Nghiên cứu thực nghiệm trên mô hình thu nhỏ sức chịu tải dọc trục bê tông cốt thép trên đất đỏ bazan ở pleiku

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐINH CÔNG QUYẾT NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM TRÊN MƠ HÌNH THU NHỎ SỨC CHỊU TẢI DỌC TRỤC CỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP TRÊN ĐẤT ĐỎ BAZAN Ở PLEIKU NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CƠNG NGHIỆP SKC007453 Tp Hồ Chí Minh, tháng 09/2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐINH CÔNG QUYẾT NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM TRÊN MÔ HÌNH THU NHỎ SỨC CHỊU TẢI DỌC TRỤC CỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP TRÊN ĐẤT ĐỎ BAZAN Ở PLEIKU NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG & CƠNG NGHIỆP - 1680845 Tp Hồ Chí Minh, tháng 09/2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐINH CÔNG QUYẾT NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM TRÊN MÔ HÌNH THU NHỎ SỨC CHỊU TẢI DỌC TRỤC CỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP TRÊN ĐẤT ĐỎ BAZAN Ở PLEIKU NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG & CƠNG NGHIỆP Hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN SỸ HÙNG LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: ĐINH CƠNG QUYẾT Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 16/10/1975 Nơi sinh: Lệ Thủy – Quảng Bình Quê quán: Quảng Bình Dân tộc: Kinh Chỗ riêng địa liên lạc: Tổ 15, P Yên Thế, TP Plei ku, tỉnh Gia Lai Điện thoại quan: Điện thoại nhà riêng: 0946.807.001 Fax: E-mail: Congquyetxdgl@gmail.com II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ ……/…… đến ……/ Nơi học (trường, thành phố): Ngành học: Đại học: Hệ đào tạo: Tại chức Thời gian đào tạo từ 09/ 2001 đến 10/ 2006 Nơi học (trường, thành phố): Trường ĐH Bách Khoa Đà Nẵng, TP Đà Nẵng Ngành học: Kỹ thuật xây dựng DD&CN Tên đồ án, luận án môn thi tốt nghiệp: Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án thi tốt nghiệp: tháng 10/2006, Trường ĐH Bách Khoa Đà nẵng Người hướng dẫn: III Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 01/2007 đến Trường Cao đẳng Nghề Gia Lai Giáo viên i LỜI CAM ĐOAN Tôi tên: Đinh Công Quyết, học viên cao học ngành Kỹ thuật cơng trình xây dựng dân dụng cơng nghiệp, trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM Tôi cam đoan đề tài “Nghiên cứu thực nghiệm mô hình thu nhỏ sức chịu tải dọc trục cọc bê tông cốt thép đất đỏ Bazan Pleiku” cơng trình nghiên cứu tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Nếu có khơng đúng, tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm Tp Hồ Chí Minh, ngày 22 tháng 09 năm 2017 (Ký tên ghi rõ họ tên) Đinh Công Quyết ii CẢM TẠ Trong trình học tập thực luận văn tốt nghiệp, nhận quan tâm giúp đỡ nhiệt tình q thầy Khoa Xây dựng quý thầy cô ban giám hiệu Trường Đại học sư phạm kỹ thuật Nhân đây, xin gửi đến quý thầy cô lời cảm ơn sâu sắc Để hoàn thành luận văn tốt nghiệp này, cố gắng thân, giúp đỡ nhiệt tình truyền đạt cho tơi kiến thức vơ q báu q trình nghiên cứu thầy TS Nguyễn Sỹ Hùng, thầy Ths Lê Phương Ths Phan Nhật Quang (Trung tâm CR – Trường ĐH SPKT TP HCM) to lớn Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý thầy Đồng thời xin cảm ơn Công ty cổ phần xây dựng Nam Sao (Gia Lai), Công ty TNHH thành viên Khảo sát tư vấn xây dựng Hồng Bình – Phịng LAS 784, Cơng ty TNHH thí nghiệm Phú Quý – Phòng LAS - XD 397 hộ trợ máy móc, thiết bị, nhân lực, số liệu liên quan để tơi hồn thành tốt luận văn Trong trình thực nghiên cứu, dù cố gắng hồn thành tốt nhất, lần nghiên cứu nên không tránh khỏi thiếu sót Rất mong thơng cảm đóng góp từ q thầy để luận văn tơi hồn thành tốt Xin chân thành cám ơn! Học viên Đinh Cơng Quyết iii TĨM TẮT Thi cơng móng cọc giải pháp hiệu hợp lý cơng trình cao tầng, cơng trình nằm đất yếu trung bình Tuy nhiên việc nghiên cứu áp dụng phương pháp thi cơng móng cọc đất đỏ Bazan cịn hạn chế, đặc biệt cơng trình TP.Plei ku, tỉnh Gia Lai Đề tài sâu nghiên cứu, thí nghiệm tính chất lý đất đỏ Bazan Pleiku Thí nghiệm nén tĩnh cọc BTCT mơ hình thu nhỏ tiến hành bao gồm cọc đơn, nhóm cọc đài cao, nhằm xác định chuyển vị cọc đơn, nhóm cọc đất đỏ Bazan TP.Pleiku So sánh kết thí nghiệm từ mơ hình thu nhỏ với phần mềm Plaxis, từ đề khuyến nghị thiết kế thi cơng móng cọc BTCT điều kiện đất đỏ Bazan TP Plei ku Luận văn gồm 77 trang thuyết minh, 49 hình, 14 bảng, 17 tài liệu tham khảo, 19 trang phụ lục, cấu trúc chương, tài liệu tham khảo phần phụ lục Chương 1: Tổng quan Chương 2: Cơ sở lý thuyết Chương 3: Thí nghiệm phịng trường đất đỏ Bazan Chương 4: Thí nghiệm nén tĩnh cọc đơn nhóm cọc Chương 5: Mơ thực nghiệm Plaxis Chương 6: Kết luận kiến nghị iv ABSTRACT Construction pile foundation is the most effective and reasonable solution for high buildings, buildings on the weak and medium land However, the research and application of method of piling foundation on red basaltic oil is limited, especially works in Pleiku city, Gia Lai province The thesis focuses on researching and experimenting on the physico-chemical properties of red basaltic soil in Pleiku The Reinforcement concrete (RC) static pile test on a miniature model was carried out consisting of a single pile, a group of tall piles, in order to determine the displacement of single pile, pile group on red basaltic soil in Pleiku city From the comparison of experimental results from the miniature model with the software Plaxis, the author gives some recommendations in the design and construction of reinforced concrete piles in the soil of red basaltic soil in Pleiku city The thesis consists of 77 pages of explanatory notes, 49 images, 14 tables, 19 references, structured by chapters, references and annexes Chapter 1: Overview Chapter 2: Theory Chapter 3: Experiment in the room and the scene on Bazan red soil Chapter 4: Static compression testing on single piles and piles Chapter 5: Experimental simulation with Plaxis Chapter 6: Conclusions and Recommendations v Kết luận chương Việc nghiên cứu móng cọc BTCT mơ hình thu nhỏ giải pháp tốt, áp dụng thiết kế thi cơng nhà thấp tầng (có quy mô tầng) Sức chịu tải cọc chủ yếu ma sát hình thành lớp đất, sức kháng ma sát sức kháng mũi phần cọc lớp đất không đáng kể Trong trường hợp áp dụng cho nhà cao tầng, tải trọng lớn cần phải thiết lập công thức, xác định hệ số quy đổi để đảm bảo yêu cầu kỹ thuật Từ kết thí nghiệm nén tĩnh cọc thực tế trường tính tốn theo TCVN 10304:2014 hợp lý, sai số không đáng kể, kết sức chịu tải cực hạn trường nhỏ kết tính toán (cọc đơn 1.19T, theo TCVN 12.4T) Với kết cho thấy q trình tính tốn theo TCVN không lường hết sai số, ảnh hưởng mơi trường xung quanh, dụng cụ máy móc thí nghiệm, phương pháp thí nghiệm, Vì q trình tính tốn thiết kế thi cơng, tác giả đề xuất nên áp dụng kết thí nghiệm trường áp dụng thêm hệ số quy đổi hợp lý nhằm đảm bảo kỹ thuật an tồn cho cơng trình Hệ số nhóm theo thí nghiệm thực tế trường tốn theo cơng thức = 1.06, hệ số nhóm tính = 0.94, với kết cho thấy khả làm việc nhóm cọc đất đỏ Bazan tương đối tốt so với tính tốn 66 Chương MÔ PHỎNG THỰC NGHIỆM BẰNG PLAXIS Dùng phần mềm Plaxis 3D Foundation để mơ hình tính tốn chuyển vị cọc BTCT với đất bazan Gia Lai, chất tải tĩnh tải xác định Ở chương tác giã chủ yếu trình bày bước thực mơ hình (Mohr – Coulomb), phân tích kết để so sánh với kết thực nghiệm 5.1 Thiết lập mơ hình số liệu đầu vào 5.1.1 Chọn mơ hình tính tốn Để mơ q trình gia tải lên cọc đất đỏ bazan ta thiết lập mô hình tính tốn phần mềm Plaixs 3D Foundation sau: - Mơ hình cọc đơn: tính chuyển vị cho cọc - Mơ hình nhóm cọc: tính chuyển vị cho nhóm cọc ( cọc) 5.1.2 Dữ liệu đầu vào 5.1.2.1 Đất Đất sử dụng để đưa vào mơ hình loại đất đỏ bazan TP.Plei ku (phụ lục 6,7,8) Các số liệu sử dụng cho mơ hình thống kê cụ thể bảng sau: Bảng 5.1 Bảng thống kê địa chất sử dụng cho mơ hình Plaxis Ứng xử Đơn vị Số liệu γ unsat kN/m3 18,10 γ sat kN/m3 19,06 kx= ky = kz m/day 1,0 c’ kN/m2 4,2 φ' Độ 15,90 Eref kN/m2 3019 0,33  67 5.1.2.2 Cọc bê tông cốt thép Số liệu cọc BTCT lấy từ chương 4, xem phụ lục (9,10,11), với số liệu cụ thể sau: - BT cọc B20 - γ unsat = γsat =25.000 kN/cm3 - Eref = 2.700E+7 kN/cm2 ;  =0,2 5.1.2.3 Tải trọng tác dụng Tải trọng tác dụng lên cọc đơn nhóm cọc, lấy từ số liệu chương 4, cụ thể sau: - Tải trọng tác dụng lên cọc đơn: 0,68T (100%); - Tải trọng tác dụng lên nhóm cọc ( cọc ) 3,6T (100%) 5.2 Tính tốn mơ hình 5.2.1 Mơ hình cọc đơn 5.2.1.1 Trình tự thiết lập mơ hình Điều kiện biên, tải lực: việc thiết lập điều kiện biên bắt buộc việc lập mô hình Chia lưới cho mơ hình đất cho mặt phẳng 2D (Hình 5.1) 3D (Hình 5.2) Hình 5.1 Chia lưới 2D 68 Hình 5.2 Chia lưới 3D 5.2.1.2 Kết tính tốn so sánh với kết thực nghiệm - Kết tính tốn phần mềm plaxis (hình 5.3); phụ lục 13 Hình 5.3 Biểu đồ kết tính tốn phần mềm Plaxis Ở biểu đồ sức chịu tải tối đa 200% (1.0 x 0.68 x 2) = 1.36 Sức chịu tải vị trí đất bị trượt 0.813 x 1.36= 1.106 ≈ 162,6% tải tính tốn 69 Tải trọng ( tân) - So sánh với kết thực nghiệm ( hình 5.4) 1.6 1.4 chu kỳ Chu kỳ ( dỡ tải) Chu kỳ Chu kỳ (dỡ tải) PLAXIS 1.2 0.8 0.6 0.4 0.2 Chuyển vị ( mm) 0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 Hình 5.4 Biểu đồ kết thí nghiệm cọc đơn trường mơ Plaxis Sau tính tốn thu thập kết từ liệu phần mềm Plaxis, ta tiến hành so sánh với kết thực nghiệm, kết so sánh trình bày bảng sau: Bảng 5.2 So sánh kết mơ hình cọc đơn với kết thực nghiệm Tải trọng thí nghiệm % tải trọng Tải trọng (tấn) 0-100% 100-125% 125-150% 150-175% 175-200% 0.68 0.85 1.02 1.19 1.36 Chuyển vị cọc đơn ( mm) Thực Nghiệm 3.065 4.725 6.695 15.325 24.925 Plaxis 4.950 5.960 7.200 17.500 30.000 Sai số so với thực nghiệm (%) 38.081 20.721 7.014 12.429 16.917 Nhận xét: qua kết thu thập được, ta thấy mô hình cọc đơn có chuyển vị bị trượt lớn (phá hoại) cấp tải (162.6%) 17.85 mm, sai số so với thực tế 12,43% (lớn 10%) Nhưng thí nghiệm cọc thời gian ngắn, nên u cầu độ xác khơng q cao Vì sai số với thực tế chấp nhận 70 5.2.2 Mơ hình nhóm cọc 5.2.2.1 Trình tự thiết lập mơ hình - Khai báo tơng số đầu vào - Mặt bố trí nhóm cọc ( hình 5.5) Hình 5.5 Mặt bố trí cọc, đất - Chia lưới cho mơ hình đất cho mặt phẳng 2D (Hình 5.6) 3D (Hình 5.7) Hình 5.6 Chia lưới 2D 71 Hình 5.7 Chia lưới 3D - Mơ hình khơng gian nhóm cọc ( hình 5.8) Hình 5.8 Mơ hình nhóm cọc 3D 72 Tải trọng ( tân) 5.2.2.2 Kết tính tốn so sánh với kết thực nghiệm ( hình 5.9) 8.0 7.0 6.0 5.0 chu kỳ Chu kỳ Chu kỳ dỡ tải TÍNH PLAXIS 4.0 3.0 2.0 1.0 0.0 0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 Chuyển vị ( mm) Hình 5.9 Biểu đồ kết thí nghiệm nhóm cọc trường mơ Plaxis Sau tính tốn thu thập kết từ liệu phần mềm Plaxis, ta tiến hành so sánh với kết thực nghiệm, kết so sánh trình bày bảng sau: Bảng 5.3 So sánh kết mơ hình nhóm cọc với kết thực nghiệm Tải trọng thí nghiệm % tải trọng Tải trọng (tấn) 0-100% 3.6 100-125% 4.5 125-150% 5.4 150-175% 6.3 175-200% 7.2 Chuyển vị cọc nhóm cọc (mm) Thực Nghiệm (TN1) 2.11 4.06 6.58 16.30 24.30 Plaxis 3.45 4.50 6.95 13.25 24.30 Sai số so với thực nghiệm (%) 63.50 10.84 5.70 -18.71 0.000 Nhận xét: Từ kết thống kê thu được, ta thấy mơ hình nhóm cọc có chuyển vị bị trượt (phá hoại) cấp tải 175% (6.3T) 3,05 mm, sai số so với thực tế 18,71% Sai số chấp nhận được, tính tốn Plaxis, phần mềm tự động gia tải tăng dần đến phá hoại, khác với thực nghiệm chuyển vị cọc phụ thuộc vào thời gian giữ tải Kết luận: Qua mơ hình Plaxis áp dụng cho cọc đơn nhóm cọc trên, ta thấy kết mơ hình thí nghiệm thực nghiệm sai khác khơng đáng kể, mơ hình Plaxis số liệu địa chất đầu vào đáng tin cậy 73 5.3 Tính tốn sức chịu tải cọc theo độ ẩm Từ kết chương cho thấy, độ ẩm W tăng lên góc  lực dính c giảm Tiến hành tính tốn sức chịu tải cọc đơn mơ hình Plaxis cho trường hợp độ ẩm khác (phụ lục 15-19), kết bảng 5.4 biểu đồ hình 5.10 sau: Bảng 5.4 Kết tính toán sức chịu tải cọc đơn theo độ ẩm plaxis W (%) Ctc (kg/cm2) Ctt =Ctc/Kđc (kg/cm2) φ0 φtt0 Sức chịu tải cọc đơn (tấn) 19.73 26.12 26.64 32.67 39.14 45.61 45.73 0.156 0.135 0.134 0.124 0.12 0.1 0.085 4.92 4.26 4.23 3.91 3.79 3.16 2.68 16.97 17.6 17.75 15.12 12.5 10.92 9.85 15.21 15.77 15.90 13.55 11.20 9.78 8.83 1.182 1.107 1.106 1.036 0.948 0.827 - Sức chịu tải cọc ( tấn) TT 1.3 1.2 1.1 1.0 0.9 0.8 W(%) 0.7 15 20 25 30 35 40 45 50 Hình 5.10 Biểu đồ sức chịu tải cọc theo độ ẩm mô Plaxis Từ biểu đồ mô ta thấy, độ ẩm tăng sức chịu tải cọc giảm Kết luận: Đối với đất đỏ Bazan, sức chịu tải cọc phụ thuộc lớn đến độ ẩm, độ ẩm tăng giảm sức chịu tải cọc biến đổi theo 74 Chương KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 6.1 Các hạn chế đề tài Chưa thực thí nghiệm vào mùa khơ: Do thời gian làm luận văn cịn hạn chế, thời điểm thí nghiệm trường vào mùa mưa (mùa mưa tây nguyên từ tháng – tháng 10), nên tác giả chưa thí nghiệm sức chịu tải cọc đơn nhóm cọc theo mùa khơ Việc quy đổi kết từ mơ hình thu nhỏ sang mơ hình thực tế (cọc lớn) gặp nhiều khó khăn việc thiết lập công thức, xác định hệ số quy đổi, Do khuôn khổ luận văn thạc sỹ nên đề tài chưa đánh giá hết ảnh hưởng mơ hình, phương pháp phân tích đến vấn đề khác móng cọc, yếu tố địa chấn động lực cơng trình như: Động đất, xói mòn, Đề tài chưa đánh giá hết ảnh hưởng mơ hình khác ngồi MorhCoulomb nhân tố khác ngồi nhân tố mơ hình thu nhỏ 6.2 Các kết nghiên cứu Nghiên cứu thực nghiệm phòng trường đất đỏ bazan Pleiku Đồng thời thí nghiệm mơ hình thu nhỏ móng cọc BTCT đài cao trên đất bazan có ý nghĩa thực tiển, kết xác cao, thời gian thí nghiệm ngắn, chi phí thí nghiệm thấp, phù hợp cho đề tài luận văn thạc sỹ 6.2.1 Về tiêu lý đất đỏ bazan biến đổi theo mùa (độ ẩm W) Qua thí nghiệm phịng trường cho thấy: - Đất đỏ bazan Pleiku có chiều dày lớn, tiêu lý c,  e không biến đổi theo độ sâu; - Đất đỏ bazan có hàm lượng hạt bé (