MỞ ĐẦU 0. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Móng cọc là loại móng đang được sử dụng phổ biến cho các công trình cao tầng hiện nay. Việc tính toán thiết kế móng cọc bắt buộc phải xác định được sức chịu tải của cọc. Có nhiều phương pháp xác định, đánh giá sức chịu tải của cọc đã được đề cập.
Có thể ước tính sức chịu tải cọc bằng các công thức thực nghiệm trong các tiêu chuẩn hiện hành, xác định thông qua tiến hành thí nghiệm hiện trường như nén tĩnh hoặc thí nghiệm thử động biến dạng lớn (PDA). Các phương pháp ước lượng sức chịu tải cọc theo công thức thực nghiệm thường thiếu chính xác, còn việc tiến hành thí nghiệm hiện trường thường tốn nhiều thời gian và chi phí lớn. Đặc biệt, đối với loại cọc ép, quá trình thi công cọc thường xảy ra các vấn đề kỹ thuật cần giải quyết như chiều sâu ép chưa đạt chiều sâu ép min, lực ép cọc chưa đạt lực ép cọc min hay vượt quá lực ép cọc max…Các cọc sau khi ép xong, cao độ mũi hay chiều sâu ép khác nhau, tùy theo các vùng địa chất mà khác biệt này lớn hay nhỏ, chính vì vậy mà sức chịu tải của cọc trong cùng một dự án có sự khác nhau, khác so với cọc thử tĩnh và sai khác so với sức chịu tải tính toán. Do đó, việc ước lượng sức chịu tải cọc ngay trong quá trình thi công ép cọc là cần thiết.
MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI Đề tài “Nghiên cứu tương quan giữa lực ép cọc và sức chịu tải của cọc” sử dụng dữ liệu thí nghiệm thử tĩnh cọc, nhật ký ép cọc, hồ sơ khảo sát địa chất, phần mềm Plaxis 3D để phân tích mô phỏng. Từ đó nghiên cứu này đề xuất công thức tương quan sức chịu tải Rcu = f(ln(P),L) cho khu vực nghiên cứu nhằm ước lượng sức chịu tải của cọc dựa trên lực ép cọc khi cọc dừng ép. Sử dụng công thức tương quan để ước lượng lực ép cọc theo chiều sâu, ước lượng lực ép lớn nhất nhằm xác định sức chịu tải vật liệu phù hợp và đưa ra những đánh giá về Lmin, Lmax, Pmin, Pmax trong quá trình ép cọc. Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI Hiện nay thí nghiệm hiện trường như nén tĩnh hoặc thí nghiệm thử động biến dạng lớn (PDA)… được xem là giải pháp tin cậy để xác định sức chịu tải của cọc.
Nhưng thí nghiệm hiện trường thường tốn nhiều thời gian và chi phí lớn. Vì vậy thử tĩnh, PDA thường chỉ được 2 sử dụng trong giai đoạn xác định sức chịu tải thiết kế hoặc thí nghiệm kiểm chứng với một số cọc nhất định mà không thực hiện cho toàn bộ cọc của dự án. Mặc dù đã có nhiều nghiên cứu về mối tương quan giữa sức chịu tải cọc với các chỉ tiêu đất nền, nhưng vẫn còn ít nghiên cứu làm rõ mối tương quan giữa sức chịu tải cọc và lực ép cọc trong quá trình thi công. Trong khi lực ép cọc theo chiều sâu được ghi nhận bằng nhật ký ép cọc, đây là dữ liệu sẵn có trong quá trình ép cọc, được đánh giá là có kiểm chứng.
Đề tài này nghiên cứu sử dụng dữ liệu sẵn có này trong quá trình ép cọc để ước lượng sức chịu tải cọc ngay trong quá trình thi công. Đặc biệt, đối với các cọc không thỏa điều kiện dừng ép có thể ước lượng được sức chịu tải của coc ngay khi dừng ép và có thể xử lý kịp thời. Ngoài ra sử dụng tương quan để ước lượng lực ép cọc theo chiều sâu, ước lượng lực ép lớn nhất nhằm xác định sức chịu tải vật liệu phù hợp. Đưa ra những đánh giá về Lmin, Lmax, Pmin, Pmax trong quá trình ép cọc.
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Nghiên cứu sử dụng phương pháp so sánh giá trị sức chịu tải các cọc tính toán từ các công thức thực nghiệm với dữ liệu lực ép cọc theo độ sâu đã được ghi chép lại theo nhật ký ép cọc tại các công trình tại Tp. Công thức tương quan giữa sức chịu tải cọc với lực ép cọc được suy ra từ biểu đồ quan hệ của các giá trị trên. Các công tương quan được phân tích so sánh với kết quả thí nghiệm nén tĩnh hiện trường và mô hình phần tử hữu hạn Plaxis 3D. PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI Đề tài tập trung nghiên cứu tương quan lực ép cọc và sức chịu tải của cọc tại các dự án: chung cư C1, C2; dự án DQH; dự án Centre Mall.
Chung cư C1, C2 được xây dựng tại Thủ Đức, Tp. Hồ Chí Minh. Dự án gồm 02 khối C1 và C2. Khối C1 có 1 tầng hầm và 18 tầng nổi, khối C2 có 2 tầng hầm và 22 tầng nổi.
Công trình cấp I với tổng diện tích sàn xây dựng là 103. Sử dụng cọc PHC D500 và D600 với sức chịu tải thiết kế (Ptk) lần lượt là 180 tấn và 250 tấn. [1] Dự án DQH được xây dựng tại Khu công nghệ cao, phường Tăng Nhơn Phú B, quận 9, TP. Công trình công nghiệp: cấp I, tổng diện tích sàn xây dựng: 27.
Chiều cao công trình: 25 m với 6 tầng. DQH là dự án nhà xưởng sản xuất công nghệ cao kết hợp văn phòng điều hành. Hệ kết cấu chịu lực chính là hệ khung, dầm dự ứng lực sàn bê tông cốt 3 thép thường. Khu nhà xưởng, hệ kết cấu khung kết hợp sàn ứng suất trước.
Móng sử dụng móng cọc DUL D500 với Ptk = 185 tấn và coc PHC D300 với Ptk = 65 tấn. [2] Dự án Centre Mall được xậy dựng tại Phường 3, Quận 6, Tp. Hồ Chí Minh. Công trình cấp I, diện tích xây dựng tầng 1: 4.661,34 m2 tổng diện tích sàn xây dựng: 29.
Gồm 01 tầng hầm, 06 tầng cao. Giải pháp kết cấu: kết cấu công trình sử dụng kết cấu khung bê tông cốt thép toàn khối. Hệ dầm sàn kết cấu bê tông cốt thép, sàn tầng hầm có chiều dày 300mm, các sàn tầng trệt đến mái có chiều dày từ 150, 200 mm. Giải pháp nền móng: sử dụng móng cọc dự ứng lực đường kính D600, sức chịu tải thiết kế Ptk = 240 tấn.
TỔNG QUAN VỀ TƯƠNG QUAN GIỮA LỰC ÉP CỌC VÀ SỨC CHỊU TẢI CỌC 1. TỔNG QUAN VỀ ÉP CỌC VÀ SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC Cọc ép ngày càng được sử dụng phổ biến, sức chịu tải của cọc ép đã đáp ứng được nhu cầu cho nhà cao tầng tải trọng lớn bởi các ưu điểm được kể đến như: có quy trình kiểm soát chất lượng tốt, nhiều loại cọc, nhiều thông số kỹ thuật thích hợp cho nhiều loại dự án với các yêu cầu sức chịu tải khác nhau. Với đường kính cọc lên tới 1.2 m, sức chịu tải vật liệu cho phép vật liệu của cọc đơn có thể đạt tới 2000 tấn. Do đó, cọc ép hoàn toàn có thể được sử dụng để chống đỡ các công trình cao tầng có tải trọng lớn.
Thiết bị ép cọc hiện tại đã đáp ứng được cho các cọc tải trọng lớn và ngày càng hiện đại hơn. Bên cạnh đó cọc ép khắc phục được những vấn đề của cọc khoan nhồi, cọc barrette. Cho đến nay, móng cọc khoan nhồi, cọc barrette là loại được sử dụng nhiều nhất cho các công trình cao tầng. Phải nói rằng cọc khoan nhồi, cọc barrette có sức chịu tải rất cao do có kích thước, chiều dài lớn với mũi cọc có thể đặt được vào các lớp đất tốt sâu phía dưới đúng theo mong muốn của thiết kế.
Tuy nhiên, cọc khoan nhồi cũng có một số nhược điểm như việc thi công tạo ra nhiều bùn đất, nước, bentonie, thời gian thi công khá lâu khi phải khoan lỗ, đổ bê tông và chờ bê tông đủ cường độ. Việc tạo ra một khối lượng lớn các bùn đất vừa có tác động xấu đến môi trường cộng thêm phần kinh phí để xử lý bùn đất. Việc tính toán thiết kế móng cọc bắt buộc phải xác định được sức chịu tải của cọc. Có nhiều phương pháp xác định, đánh giá sức chịu tải của cọc đã được đề cập [4] [5] [6] [7] [8].
Có thể ước tính sức chịu tải cọc bằng các công thức thực nghiệm trong các tiêu chuẩn hiện hành [4], xác định thông qua tiến hành thí nghiệm hiện trường như nén tĩnh hoặc thí nghiệm thử động biến dạng lớn (PDA) [9] [10]. Các phương pháp ước lượng sức chịu tải cọc theo công thức thực nghiệm thường thiếu chính xác, còn việc tiến hành thí nghiệm hiện trường thường tốn nhiều thời gian và chi phí lớn. Đặc biệt, đối với loại cọc ép, quá trình thi công cọc thường xảy ra các vấn đề kỹ thuật cần giải quyết như chiều sâu ép chưa đạt chiều sâu ép min, lực ép cọc chưa đạt lực ép cọc min hay vượt quá lực ép cọc max [11] [12] [13] [14]… Do đó, việc ước lượng sức chịu tải cọc ngay trong quá trình thi công ép cọc là cần thiết. Ở Việt Nan TCVN 10304:2014 được sử dụng để tính toán ước lượng sức chịu tải của cọc theo cường độ đất nền, theo cơ lý và theo SPT [4], các cách tính này cho kết quả khác nhau.
Bên cạnh đó, địa chất các lớp đất trong khu dự án có thể khác nhau. Khi thi công thực 5 tế, sức chịu tải của cọc phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện địa chất, điều kiện thi công, kỹ thuật thi công (Võ Phán, Hoàng Thế Thao, 2018) [9]. Do đó, tính toán sức chịu tải của cọc và sức chịu tải thực tế có sự sai khác. Nén tĩnh cọc được đánh giá là phương pháp đáng tin cậy nhất để xác định quan hệ tải trọng – độ lún của cọc, vì vậy thí nghiệm này được yêu cầu thực hiện trong hầu hết các dự án có sử dụng móng cọc.
TCVN 9393:2012 quy định phương pháp thử nghiệm hiện trường bằng tải trọng tĩnh dọc trục, khi tải trọng nén lớn thì việc tạo đối trọng bằng cách chất tải hoặc neo là công việc khó khăn, tốn kém và tiềm ẩn nguy cơ mất an toàn cho người, thiết bị và các công trình lân cận. Thí nghiệm thử động biến dạng lớn (PDA) được sử dụng để xác định sức chịu tải cuả cọc, PDA là phương pháp thử nghiệm không phá hủy, nhanh chóng, cọc thí nghiệm vẫn làm việc bình thường sau khi thử (Võ Phán, Hoàng Thế Thao, 2018) [9]. Theo Bùi Trường Sơn và Phạm Cao Huyên (2011), thí nghiệm thử động biến dạng lớn (PDA) cho phép đánh giá khả năng chịu tải của cọc với độ tin cậy cần thiết trong thời gian ngắn [15]. Tuy nhiên phương pháp này có giá thành cao, phương pháp thí nghiệm đòi hỏi trình độ chuyên môn cao.