Thạc Sĩ Nghiên cứu đánh giá sức mang tải của cọc khoan nhồi bị khuyết tật

MỞ ĐẦU
1. Tính thực tiễn của đề tài
Từ đầu những năm 1990, Việt Nam chuyển sang nền kinh tế thị trường thì các
nhà cao tầng, nhà máy, cầu lớn được xây dựng. Giải pháp cọc khoan nhồi đường kính
lớn được coi là một giải pháp nền móng hiệu quả để chịu lực cho các công trình lớn.
Vì vậy, cọc khoan nhồi ngày càng được áp dụng tại Việt Nam. Ước tính hàng năm tại
nước ta thi công từ 50000 – 70000 mét dài cọc khoan nhồi đường kính lớn từ 0,8 đến
2,5 m.
Cọc khoan nhồi được thi công trong các điều kiện địa chất phức tạp phải xuyên
qua các lớp đất yếu đến rất yếu, việc đổ bê tông gặp rất nhiều khó khăn cùng với các
yếu tố bất lợi khác có thể gây ra các khuyết tật trong cọc. Trong thực tế thi công, khá
nhiều các khuyết tật trong cọc khoan nhồi đã nảy sinh như cọc bị rỗ, đứt đoạn, trôi cốt
thép, mũi cọc lẫn bùn đất .v.v. Công tác kiểm tra chất lượng cọc khoan nhồi đã được
đầu tư chú trọng do hiện nay đa số các máy móc thi công cọc khoan nhồi tại nước ta
đều là máy qua sử dụng được nhập khẩu về, trình độ thi công còn yếu. Bộ Xây Dựng
đã ban hành các tiêu chuẩn hướng dẫn thi công và nghiệm thu cọc khoan nhồi như tiêu
chuẩn TCXDVN 326:2004, TCXDVN 359:2005 .v.v. Hiện nay tại Việt Nam đã áp
dụng các phương pháp thí nghiệm như phương pháp siêu âm, phương pháp biến dạng
nhỏ, phương pháp khoan lấy lõi để đánh giá mức độ toàn vẹn của cọc. Do đó chất
lượng của cọc khoan nhồi ngày càng được cải thiện, việc phát hiện khuyết tật trong
cọc ngày càng chính xác.
Khuyết tật trong cọc khoan nhồi là khó tránh khỏi và là rủi ro trong quá trình thi
công. Công tác kiểm tra chất lượng cọc khoan nhồi chỉ được tiến hành sau khi cọc đã
được đổ bê tông một khoảng thời gian làm cho bê tông cọc đã phát triển cường độ và
các cọc lân cận đã được thi công khiến cho việc thi công bổ xung cọc khá khó khăn.
Cộng với việc các khuyết tật thường nằm sâu trong nền đất nên công tác khắc phục
thường tốn kém. Cùng với đó là việc chưa có quy trình đánh giá mức độ sụt giảm sức
chịu tải của cọc khoan nhồi nên việc đánh giá khuyết tật còn nhiều khó khăn và thường
mang tính chủ quan của người thiết kế. Do đó việc nghiên cứu sức chịu tải của cọc
2
khoan nhồi bị khuyết tật cần được thực hiện để đáp ứng yêu cầu thực tế xây dựng hiện
nay, góp phần đảm bảo yêu cầu kỹ thuật và hiệu quả kinh tế của công nghệ cọc khoan
nhồi.
2. Cơ sở của luận văn
Luận văn được thực hiện dựa trên các báo cáo, nghiên cứu về khuyết tật của
Hiệp hội cầu đường Mỹ (FHWA), nghiên cứu về các thí nghiệm không phá hoại để
đánh giá độ toàn vẹn của cọc khoan nhồi đã được công bố trên các trang báo, tạp chí
kỹ thuật uy tín trong và ngoài nước.
3. Mục tiêu của luận văn
Tính toán dự báo sức mang tải của cọc khoan nhồi bị khuyết tật bằng cách sử
dụng các kết quả thí nghiệm xác định chất lượng và mô hình phá hoại vật liệu cọc;
Thiết lập quy trình tổng quát đánh giá dự báo sức mang tải còn lại của cọc bị
khuyết tật.
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu: dựa vào mô hình làm việc của cọc khoan nhồi trong đất
kết hợp với mô phỏng các khuyết tật trong cọc để đánh giá sức chịu tải của cọc.
Phạm vi nghiên cứu: nghiên cứu ảnh hưởng của cọc khoan nhồi bị khuyết tật tại
thân cọc và mũi cọc trong các trường hợp cọc bị khuyết tật giảm yếu tại tiết diện cọc
hoặc giảm yếu cường độ vật liệu cọc.
5. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu: Thu thập các số liệu, tài liệu của nội dung nghiên cứu,
sử dụng phương pháp phân tử hữu hạn để thực hiện phân tích tương tác giữa cọc
khoan nhồi bị khuyết tật và nền đất dưới tác dụng của tải trọng dọc trục. Từ kết quả
phân tích, tính toán cho các trường hợp khác nhau, rút ra kết luận cho nội dung thực
hiện nghiên cứu.
6. Bố cục luận văn
Bố cục của luận văn này gồm ba phần chính là phần Mở đầu, phần Nội dung và
phần Kết luận. Tác giả xin tóm tắt 3 chương trong phần Nội dung của luận văn như
sau:
3
Chương 1: Giới thiệu tổng quan về cọc khoan nhồi. Các phương pháp thi công,
khuyết tật thường gặp đối với cọc khoan nhồi trong thi công.
Chương 2: Giới thiệu về các phương pháp thí nghiệm xác định vị trí và đặc
trưng của khuyết tật.
Chương 3: Dự báo và xác định sức chịu tải của cọc khoan nhồi bị khuyết tật.
7. Các kết quả đạt được
Làm rõ ảnh hưởng của khuyết tật đến sự làm việc và sức chịu tải của cọc khoan
nhồi chịu tải trọng dọc trục. Xây dựng được một quy trình đánh giá tổng quát sức chịu
tải của cọc khi bị khuyết tật

MỤC LỤC
CÁC KÝ HIỆU CHỦ YẾU DÙNG TRONG LUẬN VĂN . i
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ . iv
MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CỌC KHOAN NHỒI . 4
1.1. Lịch sử phát triển của cọc khoan nhồi . 4
1.1.1. Trên thế giới 4
1.1.2. Tại Việt Nam 4
1.2. Công nghệ thi công cọc khoan nhồi . 5
1.2.1. Công nghệ thi công cọc đào khô 5
1.2.2. Công nghệ thi công cọc khoan nhồi có sử dụng ống vách giữ thành 6
1.2.3. Công nghệ thi công cọc khoan nhồi có sử dụng dung dịch giữ thành . 7
1.3. Các phương pháp dự báo sức chịu tải cọc khoan nhồi . 9
1.3.1. Sự làm việc của cọc dưới tác động của tải trọng dọc trục 9
1.3.2. Các phương pháp dự báo sức chịu tải của cọc khoan nhồi . 10
1.3.2.1. Sức chịu tải theo vật liệu . 10
1.3.2.2. Dự báo sức kháng của đất nền theo thí nghiệm xuyên tĩnh CPT 10
1.3.2.3. Dự báo sức kháng của đất nền theo thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT 12
1.3.2.4. Dự báo sức kháng của đất nền theo thí nghiệm chỉ tiêu cơ lý của đất nền . 12
1.3.2.5. Sức kháng bên của thành cọc khoan nhồi trong đất cát (Nhóm đất cát có
N60 ≤ 50) 12
1.4. Các phương pháp thí nghiệm xác định sức chịu tải của cọc khoan nhồi . 14
1.4.1. Thí nghiệm PDA . 14
1.4.2. Thí nghiệm nén tĩnh cọc 18
1.5. Các khuyết tật thường gặp trong thi công cọc khoan nhồi . 22
1.5.1. Khuyết tật tại mũi cọc 22
1.5.1.1. Hư hỏng lớp đất dưới mũi cọc . 22
1.5.1.2. Khuyết tật do bê tông mũi cọc bị xốp do lẫn tạp chất 22
1.5.2. Khuyết tật tại thân cọc . 23
1.5.2.1. Thân cọc có lẫn các thấu kinh đất hoặc bị gián đoạn bởi các lớp đất 23
1.5.2.2. Bề mặt thân cọc bị rỗ 23
1.5.3. Phân bố vị trí khuyết tật trong cọc khoan nhồi . 24
1.6. Kết luận chương 1 . 25
CHƯƠNG 2. CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH KHUYẾT TẬT TRONG CỌC
KHOAN NHỒI . 27
2.1. Giới thiệu chung . 27
2.1.1. Phân loại khuyết tật 27
2.1.2. Quy trình đánh giá chất lượng 29
2.2. Phương pháp thí nghiệm biến dạng nhỏ (PIT) 31
2.2.1. Nguyên lý thí nghiệm 31
2.2.2. Phương pháp phân tích theo tần số dao động . 32
2.2.3. Phương pháp tín hiệu phù hợp 34
2.3. Thí nghiệm siêu âm cọc 36
2.3.1. Nguyên lý 36
2.3.2. Xác định tính chất, vị trí và hình dạng khuyết tật 36
2.3.2.1. Xác định vị trí khuyết tật của cọc 36
2.3.2.2. Xác định hình dạng, tính chất của khuyết tật. 38
2.3.3. Ưu, nhược điểm của thí nghiệm siêu âm cọc . 41
2.4. Thí nghiệm siêu âm cắt lớp CSLT . 42
2.5. Phương pháp khoan lấy lõi và thí nghiệm lõi khoan . 44
2.5.1. Định nghĩa 44
2.5.2. Trình tự thí nghiệm . 44
2.6. Kết luận chương 2 . 45
CHƯƠNG 3. DỰ BÁO VÀ XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA CỌC
KHOAN NHỒI BỊ KHUYẾT TẬT . 47
3.1. Cơ sở của phương pháp dự báo sức mang tải của cọc khoan nhồi khuyết
tật . 47
3.2. Ví dụ tính toán 48
3.2.1. Các giả thiết cơ bản . 52
3.2.2. Kết quả thí nghiệm nén tĩnh . 52
3.2.3. Các thông số vật liệu cọc và khuyết tật 54
3.2.4. Dự báo sức chịu tải của cọc khoan nhồi 55
3.3. Khả năng chịu tải theo vật liệu cọc và khuyết tật . 58
3.4. Dự báo theo phương pháp phần tử hữu hạn (Plaxis) 62
3.4.1. Thông số vật liệu, nền đất tính toán . 63
3.4.2. Kết quả kiểm tính bằng phương pháp phần tử hữu hạn 64
3.4.3. Kết quả tính toán đối với cọc bị khuyết tật . 65
3.4.3.1. Kết quả tính toán đối với cọc bị khuyết tật tại mũi cọc 65
3.4.3.2. Kết quả tính toán đối với cọc bị khuyết tật tại thân cọc – Khuyết tật vật liệu
cọc . 67
3.4.3.3. Kết quả tính toán đối với cọc bị khuyết tật tại thân cọc – khuyết tật giảm tiết
diện cọc . 71
3.5. Ảnh hưởng của vị trí khuyết tật đến độ suy giảm sức chịu tải cực hạn của
cọc . 73
3.6. Ảnh hưởng của cường độ khuyết tật đến sức chịu tải cực hạn của cọc. . 73
3.7. Quy trình xác định sức chịu tải của cọc khoan nhồi . 74
3.7.1. Quy trình chung . 74
3.7.2. Các yêu cầu khi thí nghiệm PIT . 74
3.7.3. Xác định đặc trưng cường độ khuyết tật bằng thí nghiệm siêu âm 75
3.7.4. Xác định cường độ bê tông cọc bằng phương pháp khoan lấy lõi . 76
3.7.5. Phương pháp dự báo sức chịu tải của cọc khoan nhồi bị khuyết tật . 76
3.8. Kết luận chương 3 . 76
KẾT LUẬN 78
TÀI LIỆU THAM KHẢO . 79
PHỤ LỤC