Đề tài Đánh giá điều kiện địa chất công trình cầu Nhật Tân ở giai đoạn nghiên cứu khả thi, thiết kế phương án khảo sát địa chất công trình chi tiết

3.2.1 - Tính toán cho trụ cầu chính Trụ cầu chính cầu Nhật Tân được thiết kế với tải trọng thẳng đứng tại trụ Ntd = 3800(T), tải trọng ngang Pn = 120(T), mô men uốn M = 1200 (Tm) Địa tầng hố khoan LC1 theo thứ tự từ trên xuống: Lớp số 2: Cát vừa màu xám tro trạng thái xốp, bảo hoà nước, dày 8,0m, N30 = 3, gs = 2,66 g/cm3 , j = 29012', E0 = 200 kG/cm2, R0 = 1,50 kG/cm2. Lớp số 14: Cát Sạn màu xám tro, trạng thái chặt, dày 4,0m, N30 = 38, gs = 2,67 g/cm3, j = 30010', E0 = 400 kG/cm2, R0 = 4,0 kG/cm2. Lớp số 15: Cát sỏi đôi chỗ lẫn cuội, màu xám, trạng thái rất chặt, bảo hoà nước, dày 7,0m N30 >50, gs = 2,66 kG/cm2, j = 30012', E0 = 420 kG/cm2, R0 = 4,50 kG/cm. Lớp số 16: Sỏi màu xám tro, trạng thái chặt, bảo hoà nước, dày = 7,0m, N30 = 36, gs = 2,66, j = 30010', E0 = 350 kG/cm2, R0 = 4,0 kG/cm2 Lớp số 19: cát vừa màu xám xanh, trạng thái chặt, bảo hoà nước. Dày 4,00m, N30 = 40; j = 30019', E0 = 420 kG/cm2; R0 = 3,50kG/cm2. Lớp số 23: Cuội màu xám vàng, xám xanh, trạng thái rất chặt, bảo hoà nước. Dày 15,35m; N30 = 100; gw = 2,1 g/cm3; E0 = 650 kG/cm2; R0 =8,0kG/cm2; j = 370 3.2.1.1. Chọn loại cọc, chiều sâu đặt cọc và đài cọc. Căn cứ và cấu trúc địa chất nền khu vực nghiên cứu, để đảm bảo các yêu cầu về kinh tế và kỹ thuật ta chọn phương án cọc khoan nhồi có đường kính d = 1.2m, bê tông mác 300#, thép dọc chịu lực 10 thanh f 20 A - IICT5 cọc được chống vào lớp cuội, kết cấu rất chặt (lớp 23). Cao độ đáy dài - 3,46m, cao độ mũ cọc - 37,46m, cọc cắm vào lớp 23 là 5,0m, Cọc cắm vào đài là 1,0m, chiều dài cọc là 34,0m. Độ sâu chôn đài là 6,0m 3.2.1.2. Xác định sức chịu tải tính toán của cọc. + Xác định sức chiụ tải của cọc theo vật liệu làm cọc (PVL ): Sức chịu tải của cọc nhồi được xác định theo công thức (3-3) PVL= j (m1. m2. RbFb + RaFa) (3-3) Trong đó: j - Hệ số uốn dọc của cọc, j lấy = 1. m1- Hệ số điều kiện làm việc, m1 = 0,85. m2- Hệ số làm việc kể đến ảnh hưởng của biện pháp thi công, m2= 0,7 Ra- Cường độ tính toán của cốt thép, với loạ thép A-II lấy Ra= 28000T/m2 Fa - Diện tích tiết diện cốt thép (m2), tính theo công thức (3-3a) Rb - Cường độ tính toán của bê tông, Rb = 1300T/m2 Fa - Diện tích tiết diệncủa bê tông (m2), tính theo công thức (3-3b) Diện tích tiết diện cốt thép: Fa = P R2 (3-3a) Fa = 3,14 . (0,001)2 = 0,0031( m2) Diện tích tiết diện bê tông: Fb = P R2 (3-3b) Fb = 3,14 . (0,6)2 = 1,13 (m2) Sức chịu tải của cọc: Thay số vào công thức (3-3): PVL = 1 . (0,85 . 0,7 . 1300 . 0,003 + 28000 . 1,13) = 954,8 (T) + Xác định sức chịu tải của cọc theo cường độ chịu tải của đất nền Pđn: Sức chịu tải của cọc theo công thức (3-3): Pđn = m (mRRF + U fi li) (3-3) Trong đó: m - Hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất, m = 1,0 mR- Hệ số điều kiện làm việc của đất, mR = 1 R - Sức chịu tải tính toán của đất dưới mũi cọc, R được xác định theo công thức(3-3a) R= 0,65b(g,I dA0K + aghB0K) (3-3a) Trong đó: a,b, A0K, B0K - Xác định theo bảng (5-7) nền và móng, 0.74;0.18;108;185 F - Diện tích tiết diện ngang của mũi cọc, F = 1,13 (m2) U - Chu vi tiết diện ngang cọc, U = 3,14 . 1,2 = 3,77 (m) li - Chiều dày của lớp đất thứ i tiếp xúc với cọc fi - Cường độ tính toán của ma sát thành lớp đất thứ i với bề mặt xung quanh cọc (Bảng 2 - 20TCN 21 - 86) bảng 5 - 3 Nền và móng. g,I - Khối lượng thể tích tự nhiên của đất ở chân cọc. g,I = 2,1 kG/cm3 gI - Khối lượng thể tích trung bình của đất tính từ mũi cọc lên, gI = 1,95 kG/cm3 d - Đường kính của cọc. 1,2 m h - độ sâu tính toán từ mặt đất thiên nhiên đến cao trình đáy cọc 40,0 m Thay số vào công thức (3-3a): R =0,65 . 0,18 (2,1 . 1,2 . 108 + 0,74 . 1,95 . 40 .185) = 1281,2 (kG/cm2) Để tính Sfili theo qui phạm ta phải chia đất nền trong phạm vi chiều dài cọc thành các lớp phân tố đồng nhất có bề dày không quá 2,0 m. kết quá tính toán được trình bày ở bảng 3.1 Bảng 3.1 Thứ tự lớp Độ sâu TB lớp chia (m) Li (m) fi(T/m2) fili 2,00 2,00 0,48 0,96 4,00 2,00 0,48 0,96 Lớp số 2 6,00 2,00 0,48 0,96 8,00 2,00 0,48 0,96 10,00 2,00 0,48 0,96 12,00 2,00 0,48 0,96 Lớp số 14 14,00 2,00 0,52 1,04 16,00 2,00 0,52 1,04 17,75 1,75 0,75 1,31 Lớp số 15 19,5 0 1,75 0,75 1,31 21,25 1,75 0,75 1,31 23,00 1,75 0,75 1,31 Lớp số 16 25,00 2,00 0,86 1,72 27,00 2,00 0,86 1,72 39,00 2,00 0,86 1,72 31,00 2,00 0,86 1,72 lớp số 19 33,00 2,00 0,94 1,88 35,00 2,00 0,94 1,88 Lớp số 23 36,70 1,70 1,10 1,87 38,40 1,70 1,10 1,87 40,00 1,6 1,10 1,76 S 25,48 Thay số vào công thức (3-3): Pđn= 1(1 . 1281,2 . 1,13 + 3,77 . 25,48) = 1543,8 (T) + Xác định sức chịu tải cảu cọc theo giá trị SPT. áp dụng công thức cọc khoan nhồi của Nhật Bản (TCXD -205.19980): PSPT = Trong đó: a -Hệ số phụ thuộc vào phương pháp thi công, với cọc khoan nhồi a = 15 Na- Giá trị SPT của đất dưới mũi cọc, Na = 100 F - Diện tích tiết diện cọc Ns - Giá trị SPT của đất cát xung quanh cọc, Ns = 36 Ls -Chiều dài đoạn cọc trong đất cát, Ls = 34m C - Lực dính Lc - Chiều dài đoạn cọc trong đất sét d - Dường kính cọc Thay số vào công thức trên ta có: PSPT = = 1026,5 (T) So sánh ba giá trị ta thấy Pđn > PSPT > PVL, Chọn sức chịu tải của cọc theo vật liệu làm cọc để tính toán, PVL = 954.8 (T) 3.2.1.3. Xác định kích thước đài cọc, số lượng cọc bố trí trong đài. + xác định kích thước đài cọc Móng cọc ở đây là móng cọc đài thấp, tải trọng thẳng đứng tại trụ Ntd = 3800(T), tải trọng ngang Pn = 120(T), mô men uốn M = 1200 (Tm). Theo quy phạm khoảng cách giữa các cọc > 3d, d là đường kính cọc. Với công trình này chọn khoảng cách giữa các trục của cọc = 3d, khi đó ứng suất trung bình dưới đáy đài được tính theo công thức (3- 4) Ptb = (3- 4) Ptb = = 73,67 (T/m2) Xác định diện tích đài cọc, tính theo công thức (3-5) Fđ = (3-5) Trong đó: Ptc - Tải trong tiêu chuẩn truyền xuống mỗi đài, Ptc =3800 (T) n - Hệ số vượt tải, n =1.1 - Trọng lượng thể tích trung bình của đầi và đát trên đài, = 2,2 (T/m3) h - Chiều sâu chôn đế đài, h = 6,0m Thay số vào công thức (3-5): Fđ = = 64,2 (m2) Lấy Fđ = 66,25m2. + Xác định số lượng cọc (nc). Số lượng cọc được xác định theo công thức (3- 6) nc = (3- 6) Trong đó: m - Hệ số kể đến sự lệch tâm tải trọng công trình, m =1,5 Pđ - Trọng lượng của đài và đất phủ trên đài, Pđ = gtb Fđ h Pđ = 2,2 . 66,25 . 6 = 874,5 (T) Thay số vào công thức (3-6): nc = = 7,3 (cọc) Số lượng cọc trong đài lấy tròn 8 cọc. + Bố trí cọc trong đài: Theo qui phạm khoảng cách giữa các cọc đứng phải ≥3d, đối với móng trụ cầu khoảng cách từ mép đài đến mép ngoài dãy cọc biên phải > 0.25m. Đối với công trình này ta chọn cách bố trí cọc trong đài như hình 3.1 5.3m 0.85 0.85 10.8m 0.85 12.5m Hình 3.1 + Kiểm tra tải trọng tác dụng lên cọc Khi móng chịu lực lệch tâm thì xảy ra hiện tượng một số cọc trong móng chịu tải trọng lớn và một số khác chịu tải trọng bé. Vì vậy phải tiến hành kiểm tra tải trọng tác dụng đối với cọc chịu nén theo công thức (3-8) P0max ≤ PVL (3-8) P0max - Tải trọng tác dụng lên đỉnh cọc chịu nén lớn nhất, được xác định theo công thức (3 - 9) P0max = (3-9) Trong đó: PH - Tổng tải trọng thẳng đứng tại đáy đài PH = Ptc + Pđ = 3800 + 954,8 = 4754,8 (T) n - Số lượng cọc trong đài, n = 8 cọc. M - Tổng mô men của tải trọng ngoài so với trụ đi qua trọng tâm của các tiết diện tại đáy đài, M = 1200 + (120 . 2) = 1440 Tm. x - Khoảng cách từ tâm cọc đến tâm đài theo chiều có lực lệch tâm, x =1.8m xi - Khoảng cách từ tâm cọc thứ i đến tâm đài. Thay số vào công thức (3 - 9) ta có: P0max = = 727,68 (T) So sánh điều kiện ở công thức (3 - 8) ta thấy: P0max = 727,68 (T) < PVL = 954,8 (T) Cọc hoạt động bình thường. + kiểm tra sức chịu tải của đất nền. Để kiểm tra cường độ của nền đất tại mũi cọc, người ta coi đài cọc, cọc và các phần đất giữa các cọc là một móng khối quy ước, phạm vi móng khối quy ước được xác định bằng góc a và được tính theo công thức (3-10) a = (3-10) jtb - Góc ma sát trong trung bình của các lớp đất nền tính từ mũi cọc lên, được xác định theo công thức sau: jtb = = = 30,6 = 30036' Qua tính toán có giá trị của = 1224 Trong đó: ji - Góc ma sát trong của lớp đất thứ i li - Chiều dày của lớp đất thứ i Thay các giá trị vào công thức (3-10) ta có: a = Diện tích móng khối quy ước được tính theo công thức (3-11) Fqư =(A + 2Ltga)(B + 2Ltga) (3-11) Trong đó: A,B- Khoảng cách mép ngoài của hàng cọc biên đối diện nhau theo chiều dài và chều rộng móng, A = 12,50m; B =5,30m a - góc mở mong khối qu ước, a = 7039' L - Chiều dài cọc tính từ đáy móng xuống, L =34m Thay số vào công thức (3-11) Fqư = (12,5 + 2 . 34 . 0,134)(5,3 + 2 . 34 . 0,134) = 21,6 . 14,4 = 311m2 Ứng suất lớn nhất và bé nhất tại đáy móng qui ước tính theo công thức(3-12): (3-12) Trong đó: N - Tổng tải trọng thẳng đứng tại đáy móng khối qui ước, N = PH + PC PH - Tải trọng thẳng đứng đến đáy đài, PH = 4754.8 (T) PC - Tải trọng của cọc và đất gữa cọc PC = gcFqưL = 2,2 . 311 . 34 = 23262,8 (T) N = 4754,8 + 23262,8 = 28017,6 (T) gc - Khối lượng thể tích của cọc và đất gữa cọc, gc = 2,2T/m3 Fqư - Diện tích đáy móng khối qui ước, Fqư = 311m2 L - Chiều dài cọc tính từ đáy đài đến mũi cọc, L = 34m wm - Mômen chống uốn của diện tích đáy móng khối qui ước wm = = Tm a - Chiều dài móng khối qui ước, a = 21,6m b - Chiều rộng móng khối qui ước, b = 14,4m Thay các giá trị vào công thức (3-12) ta có: úmax = (T/m2) úmim = (T/m2) Sức chịu tải tính toán của đất nền tại móng khối qui ước được tính theo công thức (3-13) R = (3-13) Trong đó: m - Hệ số điều kiện làm việc của đất nền và của công trình. m =1 A,B,D - Các hệ số tra bảng phụ thuộc và góc ma sát trong của đất, j = 370, A = 1,96; B = 8,85; D = 10,39 g - Khối lượng thể tích đất dưới đáy móng, g = 2,1(T/m3) g' - Khối lượng thể tích đất trên đáy móng, g' = 2,2 (T/m3) c - Lực dính của đất b - Chiều rộng móng, b = 14,4m h - Chiều sâu chôn móng, h = 40m Thay các giá trị vào công thức (3-13) ta có: R =1(1,96 . 14,4 . 2,1 + 8,85 . 40 . 2,2 + 0) = 838 (T/m2) Kiểm tra cường độ đất nền theo điều kiện : 91,37 < 1,2 . 838 = 90,35 < 838 + Kiểm tra độ lún của móng khối quy ước. Để tính toán độ lún cho móng khối quy ước ta sử dụng phương pháp phân tầng lấy tổng. Chia đất nền thành các lớp phân tố có chiều dày = 0.5m Tính áp lực truyền xuống đáy móng ta áp dụng công thức sau: P = = 90,1 (T/m2) áp lực gây lún giới hạn: Pgl = P - gtb . h = 90,1 - (2,2 . 40) = 2,1 (T/m2) ứng sất phụ thêm được tính theo công thức sau: Ppt = Pgl . K0 K0 -Hệ số tra bảng phụ thuuộc l / b và Z / b ứng suất bản thân của đất tính theo công thức: úbt = g h + g z Pbt = 40 . 2,2 = 88 T/m2 Qua tính toán ta thấy tại đáy mong khối quy ước Pgl < 0,2Pbt, nên chiều dày vùng hoạt động nén ép = 0. Độ lún cuối cùng rất nhỏ không đáng kể, công trình hoàn toàn ổn định dài lâu. Sơ đồ móng khối qui ước được thể hiện ở hình 3.2. 40m 14.4m 21,6m Hình3.2 Kết luận: Việc chọn giải pháp móng cho trụ cầu chính cầu Nhật Tân, với móng cọc khoan nhồi đường kính cọc f 1.2m, chiều dài cọc 34m, cọc được tựa lên lớp 23(lớp cuội sỏi), như phần ĐCCT đã đề cập, sau khi kiểm toán các vấn đề ĐCCT cho phép khẳng định rằng công trình hoàn toàn ổn định. 3.2.2 - Tính toán cho trụ cầu dẫn Trụ cầu dẫn cầu Nhật Tân thiết kế với tải trọng thẳng đứng tại trụ Ntd = 2000(T), tải trọng ngang Pn = 120(T), mô men uốn M = 1200 (Tm). Địa tầng hố khoan LC5 theo thứ tự từ trên xuống: Lớp số 4: Sét màu nâu nhạt, trạng thái dẻo cứng, bề dày lớp = 6.9m, N30 = 20, gS = 2,73 g/cm3; gw = 1,3g/cm3 ; E0 = 160kG/cm2 ; R0 = 2,50 kG/cm2 ; j =16001 Lớp số 8: Cát vừa, trạng thái chặt vừa bảo hoà nước, dày 4,2m ; N30 = 17 ; gS =2,66 g/cm3 ; E0 = 310 kG/cm2 ; R0 = 2,50 kG/cm2 ; j = 30010' ; gw = 2,0g/cm3 Lớp số 9: Sét trạng thái dẻo cứng; dày 2,1m ; N30 =15 ; gs = 2,71 kG/cm3 , E0 = 120 kG/cm2 ; R0 = 2,0 kG/cm2, gw= 1,9 g/cm3, j = 16002', c = 0,242kG/cm2 Lớp số 10: Sét pha, trạng thái dẻo cứng, dày = 9,4m, N30 = 15, gs = 2,71kG/cm3 ; E0 = 230 kG/cm2 ; R0 = 1,50 kG/cm2 ; j = 16038' ; gw = 2,0 g/cm3 ; c = 0,173 kG/cm2 Lớp số 17: Cuội trạng thái chặt vừa, bảo hoà nước. Dày 7,80m ; N30 = 24 ; gw = 2,05g/cm3 ; j = 30019' ; E0 = 540 Kg/cm2 ; R0 = 5,0Kg/cm2. Lớp số 18: Cuội màu xám vàng, xám xanh, trạng thái chặt, bảo hoà nước. Dày 7,6m ; N30 = 34 ; gw = 2,1 g/cm3 ; E0 = 600 Kg/cm2 ; R0 = 7,0Kg/cm2 ; j = 30019' Lớp 23: Cuội trạng thái rất chặt, dày 12m, N30 > 100 ; gw = 2,1g/cm3 ; j = 370 gs = 2,66 g/cm3 ; E0 = 650 kg/cm2 ; R0 = 8,0 kg/cm2 3.2.2.1. Chọn loại cọc, chiều sâu đặt cọc và đài cọc. Căn cứ và cấu trúc địa chất nền khu vực nghiên cứu, để đảm bảo các yều cầu về kinh tế và kỹ thuật ta chọn phương án cọc khoan nhồi có đường kính d = 1.2m, bê tông mác 300#, thép dọc chịu lực 10 thanh f 20 A - IICT5 cọc được chống vào lớp cuội, kết cấu rất chặt (lớp 23). Cao độ đáy dài 2,69m, cao độ mũ cọc - 32,31m, cọc cắm vào lớp 23 là 2,0m, Cọc cắm vào đài là 1,0m, chiều dài cọc là 35,0m. Độ sâu chôn đài là 5,0m. 3.2.2.2. Xác định sức chịu tải tính toán của cọc. + Xác định sức chiụ tải của cọc theo vật liệu làm cọc (PVL ): Sức chịu tải của cọc nhồi được xác định theo công thức (3-14) PVL= j (m1 . m2 . RbFb + RaFa) (3-14) Trong đó: j - Hệ số uốn dọc của cọc, j lấy = 1 m1- Hệ số điều kiện làm việc, m1 = 0,85 m2- Hệ số làm việc kể đến ảnh hưởng của biện pháp thi công, m2=0,7 Ra- Cường độ tính toán của cốt thép, với loạ thép A-II lấy Ra= 28000T/m2 Fa - Diện tích tiết diện cốt thép (m2), tính theo công thức (3-14a) Rb - Cường độ tính toán của bê tông, Rb = 1300T/m2 Fb - Diện tích tiết diệncủa bê tông (m2), tính theo công thức (3-14b) Diện tích tiết diện cốt thép: Fa = P R2 (3-14a) Fa = 3,14 . (0,001)2 = 0,0031( m2) Diện tích tiết diện bê tông: Fb = P R2 (3-143b) Fb = 3,14 . (0,6)2 = 1,13 (m2) Sức chịu tải của cọc: Thay số vào công thức (3-14): PVL = 1 . (0,85 . 0,7 . 1300 . 0,003 + 28000 . 1,13) = 954,8 (T) + Xác định sức chịu tải của cọc theo cường độ chịu tải của đất nền Pđn: Sức chịu tải của cọc theo công thức (3-15): Pđn = m (mRRF + U fi li) (3-15) Trong đó: m - Hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất, m = 1,0 mR- Hệ số điều kiện làm việc của đất, mR = 1 R - cường độ tính toán của đất dưới mũi cọc, R được tính theo công thức(3-15a) R= 0.65b(g,I dA0K + aghB0K) (3-15a) Trong đó: a,b,A0K, B0K - Xác định theo bảng (5-7) nền và móng, 0.74; 0.18;108;185 F - Diện tích tiết diện ngang của mũi cọc, F = 1,13 (m2) U - Chu vi tiết diện ngang cọc, U = 3,14 . 1,2 = 3,77 (m) li - Chiều dày của lớp đất thứ i tiếp xúc với cọc fi - Cường độ tính toán của ma sát thành lớp đất thứ i với bề mặt xung quanh cọc, fi = 1 g,I - Khối lượng thể tích tự nhiên của đất ở dưới chân cọc, g,I = 2,1 kG/cm3 gI - Khối lượng thể tích trung bình của đất từ chân cọc trở lên, gI = 1,85 kG/cm3 d - Đường kính của cọc, d = 1,2 m h - độ sâu tính toán từ mặt đất thiên nhiên đến cao trình đáy cọc, h = 40,0 m Thay số vào công thức (3-15a): R =0,65 . 0,18 (2,1. 1,2 . 108 + 0,74 . 1,90 . 40 . 185) = 1249,2(KG/cm2) Để tính Sfili theo qui phạm ta phải chia đất nền trong phạm vi chiều dài cọc thành các lớp phân tố đồng nhất có bề dày không quá 2,0 m. kết quá tính toán được trình bày ở bảng 3.2 Bảng 3.2 Tên lớp độ sâu TB lớp chia (m) Li (m) fi (T/m2) fili Lớp 4 1,75 3,50 5,25 7,00 1,75 1,75 1,75 1,75 0,42 0,42 0,42 0,42 0,74 0,74 0,74 0,74 Lớp 8 8,4 9,8 11,2 1,40 1,40 1,40 0,46 0,46 0,46 0,64 0,64 0,64 Lớp 9 13,3 2,1 0,48 1,00 Lớp 10 15,18 17,06 18,94 20,72 22,60 1,88 1,88 1,88 1,88 1,88 0,32 0,32 0,32 0,32 0,32 0,60 0,60 0,60 0,60 0,60 Lớp 17 24,5 1,95 0,94 1,83 26,5 1,95 0,94 1,83 28,45 1,95 0,94 1,83 30,40 1,95 0,94 1,83 Lớp 18 32,30 34,20 36,10 38,00 1,90 1,90 1,90 1,90 0,99 0,99 0,99 0,99 1,88 1,88 1,88 1,88 Lớp 23 40,00 2,00 1,10 2,2 åfili 25,92 Thay số vào công thức (3-15): Pđn= 1(1. 1249,2. 1,13 + 3,77.25,92) = 1509,3 (T) + Xác định sức chịu tải của cọc theo giá trị SPT. Sức chịu tải của cọc được xác định theo công thức (3-16), áp dụng công thức cọc khoan nhồi của Nhật Bản (TCXD -205.19980): PSPT = (3-16) Trong đó: a -Hệ số phụ thuộc vào phương pháp thi công, với cọc khoan nhồi a = 15 Na- Giá trị SPT của đất dưới mũi cọc, Na = 100 F - Diện tích tiết diện cọc, F = 1,13 m2 Ns - Giá trị SPT của đất cát xung quanh cọc, Ns = 45 Ls - Chiều dài đoạn cọc trong đất cát, Ls = 21,6 m c - Lực dính, c = 1,1Kg/cm2 Lc - Chiều dài đoạn cọc trong đất sét, Lc = 18,4 m d - Dường kính cọc, d = 1,2 m Thay số vào công thức (3-16) ta có: PSPT = = 956,9 (T) So sánh ba giá trị ta thấy Pđn > PSPt > PVL, Chọn sức chịu tải của cọc theo giá trị SPT để tính toán, PVL = 954,8 (T) 3.2.2.3. Xác định kích thước đài cọc, số lượng cọc bố trí trong đài. + xác định sơ bộ kích thước đài cọc Móng cọc ở đây là móng cọc đài thấp, tải trọng thẳng đứng tại trụ Ntd = 2000(T), tải trọng ngang Pn = 120(T), mô men uốn M = 1200 (Tm). Theo quy phạm khoảng cách giữa các cọc > 3d, d là đường kính cọc. Với công trình này chọn khoảng cách giữa các trục của cọc = 3d. khi đó ứng suất trung bình dưới đáy đài được tính theo công thức (3- 17) Ptb = (3- 17) Ptb = = 73,7 (T/m2) Xác định sơ bộ diện tích đài cọc, tính theo công thức (3-18) Fđ = (3-18) Trong đó: Ptc - Tải trong tiêu chuẩn truyền xuống mỗi đài, Ptc =2000 (T) n - Hệ số vượt tải, n =1,1 - Trọng lượng thể tích trung bình của đài và đất trên đài, = 2,2 (T/m3) h - Chiều sâu chôn đế đài, h = 5,0m Thay số vào công thức (3-18): Fđ = = 32,5 (m2) Lấy Fđ = 32,5 m2. + Xác định số lượng cọc trong đài (nc). Số lượng cọc được xác định theo công thức (3- 19) nc = (3- 19) Trong đó: m - Hệ số kể đến sự lệch tâm tải trọng công trình, m =1,5 Pđ - Trọng lượng của đài và đất phủ trên đài, Pđ = gtb Fđ h Pđ = 2,2 . 32,5 . 5 = 321,2 (T) Thay số vào công thức (3-19): nc = = 3,4 (cọc) Số lượng cọc trong đài lấy tròn 4 cọc. + Bố trí cọc trong đài: Theo qui phạm khoảng cách giữa các cọc đứng phải ≥3d, đối với móng trụ cầu khoảng cách từ mép đài đến mép ngoài dãy cọc biên phải > 0,25m. Đối với công trình này ta chọn cách bố trí cọc trong đài như hình 3.3 Hình 3.3 2,6m 0.85m 10.80m 0.85m 12.50m + Kiểm tra tải trọng tác dụng lên cọc Khi móng chịu lực lệch tâm thì xảy ra hiện tượng một số cọc trong móng chịu tải trọng lớn và một số khác chịu tải trọng bé. Vì vậy phải tiến hành kiểm tra tải trọng tác dụng đối với cọc chịu nén theo công thức (3-21) P0max ≤ PVL (3-21) P0max - tải trọng tác dụng lên đỉnh cọc chịu nén lớn nhất, được xác định theo công thức (3 - 22) P0max = (3-22) Trong đó: PH - tổng tải trọng thẳng đứng tại đáy đài PH = Ptc + Pđ = 2000 + 357,5 = 2357,5 (T) n - số lượng cọc trong đài, n = 4 cọc. M - tổng mô men của tải trọng ngoài so với trụ đi qua trọng tâm của các tiết diện tại đáy đài, M = 800 + (120 . 4) = 1280 (Tm) x - khoảng cách từ tâm cọc đến tâm đài theo chiều có lực lệch tâm, x =1,8m xi - khoảng cách từ tâm cọc thứ i đến tâm đài, xi =1,8 m Thay số vào công thức (3 - 22) ta có: P0max = = 826,3 (T) So sánh điều kiện ở công thức (3 - 22) ta thấy: P0max = 826,3 (T) < PVL = 954,8 (T) Cọc hoạt động bình thường. + kiểm tra sức chịu tải của đất nền. Để kiểm tra cường độ của nền đất tại mũi cọc, người ta coi đài cọc, cọc và các phần đất giữa các cọc là một móng khối quy ước, phạm vi móng khối quy ước được xác định bằng góc a và được tính theo công thức (3-23) a = (3-23) jtb - Góc ma sát trong trung bình của các lớp đất nền tính từ mũi cọc lên jtb = = = 24,1 = 2406' Trong đó: ji - Góc ma sát trong của lớp đất thứ i li - Chiều dày của lớp đất thứ i Thay các giá trị vào công thức (3-23) ta có: a = Diện tích móng khối quy ước được tính theo công thức (3-24) Fqư =(A + 2Ltga)(B + 2Ltga) (3-24) Trong đó: A,B- Khoảng cách mép ngoài của hàng cọc biên đối diện nhau theo chiều dài và chều rộng móng, A = 12,50m ; B = 2,6m a - góc mở mong khối qu ước, a = 601'48" L - Chiều dài cọc tính từ đáy móng xuống, L = 35m Thay số vào công thức (3-24) Fqư = (12,5 + 2 . 35 . 0,106)(2,6 + 2 . 35 . 0,106) = 20,1 . 10 = 201m2 Ứng suất lớn nhất và bé nhất tại móng đáy qui ước tính theo công thức(3-25): (3-25) Trong đó: N - Tổng tải trọng thẳng đứng tại đáy móng khối qui ước, N = PH + PC PH - Tải trọng thẳng đứng đến đáy đài, PH = 2357,2 (T) PC - Tải trọng của cọc và đất gữa cọc PC = gcFqưL = 2,2 . 201 . 35 = 15477 (T) N = 2357,2 + 15477 = 17834,2 (T) gc - Khối lượng thể tích của cọc và đất gữa cọc, gc = 2,2T/m3 Fqư - Diện tích đáy móng khối qui ước, Fqư = 196m2 L - Chiều dài cọc tính từ đáy đài đến mũi cọc, L = 35m wm - Mômen chống uốn của diện tích đáy móng khối qui ước wm = = Tm a - Chiều dài móng khối qui ước, a = 20,1 m b - Chiều rộng móng khối qui ước, b = 10 m Thay các giá trị vào công thức (3-25) ta có: úmax = (T/m2) úmim = (T/m2) Sức chịu tải tính toán của đất nền tại móng khối qui ước được tính theo công thức (3-26) R = (3-26) Trong đó: m - Hệ số điều kiện làm việc của đất nền và của công trình, m = 1 A,B,D - Các hệ số tra bảng phụ thuộc và góc ma sát trong của đất, j = 370 ; A = 1,96 ; B = 8,85 ; D = 10,39 g - Khối lượng thể tích đất dưới đáy móng, g = 2,1(T/m3) g' - Khối lượng thể tích trung bình đất trên đáy móng, g' = 2,2 (T/m3) c - Lực dính của đất, c = 0,37kG/cm2 b - Chiều rộng móng khối, b = 9,75 m h - Chiều sâu chôn móng, h = 40m Thay các giá trị vào công thức (3-26) ta có: R =1(1,96 .10. 2,1 + 8,85 . 40 . 2,2 + 0,37 . 10,39) = 822,7 (T/m2) Kiểm tra cường độ đất nền theo điều kiện : 89,7 < 1,2 . 822,7 = 88,7 < 822,7 + Kiểm tra độ lún của móng khối quy ước. Để tính toán độ lún cho móng khối quy ước, ta chọn phương pháp phân tầng lấy tổng, chia đất nền thành các lớp phân tố có chiều dày = 0,5m áp lực truyền xuống đáy móng được tính theo công thức: P = = 88,7 (T/m2) Ta có áp lực gây lún: Pgl = P - Pbt Pbt = g . h = 2,2 . 40 = 88 (T/m2) Pgl = 88,7 - 88 = 0,7 (T/m2) Qua tính toán ta thấy tại đáy móng khối quy ước Pgl < Pbt rất nhiều, điều đó cho thấy chiều dày vùng hoạt động nén ép = 0. Độ lún cuối cùng không đáng kể, công trình hoàn toàn ổn định Sơ đồ móng khối qui ước được thể hiện ở hình 3.4 40m 10m 20,10m Hình 3.4 Kết luận: Việc chọn giải pháp móng cho công trình cầu Nhật Tân, với móng cọc khoan nhồi đường kính cọc f 1,2m; chiều dài cọc 35 m, cọc được tựa lên lớp 23 (lớp cuội sỏi), như phần ĐCCT đã đề cập, sau khi kiểm toán các vấn đề ĐCCT cho phép khẳng định rằng công trình hoàn toàn ổn định. PHẦN THIẾT KẾ VÀ DỰ TRÙ Chương 4: Thiết kế phương án khảo sát địa chất công trình I. Luận chứng nhiệm vụ thiết kế: Công trình cầu Nhật Tân khảo sát ĐCCT ở giai đoạn nghiên cứu khả thi với 05 lỗ khoan thăm dò tổng cộng là 259.89 m song song với quá trình khoan đã tiến hành lấy 129 mẫu đất thí nghiệm (12 mẫu nghiên dạng, 117 mẫu không nghiên dạng), đã lấy 02 mẫu nước(01 mẫu nước sông và 01 mẫu nước ngầm . Công tác thí nghiệm ngoài trời cũng đã được tiến hành với 129 điểm thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT tại tất cả các lỗ khoan, kết hợp với kết quả khoan thăm dò xác định chính xác ranh giới giữa các lớp đất. Thí nghiệm trong phòng với toàn bộ mẫu đã lấy để xác định một số chỉ tiêu cơ lí của các lớp đất nền, thí nghiệm phân tích mẫu nước xác định thành phần hoá học nhằm đánh giá khả năng ăn mòn bê tông của nước. Công tác khảo sát ở giai đoạn nghiên cứu khả thi(NCKT) đã đưa ra được kết luận quan trọng về điều kiện ĐCCT như đặc điểm về địa hình, địa mạo, cấu trúc thung lũng sông, điều kiện ĐCTV khu vực xây dựng công trình. Nhưng vì điều kiện địa chất công trình biến đổi khá phức tạp, số lượng công trình thăm dò chưa đủ đảm bảo đánh giá chính xác điều kiện ĐCCT phục vụ cho tính toán thiết kế kỹ thuật tại các vị trí mố, trụ cầu, chưa đánh giá đầy đủ tính ăn mòn bê tông của nước ngầm đối với bê tông. Do đó phải tiến hành khảo sát thiết kế giai đoạn thiết kế kỹ thuật(TKKT). Nhiệm vụ đặt ra trong giai đoạn này là làm sáng tỏ cấu trúc địa chất. Đặc điểm thung lũng sông, xác định chính xác hơn nữa ranh giới các lớp đất , xác định các chỉ cơ lí của lớp đất, xác định sự phân bố của các tầng chứa nước, chiều sâu mực nước dưới đất, thành phần hoá học và tính chất vật lí của nước dưới đất. Công tác khảo sát ở giai đoạn này nhằm cung cấp tài liệu điều kiện ĐCCT chính xác vị trí các móng trụ, mố cầu và tại các công trình bảo vệ (công trình nắn dòng) để phụ vụ cho thiết kế. Để thực hiện tốt nhiệm vụ đề ra, căn cứ vào kế quả khảo sát công trình của giai đoạn NCKT, yêu cầu của công tác khảo sát ĐCCT giai đoạn TKKT, thiết bị vật tư hiện có, trong giai đoạn này sẽ tiến hành một số dạng công tác sau: Công tác thu thập tài liệu Công tác trắc địa công tác khoan thăm dò Công tác lấy mẫu thí nghiệm Công tác thí nghiệm trong phòng Công tác thí nghiệm ngoài trời Công tác chỉnh lí viết bảo cáo II. Thiết kế các dạng công tác khảo sát ĐCCT 4.1. Thu thập tài liệu,viết phương án 4.1.1. Mục đích Công tác này nhằm thu thập các kết quả ở giai đoạn trước, tận dụng để giảm bớt khối lượng công tác khảo sát ở giai đoạn tới. Ngoài ra, công tác thu thập tài liệu còn là cơ sở để thiết kế khảo sát ĐCCT, chỉnh lí tài liệu khảo sát ĐCCT mới, rút ngắn thời gian chỉnh lí tài liệu. 4.1.2. Nội dung tài liệu thu thập. Công tác thu thập tài liệu phải tiến hành khẩn trương ngay sau khi nhận nhiệm vụ khảo sát. Các tài liệu phải đảm bảo đầy đủ, chính xác, rõ ràng. +) Các tài liệu thu thập gồm: Tài liệu về khí tượng thuỷ văn, dân cư kinh tế, giao thông của khu vực khảo sát. Tài liệu về địa chất công trình, địa chất thuỷ văn của khu vực. Tài liệu về kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lí của đất, thành phần tính chất của nước mặt, nước ngầm. Bản báo cáo thuyết minh về điều kiện địa chất công trình, địa chất thuỷ văn của công trình. Các tài liệu kết cấu, tải trọng dự kiến của công trình xây dựng. +) Bản vẽ thu thập gồm: Cột trầm tích Đệ Tứ Thành phố Hà Nội Bản vẽ và mặt cắt địa chất công trình Sơ đồ bố trí công trình thăm dò Sơ đồ vị trí công trình cầu Các hình trụ lỗ khoan 4.1.3. Phương pháp tiến hành Công tác thu thập tài liệu bằng phương pháp đọc, ghi chép và can vẽ. 4.2. Trắc địa 4.2.1. Mục đích Công tác trắc địa nhằm đưa công trình thăm dò từ sơ đồ bố trí công trình ra ngoài thực địa một cách chính xác. Ngược lại sau khi thi công xong, xác định lại cao độ, toạ độ các điểm thăm dò ngoài thực địa và đưa chúng trở lại sơ đồ. 4.2.2. Khối lượng Khối lượng công tác trắc địa thực hiện được ghi trong bảng 4.1. Bảng 4.1 4.2.3. Phương pháp tiến hành + Đưa các điểm khoan, xuyên từ sơ đồ ra thực địa Để đưa các điểm thăm dò từ sơ đồ bố trí các công trình thăm dò ra ngoài thực địa, tôi đề nghị sử dụng phương pháp đo bằng máy kinh vĩ. Dựa vào các mốc trắc địa là các hố khoan của giai đoạn trước hoặc các mốc trắc địa quốc gia có trong khu vực khảo sát để bố trí thành mạng lưới tam giác, từ mốc này sẽ xác định được toạ độ các điểm đo. Cách tiến hành như sau: Giả sử cần xác định điểm C. Dùng máy kinh vĩ đặt tại A ngắm về B{A, B là các mốc trắc địa quốc gia có trong vùng nghiên cứu hoặc các mốc trắc địa của các hố khoan ở giai đoạn trước, có toạ độ A(XA, YA, HA )và B(XB, YB, HB)}, sau đó quay một góc a1 hợp với đường thẳng AB với hướng điểm khảo sát. Sau đó đặt máy tại B ngắm về A và quay đi một góc a2 hợp với đường AB và BC (a1, a2 được xác định trên bản đồ). Giao hội giữ hai điểm đó chính là điểm C ngoài thực địa. A S2 C a1 a2 S1 B Hình 4.1 + Xác định toạ độ, cao độ các điểm thăm dò và đưa cúng lên sơ đồ Xác định toạ độ Giả sử muốn xác định toạ độ C, ta cung dung máy kinh vĩ, sử dụng phương pháp toạ độ vuông góc. Dựa vào hai mốc trắc địa cũ là hố khoan hoặc mốc chuẩn quốc gia có trong vùng là A và B, đặt máy tại A(B)ngắm về phía B(A). Sau đó quay ống kính về C ta được góc a1(a2), đo khoảng cách SAC, SBC từ A(B) đến C. Góc phương vị của BC được xác định theo công thức: aBC = aAB + a2 +-1800 Với aAB là góc phương vị của đoạn AB aAB A a1 C a2 aBC SBC B Hình 4.2 Toạ độ hố khoan C(X,Y) được xác định theo công thức: X = XB + SBC* sinaBC Y = YB + SBC* cosaBC Trong đó: XB, YB : Toạ độ hố khoan hoặc toạ độ chuẩn quốc gia SBC : khoảng cách từ mốc trắc địa cũ đến hố khoan C, được xác định bằng dây Inva Xác định cao độ hố khoan Để xác định cao độ các hố khoan, dùng máy thuỷ bình. Cách tiến hành như sau: Đặt máy tại điểm C nằm giữa hai điểm Avà B (hình 2.3). Dựng hai mia tại hai điểm A và B. Sau khi cân máy, ngắm về phía mia đặt tại A đọc số ghi trên mia (i), quay ống kính vè phía mia đặt tại B đọc số ghi trên mia (j) từ đó xác định độ chênh cao tại haib điểm A và B là: hAB = i -j Cao độ các điểm thăm dò được xác định theo công thức: HB = HA - hAB Trong đó: HA - Cao độ hố khoan hoặc mốc chuẩn quốc gia A hAB - Chênh cao giữa hai điểm Avà B i j HB HA A B Hình 4.3: Sơ đồ xác định vị trí hố khoan 4.2.3. Chỉnh lí tài liệu Trong quá trình tất cả các số liệu đều được ghi vào số nhật kí. Sau mỗi ngày làm việc đều phải tiến hành chỉnh lí, kiểm tra lại. Kết thúc quá trình đo phải kiểm tra lại một lần nữa. độ chính xác của phép đo phải đảm bảo theo tiêu chuẩn hiện hành. kết thúc công tác phải bàn giao đầy dủ khối lượng cho chủ phương án. 4.3. Khoan thăm dò 4.3.1. Mục đích Khoan là một dạng công tác rất quan trọng và rất cần thiết trong khảo sát ĐCCT. Kết quả công tác khoan có độ chính xác cao nên được sử dụng rộng rãi hầu hết trong các giai đoạn khảo sát. Trong giai đoạn khảo sát TKKT, công tác khoan được tiến hành nhằm mục đích nghiên cứu địa tầng, thành phần thạch học, chiều dày và ranh giới địa tầng của các lớp đất, xác định mức độ ổn định của nước dưới đất. Lấy các loại mẫu để xác định tính chất cơ lí, các mẫu nước để phân tích thành phần hoá học, đánh giá khả năng ăn mòn bê tông của nước. Kết hợp thí nghiệm hiện trường. 4.3.2. Nguyên tắc bố trí mạng lưới, chiều sâu thăm dò Nguyên tắc chung bố trí mạng lưới khoan thăm dò khảo sát ĐCCT là phải đảm bảo nghiên cứu đầy đủ nhất các yếu tố của điều kiện ĐCCT với khối lượng khảo sát ít nhất. Khi bố trí mạng lưới khoan phải dựa vào giai đoạn khảo sát, loại qui mô công trình, mức độ phức tạp của điều kiện ĐCCT phạm vi khảo sát. Mạng lưới khoan thăm dò của tuyến cầu thường do vị trí mố, trụ cầu quyết định. Với công trình cầu Nhật Tân các hố khoan được bố trí theo tuyến tim cầu, khoảng cách giữa các hố khoan thăm dò 50m cho nhịp cầu dẫn và 130m cho nhịp cầu chính. Như vậy các hố khoan thăm dò ở công trình này được bố trí đúng vị trí tim trụ và mố cầu. Chiều sâu khoan thăm dò được quyết định bởi mục đích nghiên cứu, tuỳ từng trường hợp cụ thể để quyết định. Dựa vào tài liệu ĐCCT đã thu thập được ở giai đoạn trước, tôi dự kiến tựa cọc vào lớp cuội sỏi (lớp 23) đối với tất cả các trụ và các mố. Theo quy phạm chiều sâu thăm dò phải vượt qua vùng hoạt động nén ép của công trình từ 3m đến 5m. 4.3.3. Khối lượng khoan thăm dò Trong giai đoạn trước đã thăm dò 5 lỗ khoan với tổng khối lượng là 259,89m, giai đoạn này dự kiến tiến hành khảo sát 62 lỗ, tận dụng 5 lỗ của giai đoạn trước. Vậy chỉ còn 57 lỗ: Tổng số mét khoan dự kiếm cho 57 lỗ . 50m = 2850m 4.3.4. Chọn phương pháp và máy khoan Căn cứ vào tài liệu ĐCCT của giai đoạn NCKT, chiều sâu thiết kế hố khoan, vị trí công trình thăm dò và các thiết bị hiện có ta chọn phương pháp khoan xoay lấy mẫu, loại máy khoan XJ - 100 của Trung Quốc. 4.3.5. Cấu trúc hố khoan điển hình Số hiệu lớp Độ sâu (m) Chiều dày(m) Thiết minh địa tầng Cấu trúc lỗ khoan Lớp 1 0,50 0,5 Đất trồng trọt f130 f127 f110 f91 Lớp 2 4,70 4,20 Sét trạng thái dẻo mền Lớp 3 8,00 3,30 Cát nhỏ, rời rạc Lớp 4 12,70 4,70 Cát nhỏ, chặt vừa Lớp 5 16,00 3,30 Cuội lẫn cát, chặt vừa Lớp 6 30,00 14,00 Cuội lẫn cát, rất chặt Lớp 7 43,00 13,00 Cuội sỏi, chặt vừa Lớp 8 50,00 7,00 Cuội, rất chặt 4.3.6. Kỹ thuật thi công khoan Đối với công trình cầu Nhật Tân điều kiện làm việc vừa trên khô vừa dưới nước. Với các lỗ khoan trên khô trước khi thi công phải san nền bằng phẳng để có mặt bằng thuận lợi trong quá trình thi công, với các lỗ khoan dưới nước có phương tiện nổi như phao phà, xà lan để bắc gian khoan. Trước khi khoan phải chuẩn bị đầy đủ dụng cụ, kiểm tra thiết bị khoan và dụng cụ phòng hộ đảm bảo an toàn cho người và thiết bị máy móc trong quá trình làm việc. Tiến hành khoan theo đúng quy trình kỹ thuật khoan, thực hiện phương pháp khoan xoay lấy mẫu. Mở lỗ khoan bằng mũi khoan f130mm, vừa khoan vừa xoay hạ ống chống f127mm đến độ sâu dự kiến, sau đó hạ cấp đường kính mũi khoan f110 để khoan tiếp và chống thành vách lỗ khoan bằng dung dịch bentonit đến 43m, rồi hạ tiếp cấp đường kính mũi khoan f91, khoan tiếp cho đến độ sâu yêu cầu. Trong quá trình khoan khi đến độ sâu lấy mẫu thì phải dừng lại để tiến hành đóng mẫu hoặc lấy mẫu nước, hoặc tiến hành thí nghiệm hiện trường. 4.3.7. Theo dõi, mô tả khoan Công việc theo dõi mô tả khoan phải giao cho người có kinh nghiệm thực tế. Khi theo dõi cần xác định chính xác chiều sâu khoan, loại đất đang khoan để xác định ranh giới địa tầng, chiều sâu lấy mẫu, chiều sâu thí nghiệm ngoài trời, phát hiện mực nước xuất hiện và những dị thường địa chất. Quá trình theo dõi khoan, yêu cầu phải mô tả chi tiết cụ thể và chính xác. Cần phải nêu rõ những đặc trưng cơ bản của đất như thành phần, mầu sắc, vật lẫn, trạng thái, độ chặt kiến trúc, cấu tạo, mức độ nứt nẻ vỡ vụn, mức độ phong hoá...Nhật kí khoan cần phải được ghi chép ngay tại hiện trường, làm đến đâu ghi đến đó. Nhật kí khoan được ghi theo mẫu sau: Công trình.................................... Đơn vị khảo sát.................................. Kí hiệu hố khoan......................... Người theo dõi khoan......................... Lí trình hố khoan......................... Người kiểm tra................................... Cao trình miệng lỗ khoan............ Ngày khởi công.................................. Độ sâu kết thúc............................ Ngày hoàn thành................................. Thời gian làm việc Tên công việc chiều sâu hiệp khoan (m) tỉ lệ lấy mẫu % Thứ tự lớp độ sâu đáy lớp (m) Bề dày lớp (m) Hình trụ lỗ khoan Mô tả đất đá thí nghiệm SPT Mẫu thí nghiệm 4.3.8. Đề phòng sự cố và an toàn lao động Do điều kiện thi công phức tạp, để đảm bảo an toàn lao động trong quá trình khoan. Trước khi triển khai phố biến đề cương, nhắc nhớ cán bộ công nhân viên chấp hành nghiên chỉnh quy trình kỹ thuật khoan. Phải thường xuyên kiểm tra máy móc thiết bị, phương tiện làm việc trên sông, các dụng cụ an toàn lao động. 4.3.9. Chỉnh lí tài liệu Từ kết quả khoan, tiến hành chỉnh lí kiểm tra độ sâu, độ dày, lập hình trụ cho từng lỗ khoan. Trên hình trụ phải xác định rõ ranh giới giữa các lớp đất đá, mô tả chi tiết đất đá, thể hiện đầy đủ các kết quả thí nghiện ngoài trời và một số thông tin cần thiết khác. 4.4. lấy mẫu 4.4.1. Mẫu lưu trữ 4.4.1.1. Mục đích Lấy mẫu lưu trữ nhằm mục đích lưu lại địa tầng hố khoan, để so sánh đổi chiếu trong quá trình chỉnh lí tài liệu, ngoài ra còn là căn cứ nghiệm thu công tác khoan và kiểm tra khi cần thiết. 4.4.1.2. khoảng cách lấy mẫu Mẫu đất được lấy ở các vị trí khác nhau theo chiều sâu hố khoan. Khoảng cách lấy mẫu từ 0,50m - 0,75m, trong đó ít nhất một lớp phải có một mẫu đại diện. 4.4.1.3. Phương pháp lấy và bảo quản mẫu Khối lượng mẫu lấy từ 200g - 300g. Mẫu lấy xong cho vào các hộp gỗ có chia thành các ô nhỏ theo thứ tự chiều sâu để bảo quản, mẫu phải được bọc gói và dán phiếu mẫu cẩn thận. Trên phiếu mẫu cần ghi rõ, đầy đủ các thông tin như: Tên công trình, số hiệu hố khoan, chiều sâu lấy mẫu, mô tả, ngày tháng lấy mẫu. 4.4.2. Mẫu thí nghiệm 4.4.2.1. Mục đích Nhằm mục đích xác định thành phần vật chất, đặc điểm, cấu tạo, trạng thái, thành phần hạt và các tính chất cơ lí của đất. 4.4.2.2. Khoảng cách lấy mẫu Mẫu đất gồm hai loại: - Mẫu không nguyên trạng: Là mẫu còn giữ nguyên trạng thái và kết cấu tự nhiên của đất. Mẫu nguyên trạng thường được lấy trong các loại đất dính. Theo tiêu chuẩn nghành TCN 259-2000. khi khảo sát ĐCCT, trong mỗi hố khoan, mỗi lớp đất ít nhất phải lấy 01 mẫu thí nghiệm, nếu lớp có chiều dày > 2m thì có thể lấy từ 2-3 mẫu, số mẫu cần lấy trong một lớp đất (một đơn nguyên ĐCCT) tối thiếu là 6 mẫu để đảm bảo đưa vào thống kê xác định các giá trị đặc trưng. Mẫu lấy thường có kích thước: Dường kính > 90mm; chiều dài từ 200-220mm; mẫu nén 3 trục từ 500-550mm. - Mẫu không nguyên trạng: mẫu không nguyên trạng thường được lấy trong đất rời với khối lượng từ 1,5 - 2,0kg 4.4.2.3. Khối lượng mẫu Căn cứ tiêu chuẩn ngành TCN 259 - 2000. Trong giai đoạn này dự kiến khối lượng mẫu thí nghiệm: 1425 mẫu Trong đó: - Dự kiến số mẫu thí nghiệm nguyên trạng: 155 mẫu - Dự kiến số mẫu thí nghiệm không nguyên trạng: 1270 mẫu Khi thí nghiệm phải loại bỏ 10% do điều kiện khách quan, chủ quan. 4.4.2.4. Phương pháp lấy mẫu Đối với mẫu nguyên trạng: khi khoan đến độ sâu cần lấy mẫu thì dừng khoan, vét sạch đáy hố khoan, dùng ống mẫu ép hay đóng xuống 40 - 50cm sau đó cắt mẫu và lấy lên (chiều sâu đóng mẫu không được vượt quá chiều dài ống mẫu). Mẫu lấy xong cho và hộp tôn hay ống nhựa cứng có kích thước tương ứng, đậy nắp cẩn thận quẩn vải màn tẩm parafin hoặc băng dính polime. Trong hộp để 01 thẻ mẫu lên đầu trên, ngoài hộp dán 1 thẻ mẫu. Mẫu được đóng chung một thùng, chèn cẩn thận và để nơi khô mát, mẫu nên đưa về phòng thí nghiệm càng sớm càng tốt. Đối với mẫu không nguyên trạng: Được lấy từ lưỡi khoan hay ống mẫu xuyên tiêu chuẩn. Mẫu lấy xong cho vào túi đựng kín để giữ nguyên độ ẩm của đất, trong đó cũng phải có thẻ mẫu như mẫu nguyên trạng. Nội dung thẻ mẫu theo mẫu sau. Mẫu thí nghiệm số.......... Công trình................................................................ Số hiệu lỗ khoan....................................................... Độ sâu lấy mẫu: từ..........đến.................................... Mô tả đất đá.............................................................. .................................................................................. Ngày lấy mẫu........................................................... Đơn vị khảo sát........................................................ Người lấy mẫu.......................................................... 4.4.2.5. Bảo quản và vận chuyển Quá trình vận chuyển mẫu về phòng thí nghiệm, khi vận chuyển lên xuống xe phải nhẹ nhàng cẩn thận tránh va đập mạnh, đổ vỡ. Thời gian từ khi lấy mẫu đến khi thí nghiệm không được để lâu quá nửa tháng. 4.4.3. Mẫu nước 4.4.3.1. Mục đích Lấy mẫu nước nhằm mục đích xác định tính chất vật lí, thành phần hoá học của nước dưới đất và nước mặt để có cơ sở đánh giá khả năng ăn của nước với bê tông. 4.4.3.2. Vị trí lấy mẫu và khối lượng Vị trí lấy và khối lượng mẫu nước được thể hiện ở bảng 4.2 Bảng 4.2 Vị trí lấy mẫu Độ sâu lấy mẫu (m) số mẫu thí nghiệm LC1-2(mố1) Dưới mực nước ổn định từ 1,5- 2m 1 LC13-2(trụ) Dưới mực nước ổn định từ 1,5- 2m 1 LC29-2(trụ) Dưới mực nước ổn định từ 1,5- 2m 1 LC40-2(trụ) Dưới mực nước ổn định từ 1,5- 2m 1 LC50-2(trụ) Dưới mực nước ổn định từ 1,5- 2m 1 LC60-2(mố2) Dưới mực nước ổn định từ 1,5- 2m 1 Mẫu nước sông Dưới mực nước ổn định từ 1,5- 2m 2 4.4.3.3. Phương pháp lấy mẫu Trước khi lấy mẫu nước phải xúc rửa chai thật sạch. khi lấy mẫu cần phải xúc lại bằng nước định lấy. Buộc chai vào vật nặng có dây dài, nút chai buộc vào dây riêng trên dây có đánh dấu khoảng cách. Dùng dây thả chai đến độ sâu cần lấy thì giật nút chai, chờ nước vào đầy rồi kéo lên. Mẫu nước được lấy vào hai chai có dung tích một lít trong đó một chai chứa bột CaCO3 để xác định hàm lượng Co2 trong nước, mẫu lấy xong phải chuyển ngay về phòng thí nghiệm để phân tích, thời gian chậm nhất không quá 48 giờ. Mẫu nước phải có thẻ mẫu, trong thẻ thể hiện đầy đủ các thông tin cần thiết, nội dung thẻ theo mẫu sau: Mẫu nước số............... Công trình......................................................... Vị trí lấy mẫu................................................... Độ sâu lấy mẫu................................................. Mô tả................................................................ Ngày lấy mẫu.................................................. Đơn vị khảo sát................................................. Người lấy mẫu.................................................. 4.5. Thí nghiệm trong phòng 4.5.1. Mục đích Công tác thí nghiệm trong phòng nhằm mục đích xác định thành phần hạt, tính chất vật lí, cơ học của các mẫu đất đá, đồng thời phân tích thành phần hoá học, tính chất vật lí của nước dưới đất và trên mặt. Trên cơ sở đó giúp ta đánh giá chính xác điều kiện ĐCCT khu vực dự định xây dựng công trình, giúp cho việc tính toán thiết kế công trình, tìm các biện pháp khắc phục các hiện tượng ĐCCT bất lợi. 4.5.2. Yêu cầu thí nghiệm Trong giai đoạn này dự kiến thí nghiệm 1425 mẫu cho toàn tuyến cầu. + Đối với mẫu nguyên trạng: - Xác định độ ẩm (w) bằng phương pháp sấy ở 105oc - Xác định khối lượng riêng (gs)bằng phương pháp bình tỷ trọng - Xác định khối lượng thể tích tự nhiên ( gw) bằng phương pháp dao vòng với đất có hàm lương sỏi sạn nhỏ hơn 20% và phương pháp bọc Parapin với đất có hàm lượng sỏi sạn lớn hơn 20%. - Xác định độ ẩm giới hạn chảy (wL) băng phương pháp dọi Vaxiliep - Xác định độ ẩm giới hạn dẻo (wP) bàng phương pháp lăn trên kính mờ - Xác định thành phần hạt (P) bằng phương pháp rây kết hợp với tỷ trọng kế -Xác định cườngđộ kháng cắt bằng phương pháp cắt không nở hông theo một mặt phẳng đi trước - Xác định hệ số nén lún bằng phương pháp nén cố kết trên máy nén một trục với các cấp áp lực 1,2,3,4kg/cm2 + Đối với mẫu không nguyên trạng Với mẫu không nguyên trạng chỉ tiến hành thí nghiệm xác định khối lượng thể tích tự nhiên, góc nghỉ khi ướt và khô, hệ số rỗng lớn nhất và nhỏ nhất + Đối với mẫu nước Tiến hành thí nghiệm 6 mẫu nước ngầm trong lỗ khoan và 2 mẫu nước sông. Phân tích thành phân các ion chủ yếu la Ca2+, Mg2+, (K+,Na+ ), CO2, HCO3-, Cl-, SO42-... Xác định tính chất vật lí, tính độ PH bằng máy đo hoặc giấy quỳ, Xác định độ tổng khoáng hoá, hàm lượng CO2 tự do, CO2 ăn mòn. 4.6. Thí nghiệm ngoài trời Để thu được những số liệu chính xác hơn, đảm bảo tính nguyên dạng của đất rời, đất yếu... Trong giai đoạn này, công tác thí nghiệm ngoài trời cần tiến hành ở công trình này là thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT). 4.6.1. Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT) 4.6.1.1. Mục đích Xác định trạng thái, độ chặt , xác định ranh giới giữa các lớp đất đá. 4.6.1.2. Vị trí, khối lượng thí nghiệm Trong giai đoạn này thí nghiệm SPT được tiến hành trong tất cả các lỗ khoan, xuyên qua các lớp đất đến độ sâu dự kiến khoan. Với khoảng cách 2.0m / 01 điểm thí nghiệm. Khối lượng thí nghiệm dự kiến: 1425 điểm cho toàn tuyến. 4.6.1.2. Sơ đồ thí nghiệm 7 8 Mũi xuyên Cần xuyên 6 Thành lỗ khoan 5 đầu đóng tạ Tạ 4 móc kéo Cáp kéo tạ 8. Tháp khoan 3 2 1 Hình 4.4 4.6.1.2. Tiến hành thí nghiệm Thiết bị SPT gồm các bộ phận như đã nêu trên, ống xuyên có chiều dài 813mm, chiều dài phần chứa mẫu 635mm, đường kính ngoài 51mm, đường kính trong 35mm, cấu tạo chẻ đôi để dễ lấy mẫu, tạ có trọng lượng 63,5kg, chiều cao rơi của tạ 762mm. Khi khoan đến độ sâu thí nghiệm, dừng khoan làm sạch đáy lỗ khoan, thả bộ xuyên xuống dáy hố khoan, đánh dấu trên cần khoan 3 đoạn, mỗi đoạn 15cm. Tiến hành thí nghiệm bằng cách nâng búa lên đến hết chiều cao và thả cho rơi tự do đếm số búa đóng khi đưa ống xuyên xuống mỗi đoạn 15cm. Tổng số búa của 2 đoạn sau chính là giá trị xuyên N 4.6.1.3. Chỉnh lí tài liệu thí nghiệm Từ kết quả thí nghiệm SPT. Theo Tezaghi và Pack, nếu giá trị N >15 thì hiệu chỉnh theo công thức: NSPT = 15 + (N - 15) NSPT - giá trị SPT sau khi hiệu chỉnh Nếu N < 15 thì không cần hiệu chỉnh. Sau khi hiệu chỉnh xong ta có thể phân loại trạng thái của đất dính và độ chặt của đất rời, theo kết quả hiệu chỉnh. 4.7. Chỉnh lí tài liệu và viết báo cáo Chỉnh lí tài liệu nhằm mục đích kiểm tra, chuẩn xác hoá các loại tài liệu để trên cơ sở đó tính toán, lập báo cáo ĐCCT cung cấp cho thiết kế. 4.7.1. Chỉnh lí tài liệu thực địa - Tài liệ khoan: Tiến hành kiểm tra chỉnh lí nhật kí khoan, lập hình trụ lỗ khoan. - Tài liệu thí nghiệm xuyên: Chỉnh lí kết quả thí nghiệm, vẽ biểu đồ xuyên. 4.7.2. Phân tích tổng hợp tài liệu Kết hợp với tài liệu thực địa và kết quả thí nghiệm trong phòng để phân chia đơn nguyên ĐCCT, lập bảng chỉ tiêu cơ lí của lớp đất, xác định các giá trị tiêu chuẩn và giá trị tính toán các chỉ tiêu cơ lí của đất nền, đánh giá khả năng chịu tải của đất nền. Với mẫu nước, xác định công thức Cuốc lốp, gọi tên nước, đấnh giá khả năng ăn mòn của nước đối với vật liệu làm móng. Trên cơ sở kết đã được chỉnh lí , phân tích tổng hợp, tiến hành lập mặt ĐCCT cà viết báo cáo. 4.7.3. Nội dung báo cáo ĐCCT - Mở đầu - Đánh giá điều kiện ĐCCT tuyế cầu - Các vấn đề ĐCCT - Kết luận và kiến nghị Các phụ lục kèm theo gồm có: - Sơ đồ bố trí công trình thăm dò - Mặt cắt ĐCCT - Bảng tổng hợp chỉ tiêu cơ lí của lớp đất - Bản đồ địa chất khu vực Hà Nội, tỉ lệ 1/5000. Chương 5: Dự trù kinh phí I. Dự trù thiết bị vật tư Căn cứ vào khối lượng công tác khảo sát dự kiến : Số lượng mét khoan: 2850m, số lượng mẫu đất thí nghiệm các loại phải lấy 1425 mẫu, số điểm thí nghiệm SPT 1425 điểm. Căn cứ vào địa tầng địa chất, loại máy khoan hiện có của công ty và căn cứ vào tiến độ công trình.Ta dự trù vật tư thiết bị cho công trình như sau: 1.1. Công tác khoan lấy mẫu và thí nghiệm SPT Máy khoan XJ-100 của Trung Quốc khoan được 15m/ngày, dự kiến dùng 04 máy, với thời gian thực hiện là: 2850m / 15= 190 ngày / 5 máy = 48.5 ngày Vật tư cho công trình được dự trù ở bảng 5.1 Bảng 5.1 STT Hạng mục vật tư Qui cách khối lượng 1 Máy khoan XJ-100 bộ 04 2 Cần khoan f 42 m 300 3 Ông chống f 127 m 20 4 Ông mẫu nguyên trạng cái 04 5 Mũi khoan hợp kim f130 c 15 6 Mũi khoan hợp kim f 110 c 15 7 Mũi khoan hợp kim f 91 c 20 8 Cờ lê f 127 c 10 9 Cờ lê f 110 c 10 10 Cờ lê f 91 c 10 11 Cờ lê f 42 c 10 12 Bộ xuyên tiêu chuẩn bộ 01 13 Hộp tôn lấy mẫu Hộp 1817 14 Phiếu mẫu thí nghiệm tờ 1817 15 Phiếu mẫu hồ sơ tờ 5192 16 Phiếu mẫu nước tờ 8 17 Nhật kí khoan quyển 60 18 Bút chì c 05 19 Bút bi c 05 20 Băng dính polime cuộn 30 21 Chai lấy mẫu nước c 16 22 Phao hộp khoan nước bộ 01 1.2. Công tác thí nghiệm trong phòng. Công tác thí nghiệm trong phòng do trung tâm thí nghiệm của công ty thực hiện. Thời gian dự kiến 20 ngày. 1.3. Công tác chỉnh lí viết báo cáo Công tác này do bộ phận kỹ thuật của phòng thực hiện. Thời gian dự kiến 35 ngày. Tổng cộng thời gian thực hiện dự án là: 103,5 ngày = 4 tháng 15 ngày II. Biên chế tổ chức sản xuất. 2.1. Biên chế sản xuất. Trong một tổ sản xuất thường được biên chế 4 người / 01 máy cụ thể: - 01 kỹ sư ĐCCT theo dõi khoan, ghi chép nhật kí - 01 thợ bậc 7 tổ trưởng - 01 thợ bậc 6 vận hành máy khoan - 02 thợ có thể từ bậc 2-5 làm các việc khác Công trình này cần 5 tổ sản xuất với tổng số công nhân viên chức: 20 người Sơ đồ tổ chức sản xuất Lãnh đạo phòng Bộ phận quản lí Bộ phận kỹ thuật Tổ khoan in ẩn Tổ khoan 1 Tổ khoan 2 Tổ khoan 3 Tổ khoan 4 2.2. Lịch trình công tác Lịch công tác cho các bộ phận được trình bày ở bảng 5.2. Bảng 5.2 Nội dung công tác Tháng 1 2 3 4 5 Th thập tài liệu, viết phương án Công tác khoan, thí nghiệm SPT Công tác thi nghiệm trong phòng Công tác chỉnh lí tài liệu, viết báo cáo III. Kinh phí khảo sát Căn cứ dự trù kinh phí: - Đơn giá khảo sát xây dựng Thành Phố Hà Nội ban hành kèm theo Qutết định số 30/2001.QĐ-UB, ngày 30/5/2001 của UBND TP Hà Nội. - Giá quy hoạch xây dựng đô thị ban hành theo quyết định số 502 / BXD-VKT ngày 18 / 9 / 1996 của Bộ trưởng Bộ xây dựng... 3.1. Tổng kinh phí. Kinh phí khảo sát được lập ở bảng 5.3 TT Hạng mục công việc ĐV tính K L Khối lượng Đơn giá (đồng) Thành tiền (đồng) 1 Xác định vị trí lỗ khoan lỗ 57 73,902 4212,414 2 Khoan trên cạn, đất cấp 1-3, độ sâu đến 60m m 2040 340,419 694,451,760 3 Khoan trên cạn, đất cấp 4-6, độ sâu đến 60m m 510 543,844 277,360,044 4 Khoan dưới nước, đất cấp 1-3, độ sâu đến 60m m 360 455,270 163,886,400 5 Khoan dưới nước, đất cấp 4-6, độ sâu đến 60m m 90 716,125 64,451,250 6 Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn, đất cấp 1-3 điểm 1200 166,400 199,680,00 7 Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn, đất cấp 4-6 điểm 617 227,000 140,059,000 8 Thí nghiệm mẫu trong phòng mẫu 1635 229,400 375,069,000 9 Lập hồ sơ báo cáo ĐCCT % 5 124,573,000 10 Thuê phương tiện nổi ngày 24 500,000 12,000,000 11 Điều giao thông đường thuỷ ngày 24 3,500,000 84,000,000 12 Lắp dỡ, vận chuyển phương tiện nổi lần 2 3,500,000 7,000,000 13 Vận chuyển tập kết thiết bị máy móc, đi và về lần 4 400,00 1,600,00 Tổng cộng : 2,148,561,000 3.2. Giá thành mét khoan. Dựa vào kinh phí đã lập ta có được giá thành mét khoan: = 591,076,000 (đồng) MỤC LỤC MỞ ĐẦU NỘI DUNG ĐỒ ÁN PHẦN CHUNG VÀ CHUYÊN MÔN Chương I: Đặc điểm địa lí 1.1. V ị trí địa lí 1.2. Đặc điểm địa hình 1.3. Đặc điểm khí hậu 1.4. Đặc điểm trầm tích đệ tứ khu vực Hà Nội 1.5. Đặc điểm ĐCCTV Chương II: Đánh giá điều kiện địa chất công trình khu vực xây dựng cầu Nhật Tân 2.1. Đặc điểm địa hình địa mạo 2.2. Đặc điểm phân bố và tính chất cơ lí của các lớp đất 2.3. Thuỷ văn và địa chất thuỷ văn 2.4. Các hiện tượng địa chất động lực công trình 2.5. Vật liệu khoáng tự nhiên Kết luận và kiến nghị Chương III: Dự báo các vấn đề vấn đề địa chất công trình 3.1. Đặc điểm và những yêu cầu kỹ thuật 3.2. Phân tích các khả năng phát sinh các vấn đề ĐCCT 3.3. Đánh giá các vấn đề ĐCCT 3.3.1. Tính toán cho trụ cầu T130 3.3.2. Tính toán cho trụ cầuT50 PHẦN THIẾT KẾ VÀ DỰ TRÙ Chương IV: Thiết kế phương án khảo sát địa chất công trình I. Luận chứng nhiệm vụ thiết kế II. Thiết kế các dạng công tác khảo sát Chương V: Dự trù kinh phí I. Dự trù vật tư thiết bị II. Biên chế tổ chức sản xuất III. Kinh phí khảo sát Kết luận chung