¸p dông Mãng cäc èng thÐp d¹ng giÕng trong vïng n−íc s©u KS. NguyÔn ThÞ TuyÕt Trinh Bé m«n C«ng tr×nh GT TP – Khoa C«ng tr×nh Tr−êng §¹i häc Giao th«ng VËn t¶i Tãm t¾t: Bµi b¸o giíi thiÖu mãng cäc èng thÐp d¹ng giÕng ®−îc øng dông trong vïng n−íc s©u, cäc èng thÐp th−êng cã ®−êng kÝnh 800 ÷ 1200 cm. Summary: This report introduces the well-shaped steel pipe foundation to be used in deep and large water area. This kind of foundation uses steel pipe sheet piles with diameter of 800 to 1200 cm.

1. Giíi thiÖu chung Tõ ®Çu n¨m 1960 cäc èng thÐp ®−îc chÝnh thøc sö dông nh− mét kÕt cÊu mãng lý t−ëng trong c¸c lo¹i kÕt cÊu x©y dùng. Cïng víi sù tiÕn bé cña kü thuËt chÕ t¹o vµ kü thuËt thiÕt kÕ thi c«ng, cäc èng thÐp ngµy cµng ®−îc ph¸t triÓn nhanh chãng.

CT 2

§Æc biÖt trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y, nhiÒu kÕt cÊu cÇu ®−êng lín ®· ®−îc x©y dùng lªn, bªn c¹nh ®ã lµ c¸c kÕt cÊu trong vïng n−íc s©u réng hay nÒn ®Êt yÕu ë c¸c khu vùc c¶ng hay cöa s«ng. HiÖp héi cäc èng thÐp NhËt B¶n ®· tiÕn hµnh khai ph¸ ra nh÷ng mãng cã quy m« lín thÝch hîp víi c¸c kÕt cÊu trªn theo nhu cÇu cña x· héi, trong ®ã thµnh tùu cña cäc èng thÐp còng mang tÝnh c¶i c¸ch lín vÒ mÆt kü thuËt. HiÖn nay ë ViÖt Nam n−íc ta cäc èng thÐp ®ang b¾t ®Çu ®−îc ¸p dông trong c¸c kÕt cÊu x©y dùng cÇu lín nh− mãng cäc èng thÐp ë cÇu BÝnh vµ vßng v©y cäc v¸n èng thÐp ë cÇu Thanh Tr×. T−¬ng lai lo¹i mãng cäc èng thÐp d¹ng giÕng sö dông lo¹i cäc v¸n èng thÐp tr×nh bµy trong bµi b¸o nµy cã thÓ ®−îc ¸p dông vµ thay thÕ cho cäc khoan nhåi. 2. CÊu t¹o mãng cäc èng thÐp d¹ng giÕng Mãng cäc èng v¸n thÐp lµ tæ hîp c¸c cäc èng thÐp ®−êng kÝnh tõ 800mm ®Õn 1200mm, liªn kÕt víi nhau b»ng hai tai nèi ë hai bªn cäc, t¹o thµnh mét h×nh khÐp kÝn tuú ý nh− h×nh trßn, h×nh ch÷ nhËt hay h×nh « van. PhÇn tai nèi sÏ ®−îc nhåi v÷a vµo bªn trong, phÇn ®Çu cäc ®−îc liªn kÕt cøng l¹i b»ng c«ng t¸c x©y dùng bÖ mãng sau khi ®· nhåi bª t«ng mét phÇn vµo trong lßng cäc, do ®ã mãng cã ®−îc søc chÞu t¶i theo ph−¬ng th¼ng ®øng vµ kh¶ n¨ng kh¸ng theo ph−¬ng ngang. Mãng cäc èng v¸n thÐp tr×nh bµy trong bµi b¸o nµy kh¸c víi mãng cäc èng thÐp th«ng th−êng. Nã lµ mét lo¹i mãng cã d¹ng vßng v©y khÐp kÝn, c¸c cäc èng thÐp kh«ng ®øng ®éc lËp mµ liªn kÕt l¹i víi nhau qua c¸c tai nèi t¹o thµnh mét khèi mãng cøng thèng nhÊt. V× vËy tªn cña lo¹i mãng nµy cã thÓ gäi lµ Mãng cäc èng thÐp d¹ng giÕng (well-shaped steel pipe foundation), cäc èng thÐp cña lo¹i mãng nµy lµ Cäc v¸n èng thÐp (steel pipe sheet pile). T¹p chÝ Khoa häc Giao th«ng vËn t¶i

Sè 12 - 11/2005

51

Trô cÇu

Thanh gi»ng Thanh nÑp

Mãng cäc èng thÐp d¹ng giÕng

Liªn kÕt chèng c¾t BÖ mãng VÞ trÝ c¾t

Bª t«ng bÞt ®¸y

C¾t d−íi n−íc

§Öm c¸t

Cäc èng thÐp lµm t−êng ng¨n

Kho¸ cäc èng

Cäc ®¬n bªn trong

t * GiÕng cäc èng thÐp = Mãng cäc v¸n èng thÐp

H×nh 1. Mãng cäc èng thÐp d¹ng giÕng kiÓu kiªm lµm vßng v©y t¹m

1

30°

Cäc èng thÐp

1

èng tai nèi t=11mm

Cäc èng thÐp Hµn däc

Mãc cÈu

Tai nèi C¾t ngang Hµn

Hµn däc

Hµn nèi Bè trÝ cäc èng thÐp

Tai nèi

30

Hµn Cäc èng thÐp 57 °3 0'

Cäc èng thÐp

30

§ai thÐp t¨ng c−êng

Chi tiÕt tai nèi

Cäc èng thÐp

H×nh 2. CÊu t¹o cäc v¸n èng thÐp

52

T¹p chÝ Khoa häc Giao th«ng vËn t¶i

Sè 12 - 11/2005

CT 2

Cäc lµm tuêng ng¨n

Cäc ®¬n ®éc bªn trong CT 2

H×nh 3. C¸c kiÓu mÆt b»ng mãng cäc èng v¸n thÐp cì lín

a. Tai nèi cäc èng thÐp C¸c lo¹i tai nèi cña cäc èng thÐp cã lo¹i P-P, lo¹i L-T, lo¹i P-T quy ®Þnh trong JIS A 5530 (cäc v¸n èng thÐp), ®èi víi mãng cäc èng thÐp th−êng quy ®Þnh lo¹i P-P.

H×nh 4. Tai nèi cäc èng thÐp

§Ó ®¶m b¶o ®é cøng cña toµn hÖ cäc èng v¸n thÐp, nªn hµn èng tai nèi cña cäc èng v¸n thÐp trªn toµn bé chiÒu dµi cña cäc èng thÐp, nh−ng l¹i lµm søc kh¸ng khi ®ãng xuèng nÒn ®Êt

T¹p chÝ Khoa häc Giao th«ng vËn t¶i

Sè 12 - 11/2005

53

chÞu lùc t¹i mòi cäc èng thÐp t¨ng lªn, g©y ra viÖc khã ®ãng cäc vµ lµm háng tai nèi. Do ®ã ®Ó tr¸nh hiÖn t−îng nµy ph¹m vi hµn tai nèi chØ ®Õn cao ®é gÇn nÒn chÞu lùc.

èng tai nèi

Th©n cäc èng thÐp

TÊm ®Õ

H×nh 5. CÊu t¹o ®Çu tai nèi

b. Bª t«ng nhåi bªn trong cäc èng thÐp M« men, lùc c¾t hay lùc n»m ngang sÏ t¸c dông tõ bÖ mãng xuèng phÇn liªn kÕt víi bÖ mãng cäc èng v¸n thÐp. H¬n n÷a khi hµn b¶n thÐp vµo mÆt bªn cña cäc èng v¸n thÐp ®Ó t¹o liªn kÕt víi bÖ mãng, biÕn d¹ng côc bé dÔ x¶y ra do ¶nh h−ëng cña nhiÖt ®é hµn. Do ®ã ng−êi ta nhåi bª t«ng vµo bªn trong ®Ó chèng biÕn d¹ng bªn trong cäc èng v¸n thÐp vïng gÇn bÖ mãng. Ph¹m vi nhåi bª t«ng lÊy tõ ®Ønh bÖ mãng xuèng d−íi lµ 2 lÇn chiÒu dµy bÖ mãng.

VÞ trÝ c¾t trong n−íc

Bª t«ng bÖ mãng

Bª t«ng bÞt ®¸y Bª t«ng nhåi

l: ChiÒu dµy bÖ (m) L: ChiÒu cao ®æ bª t«ng nhåi (m)

H×nh 6. ChiÒu cao bª t«ng nhåi bªn trong cäc èng thÐp

54

T¹p chÝ Khoa häc Giao th«ng vËn t¶i

Sè 12 - 11/2005

CT 2

3. Kh¸i qu¸t thiÕt kÕ B¶ng 1 Tr×nh tù thiÕt kÕ mãng cäc èng v¸n thÐp B¾t ®Çu

Lùa chän d¹ng mãng cäc èng thÐp

Qui m« cÇu §iÒu kiÖn ®Êt nÒn Qui m« thi c«ng

Gi¶ ®Þnh mÆt c¾t KÕt qu¶n ®iÒu tra ®Þa chÊt

ThiÕt lËp ®iÒu kiÖn thiÕt kÕ HÖ sè ph¶n lùc nÒn Søc chÞu t¶i cho phÐp §é cøng cña mÆt c¾t

No Kh¶ n¨ng thay ®æi PP khi thi c«ng

TÝnh träng l−îng BT bÖ mãng TÝnh träng l−îng BT nhåi TÝnh träng l−îng ®Êt nÒn phÝa trªn TÝnh t¶i träng th¼ng ®øng TÝnh t¶i träng n»m ngang TÝnh m« men

Yes

T¶i träng khi th−êng

KiÓm tra PP thi c«ng

§iÒu kiÖn dùa trªn TK ®éng ®Êt Chu kú tù nhiªn ThiÕt lËp cÊp ®éng ®Êt TÝnh t¶i träng th¼ng ®øng TÝnh t¶i träng n»m ngang TÝnh m« men

TÝnh t¶i träng khi ®éng ®Êt cÊp 1

Gi¶ thiÕt mÆt c¾t kÕt cÇu phÇn vßng v©y t¹m

ThiÕt lËpp ®iÒu kiÖn TK vßng v©y t¹m T¶i träng thiÕt kÕ HÖ sè ph¶n lùc nÒn HÖ sè ®µn håi cña hÖ thèng

H×nh d¹ng cã ®Æc biÖt

Yes

No

CT 2

D>30m hay L/D ≤ 1 hay βLe ≤ 1

Ph©n tÝch tÝnh ®µn håi cña vßng v©y t¹m

Yes

No

NG

KiÓm tra øng suÊt kÕt cÊu Cäc èng thÐp HÖ chèng ®ì OK

No

Ph©n tÝch dùa trªn dÇm cã chiÒu dµi giíi h¹n trªn b¶n ®µn håi

NG

øng suÊt d− cã thÝch hîp kh«ng

Ph©n tÝch dùa trªn dÇm giÕng gi¶ ®Þnh xÐt ®Õn chªnh lÖch c¾t cña tai nèi

Ph©n tÝch khung lËp thÓ

KiÓm tra chuyÓn vÞ OK

NG Yes

KiÓm tra ph¶n lùc th¼ng ®øng OK

NG

KiÓm tra øng suÊt (kÓ c¶ US liªn hîp) OK Chi tiÕt kÕt cÊu

KÕt thóc

T¹p chÝ Khoa häc Giao th«ng vËn t¶i

Sè 12 - 11/2005

55

Vo

Vo

Mo

Mo Ho

Ho MÆt ®Êt thiÕt kÕ

k H1B E S Iz k

H1

k H2B

k H2 k ∑A1 S

k

k

V

k r1

S

k ∑A1 V

H×nh 7. S¬ ®å tÝnh mãng cäc èng v¸n thÐp

* ThiÕt kÕ bÖ mãng vµ phÇn liªn kÕt víi bÖ mãng Nãi chung bÖ mãng cña mãng cäc èng v¸n thÐp rÊt lín vµ liªn kÕt cøng víi cäc èng v¸n thÐp, tr−êng hîp th«ng th−êng ta coi ®ã lµ dÇm mót thõa ngµm cøng víi c¹nh ngoµi cña ®¸y th©n trô ®Ó tÝnh to¸n. Tuy nhiªn kh«ng xÐt ®Õn t¶i träng cña ®Êt ®¸ ë trong lßng giÕng. A B

Th©n trô

W

B Rmax R1

R2

Rmax B

A

A

R1

R2

T−êng cäc èng thÐp (cäc ®¬n ®ãng bªn trong)

Ph−¬ng däc cÇu H×nh 8. C¸c s¬ ®å tÝnh bÖ mãng cäc èng v¸n thÐp

56

T¹p chÝ Khoa häc Giao th«ng vËn t¶i

Sè 12 - 11/2005

CT 2

A

Th©n trô

B

W

B

A

Rmax

Rmax B

A

Ph−¬ng vu«ng gãc víi trôc cÇu H×nh 8. (tiÕp)

A

B¶n chÞu M B¶n chÞu c¾t

Vo

Ts

Ts

Mo

MFix

MFix

Ho

CT 2

B¶n hÉng (B¶n gèc) A

MÆt c¾t A-A

Rp

H×nh 9. S¬ ®å tÝnh liªn kÕt víi bÖ mãng cäc èng v¸n thÐp

M« men do ph¶n lùc lÖch t©m: Me = Rp.e M« men kh¸ng: Mflx = σsa.Zo víi: Rp - ph¶n lùc th¼ng ®øng cña 1 cäc èng v¸n thÐp; e - ®é lÖch t©m (b»ng b¸n kÝnh cäc èng thÐp); σsa - øng suÊt cho phÐp cña cäc èng thÐp; Zo - hÖ sè mÆt c¾t cña cäc èng thÐp. T¹p chÝ Khoa häc Giao th«ng vËn t¶i

Sè 12 - 11/2005

57

4. Kh¸i qu¸t thi c«ng B¶ng 2 Tr×nh tù thi c«ng mãng cäc èng v¸n thÐp §ãng cäc t¹m L¾p ®Æt sµn thi c«ng vµ khung dÉn h−íng §ãng cäc èng thÐp L¾p ®Æt thanh chèng phÇn ®Ønh giÕng §µo ®Êt trong lßng èng

LÊy ®Êt ra khái èng tai nèi

B¬m v÷a vµo trong lßng èng B¬m chÊt ng¨n n−íc vµo trong phÇn vßng v©y t¹m

Xö lý tai nèi

Lµm s¹ch bªn trong èng

§æ bª t«ng bªn trong

§æ bª t«ng §µo ®Êt trong giÕng Lµm s¹ch bªn trong giÕng San ph¼ng ®¸y giÕng Thay c¸t

§æ bª t«ng bÞt ®¸y

§æ bª t«ng L¾p ®Æt thanh hÉng CT 2

L¾p ®Æt hÖ khung chèng

L¾p ®Æt thanh gi»ng, nÑp §æ bª t«ng bªn trong

Lµm kh« bªn trong giÕng

Liªn kÕt víi bÖ mãng

Lµm s¹ch mèi hµn Thay khÝ bªn trong giÕng L¾p ®Æt liªn kÕt

L¾p ®Æt cèt thÐp vµ ®æ bª t«ng bÖ mãng X©y dùng th©n trô §¾p ®Êt trë l¹i B¬m n−íc vµo bªn trong giÕng Th¸o bá hÖ khung chèng C¾t bá phÇn cäc èng thÐp lµm vßng v©y t¹m trong n−íc Th¸o bá cäc èng thÐp phÝa trªn Th¸o bá c¸c kÕt cÊu t¹m

58

T¹p chÝ Khoa häc Giao th«ng vËn t¶i

Sè 12 - 11/2005

H×nh 10. §ãng cäc b»ng bóa rung

H×nh 11. B¬m v÷a vµo tai nèi

H×nh 12. Hµn cèt thÐp liªn kÕt cäc víi bÖ mãng

CT 2

5. KÕt luËn Qua c¸c phÇn tr×nh bµy ë trªn ta cã thÓ rót ra c¸c −u ®iÓm cña cäc èng v¸n thÐp lµ: 1. Cã kh¶ n¨ng thi c«ng ë c¸c vïng n−íc s©u réng vµ nÒn ®Êt yÕu 2. Cã kh¶ n¨ng gi¶m thiÓu thêi gian thi c«ng vµ kinh phÝ x©y dùng 3. §é cøng vµ kh¶ n¨ng chÞu t¶i cao nªn cã thÓ gi¶m diÖn tÝch chiÕm dông. 4. Cã kh¶ n¨ng thiÕt kÕ hîp lý vÒ tÝnh kinh tÕ. 5. Cã thÓ thi c«ng mét c¸ch an toµn kÓ c¶ khi nÒn chÞu lùc ë s©u Trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y nhiÒu cÇu lín ®· ®−îc x©y dùng ë n−íc ta. C«ng nghÖ cäc èng v¸n thÐp còng ®· b¾t ®Çu ®−îc ¸p dông cho mét vµi c«ng tr×nh trong c¶ n−íc. Më ®Çu lµ vßng v©y thi c«ng cäc èng thÐp ë cÇu Thanh Tr× vµ sau ®ã lµ kÕt cÊu mãng cäc èng thÐp ë cÇu BÝnh. Tuy nhiªn kÕt cÊu mãng cäc èng thÐp d¹ng giÕng vÉn ch−a ®−îc ¸p dông ë n−íc ta. MÆc dï vËy víi c¸c −u ®iÓm cña kÕt cÊu mãng cäc èng thÐp d¹ng vßng v©y nãi trªn, trong t−¬ng lai nÕu kÕt cÊu nµy ®−îc ¸p dông, nã sÏ më ra mét b−íc c«ng nghÖ míi cho kÕt cÊu mãng mè trô cÇu thay thÕ cho kÕt cÊu mãng cäc khoan nhåi. Tµi liÖu tham kh¶o [1] Quy tr×nh thiÕt kÕ cÇu ®−êng bé NhËt B¶n – PhÇn thiÕt kÕ mãng. [2] H−íng dÉn thiÕt kÕ mãng trô cÇu lín – HiÖp héi mãng cäc èng thÐp NhËt B¶n. [3] Hå s¬ thi c«ng CÇu Thanh Trס

T¹p chÝ Khoa häc Giao th«ng vËn t¶i

Sè 12 - 11/2005

59