Đang tải... (xem toàn văn)
Bài viết trình bày ứng dụng phần mềm Plaxis 3D Foundation trong phân tích khả năng chịu lực của cọc sau khi xảy ra chuyển vị của tường tầng hầm quá mức cho phép trong sự cố thi công tầng hầm khu vực đất yếu.
Ứng dụng phần mềm Plaxis 3D foundation để đánh giá khả chịu lực cọc sau xảy cố thi công tầng hầm đất yếu The application of Plaxis 3D foundation in the evaluation of the pile bearing capacity after construction incidents in soft ground Hồng Ngọc Phong Tóm tắt Bài báo trình bày ứng dụng phần mềm Plaxis 3D Foundation phân tích khả chịu lực cọc sau xảy chuyển vị tường tầng hầm mức cho phép cố thi công tầng hầm khu vực đất yếu Từ khóa: Plaxis 3D, cố cọc, tầng hầm Abstract This paper presents the application of Plaxis 3D Foundation in analyzing the pile bearing capacity after the displacement of basement walls exceeded the allowable values when constructing basements in soft ground Key words: Plaxis 3D, incidents piles, basements Đặt vấn đề Việc tính tốn biện pháp thi cơng tầng hầm để dự báo xác tình xẩy q trình thi cơng nhằm đảm bảo cho cơng trình xung quanh khả chịu lực hệ thống cọc, tường vây cơng trình Tuy nhiên, có số tình bất khả kháng q trình thi cơng làm cho tường vây, cừ chuyển vị ngang mức đẩy cọc biên chuyển vị lớn Nên việc đánh giá khả chịu lực lại cọc yêu cầu cấp thiết Phần mềm Plaxis 3D Foundation phân tích đánh giá khả chịu lực lại cọc sau xảy cố mơ tả giai đoạn thi công giống thực tế mô tả tải trọng tác dụng lên đầu cọc Mơ hình vật liệu phần mềm Plaxis 3D Foundation Plaxis 3D Foundation phần mềm 3D sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn, phân tích ổn định biến dạng kết cấu đất, đá lĩnh vực địa kỹ thuật cơng trình Plaxis hỗ trợ nhiều loại mơ hình quan hệ đất Mơ hình đàn hồi tuyến tính Mơ hình Mohr-Coulomb, Mơ hình Hardning Soil (HS) Trong Mơ hình đàn hồi tuyến tính có thơng số mơ hình gồm mô đun đàn hồi E, hệ số Poison μ, mô hình thường sử dụng chủ yếu mơ khối kết cấu cứng đất Vì vậy, để áp dụng đất yếu Mơ hình Mohr-Coulomb Hardning Soil (HS) mô tả chi tiết sau: 2.1 Mơ hình Mohr-Coulomb thơng số Mơ hình Morh-Coulomb mơ hình tiếng thường dùng để tính tốn gần ứng xử giai đoạn đầu đất Bảng Các thông số đầu vào mơ hình Mohr –Coulomb E ref Mơ đun đàn hồi vật liệu thí nghiệm nén trục (kN/m2) Eoed Mô đun đàn hồi vật liệu thí nghiệm trục (kN/m2) µ Hệ số Poison ϕ Góc ma sát (độ) C Lực dính đất(kN/m2) ψ Góc giãn nở vật liệu (độ) Cách chọn tham số mơ hình Mohr – Coulomb ThS Hồng Ngọc Phong Bộ mơn Địa kỹ thuật, Khoa Xây dựng ĐT: 0385807456 Email: Ngocphongdkt@gmail.com A - Hệ số Poisson(μ): K0 = σh µ = = 1−sin ϕ σ v ã Gia ti ban u: 0.3ữ0.4 ã Nộn/n: 0.15ữ0.25 ã Bóo hũa, khụng thoỏt nc ≈0.49÷0.5 Ngày nhận bài: 13/5/2020 Ngày sửa bài: 27/5/2020 Ngày duyt ng: 18/11/2021 ã Chỳ ý: =0.5 xut hin điểm kì dị ma trận độ cứng B - Một số vấn đề phân tích với đất khơng dính: • PLAXIS không ổn định c= 0, nên chọn c= 0.1 C - Độ cứng độ dính tăng theo độ sâu: S¬ 43 - 2021 35 KHOA H“C & CôNG NGHê Hỡnh Biu quan h v v ln p’ [11] Hình Biểu đồ quan hệ σ1 ε1 [11] Hình Đường cong ứng suất – biến dạng[11] Hình Biểu đồ quan hệ εv ε1 [11] Hình Đồ thị quan hệ giữ ε1 εv Hình Đồ thị quan hệ giữ ε1 q [11] • yincrement Số gia mơ đun đàn hồi theo chiều sâu (kN/m3) • yref độ sâu bắt đầu xuất lớp vật liệu (m) m2) • Cincrement số gia cường độ kháng cắt theo độ sâu (kN/ D - Góc masat φ góc giãn nở ψ: Khi khơng có số liệu ψ thì: ψ= ϕ − 30 ψ = ↔ ϕ < 30 • Biến dạng dẻo nén ( E ref ): Độ cứng đất oed thí nghiệm nén trục • Đàn hồi nén/nở ( E ref ur / µur ) • Mặt phá hoại cắt theo mơ hình Mohr – Coulomb 2.2 Mơ hình Hardning Soil (HS) Mơ hình tính tốn theo: • Ứng suất phụ thuộc vào độ cứng (quy tắc lũy thừa) ref ): Độ cứng thứ cấp đất • Biến dạng dẻo cắt ( E50 thí nghiệm trục có nước 36 T„P CHŠ KHOA H“C KI¦N TR”C - XŸY D¼NG Cách chọn tham số mơ hình: A - Ứng suất phụ thuộc vào độ cứng ref (σ / p ref )m • Độ cứng nén trục Eoed = Eoed Đất cứng: m=1 Đất mềm: m=0.5 Tương tự cho cặp nén/nở (ur) Kí hiệu Ref “Giá trị tiêu chuẩn” Soft soil: m=1 Hình Đồ thị quan hệ giữ ε1 q thí nghiệm CU [11] Hình Đồ thị quan hệ giữ ε1 σ1 thí nghiệm nén trục [11] Hình Địa tầng Hình 10 Mơ hình khơng gian phần kết cấu ref Eoed = Eurref = p ref * = ,λ * λ λ (1 + e0 ) p (1 − µur ) * k = ,k * (1 + e0 ) k ref λ* số nén cải tiến k* số nở cải tiến • Độ cứng theo thí nghiệm nén trục: Hình 11 Mặt hệ văng chống H300 H400 lớp lớp ref ( c.cosϕ −σ 'sin ϕ )m Eoed = Eoed c.cosϕ + p ref sin ϕ B - Đường cong ứng suất biến dạng • Kết thí nghiệm trục tiêu chuẩn nước: ref c.cosϕ −σ '3 sin ϕ )m = E50 E= p ref 100 50 ( r ef c.cosϕ + p sin ϕ E ur =E ref c.cosϕ −σ '3 sin ϕ m ( ) ur c.cosϕ + p ref sin ϕ ref ref E = 3E ur 50 P, q ứng suất trung bình ứng suất lệch Hình 12 Mặt bố trí cọc q= σ1−σ Sơ 43 - 2021 37 KHOA HC & CôNG NGHª Hình 13 Mơ hình tải trọng xe cộ đường p=20kN/m/m Hình 14 Chuyển vị tổng thể Bảng Bảng thơng số mơ hình Hardning Soil c ϕ Góc ma sát trong, (o) ψ Góc giãn nở, (o) E50ref Độ cứng thứ cấp thí nghiệm trục, kN/m2 ref Eoed Độ cứng thí nghiệm trục, kN/m2 m Hình 15 Chuyển vị cừ • Làm việc ứng suất – biến dạng theo đường hyperbolic -> dẻo hoàn tồn • Tính tốn mặt dẻo (ở trạng thái ứng suất trục) C - Biến dạng thể tích dẻo Biến dạng thể tích dẻo: ε vp =sinψ mγ p Tính theo góc nở góc ma sát sinψ m = ref =3 E ref ),kN/m2 Độ cứng nén/nở ( Eur 50 µur Hệ số poisson, mặc định 0.2 p ref Ứng suất tham chiếu, 100(kN/m2) Rf Hệ số phá hoại = 0.9 cincrement Số gia cường kháng cắt vật liệu theo chiều sâu, mặc định = • Tắt nở hệ số rỗng max: Với ee max : ψ mob =0 = sin ϕcv • Trạng thái giới hạn( ϕm =ϕcv ) σ1' −σ 3' sin ϕ −sin ϕcv = sinψ = sin ϕm 1−sin ϕ sin ϕcv σ1' +σ 3' − 2c cot gϕ Eurref Cường độ chịu kéo, mặc định = ứng suất nhỏ( ϕm nén ứng suất lớn ( ϕm >ϕcv ) -> nở Đất cứng m= 1, đất mềm m= 0,5 xác định dựa vào thí nghiệm nén trục σ tenstion sin ϕm −sin ϕcv σ1' −σ 3' sin ϕm = 1−sin ϕm sin ϕcv σ1' +σ 3' − 2c cot gϕ • Kết làm việc: Lực dính, kN/m2 sin ϕ −sinψ ; 1−sin ϕ sinψ 1+ e −= (ε v −ε vinit ) ln( ) 1+ einit * Sự so sánh mơ hình HS MC + Thí nghiệm nước ba trục (Hình 5, 6) + Thí nghiệm ba trục khơng nước thí nghiệm nén trục (oedometer) (hình 7, 8) Thuận lợi hạn chế mơ hình HS 38 T„P CHŠ KHOA H“C KI¦N TR”C - XŸY D¼NG Bảng Thơng số địa chất Bảng Thông số bê tông cọc khoan nhồi γunsat Tên Loại Bê tông Non-porous kN/m γsat kN/m 25 ν 25 0.2 Eref kN/m2 Rinter 3.25E7 Bảng Thông số hệ văng chống Bảng Thông số cừ quy đổi tường bê tơng có độ cứng EI tương đương Tên D m kN/m3 γ E1 kN/m2 E2 kN/m2 E3 kN/m2 G12 kN/m2 G13 kN/m2 G23 kN/m2 ν12 ν12 ν12 Lasen IV 0.32 78.5 3E7 3E7 3E7 1.15E7 1.15E7 1.15E7 0.3 0.3 0.3 Bảng Đánh giá khả chịu tải cọc Tên cọc Tiết diện D3-50 1200 Chuyển vị M2max M3 N Q12 Q13 max(cm) (kNm) (kNm) (kN) (kN) (kN) 25 -3247.81 40.67 1412.58 -19.06 -228.03 Đánh giá Không đạt D3-45 1200 15.78 -1668.28 5.78 1908.45 -4.31 81.38 Đạt D3-44 1400 12.84 -1890.13 384.91 2604.87 -103.47 -46.92 Đạt D3-46 1400 12.72 -1886.77 -306.05 2627.31 115.07 116.95 Đạt D3-49 1400 20 -4219.01 -44.22 1760.69 53.89 219.04 Không đạt D3-51 1400 19.9 -4345.03 138.29 1670.11 -50.71 166.61 Không đạt D3-36,37 1400 3.2 -353.21 197.87 2150.16 -127.81 -14.26 Đạt D3-38,42 1400 8.2 -620.29 391.58 3002.81 -242.25 33.16 Không đạt D3-39,41 1400 5.9 -689.43 798.02 2015.91 -12.14 30.16 Đạt D3-40 1400 4.9 -858.83 -7.69 2147.15 1.11 2.16 Đạt S¬ 43 - 2021 39 KHOA HC & CôNG NGHê Hỡnh 16 Lực cắt Q13 cọc Hình 17 Mơ men M2 cọc Hình 18 Mơ men M3 cọc Hình 19 Chuyển vị cọc Hình 20 Lực dọc N cọc Hình 21 Lực cắt Q12 cọc • Các thuận lợi so sánh với Mohr-Coulomb: - Khơng có ứng xử cắt sau đạt ứng suất đỉnh - Mô ứng xử làm việc phi tuyến đất tốt - Khơng có tính bất đẳng hướng - Sự khác biệt tải trọng ban đầu từ dỡ tải/chất tải - Khơng có nén thứ cấp (trượt) - Lưu lại ứng suất tiền cố kết - Độ cứng khác cho đường ứng suất khác dựa tiêu chuẩn thí nghiệm • Các hạn chế: Ứng dụng phần mềm plaxis 3D foundation phân tích ảnh hưởng từ cố thi cơng tầng hầm khu vực đất yếu tới làm việc cọc 3.1 Giới thiệu cơng trình - Cần phải lựa chọn thông số vật liệu khác cho trạng thái khác ban đầu (ví dụ: cát chặt cát rời) Cơng trình có tầng hầm, xây dựng phường Hoàng Liệt, Quận Hoàng Mai, Thành phố Hà Nội - Có xu hướng dự tính độ cứng cắt thấp biến dạng nhỏ 3.2 Địa chất cơng trình 40 T„P CHŠ KHOA H“C KI¦N TR”C - XŸY D¼NG (Hình 9, Bảng 4, 5, 6, 7) Hình 22 Chuyển vị cừ thực tế khu vực hố đào (cm) 3.3 Giải pháp kết cấu hệ chống đỡ Do cơng trình có tính chất đối xứng nên mơ hình phần mềm Plaxis 3D Foundation, tơi mơ hình nửa cơng trình (Hình 10, 11, 12, 13) 3.4 Trình tự bước thi cơng Bước 1: Thi công cừ Lasen IV Bước 2: Đào đất tới độ sâu -2.700 so với cos ±0.000 Bước 3: Thi công hệ văng chống lớp Bước 4: Đào đất tới độ sâu -5.800 so với cos ±0.000 Bước 5: Thi công hệ văng chống lớp Bước 6: Đào đất tới độ sâu đáy móng biên Bước 7: Đặt tải trọng vào đầu cọc tương đương sức chịu tải dự kiến cọc 3.5 Kết phân tích (Hình 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23) (Bảng 6, 7) Kết luận Hình 23 Chuyển vị cừ plaxis khu vực hố đào (cm) phương pháp khác Mỗi phương pháp phù hợp với loại đất định Với đất rời sử dụng thí nghiệm SPT, với đất dính sử dụng thí nghiệm nén ba trục Mơ hình phần mềm Plaxis 3d Foundation có độ xác cao nhiều so với mơ hình Plaxis 2D mơ tả tương tác cọc với nhau, hệ cọc với tường cừ; mô tả đẩy đủ ảnh hưởng cố tới cọc khu vực khác Kết phương pháp cho ta biết cọc khơng cịn khả chịu tải, từ đưa phương án thay cọc cho phù hợp Các tồn tại: Tuy phần mềm tính tốn đắn đến đâu mức độ xác lời giải tránh khỏi chịu ảnh hưởng yếu tố người Việc xác định số liệu đầu vào, lựa chọn mơ hình tính, phân tích kết phụ thuộc vào kinh nghiệm người thiết kế Vì cần có thêm thí nghiệm trường để đánh giá xác hơn./ Các số liệu đầu vào xác định từ thí nghiệm thí nghiệm nén ba trục, thí nghiệm SPT theo T¿i lièu tham khÀo Nguyễn Bá Kế, Nguyễn Tiến Chương, Nguyễn Hiền, Trịnh Thành Huy (2004), Móng nhà cao tầng - Kinh ngiệm nước , NXB Xây dựng, Hà Nội, tr 39-312 Shamsher Prakash, Hari D.Sharma (1999), Móng cọc thực tế xây dựng, NXB Xây dựng, Hà Nội, tr 1-28 Chu Quốc Thắng (1997), Phương pháp phần tử hữu hạn, NXB Khoa học kỹ thuật Vũ Cơng Ngữ, Ths Nguyễn Thái (2004), Móng cọc - phân tích thiết kế, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, tr 53-54 A.B.FADEEV (1995), Phương pháp phần tử hữu hạn địa học, NXB giáo dục Nguyễn Văn Quảng (2003), Nền móng nhà cao tầng, NXB Khoa học Kỹ thuật, tr 13-45 Đỗ Văn Đệ, Phần mềm Plaxis 3D Foundation, NXB Xây dựng Nghiêm Mạnh Hiến, Phương pháp phần tử Hữu Hạn R.Whitlow (1989), Cơ học đất, Tập hai, NXB Giáo dục, Hà Nội, 1998, tr.285-286 10 Kulhawy, Estimating Soil Properties for Foundation Design 11 Plaxis 3D Foundation Validation Manual S¬ 43 - 2021 41 ... Lưu lại ứng suất tiền cố kết - Độ cứng khác cho đường ứng suất khác dựa tiêu chuẩn thí nghiệm • Các hạn chế: Ứng dụng phần mềm plaxis 3D foundation phân tích ảnh hưởng từ cố thi công tầng hầm khu... loại đất định Với đất rời sử dụng thí nghiệm SPT, với đất dính sử dụng thí nghiệm nén ba trục Mơ hình phần mềm Plaxis 3d Foundation có độ xác cao nhiều so với mơ hình Plaxis 2D mơ tả tương tác cọc. .. tính chất đối xứng nên mơ hình phần mềm Plaxis 3D Foundation, tơi mơ hình nửa cơng trình (Hình 10, 11, 12, 13) 3.4 Trình tự bước thi công Bước 1: Thi công cừ Lasen IV Bước 2: Đào đất tới độ sâu