam. Đất đỏ Bazan ở Tây nguyên 1.5 Bản đồ địa chất, mặt cắt địa chất TP. - Bản đồ địa chất Plei ku, theo cục Bản đồ địa chất Việt Nam (online version 2. Mặt cắt địa chất của các thành tạo phun trào bazan ở đây là sự xen kẹp các lớp bazan phong hóa dở với các lớp đá gốc bazan chưa bị phong hóa (hình 1.

Bản đồ và mặt cắt địa chất TP. Plei ku, Gia Lai 5 1.6 Cấu trúc, cấp phối. Đất đỏ Bazan ở Plei ku có nhiều điểm khác biệt so với các đất ở vùng khác. Một số điểm khác biệt căn bản giữa đất đỏ Bazan với đất các vùng khác là: - Về mặt cấu trúc địa chất, địa điểm xây dựng thuộc diện phân bố của các thành tạo phun trào bazan.

Các kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng, bazan trong khu vực TP. Pleiku là kết quả của các đợt phun trào khác nhau ứng với các khoảng thời gian tạo thành khác nhau. - Về mặt cấp phối: Đất, đá bazan thường có cấu tạo khối, xen kẹp các lớp bazan đặc sít và bazan lỗ hổng. Sản phẩm phong hóa triệt để của đá bazan tạo thành các lớp đất loại sét (sét, sét pha) tương đối đồng nhất.

Tổng bề dày các thành tạo bazan trong khu vực đạt vài trăm mét, trong đó bề dày lớp vỏ phong hóa phía trên cùng có chiều dày từ 20m đến 30m.2 Móng cọc cho các công trình cao tầng ở Plei ku. Ở thành phố Pleiku hiện tại rất ít nhà cao tầng nhưng sẽ phát triển nhiều trong tương lai ( hình 1. Trung tâm TP.1 Thống kê sơ bộ số lượng các công trình cao tầng và phương án móng. Các công trình nhà cao tầng và phương án móng ở Plei ku.

6 TIẾT DIỆN NĂM SỐ LOẠI MÓNG ĐỘ SÂU TT TÊN CÔNG TRÌNH CỌC THI TẦNG CỌC CỌC (m) ( mm) CÔNG Ngân hàng BIDV 1 10 Cọc BTCT 250x250 20 2010 Gia Lai Khách sạn Hoàng 2 11 Cọc BTCT 250x250 20 2009 Anh Gia Lai Trụ sở Hoàng Anh 3 12 Cọc BTCT 250x250 20 2009 Gia Lai Công ty Điện lực 4 7 Cọc BTCT 250x250 20 2010 Gia Lai Công ty Kinh 5 doanh Hàng xuất 10 Cọc BTCT 250x250 20÷25 2010 khẩu Quang Đức Chung cư Hoàng 6 12 Cọc BTCT 300x300 20÷25 2011 Anh Gia Lai Tòa nhà Đức Long 7 15 Cọc BTCT 300x300 20÷25 2011 Tower Móng bè 8 Trụ Sở Hải Quan 8 2014 BTCT Chi cục thuế tỉnh 9 8 Cọc BTCT Ø500; Ø400 15÷25 2015 Gia Lai 10 Cổng Quốc Môn 33m Cọc BTCT 300x300 15÷15,5 2016 Gia lai là một tỉnh miền núi nghèo, tốc độ phát triển chậm so với các tỉnh và thành phố khác, việc sử dụng móng cọc cho các tòa nhà cao tầng trong những năm qua tương đối hạn chế. Các công trình sử dụng móng cọc BTCT nhìn chung tương đối ổn định, chưa xảy ra các sự cố nứt gãy, hiện tượng lún sau thời gian sử dụng không đáng kể. Theo đồ án quy hoạch đến năm 2020 thành phố Plei ku sẽ trở thành đô thị loại I, tỉnh Gia Lai sẽ đầu tư rất nhiều công trình để nâng cấp thành phố. Cùng với sự phát triển kinh tế xã hội, môi trường đầu tư thuận lợi, chắc chắn trong tương lai sự phát triển nhà cao tầng sẽ rất lớn, tương xứng với tầm vóc của một thành phố loại I trực thuộc tỉnh Gia Lai.2 Một số vấn đề về sức chịu tải cọc liên quan đến đất đỏ Bazan - Đất bazan: là loại đất yếu có độ rỗng lớn, dung trọng khô bé, khả năng thấm nước cao, dễ bị lún sụt.

7 - Sự phụ thuộc lớn của chỉ tiêu cơ lý vào độ ẩm thể hiện rỏ nhất là theo mùa: Mùa khô lượng mưa ít, đất khô cứng, khả năng chịu lực của đất vào mùa khô rất tốt. Tuy nhiên vào mùa mưa, độ ẩm trong đất tăng làm cho nền đất yếu, hệ số ma sát giữa cọc và nền đất giảm rất nhanh, khả năng chịu lực của nền đất rất yếu. Vì vậy khi thiết kế nền móng cần lưu ý đến độ ẩm của nền đất để tính toán cho đảm bảo yêu cầu kỹ thuật. Kết luận: Với sự phát triển nhà cao tầng ở thành phố Pleiku ngày một nhiều, được xây dựng trên nền địa chất đất đỏ Bazan tương đối ổn định.

Tuy nhiên hàm lượng sét trong đất đỏ Bazan tương đối nhiều, khi đất có độ ẩm lớn (vào mùa mưa), khả năng chịu tải của cọc sẽ giảm mạnh. Vì vậy vấn đề đặt ra là khi thiết kế móng cho công trình là: Nên chọn thời điểm khảo sát vào 2 mùa (mùa mưa và mùa khô). Tuy nhiên nếu điều kiện không cho phép thì nên chọn mùa mưa để khảo sát, vì lúc này độ ẩm lớn, các chỉ số lực dính (c) và góc ma sát (φ) sẽ giảm, khả năng chịu tải của cọc sẽ giảm so với mùa khô, lúc này kết quả tính toán sẽ chính xác và an toàn hơn.3 Các nghiên cứu trong nước và ngoài nước.1 Các nghiên cứu về đất đỏ Bazan ở Pleiku và các loại đất tương tự khác. Hiện nay các nghiên cứu về đất đỏ Bazan ở trên thế giới và ở Việt Nam rất ít.

Đặc biệt là nền đất Bazan ở Pleiku càng ít hơn. Để có tài liệu nghiên cứu, tác giả phải tìm hiểu rất nhiều nghiên cứu về các loại đất tương tự trong và ngoài nước như: Tác giả Văn Hữu Tập nghiên cứu “Đặc điểm địa hình đất đỏ bazan trong mối quan hệ với sử dụng và bảo vệ đất”[5]. Tác giả chỉ nói đến vấn đề đặc điểm địa hình của vùng đất đỏ bazan ở Plei ku, chưa đi sâu nghiên cứu về đặc điểm địa chất của vùng đất này. Tác giả Phạm Thế Trịnh, với nghiên cứu “đặc điểm sử dụng đất đỏ bazan (ferralsols) tỉnh Đắk Lắk”, sở khoa học và công nghệ Đăk Lăk – năm 2012 [6].

Ở đây tác giả cũng chỉ nói về: Điều kiện hình thành đất đỏ bazan; một số quá trình 8 biến đổi đất đỏ bazan; và đặc điểm của từng nhóm đất đỏ bazan. Tác giả cũng không đi sâu nghiên cứu đến đặc điểm địa chất để xây dựng công trình. Phan Dũng, với nghiên cứu “Phương pháp Xaratov để dự báo sức chịu tải dọc trục của cọc đóng”[7]. Bài viết này chỉ giới hạn trình bày về sức chịu tải của cọc đóng dựa trên các tham số vật lý – cơ học của đất nền mà cọc xuyên qua.

Không chỉ có thế, cách tính này còn cho phép xây dựng các đường cong tải lún của cọc, là một công cụ cần thiết và hữu ích giúp phân tích chuyển vị – nội lực của cọc cũng như móng cọc. Tiếc rằng, các tác giả của phương pháp Xaratov đã không có bất kỳ hướng dẫn hay khuyến nghị nào về các phương pháp thí nghiệm đất hợp lý để bảo đảm độ tin cậy của kết quả dự báo.2 Các nghiên cứu về móng cọc BTCT có nền đất gần với đất đỏ Bazan. Các nghiên cứu về móng cọc BTCT trên thế giới và ở Việt Nam tương đối nhiều, tuy nhiên nghiên cứu móng cọc trên đất bazan thì rất ít, một số công trình nghiên móng cọc BTCT gần với nền đất bazan ở Pleiku như: Tác giả Nguyễn Huy Hoàn và Nguyễn Dũng đã nghiên cứu “Một số vấn đề trong tính toán sức chịu tải cọc đóng theo Tiêu chuẩn 22TCN 272-05” [8].