Nghiên cứu ứng dụng cọc ván thép thi công bằng công nghệ ép tĩnh cho công trình hai tầng hầm trong điều kiện xây chen tại khu vực thành phố hồ chí minh
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (5.34 MB, 117 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM
-----------------------------------
ĐOÀN VĂN QUANG
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CỌC VÁN THÉP THI CÔNG BẰNG CÔNG
NGHỆ ÉP TĨNH CHO CÔNG TRÌNH HAI TẦNG HẦM TRONG ĐIỀU
KIỆN XÂY CHEN TẠI KHU VỰC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp
Mã ngành: 60580208
TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 09 năm 2015
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM
-----------------------------------
ĐOÀN VĂN QUANG
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CỌC VÁN THÉP THI CÔNG BẰNG CÔNG
NGHỆ ÉP TĨNH CHO CÔNG TRÌNH HAI TẦNG HẦM TRONG ĐIỀU
KIỆN XÂY CHEN TẠI KHU VỰC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp
Mã ngành: 60580208
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. PHAN TÁ LỆ
TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 9 năm 2015
i
CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. PHAN TÁ LỆ
Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Công nghệ TP. HCM ngày 24
tháng 10năm 2015
Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm:
T
T
1 P
G
2 P
G
3 P
G
4 P
G
5 T
S.
C
h
Phản
biện
Phản
biện
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận văn sau khi Luận văn đã được sửa
chữa (nếu có).
Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV
ii
TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP. HCM
PHÒNG QLKH – ĐTSĐH
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT
NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
TP. HCM, ngày 05 tháng 9 năm 2015
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên:
ĐOÀN VĂN QUANG
Ngày, tháng, năm sinh: 02/4/1983
Giới tính: Nam
Nơi sinh: Bình
Định Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình
MSHV:
1341870046
I- Tên đề tài:
Nghiên cứu ứng dụng cọc ván thép thi công bằng công nghệ ép tĩnh cho công
trình hai tầng hầm trong điều kiện xây chen tại khu vực Thành phố Hồ Chí Minh
II- Nhiệm vụ và nội dung:
- Cọc ván thép: Tổng quan về Cọc ván thép, ứng dụng và các đặc trưng của
cọc ván thép;
- Tổng hợp các công nghệ thi công cọc ván thép hiện hành, phân tích ưu và
nhược điểm;
- Lựa chọn công nghệ thi công tối ưu cho cọc ván thép trong điều kiện xây
chen;
- Phân tích tính khả thi của việc sử dụng cọc ván thép thi công bằng công nghệ
ép tĩnh cho công trình có 2 tầng hầm trong điều kiện xây chen.
III- Ngày giao nhiệm vụ:17/3/2015
IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 17/9/2015
V- Cán bộ hướng dẫn:TS. Phan Tá Lệ
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH
3
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn “Nghiên cứu ứng dụng cọc ván thép thi công bằng
công nghệ ép tĩnh cho công trình hai tầng hầm trong điều kiện xây chen tại Thành
phố Hồ Chí Minh” dưới sự hướng dẫn của TS.Phan Tá Lệlà công trình nghiên cứu
của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng
được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này
đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn
gốc.
TPHCM, ngày 05 tháng 9 năm 2015
Học viên thực hiện
ĐOÀN VĂN QUANG
4
LỜI CÁM ƠN
Luận văn Thạc sĩ được hoàn thành, tác giả xin chân thành cám ơn:
Xin cám ơn và gửi lời tri ân sâu sắc đến Quý Thầy Cô giảng dạy trong Trường
đại học Kỹ thuật công nghệ Thành phố Hồ Chí Minh, Trường Đại học Bách Khoa,
Trường Đại học Kiến Trúc TP.Hồ Chí Minh và đặc biệt là Thầy TS. Phan Tá Lệ đã
ân cần, nhiệt tình chỉ dạy trong suốt quá trình nghiên cứu và truyền đạt những kinh
nghiệm, kiến thức sâu rộng quý báu của Thầy để giúp đỡ tác giả hoàn thành luận
văn này.
Xin chân thành cám ơn Ban giám đốc cùng các đồng nghiệp Công ty Cổ phần
KCN Tân Bình đã hỗ trợ, giúp đỡ tạo mọi điều kiện thuận lợi để cho tác giả học tập
nghiên cứu và hoàn thành luận văn.
Xin chân thành Cám ơn các bạn, anh chị học viên cao học lớp 13SXD21 đã
nhiệt tình giúp đỡ trong suốt thời gian học tập tại trường.
Cám ơn cán bộ phòng kỹ thuật công trình Sacom Buiding đã cung cấp hồ sơ
và số liệu quan trắc thực tế phục vụ cho đề tài.
Và cuối cùng, tác giả xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến Ba mẹ, anh chị em trong
gia đình và đặc biệt là người vợ luôn luôn sát cánh chia sẽ trong suốt thời gian khóa
học vừa qua.
ĐOÀN VĂN QUANG
5
TÓM TẮT
Công nghệ “ Press-in” là công nghệ ép tĩnh cọclần đầu tiên giới thiệu tại Nhật
Bản năm 1975 với khả năng giảm thiểu tiếng ồn và rung động trong công tác thi
công cọc thay cho phương pháp thi công bằng búa rung hay búa đóng cọc truyền
thống. Phương pháp “Press-in” có thể thi công trong mọi địa hình phức tạp như
trong điều kiện thi công chật hẹp, thi công bị cản trở trên cao, thi công trên sườn
dốc, bờ kè và kể cả việc thi công trên mặt nước, công nghệ “ Press – in” với phương
pháp thi công bằng công nghệ khoan cắt kết hợp với hệ thống phun nước áp lực cao
đã giải quyết triệt để khi ép cọc gặp địa chất khó khăn như điều kiện đất nền cứng,
đá, đá cuội xuất hiện gây khó khăn mà theo công nghệ ép cọc truyền thống không
thể thực hiện được.
Kết hợp gắn liền với công nghệ “Press – in” không thể thiếu là Cọc ván thép.
Cọc ván thép là một trong những loại cọc được sử dụng rộng rãi trong các công
trình thủy công cho đến các công trình dân dụng bởi cọc có khả năng chịu lực lớn
trong khi trọng lượng bản thân nhẹ, chịu ứng suất động cao ngay cả trong quá trình
thi công lẫn trong quá trình sử dụng, cọc ván thép có thể nối dễ dàng bằng mối nối
hàn hoặc bulông nhằm gia tăng chiều dài và đặc biệt cọc được thi công bằng nhiều
phương pháp khác nhau trong đó hiệu quả nhất là phương pháp “Press –in”.
Luận văn gồm có 5 chương, trọng tâm của bài luận văn tác giả nghiên cứu tính
khả thi của việc sử dụng tường cọc ván thép thay thế cho tường cọc khoan nhồi
đường kính bé cho công trình thực tế có 2 tầng hầm tại khu vực Tp.HCM. Thông
qua việc phân tích so sánh kết quả chuyển vị của cọc ván thép, cọc khoan nhồi
đường kính bé và kết quả quan trắc cho thấy tính khả thi của việc sử dụng cọc ván
thép thay thế cho cọc khoan nhồi đường kính bé trong thi công công trình có 2 tầng
hầm trong điều kiện xây chen. Với việc sử dụng máy ép tĩnh Zero Silent Piler, hiệu
quả sử dụng đất cho tầng hầm sẽ tăng lên đáng kể. Vì vậy, tùy thuộc vào công trình
cụ thể, bên cạnh các giải pháp truyền thống, tác giả đề xuất cần thêm giải pháp này
để lựa chọn phương án thi công hiệu quả nhất cho công trình.
6
ABSTRACT
"Press-in" technology is first introduced in Japan in 1975 for penetrating the
pile using static force with minimizing the noise or vibration compared to the
conventional pile driving methods such as vibrator and hammer. "Press-in" method
can be applied in various ground conditions, especially in narrow construction
conditions or construction sites with obstacles overhead, construction on slopes,
embankments and even construction onwater surface. "Press - in" method using
hydraulic pressure combined with drilling technology which thoroughly solves the
piling work in difficult ecological conditions such as hard ground conditions, rock
or boulders whereas conventional methods cannot do.
An indispensable elementin "Press - in" is steel sheet pile which is
increasingly widely used in the water works to the civil engineering because steel
pile has high bearing capacity and its lightweight, subjected to high dynamic stress
both during construction and permanent use. Steel sheet piles can easily be
connected by solder joints or bolts to increase the length and especially piles can be
installed by various measures in which “Press-in” method is the outstanding one.
This thesis consists of five chapters, in which the focus of the thesis is to
studyon the feasibility of using steel sheet pile to replacingthe small-diameter bored
pile wall in real buildings with two basements in Ho Chi Minh City.Through
comparative analysis results of steel sheet piles, small-diameter bored piles and
monitoring results, the feasibility of using steel sheet pile as an alternative for
small-diameter bored piles in construction works with two basements in narrow
conditions can be clearly seen.Moreover, with the use of Zero-Silent Piler, land use
utilization for the basementsshall increase significantly.Therefore, depending on the
specific projects, besides conventional solutions by retaining small-diameter bored
pile; author proposes additional method in order find out the most efficiency
solution for construction of the retaining wall.
vii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN
.................................................................................. iii
LỜI CÁM ƠN ........................................................................................
TÓM TẮT
..............................................................................................v
ABSTRACT ..........................................................................................
MỤC LỤC
iv
vi
........................................................................................... vii
DANH MỤC BẢNG BIỂU
..................................................................... xii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
................................................................. xiv
MỞ ĐẦU ...............................................................................................1
1.
Tính cấp thiết: ..................................................................................1
2.
Phạm vi nghiên cứu và giới hạn của đề tài ..............................................2
3.
Phương pháp nghiên cứu ....................................................................2
4.
Bố cục luận văn ................................................................................2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CỌC VÁN THÉP VÀ CÔNG NGHỆ THI CÔNG
CỌC VÁN THÉP HIỆN NAY ....................................................................3
1.1 Cọc ván thép ......................................................................................3
1.1.1 Tổng quan về Cọc ván thép.........................................................................3
1.1.2 Ưu và nhược điểm của Cọc ván thép ..........................................................4
1.1.2.1 Ưu điểm .............................................................................................. 4
1.1.2.2 Nhược điểm ........................................................................................ 5
1.1.3 Ứng dụng của Cọc ván thép ........................................................................6
8
1.1.4 Đặc trưng của Cọc ván thép .....................................................................11
1.1.4.1 Quy trình sản xuất............................................................................. 11
1.1.4.2 Chủng loại và các đặc tính của cọc ván thép .................................... 13
1.2 Tìm hiểu các công nghệ thi công ép cọc ván thép hiện nay .........................25
1.2.1 Phương pháp va đập: .................................................................................25
1.2.1.1 Búa hơi:............................................................................................. 25
1.2.1.2 Búa Diezel ....................................................................................... 26
1.2.1.3 Búa Thủy lực. ................................................................................... 27
1.2.2 Phương pháp gây rung: .............................................................................27
1.2.3 Phương pháp ép tĩnh..................................................................................28
1.2.3.1 Máy ép cọc Thủy lực: ....................................................................... 28
1.2.3.2 Máy nén ép cọc tự hành Giken Silent Piler (phương pháp nén – ép
“press-in”):.................................................................................................... 29
CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ ÉP TĨNH CỌC VÁN THÉP BẰNG THIẾT BỊ
SILENT PILER .....................................................................................32
2.1 Tổng quan về công nghệ Press-in ..........................................................32
2.2 Tính năng của máy nén -ép Silent piler: .................................................34
2.2.1 Cơ chế tự di chuyển trên đầu cọc ..............................................................34
2.2.2 Hệ thống GRB không dàn .........................................................................35
2.2.3 Ép cọc trong đất cứng................................................................................36
2.2.4 Ép cọc trong điều kiện thi công chật hẹp ..................................................37
2.3 Ứng dụng của máy nén - ép Silent piler ..................................................38
2.3.1 Ứng dụng với công trình giao thông. ........................................................38
9
2.3.2 Ứng dụng trong thi công móng cầu...........................................................41
2.3.3 Ứng dụng cải tạo công trình đường sắt .....................................................42
2.3 Kết luận chương 2: ..........................................................................43
CHƯƠNG 3: ÁP LỰC ĐẤ
O SÂU .................................44
3.1 Tính toán Áp lực đất có xét đến chuyển vị của tường. ...............................44
.....................................................................................47
3.2.1 Phương pháp tính áp lực nước bình thường ..............................................47
3.2.2 Phương pháp tính riêng áp lực nước và đất ..............................................48
3.2.3 Phương pháp áp lực nước đất tính chung..................................................49
3.2.4 Tính áp lực nước khi dòng thấm ở trạng thái ổn định...............................50
3.2.4.1 Tính áp lực nước dòng thấm theo phương pháp lưới thấm .............. 50
3.2.4.2 Tính áp lực nước của dòng thấm bằng phương pháp tỉ lệ đường
thẳng
.................................................................................................... 51
3.2.4.3 Tính áp lực nước bằng đồ giải .......................................................... 52
3.3 Phân tích tường vây theo phương pháp phần tử hữu hạn.............................52
3.3.1 Mô hình đàn hồi dẻo lý tưởng Mohr Coulomb .........................................53
3.3.1.1 Tổng quát về mô hình ....................................................................... 53
3.3.1.2 Quá trình làm việc của đất ................................................................ 53
3.3.1.3 Xác định các thông số cơ bản ........................................................... 55
3.3.2 Mô hình tái bền đẳng hướng Hardening Soil ............................................58
3.3.2.1 Các đặc trưng cơ bản ........................................................................ 58
3.3.2.2 Quá trình làm việc của đất ................................................................ 58
3.3.2.3 Xác định các thông số cơ bản ........................................................... 60
CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH TÍNH KHẢ THI CỦA VIỆC SỬ DỤNG CỌC VÁN
THÉP THI CÔNG BẰNG CÔNG NGHỀ ÉP TĨNH CHO CÔNG TRÌNH CÓ 2
TẦNG HẦM TRONG ĐIỀU KIỀN XÂY CHEN ..........................................63
4.1 Giới thiệu sơ lược về
BUILDING. ..........................................................................................63
...................................................................................63
................................................63
.........................................................66
......................67
:............................................67
4.2 Tính toán chuyển vị của tường cọc khoan nhồi D450 bằng phần mề
ới bộ thông số
địa chất ban đầu. ....................................................................................68
4.2.1 Các thông số đất nền công trình cho mô hình Hardening Soil .................68
4.2.2 Thông số tường cọc vây ............................................................................70
4.2.3 Thông số thanh chống ...............................................................................70
4.2.4
........................................................................71
4.2.5
...........................................................................................71
4.2.6
.........................................................71
4.2.7 Kết quả tính toán .......................................................................................72
4.3 Tính toán chuyển vị của tường cọc khoan nhồi D450 bằng phần mềm Plaxis 2D
cho công t
ới bộ thông số
điều chỉnh. ............................................................................................76
4.3.1 Các thông số đất nền công trình cho mô hình Hardening Soil .................77
4.3.2
.......................................................................................78
4.4 Phân tích tính khả thi của việc thay thế tường cọc ván thép thay thế cho tường
cọc khoan nhồi D450 bằng phần mề
. ................................................................81
4.4.1 Thông số đất nền .......................................................................................82
4.4.2 Thông số tường cọc ván théo chữ U loại NS-SP IV: ................................82
4.4.3 Thông số thanh chống ...............................................................................83
4.4.4 Mô tả các giai đoạn thi công tường cừ:....................................................83
4.4.5
.......................................................................................84
4.5 Phân tích với tường cừ ván thép Kiểu mũ ..............................................88
4.5.1 Các thông số cọc ván thép NS-SP -25H từ nhà sản xuất: ........................90
: .....................................................................................91
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................95
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................97
xii
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Thông số tường cừ ván thép chữ U .......................................................... 14
Bảng 1.2: Thông số tường cừ ván thép kiểu mũ ....................................................... 17
Bảng 1.3: Đặt trưng mặt cắt với hao tổn do ăn mòn cho mối phía ........................... 18
Bảng 1.4: Hệ số triết giảm đặc trưng mặt cắt do thiếu tính liền khối của khóa nối.. 19
Bảng 1.5: Đặc trưng mặt cắt cọc ván thép kiểu sườn thẳng ................................... 22
Bảng 1.6: Cường độ bền kéo của cọc ván thép kiểu sườn thẳng ............................. 22
Bảng 3.1: Chuyển vị cần thiết ở đỉnh tường để sinh ra áp lực đất chủ động và bị
động ........................................................................................................................... 47
Bảng 3.2: Giá trị hệ số Poisson của một số loại đất .................................................. 57
Bảng 3.3: Giá trị giảm cường độ tại bề mặt tiếp xúc Rinter ....................................... 57
Bảng 4.1:
ất địa kỹ thuật củ
ớp đất .................................. 66
Bảng 4.2: Trình tự mô tả quá trình thi công thực tế tại công trình .......................... 67
Bảng 4.3:
Bảng 4.4: Tính chất địa kỹ thuật củ
................... 67
ớp đất ................................................... 68
Bảng 4.5: Thông số đất nền sử dụng mô hình Hardening Soil (HS) trên cơ sở các thí
nghiệm trong phòng của báo cáo khảo sát địa chất................................................... 69
Bảng 4.6: Bảng tổng hợp kết quả tính toán các thông số cọc vây. ........................... 70
Bảng 4.7: Thông số thanh chống dùng trong mô hình. ............................................. 71
Bảng 4.8: Trình tự mô tả quá trình thi công trong Plaxis 2D. .................................. 71
Bảng 4.9: Tổng hợp chuyển vị ngang của cọc khoan nhồi D450. ............................ 73
13
Bảng 4.10:
ển vị ngang của tường cọc khoan nhồi tính toán với quan
trắc.. ........................................................................................................................... 75
Bảng 4.11: Tính chất địa kỹ thuật củ
ớp đấtđiều chỉnh có xét đến trạng thái
biến dạng nhỏ của đất................................................................................................ 77
Bảng 4.12: Thông số đất nền điều chỉnh sử dụng mô hình Hardening Soil. ........... 77
Bảng 4.13: Tổng hợp chuyển vị ngang cọc khoan nhồi D450 (thông số điều
chỉnh)…..................................................................................................................... 79
Bảng 4.14:
ờng cọc khoan nhồi với quan trắc. ........................ 81
Bảng 4.15: Các thông số cọc ván thép chữ U - NS-SP IV từ nhà sản xuất. ............. 82
Bảng 4.16: Bảng tổng hợp kết quả tính toán các thông số của cừ thép NS-SP IV để
áp dụng trong mô hình.. ............................................................................................ 83
Bảng 4.17: Trình tự mô tả quá trình thi công trong Plaxis 2D cọc ván thép chữ U. 83
Bảng 4.18: Tổng hợp quan hệ giữa chiều sâu hố đào và chuyển vị
, mômen
và lực cắt cọc ván thép chữ U. .................................................................................. 85
Bảng 4.19: So sánh kết quả chuyển vị của tường coc ván thép và tường cọc khoan
nhồi. ........................................................................................................................... 87
Bảng 4.20: Các thông số cọc ván thép kiểu mũ - NS-SP -25Htừ nhà sản xuất ........ 90
Bảng 4.21: Bảng tổng hợp kết quả tính toán các thông số của cừ thép NS-SP -25H
để áp dụng trong mô hình.......................................................................................... 90
Bảng 4.22: Tổng hợp quan hệ giữa chiều sâu hố đào và chuyển vị ngang cọc ván
thép kiểu mũ .............................................................................................................. 92
Bảng 4.23: So sánh kết quả chuyển vị của tường coc ván thép và Quan trắc .......... 94
14
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Người Ý đã dùng tường cọc gỗ trong xây mố trụ cầu. ............................. 03
Hình 1.2. Cọc ván thép chữ H và Cọc thép ống........................................................ 04
Hình 1.3. Tổng quan về ứng dụng Cọc ván thép. ..................................................... 08
Hình 1.4. Ứng dụng cọc ván thép cho tường bảo vệ bến, tường chắn, đảo nhân tạo.08
Hình 1.5. Ứng dụng cọc ván thép cho kè bảo vệ sông, tường chắn, bảo vệ móng trụ
cầu, tường chắn tạm thời, vòng vây ngăn nước. ....................................................... 09
Hình 1.6. Quy trình sản xuất cọc ván thép ................................................................ 12
Hình 1.7. Cọc ván thép chữ U ................................................................................... 13
Hình 1.8. Cấu tạo và đặc trưng hình học của các loại cọc ván thép chữ U. ............. 13
Hình 1.9. Góc xoay tại khóa nối của cừ thép chữ U ................................................. 14
Hình 1.10. Đồ thị xác định Hệ số tiết giảm của đặc trung mặt cắt ŋ ........................ 15
Hình 1.11. Cấu tạo và đặc trưng hình học của các loại cọc ván thépkiểu “Cái mũ” 17
Hình 1.12. Góc xoay tại khóa nối của cừ thép kiểm mũ. .......................................... 17
Hình 1.13. Đồ thị xác định Hệ số tiết giảm của đặc trưng mặt cắt ŋ kiểu mũ .......... 18
Hình 1.14. Trục trung hòa của cọc ván thép kiểu mũ và cọc ván thép chữ U. ......... 20
Hình 1.15. Áp lực đất tác dụng lên cọc ván thép kiểu mũ và cọc chữ U. ................. 20
Hình 1.16. Cừ ván thép tổ hợp. ................................................................................. 21
Hình 1.17. Cọc ván thép kiểm sườn thẳng. ............................................................... 22
Hình 1.18. Góc xoay tại khóa nối của cọc ván thép kiểm sườn thẳng..................... 23
Hình 1.19. Cọc ván hép kiểu Ô vây. ......................................................................... 23
15
Hình 1.20. Phương pháp thi công lắp ghép sẵn ........................................................ 24
Hình 1.21. Phương pháp thi công bán lắp ghép. ....................................................... 24
Hình 1.22. Cọc ván thép kiểu chữ Z. ........................................................................ 25
Hình 1.23. Thi công ép cọc bằng búa ....................................................................... 26
Hình 1.24. Máy rung điện với cẩu ............................................................................ 27
Hình 1.25. Máy rung thủy lực gắn trên xe đào ......................................................... 27
Hình 1.26. Máy ép cọc thủy lực ................................................................................ 28
Hình 1.27. Máy nén ép cho cọc ván théo kiểu “cái mũ”........................................... 30
Hình 1.28. Máy nén ép cho cọc ván théo kiểu chữ U. .............................................. 30
Hình 1.29. Máy nén ép thi công tiếp cận sát bên ...................................................... 30
Hình 2.1. Khiếu nại của người dân về hoạt động xây dựng tại Nhật Bản ................ 32
Hình 2.2. Giao thông bị tắc nghẽn trong quá trình xây dựng công trình .................. 33
Hình 2.3. Máy nén ép cọc dựa trên nguyên lý lực kháng. ........................................ 34
Hình 2.4. Hình dạng và vật liệu khác nhau của coc ván thép. .................................. 34
Hình 2.5. Cơ chế tự di chuyển trên đầu cọc. ............................................................. 35
Hình 2.6. Thiết bị được hệ thống hóa bởi GRB. ....................................................... 35
Hình 2.7. Phương pháp ép cọc với hệ thống xối nước tổng thể................................ 36
Hình 2.8. Phương pháp ép cọc với hệ thống khoan cắt. ........................................... 37
Hình 2.9. Giải quyết những khó khăn trong các khu vực chật hẹp........................... 37
Hình 2.10. Có khoảng trống trên cao trong quá trình ép cọc. ................................... 38
Hình 2.11. Sạt lở đất.................................................................................................. 38
Hình 2.12. Tường chắn cắm sâu vào đất nền cho công trình giao thông mở rộng. .. 39
16
Hình 2.13. So sánh giữa phương pháp truyền thống và hệ thống GRB không dàn. . 40
Hình 2.14. Ép cọc trên sườn dốc. .............................................................................. 40
Hình 2.15. Sửa chữa cây cầu cũ. ............................................................................... 41
Hình 2.16. Thi công sửa chữa cầu............................................................................. 42
Hình 2.17. Thi công ép cọc cho các đường hầm tàu điện ngầm. .............................. 42
Hình 2.18. Thi công ép cọc các công trình liền kề với đường sắt hiện có. ............... 43
Hình 3.1. Biến đổi khác nhau của thân tường gây ra sự sai khác về áp lực đất........ 44
Hình 3.2. Chuyển dịch của tường và điều chỉnh tăng giảm áp lực đất. .................... 45
Hình 3.3. Biến dạng của thân tường khi xuất hiện áp lực đất chủ động và áp lức đất
bị động. ...................................................................................................................... 46
Hình 3.4. Tính áp lực đất và áp lực nước. ................................................................. 48
Hình 3.5. Phân bố áp lực nước ở thân tường. ........................................................... 50
Hình 3.6. Phân bố áp lực nước không cân bằng tác động lên kết cấu chắn giữ. ...... 52
Hình 3.7.Quan hệ ứng suất – biến dạng dọc trục. ..................................................... 53
Hình 3.8.Các mặt bao phá hoại MC trong không gian ứng suất chính ..................... 54
Hình 3.9.Xác định E0 và E50 từ kết quả thí nghiệm nén ba trục thoát nước. ............ 55
Hình 3.10.Xác định
qua thí nghiệm nén cố kết. ............................................... 56
Hình 3.11. Mối quan hệ hyperpolic giữa ứng suất lệch và biến dạng dọc trục trong
thí nghiệm nén ba trục thoát nước............................................................................. 59
Hình 3.12. Vùng đàn hồi mô hình HS trong không gian ứng suất chính.................. 60
Hình 3.13. Xác định
từ thí nghiệm nén ba trục thoát nước. .............................. 61
Hình 3.14. Xác định
qua thí nghiệm nén cố kết ............................................... 61
xvii
Hình 3.15. Xác định hệ số mũ (m) từ thí nghiệm nén ba trục thoát nước. ............... 62
Hình 4
...................................................................................... 65
Hình 4.2. Quy đổi độ cứng tương đương cọc vây..................................................... 70
Hình 4.3. Mô hình hố đào tường cọc khoan nhồi D450. .......................................... 72
Hình 4.4. Chuyển vị tổng thể tại các giai đoạn đào cos -2,3m, cos -4,8m và cos 6,5m. .......................................................................................................................... 72
Hình 4.5. Chuyển vị ngang tại cos -2,3m, cos -4,8m và cos -6,5m. ......................... 73
Hình 4.6. Đồ thị thể hiện chuyển vị ngang ứng với các giai đoạn đào đất (code 2,3m; code -4,8m; code-6,5m) tường cọc D450. ...................................................... 74
Hình 4.7. So sánh Đồ thị thể hiện chuyển vị ngang của tường cọc khoan nhồi D450
tính toán với kết quả Quan trắc. ................................................................................ 74
Hình 4.7*. Sự thay đổi modun với mức độ biến dạng. ............................................. 76
Hình 4.8. Mô hình hố đào tường cọc khoan nhồi D450. .......................................... 78
Hình 4.9. Chuyển vị ngang tổng thể của hố đào tại cos -2,3m, cos -4,8m và cos 6,5m. .......................................................................................................................... 79
Hình 4.10. Chuyển vị ngang tại các giai đoạn đào cos -2,3m, cos -4,8m và cos 6,5m. .......................................................................................................................... 79
Hình 4.11. Đồ thị thể hiện chuyển vị ngang ứng với các giai đoạn đào đất (code 2,3m; code -4,8m; code-6,5m) tường cọc khoan nhồi D450. ................................... 80
Hình 4.12. So sánh Đồ thị thể hiện chuyển vị ngang ứng với các giai đoạn đào đất
(code -2,3m; code -4,8m; code-6,5m) tường cọc khoan nhồi D450 với Quan trắc. . 80
Hình 4.13. Tường cọc ván thép chữ U loại NS-SP IV.............................................. 82
xviii
Hình 4.14. Mô hình hố đào tường cọc ván thép chữ U............................................. 84
Hình 4.15. Chuyển vị ngang tổng thể tại các giai đoạn đào cos -2,3m, cos -4,8m và
cos -6,5m. .................................................................................................................. 84
Hình 4.16. Chuyển vị ngang tại các giai đoạn đào cos -2,3m, cos -4,8m và cos 6,5m. .......................................................................................................................... 85
Hình 4.17. Đồ thị thể hiện chuyển vị ngang ứng với các giai đoạn đào đất (code 2,3m; code -4,8m; code-6,5m) tường cọc ván thép chữ U. ...................................... 86
Hình 4.18. Đồ thị thể hiện chuyển vị ứng với các giai đoạn đào đất (code -2,3m;
code -4,8m; code-6,5m) tường cọc chữ U, cọc D450 và Quan trắc. ........................ 86
Hình 4.19.
ểu mũ và chữ U. .............................. 88
Hình 4.20.
. ........................................................... 88
Hình 4.21.
........................................ 89
Hình 4.22.
. ................................... 89
Hình 4.23. Mô hình hố đào tường cọc ván thép kiểu mũ.......................................... 91
Hình 4.24. Chuyển vị ngang tổng thể tại các giai đoạn đào cos -2,3m, cos -4,8m và
cos -6,5m. .................................................................................................................. 91
Hình 4.25. Chuyển vị ngang tại các giai đoạn đào cos -2,3m, cos -4,8m và cos 6,5m. .......................................................................................................................... 92
Hình 4.26. Đồ thị thể hiện chuyển vị ngang ứng với các giai đoạn đào đất (code 2,3m; code -4,8m; code-6,5m) tường cọc ván thép kiểu mũ. ................................... 93
Hình 4.27. Đồ thị thể hiện chuyển vị ngang ứng với các giai đoạn đào đất (code 2,3m; code -4,8m; code-6,5m) tường cọc kiểu mũ, cọc chữ U và Quan trắc. .......... 93
1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết:
Đô thị hóa và phát triển đô thị bền vững là một động lực phát triển của một
quốc gia, quá trình đô thị hóa đã làm cho dân số đô thị tăng nhanh trong khi cơ sở
hạ tầng đô thị không đáp ứng đầy đủ, tạo nên sức ép quá tải ngày càng lớn về đất
đai, cơ sở hạ tầng, công tác quy hoạch và quản lý đô thị…do đó việc khai thác một
cách có hiệu quả không gian dưới mặt đất trong các đô thị hiện đại là xu thế tất yếu
của sự phát triển. Những không gian ngầm như đường hầm, hệ thống tàu điện
ngầm, bãi đổ xe ngầm, tầng hầm các nhà cao tầng, việc thi công là rất phức tạp đặc
biệt là trong không gian đô thị chật hẹp có nhiều các công trình lân cận như nhà cao
tầng, viện bảo tàng, di tích lịch sử, hệ thống giao thông, hệ thống kỹ thuật…, có thể
gây ảnh hưởng xấu đến chúng như lún, sụp đổ gây mất an toàn trong thi công làm
ảnh hưởng đến chất lượng, tiến độ công trình và tác động xấu đến môi trường xung
quanh. Để tránh những rủi ro nêu trên đòi hỏi người thiết kế phải cân nhắc kỹ việc
lựa chọn các giải pháp thiết kế, công nghệ thi công phù hợp đáp ứng và tuân thủ
theo "Năm Nguyên tắc xây dựng" được tóm tắt như sau:
o Bảo vệ môi trường - Công trình xây dựng không gây ô nhiễm và thân thiện
với môi trường.
o An toàn - Công trình xây dựng với các tiêu chuẩn an toàn cao nhất.
o Tiến độ - Công trình xây dựng phải được hoàn thành trong khoảng thời
gian ngắn nhất.
o Kinh tế - Công trình xây dựng phải được thực hiện một cách hợp lý sáng
tạo với chi phí thấp nhất.
o Thẩm mỹ - Công trình xây dựng phải đạt được tính thẩm mỹ cao cả về văn
hóa và nghệ thuật.
Đề tài này nghiên cứu ứng dụng thi công cọc ván thép cho nhà có 2 tầng hầm
tại khu vực Thành phố Hồ Chí Minh trong điều kiện xây chen bằng công nghệ ép
tĩnh.
2
2. Phạm vi nghiên cứu và giới hạn của đề tài
Trong thực tế có nhiều loại tường: Tường cọc bê tông cốt thép, tường cọc bản
bê tông cốt thép, tường cọc đất trộn xi măng. Đề tài này chỉ nghiên cứu ứng dụng
Tường cọc ván thép để thi công tầng hầm bằng công nghệ ép tĩnh.
Tường cọc ván thép trong đề tài này chỉ giới hạn cho nhà có 2 tầng hầm trong
việc xây chen sử dụng công nghệ ép tĩnh.
3. Phương pháp nghiên cứu
Sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết, kết hợp phương pháp số và so
sánh với kết quả đo đạc của một công trình thực tế có 2 tầng hầm xây chen để thấy
được tính khả thi của Cọc ván thép thi công bằng công nghệ ép tĩnh.
4. Bố cục luận văn
Mở đầu: Tính cấp thiết, phạm vi nghiên cứu, giới hạn đề tài và phương pháp
nghiên cứu.
Chương 1: Tổng quan về Cọc ván thép và Công nghệ thi công cọc ván thép
hiện nay.
Chương 2: Công nghệ ép tĩnh cọc ván thép cho công trình xây chen bằng thiết
bị Silent Pile.
Chương 3
.
Chương 4: Phân tích tính khả thi của việc sử dụng cọc ván thép thi công bằng
công nghệ ép tĩnh cho công trình có 2 tầng hầm trong điều kiện xây chen.
Kết luận và Kiến nghị
3
CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ CỌC VÁN THÉP VÀ CÔNG
NGHỆ THI CÔNG CỌC VÁN THÉP HIỆN NAY
1.1 Cọc ván thép
1.1.1 Tổng quan về Cọc ván thép
Ngày nay, trong lĩnh vực xây dựng Cọc ván thép (steel sheet pile) được sử
dụng ngày càng phổ biến. Từ các công trình thủy công như cảng, bờ kè, cầu tàu, đê
chắn song, công trình cải tạo dòng chảy, công trình cầu, đường hầm đến các công
trình dân dụng như bãi đậu xe ngầm, tầng hầm nhà nhiều tầng, nhà công nghiệp.
Cọc ván thép không chỉ được sử dụng trong các công trình tạm thời mà còn có thể
được sử dụng cho các công trình vĩnh cữu và có thể được xem như là một loại vật
liệu xây dựng, với những đặc tính riêng biệt,
thích dụng với một số bộ phận chịu lực trong các
công trình xây dựng.
Cọc ván thép được sử dụng lần đầu tiên
vào năm 1908 tại Mỹ trong dự án Black Rock
Harbour, tuy nhiên trước đó người Ý đã sử dụng
tường cọc bản bằng gỗ (hình 1.1) để làm tường
vây khi thi công móng mố trụ cầu trong nước.
Bên cạnh gỗ và thép, cọc bản cũng có thể được
chế tạo từ nhôm, từ bê tông ứng lực trước. Tuy
nhiên với những ưu điểm vượt trội, cọc ván thép
vẫn chiếm tỉ lệ cao trong nhu cầu sử dụng.
Hình 1.1 Người Ý đã dùng tường
cọc gỗ trong xây mố trụ cầu
[Nguồn: Internet]
Cọc ván thép có nhiều hình dạng tiết diện khác nhau và ngày càng có nhiều
tính năng ưu việt hơn như tiết diện chữ U, chữ Z, dạng kiểu mũ (Hat type), dạng
tấm phẵng (straight web) cho các kết cấu tường chắn khép kín, dạng hộp (box pile)
được cấu thành bởi 2 cọc U hoặc 4 cọc chữ Z hàn với nhau…Tùy theo mức độ tải
trọng tác dụng mà tường chắn có thể chỉ dùng cọc ván thép hoặc kết hợp sử dụng
cọc ván thép với thép hình H hoặc cọc thép ống nhằm tăng khả năng chịu mô
mômen uốn. Các cọc ván thép được nối với nhau thông qua các mối liên kết giữa
chúng ở hai biên tạo thành một bức tường liên tục có kết cấu chắc chắn để chịu áp
lực ngang và tải trọng đứng nhờ sức chống đầu cọc và ma sát thân cọc với đất nền.
Hình 1.2 Cọc ván thép chữ H và Cọc thép ống [13]
Về kích thước, cọc ván thép có bề rộng bản thay đổi từ 400 đến 750mm. Sử
dụng cọc cóbề rộng bản lớn thường đem lại hiệu quả kinh tế hơn so với cọc có bề
rộng bản nhỏ vì cần ít số lượng cọc hơn nếu tính trên cùng một độ dài tường chắn.
Hơn nữa việc giảm số cọc sử dụng cũng có nghĩa là tiết kiệm thời gian và chi phí
cho công táchạ cọc, đồng thời làm giảm lượngnước ngầm chảy qua các rãnh khóa
của cọc. Chiều dài cọc ván thép có thể chế tạo tại xưởng dài tới 38m, tuy nhiên
chiều dài thực tế của cọc thường được quyết định bởi điều kiện vận chuyển (thông
thường từ 9 đến 15m) riêng cọc dạng hộp gia công tại công trường có thể lên đến
72m).
1.1.2 Ưu và nhược điểm của Cọc ván thép
1.1.2.1 Ưu điểm
Cọc ván thép có những ưu điểm sau:
- Khả năng chịu ứng suất động khá cao (cả trong quá trình thi công lẫn trong
quá trình sử dụng).
- Khả năng chịu lực lớn trong khi trọng lượng khá bé.
- Cọc ván thép có thể nối dễ dàng bằng mối nối hàn hoặc bulông nhằm gia
tăng chiều dài.
- Cọc ván thép có thể sử dụng nhiều lần, do đó có hiệu quả về mặt kinh tế.
- Có khả năng thi công nhanh và trong các khu vực chật hẹp.
Những tiện ích nói trên làm cho cọc ván thép ngày càng sử dụng phổ biến tại
tại các nước phát triển như Nhật Bản. Tại Việt Nam Cọc ván thép cũng được ứng
dụng ngày càng rộng rãi cả cho các công trình tạm và công tình vĩnh cửu như: công
trình cảng Container trung tâm Sài Gòn sử dụng 22.100 m tương đương với hơn
2.100 tấn; Dự án xây dựng bến số 3, số 4 cảng Đình Vũ – Hải Phòng sử dụng
25.450m cọc ván thép tương đương với 2.673 tấn. Ngoài ra còn có rất nhiều các
công trình sử dụng một lượng lớn cọc ván thép cho mục đích tạm thời hoặc vĩnh
cữu như: dự án đường cao tốc Thành phố Hồ Chí Minh – Trung Lương; dự án cải
tạo nút giao thông Kim Liên – Hà Nội, hay các công trình nhà cao tầng, nhà xây
chen [14].
Theo tài liệu nghiên cứu của Nippon Steel Corporation thì cọc ván thép được
ứng dụng rất rộng rãi tại Nhật Bản cho các công trình xây dựng vĩnh cửu và các
công trình tạm phục vụ thi công.
Cụ thể, khoảng 70% lượng cọc ván thép được sử dụng tại Nhật Bản là cho các
công trình vĩnh cữu, trong đó nhiều nhất là kè bờ sông (khoảng 30%), tiếp đến là
các công trình xây dựng bến cảng, cầu tàu và các công trình phục vụ nông nghiệp,
ngư nghiệp, kè chắn đường và một số công trình khác. Chỉ 30% lượng cọc ván thép
tại Nhật Bản được sử dụng cho các công trình tạm [14].
1.1.2.2 Nhược điểm
Nhược điểm lớn nhất của Cọc ván thép là tính bị ăn mòn trong môi trường làm
việc (khi sử dụng cọc ván thép trong công trình vĩnh cữu). Tuy nhiên nhược điểm
này hiện nay hoàn toàn có thể khắc phục bằng các phương pháp bảo vệ như sơn phủ
chống ăn mòn mạ kẽm, chống ăn mòn điện hóa hoặc có thể sử dụng loại cừ thép
