Hiệu quả kinh tế của móng bè cọc Hiệu quả kinh tế của móng bè cọc 1 Đặt vấn đề Phương pháp tính móng bè cọc hiện thời ở Việt Nam là đơn giản về hệ cọc chịu(xem như cọc chịu hoàn toàn tải của công trìn[.]
Hiệu kinh tế móng bè - cọc Đặt vấn đề Phương pháp tính móng bè - cọc thời Việt Nam đơn giản hệ cọc chịu(xem cọc chịu hồn tồn tải cơng trình) hệ bè chịu (bè chịu hồn tồn tải cơng trình) Phương pháp có ưu điểm bước tính tốn áp dụng lý thuyết kết cấu thông dụng, đơn giản Nhưng phương pháp không với điều kiện làm việc thực tế công trình, khơng tận dụng hết khả chịu lực kết cấu đất Kết sử dụng vật liệu nhiều so với phương án móng khác Móng bè –cọc coi phương án “lãng phí” khơng nằm kế hoạch thiết kế kỹ sư Để thay đổi quan điểm chưa xác móng bè - cọc, chuyên gia đất tìm cách đưa lý thuyết tính tốn hệ thống móng này, có Poulos & Davis (1980), Fleming cộng (1992), Randolph (1994), Burland (1995), Katzenbach (1998) nghiên cứu gần Poulos (1994, 2001a, 2001b) Áp dụng phương trình Midlin bán khơng gian đàn hồi vào toán bè - cọc thử nghiệm thực tế để phân tích ngược (back analysis) toán này, Poulos (1994) đưa mơ hình gần với thực tế Mơ hình chấp nhận rộng rãi, áp dụng để xây dựng nhiều cơng trình tiếp tục phát triển Cơ sở khoa học phương pháp nghiên cứu Đặc điểm bật móng bè - cọc ảnh hưởng tương hỗ đất kết cấu móng theo bốn ảnh hưởng sau: - Sự tương tác cọc đất; - Sự tương tác cọc cọc; - Sự tương tác đất móng bè; - Sự tương tác cọc móng bè; Sơ đồ tính móng bè - cọc: Móng bè mơ hình phần từ dầm phần tử hai Móng bè liên kết với lò xo tượng trưng cho cọc cho đất điểm nút Các lò xo tượng trưng cho cọc đất có ảnh hưởng tương hỗ bè, cọc Trình tự phân tích 3.1 Xác định độ cứng lò xo cọc 3.1.1 Chuyển vị ảnh hưởng cọc với cọc Xác định ρppK: chuyển vị đứng lò xo cọc thứ K tương tác cọc Đối với nhóm có n cọc giống nhau: n ρ ppK = δ ∑ ( R pLαKL ) +δ1 R pK (1) L =1 L≠K Trong đó: δ1 - chuyển vị cọc lực đơn vị RpL - lực tác dụng lên cọc L; RpK- lực tác dụng lên cọc K; αKL- hệ số tương tác cọc K L n ρ ppK = ∑ (δ 1L RpLα KL ) + δ 1RpK (2) L= L≠ K Trong đó: δ1L- chuyển vị cọc L lực đơn vị; αKL - hệ số tương tác cọc K L Hệ số α thay đổi theo hệ số poisson v Thực nghiệm xác định α0, ứng với v = 0.5 Ứng với giá trị v bất kỳ: αν = α0.5 x Nυ (3) Nυ hệ số hiệu chỉnh αυ , tra biểu đồ Đối với nhóm cọc có cọc kích thước hình học khác nhau: 4 i =1 i =1 ρ ppK = ∑ ρ psiK = ∑ qB − 2υ (1 − υ ) I 1i − I 2i 2E −υ (4) Trong đó: I 1i = 2 + m2 + n2 + 1 + mi + ni + mi i i ln + mi ln 2 2 π + m i + ni − + mi + n i − (5) I 2i = ni mi arctg 2 π n i + mi + n i mi = Li z ni = , Li, Bi - Chiều dài chiều rộng hình chữ nhật Bi Bi (6) 3.1.2 Độ cứng lò xo cọc thứ K Chuyển vị đứng cọc thứ K tương tác cọc tới cọc áp lực bề mặt tới cọc xác định sau: ρ pK = ρ ppK + ρ psK (7) Trong đó: ρppK - chuyển vị đứng lị xo cọc thứ K tương tác cọc tới cọc ρpsK - chuyển vị đứng lò xo cọc thứ K tương tác áp lực bề mặt tới cọc K pK = R pK (8) ρ pK Trong đó: RpK – phản lực lị xo cọc thứ K 3.2 Xác định độ cứng lò xo đất 3.2.1 Chuyển vị ảnh hưởng cọc đất Xác định ρspK : Đối với nhóm có n cọc giống nhau: n ρ spK = δ1 ∑ ( R pK α KM ) (9) K =1 Trong đó: δ1 - chuyển vị cọc lực đơn vị; RpK - lực tác dụng lên cọc K αKM - hệ số tương tác cọc K điểm đặt lị xo đất M Đối với nhóm cọc có cọc kích thước hình học khác nhau: n ρ spK = ∑ (δ1K R pK α KM ) (10) K =1 Trong đó: δ1K- chuyển vị cọc K lực đơn vị; αKM - hệ số tương tác cọc K điểm đặt lò xo đất M 3.2.2 Chuyển vị ảnh hưởng áp lực bề mặt tới đất Chuyển vị xác định độ sâu z = bề mặt đất sau Chia áp lực bên đáy móng bè thành bốn hình chữ nhật có chung gọc vị trí lị xo đất, tính chuyển vị gây hình chữ nhật công tác dụng δ ssK = ∑ δ ssK = ∑ i =1 qBi − 2v (1 − v ) x( I 1i − I 2i ) 2E 1− v (11) Trong đó: I 1i = 2 + m2 + n + 1 + mi + ni + mi i i 1n + mi 1n 2 2 π + m i + ni − + mi + n i − I 2i = ni −1 mi tg π ni + mi2 + n12 mi = Li z ni = , với Li, Bi - chiều dài chiều rộng hình chữ nhật Bi Bi (12) (13) 3.2.3 Độ cứng lò xo đất Tương tự chuyển vị đứng lò xo đất thứ M tương tác áp lực bề mặt tới đất bề mặt cọc tới đất bề mặt: ρsM = ρssM + ρspM (14) Trong đó: ρssM - chuyển vị đứng lị xo đất thứ M tương tác áp lực bề mặt tới bề mặt đất ρspM - chuyển vị đứng lò xo đất thứ M tương tác cọc tới bề mặt đất K sM = RsM ρ sM (15) Trong đó: RsM – phản lực lò xo đất thứ M Đầu tiên giả thiết tỷ lệ phân phối tải trọng cho cọc cho bè tính phản lực cọc đất Sau tính chuyển vị đứng ρ pK , ρ sM theo phương trình Một biết phản lực cọc phản lực đất bên móng bè tính KpK , KsM Sau biết độ cứng ban đầu lò xo đất lò xo cọc gắn lò xo tương tác mơ hình móng bè cọc thêm vào tải trọng cơng trình Giải tốn xác định lực cắt móng bè độ lún sơ Giải lặp toán lúc lực cọc hội tụ đến giới hạn cho phép Nhận xét: Tỷ lệ chia tải cho bè thử nghiệm mơ hình cho thấy: với L/D từ 15 đến 30 tỷ lệ chia tải cho bè thay đổi từ 21-32% tới 11-17%.Lúc đầug, cọc chịu phần lớn tổng tải sau toàn cọc chịu tải tới hạn lúc tỷ lệ chia tải cho bè gia tăng 30% tổng tải (Olikyun Kwon at al) Móng bè - cọc phát huy hiệu thực đất tốt Cụ thế, thành phần bè tham gia chịu tải nhiều lớp đất tiếp xúc bên có sức chịu tải lớn 3.3 Sức chịu tải móng bè - cọc Theo N Miura (1997) khả chịu tải giới hạn móng bè cọc 80% đến 90% tổng khả chịu tải trọng giới hạn móng bè cọc cộng lại PpRu = ς ( PPu + PRu ) (16) Khả chịu tải cho phép tính theo hai cách sau đây: P + PRu PpRa = ς Pu F (17) P P PpRa = ς Pu + Ru F2 F1 (18) Trong đó: PpRu- khả chịu tải tới hạn hệ thống bè cọc ζ - hệ số ảnh hưởng có giá trị từ 0.8 đến 0.9; PPu - khả chịu tải tới hạn nhóm cọc; PRu - khả chịu tải tới hạn móng bè; F1 - hệ số an tồn chung cho cọc lấy 1.5 đến 2; F2 - hệ số an tồn chung cho móng bè lấy 3; F - hệ số an toàn chung, lấy Hiệu kinh tế móng bè - cọc Áp dụng phương pháp tính móng bè cọc hai cơng trình: chung cư 25 tầng Lê Hồng Phong – Phan Văn Trị, Chung cư cao cấp GRANDVIEW - Tại cơng trình chung cư 25 tầng Lê Hồng Phong- Phan Văn Trị: + Mặt bố trí cọc khoan nhồi( 24 cọc D = 1,4m, L= 52m; 112 cọc D=1m, L= 47m; cọc D = 1m , L = 3m); Tổng sốcọc 140 cọc + Mặt bố trí móng bè - cọc: (Tổng số cọc 112 cọc D=1m L=27m) Móng bè - cọc cơng trình áp dụng báo quan điểm tối ưu bố trí cọc hệ bè cọc ( Optimization concepts for the design of pile raft founation Systems) J.E.Bezerra & R.P Cunha M.M Sales Bố trí cọc chủ yếu vị trí có lực tập trung như: cột, vách cứng Cơng trình tính lặp đến lần hội tụ Cho kết tỷ lệ chia tải sau: bè chịu 12,95% tổng tải, cọc chịu 87,05% tổng tải Như vậy, cơng trình chung cư 25 tầng Lê Hồng Phong – Phan Văn Trị tiết kiệm 31,44% bê tông 23,46% thép so với phương án móng cọc khoan nhồi Chung cư 25 tầng Cọc khoan nhồi Bê tông, V1(m3) Thép,T1 8223.91 Bè - cọc Thép,T1 (Tấn) Bê tông, V1(m3) 364.6 5638.45 279.055 (Tấn) Chung cư 25 tầng Δbêtông=V1-V2 Δ%bêtông = 2585.466 ∆ b etong V1 100% 31.44 Δthép = T1 – T2 Δ%thép = 85.545 ∆ thep V1 100% 23.46 - Tại cơng trình chung cư cao cấp GRANDVIEW: + Mặt bố trí cọc khoan nhồi: 74 cọc- D=1m; L= 38m, cọc D=1.6m; L=50m Tổng số 83 cọc; + Mặt bố trí móng bè - cọc: 37cọc D=1,2m, L=50m Chung cư cao cấp GRANDVIEW Cọc khoan nhồi Bê tông, V1(m3) Thép,T1 4523 Bè - cọc Thép,T1 (Tấn) Bê tông, V1(m3) 279 3706.75 173 (Tấn) Chung cư GRANDVIEW Δbêtông=V1-V2 Δ%bêtông = 816.25 ∆ b etong V1 100% 18.05 Δthép = T1 – T2 Δ%thép = 106 ∆ thep V1 100% 37.99 Cơng trình tính lặp đến lần hội tụ Bố trí cọc theo phương pháp thơng dụng (các cọc có khoảng cách nhau) Tỷ lệ chia tải bè chịu 13%, cọc chịu 87% tổng tải Như cơng trình chung cư cao cấp GRANDVIEW tiết kiệm 18.05% bê tông 37,99% thép so với phương án móng cọc kkoan nhồi Kết luận Sử dụng phương pháp xét đến mối quan hệ tương hỗ đất, bè, cọc áp dụng lý thuyết nghiên cứu gần đem lại hiệu kinh tế đáng kể nguyên nhân giảm bớt số lượng cọc, tận dụng tối đa sức chịu tải cực hạn cọc, chia tải không cho cọc mà cho bè Ngồi móng bè cịn giúp giảm lún lệch, chịu tải ngang Hệ bè - cọc cịn có khả kháng chấn hẳn hệ thống móng khác Như móng bè cọc sử dụng phương pháp tính tốn hợp lý hệ thống móng ưu việt khơng tính kinh tế mà cịn có tính ổn định cao Đáng tiếc Việt Nam chưa có tiêu chuẩn thiết kế móng bè - cọc Người thiết kế sử dụng quan niệm tính tốn đơn giản cũ cho móng bè - cọc Trên giới có nhiều cơng trình thực tế đời dựa lý thuyết tính tốn Thiết nghĩ đến lúc nên kế thừa kết nghiên cứu chuyên gia trước để thiết kế tiêu chuẩn móng bè - cọc Và có tiêu chuẩn thiết kế giúp giảm bớt đáng kể chi phí xây dựng phần móng Đặc biệt móng cho nhà cao tầng như: chung cư, cao ốc văn phòng, bệnh viện… (Nguồn: Tạp chí KHCN Xây dựng, số 3/2007) ... chung cho cọc lấy 1.5 đến 2; F2 - hệ số an tồn chung cho móng bè lấy 3; F - hệ số an toàn chung, lấy Hiệu kinh tế móng bè - cọc Áp dụng phương pháp tính móng bè cọc hai cơng trình: chung cư 25... 3m); Tổng s? ?cọc 140 cọc + Mặt bố trí móng bè - cọc: (Tổng số cọc 112 cọc D=1m L=27m) Móng bè - cọc cơng trình áp dụng báo quan điểm tối ưu bố trí cọc hệ bè cọc ( Optimization concepts for the... sức chịu tải cực hạn cọc, chia tải không cho cọc mà cho bè Ngồi móng bè giúp giảm lún lệch, chịu tải ngang Hệ bè - cọc cịn có khả kháng chấn hẳn hệ thống móng khác Như móng bè cọc sử dụng phương