Hiệu quả kinh tế của móng bè cọc

HỘI CƠ HỌC VIỆT NAM HI U QU KINH T C A MÓNG BÈ C C ECONOMICAL EFFECTIVENESS OF PILED RAFT FOUNDATION Tr n Quang H , Nguy n Tr ng Ngh a, Nguy n ng ình Chung TÓM T T Móng Bè c c là m t h bao g m c a bè,[.]

HI U QU KINH T C A MÓNG BÈ - C C ECONOMICAL EFFECTIVENESS OF PILED-RAFT FOUNDATION Tr n Quang H , Nguy n Tr ng Ngh a, Nguy n ng ình Chung TĨM T T: Móng Bè-c c m t h bao g m c a bè, c c t C c có vai trị gi m lún ch u ph n l n t i c a cơng trình tru n xu ng Bè gi m lún l ch, ch u t i ngang c bi t ch u m t ph n t i cơng trình (có th lên h n 30% t ng t i) Ph ng pháp tính tốn h th ng móng n y ph i xét n m i quan h t ng h gi a t, bè c c Bài báo n y áp d ng nh ng nghiên c u a Poulos c ng nh nh ng lí thuy t nghiên c u g n ây nh m gi i quy t toán Bè-c c K t qu thành công c a vi c áp d ng k thu t tính tốn n y em l i hi u qu kinh t k ABSTRACT: Piled-raft foundation is a system of pile, raft and soil Pile reduces settlement and withstands most of vertical loads acting on a building Raft reduces differential settlement, takes horizontal loads and especially a part of vertical loads (maybe over 30% total load) The interaction among pile, raft, and soil is considered in the analysis of the system In this report, Poulos’ researches as well as recent researches are applied to solve the problem of piled-raft foundation The successful analysis gains considerable economical effectiveness I TV N - T NG QUAN Ph ng pháp tính móng Bè-C c hi n th i Vi t Nam n gi n v h c c ch u (xem nh c c ch u hồn tồn t i c a cơng trình) ho c h bè ch u(bè ch u hoàn toàn t i cơng trình) Ph ng pháp n y có u m c tính tốn áp d ng lý thuy t k t c u thông d ng, n gi n Nh ng ph ng pháp y không úng v i u ki n làm vi c th c t a cơng trình, khơng t n d ng h t kh n ng ch u l c c a k t c u c ng nh t n n K t qu s d ng v t li u nhi u h n so v i ph ng án móng khác Móng bè-c c ó c coi nh m t ph ng án “lãng phí”và u nh khơng n m k ho ch thi t k a k s thay i quan m ch a xác v móng bè-c c Các chuyên gia c t ã tìm cách a lí thuy t tính tốn h th ng móng n y Trong ó có Poulos & Davis (1980), Fleming et al(1992), Randolph(1994), Burland (1995), Katzenbach (1998) nh ng nghiên c u g n ây c a Poulos ( 1994 , 2001a, 2001b) Áp d ng ph ng trình Midlin a bán không gian àn h i vào toán Bè-c c nh ng th nghi m th c t phân tích ng c (back analysis) tốn n y, Poulos(1994) ã a m t mơ hình g n v i th c t Mơ hình n y c ch p nh n r ng rãi, c áp d ng xây d ng nhi u công trình ti p t c c phát tri n II C S KHOA H C VÀ PH NG PHÁP NGHIÊN C U t m n i b t c a móng bè-c c s nh ng t ng h gi a t k t c u móng (hình 1) theo b n nh h ng sau : Ø t ng tác gi a c c t Ø t ng tác gi a c c c c Ø t ng tác gi a t móng bè Ø t ng tác gi a c c móng bè Hình1 nh h ng t ng h tính móng bè-c c: Móng bè c mơ hình b ng ph n t d m ho c b ng ph n t m ho c c hai Móng bè liên k t v i lò xo t ng tr ng cho c c cho t t i m nút Các lò xo t ng tr ng cho c c t có n nh h ng t ng h gi a bè, c c (hình2) lò xo cọc lò xo đất Hình2 S Trong ó : δ1L – chuy n v c a c c L l c n v αKL – H s t ng tác gi a c c K L s α thay i theo h s poisson v Th c nghi m ch xác nh α 0.5 ng v i ν = 0.5 ng i giá tr ν b t k : αυ = α0.5xNυ (3) i Nυ h s hi u ch nh αυ Tra b ng bi u tính III TRÌNH T PHÂN TÍCH 1.1 Xác nh c ng lò xo c c 1.1.1 Chuy n v nh h ng gi a c c v i c Xác nh ρppK : chuy n v ng c a lò xo c th K s t ng tác c a c c t i c c (hình 3) i v i nhóm có n c c gi ng : ρ ppK = δ1 ∑ ( R pLα KL ) + δ1 R pK n 1.1.2 Chuy n v nh h ng áp l c b m t ic c Trên c s hi u ch nh nh ng l i gi i xác h n, Poulos(1994) ngh ch n z = 0.33l thân c c tính chuy n v nh h ng áp l c b m t t i c c Chia áp l c bên d i áy móng bè thành b n hình ch nh t có chung góc t i v trí c a c c, tính chuy n v gây t ng hình ch nh t m t r i c ng tác ng :(Hình 4) (1) L =1 L≠ K 0.33L Trong ó : δ1 – Chuy n v c a c l c n v RpL – L c tác d ng c c L RpK – L c tác d ng lên c c K αKL – H s t ng tác gi a c c K L i v i nhóm c c có c c kích th c khác : ρ ppK = ∑ (δ n L =1 L≠ K 1L R pLα KL ) + δ1 RpK (2) L c hình Hình4 T ng tác gi a c c bè 4 i =1 i =1 ρ psK = ∑ ρ psiK = ∑ qBi (1 − υ )  I1i −  11−−2υυ  I2i  (4) 2E   Trong ó: 1 2 IkKjL i k IkKnL Cọc thứ K Hình3 T 2   + mi + ni + mi ln  π   + mi2 + ni2 −     + m2 + n +   i i  + mi ln     + m2 + n −   i i    (5) i k n I1i = n Cọc thứ L ng tác gi a c c c c   ni mi  (6) arctg   n + m2 + n  π i i   i L z , Li, Bi – Chi u dài mi = i ni = Bi Bi chi u r ng c a t ng hình ch nh t I 2i = 1.1.3 c ng lò xo c c th K Chuy n v ng c a c c th K s ng tác c a c c t i c c c a áp l c b tt ic c c xác nh nh sau: ρ pK = ρ ppK + ρ psK (7) Trong ó : ρppK - chuy n v ng c a lò xo c c th K t ng tác c a c c t i c c ρpsK - Chuy n v ng c a lò xo c c th K t ng tác c a áp l c b m t t i c c R (8) K pK = pK ρ pK Trong ó : RpK - ph n l c c a lò xo c c th K 1.2 Xác nh c ng lò xo t 1.2.1 Chuy n v nh h ng gi a c c t Xác nh ρspK : i v i nhóm có n c c gi ng : ρ spK = δ1 ∑ ( RpK α KM ) n (9) K =1 Trong ó : δ1 – chuy n v c a c c l c n v RpK – L c tác d ng c c K αKM – h s t ng tác gi a c c K lò xo t M i v i nhóm c c có c c kích th c khác : ρ spK = ∑ (δ1K R pK α KM ) m t c hình n (10) K =1 Trong ó: δ1K – chuy n v c a c c K l c n v αKM – h s t ng tác gi a c c K m lò xo t M t 1.2.2 chuy n v nh h ng áp l c b tt i t Chuy n v c xác nh t i sâu z = t i m t t nh sau Chia áp l c bên d i áy móng bè thành b n hình ch nh t có chung góc t i v trí c a lị xo t, tính chuy n v gây t ng hình ch nh t m t r i c ng tác ng qB  − 2ν  δ ssK = ∑ δ ssK = ∑ i (1 − ν ) x( I 1i −   I 2i ) (11) i =1 2E  −ν  Trong ó : I 1i = 2   + mi + ni + mi ln 2  π   + m i + ni − 2     + m ln  + mi + ni +  i   + m + n −  i i    (12)  ni −1  mi  tg  (13) π  ni + mi2 + ni2  L z mi = i ni = ,Li, Bi – Chi u dài chi u Bi Bi ng c a t ng hình ch nh t I 2i = 1.2.3 c ng lò xo t ng t chuy n v ng c a lò xo M s t ng tác c a áp l c b m t t m t c a c c t i t b m t : ρ sM = ρ ssM + ρ spM Trong ó : ρssM- Chuy n v ng c a lò xo t th t ng tác c a áp l c b m t t i b m ρspM - Chuy n v ng c a lò xo t th t ng tác c a c c t i b m t t R ⇒ K sM = sM ρ sM Trong ó : RsM - ph n l c c a lò xo t th M i t th t (14) t M t M (15) u tiên gi thi t t l phân ph i t i tr ng cho c c cho bè tính c ph n l c c a c c c ng nh c a t n n Sau ó tính chuy n v ng ρpK, ρsM theo ph ng trình M t bi t c ph n l c c a c c ph n l c c a t n n bên d i móng bè tính c KpK, KsM Sau bi t c c ng ban u c a lò xo t lò xo c c v y g n lò xo t ng tác mơ hình móng bè c c nh (hình2) thêm vào t i c a cơng trình Gi i tốn s xác nh c, l c c t móng bè lún s b c a n n Gi i l p toán cho n lúc l c c c h i t n m t gi i n cho phép Nh n xét: T l chia t i cho bè c th nghi m ng mơ hình cho th y: v i L/D t 15 n 30 t l chia t i cho bè thay i t 21-32% t i 11-17% Lúc u, c c ch u ph n l n t ng t i 5300 27000 - sét pha cát trạng thái nửa cứng - sét pha cát trạng thái dẻo cứng - ca ùt trạng thái bời rơ øi - cá t trạ n g thá i chặ t vừ a - cát trạn g thái bời rời - cá t trạ n g thá i chặ t vừ a - sét trạn g thái nửa cứng Hình F a ch t c a chung c 25 T ng 11 29 57 61 77 81 109 113 12 30 58 62 78 82 110 114 6400 131 13 15 31 33 35 14 16 32 34 36 17 20 18 21 19 22 83 85 87 115 117 84 86 88 116 118 119 122 120 123 121 124 37 40 43 46 89 92 95 98 38 41 44 47 90 93 96 99 39 42 45 48 91 94 97 100 6100 49 24 26 50 51 53 69 71 73 101 103 105 125 127 52 54 70 72 74 102 104 106 126 128 132 133 134 135 136 137 138 139 6400 25 B 67 4500 29500 66 C 65 64 D 63 6100 68 E 23 Kh n ng ch u t i cho phép có th tính theo t hai cách sau ây P + P  Ru  PPRa = ς  Pu (17)  F   P P  (18) PPRa = ς  Pu + Ru  F2   F1 Trong ó : PPRu – kh n ng ch u t i t i h n c a h th ng bè c c ζ – h s nh h ng có giá tr t 0.8 n 0.9 PPu – kh n ng ch u t i t i h n c a nhóm c c PRu – kh n ng ch u t i t i h n c a móng bè F1 – h s an tồn chung cho c c l y 1.5 n F2 – h s an tịan chung cho móng bè l y ng F – h s an toàn chung, l y b ng 96400 nh ng sau toàn b c c ch u t i t i h n lúc n y t l chia t i cho bè gia t ng có th n 30% t ng t i (Olikyun Kwon at al) Móng bè-c c phát huy hi u qu th c s t t t C th , thành ph n bè tham gia ch u t i nhi u h n n u l p t ti p xúc bên d i có s c ch u t i l n 1.3 S c ch u t i móng Bè-C c Theo N.Miura (1997) kh n ng ch u t i gi i h n c a móng bè c c b ng 80% n 90% ng kh n ng ch u t i tr ng gi i h n c a móng bè c a c c c ng l i (16) PPRu = ς ( PPu + PRu ) 27 IV HI U QU KINH T C A MÓNG BÈ-C C Áp d ng ph ng pháp tính móng bè c hai cơng trình: Chung c 25 T ng Lê ng Phong – Phan V n Tr , Chung c cao c p GRANDVIEW t qu thu c so i ph ng án móng c c khoan nh i: Ø i cơng trình Chung c 25 T ng Lê ng Phong – Phan V n Tr A 55 59 75 79 76 80 111 107 129 140 10 56 28 6400 6400 60 4200 6400 3000 49800 112 108 6400 4200 130 6400 6400 10 MAË T BẰN G BỐ TRÍ MÓN G Hình t b ng b trí móng c c khoan nh i 24 c c D = 1,4m, L = 52m 112 c c D = 1m, L = 47m c c D = 1m, L = 3m ng s c c 140 c c 1000 3200 1000 6400 3200 3050 3050 6100 4500 31500 4500 3050 6100 F 1000 6400 E 3050 C D 3200 B 1000 3200 A 1000 3200 1000 3200 3200 6400 3200 4200 6400 3200 4200 3200 3000 6400 3200 3000 3200 4200 6400 3200 4200 3200 3200 6400 3200 1000 6400 1000 51800 10 Hình M t b ng b trí c c móng bè-c c T ng s 112 c D = 1m, L = 27m trí c c c a h Bè c c (Optimization concepts for the design of pile raft foundation systems) a J.E.Bezerra & R.P Cunha M.M Sales trí c c ch y u t i v trí có c t p trung nh : c t, vách c ng Cơng trình n y tính l p n l n m i h i t Cho k t qu t l chia t i nh sau : bè ch u 12,95 % t ng t i, c c ch u 87,05 % t ng t i Ø i cơng trình Chung c cao c p GRANDVIEW AC AC AC AC AC AC 55000 AC AC AC AC AC AC AC 400 8000 350 7000 Bùn sét lẫn hữu Sét lẫn bột cát màu xám 300 6000 4500 AC 9000 250 5000 200 Bùn sé t lẫ n hữ u mà u xá m 4000 150 3000 100 2000 Sét lẫn bột cát, màu xám nhạt 0 V (m3) Bê tông c khoang nh i V (m3) Bê tông Bè-c c Chung c 25 T ng Thép (T n) c khoang nh i Thép (T n) Bè-c c Chung c 25 T ng Hình so sánh th tích kh i l bê tơng thép chung c 25 t ng Cá t mịn lẫ n t, mà u nâu 50000 50 1000 ng gi a Cát mịn lẫn bột, màu xám trắng Sé t lẫn bột , mà u xá m Cát vừa lẫn bột sạn nhỏ Hình a ch t chung c Grandview Cơng trình n y tính l p n l n m i h i B trí c c theo ph ng pháp thông d ng (các c c có kho ng cách u nhau) T l chia i bè ch u 13%, c c ch u 87% t ng t i Nh v y t i cơng trình chung c 25 T ng Lê H ng Phong – Phan V n Tr ti t ki m 31.44% bêtông 23.46 % thép so v i ph ng án móng c c khoan nh i Móng Bè-c c cơng trình áp ng báo v quang m t i u b Hình 10 Mặt bố trí cọc khoan nhồi 74 cọc D = 1m ; L = 38m coïc D = 1.6m; L = 50m, Tổng số cọc 83 Hình 11 Mặt bố trí cọc móng bè-c c Tổng số cọc 37 D = 1.2m ; L = 50m 5000 300 4500 250 4000 3500 200 3000 2500 150 2000 100 1500 1000 50 500 0 V (m3) Bê tông c khoang nh i V (m3) Bê tông Bè-c c Chung c cao c p GRANDVIEW Thép (T n) c khoang nh i Thép (T n) Bè-c c Chung c cao c p GRANDVIEW Hình 12 so sánh th tích kh i l ng gi a bê tông thép chung c Grandview Nh v y t i công trình Chung c cao c p GRANDVIEW ti t ki m 18.05% bêtông 37.99 % thép so v i ph ng án móng c c khoan nh i V K T LU N S d ng ph ng pháp xét n m i quan t ng h gi a t, bè, c c áp d ng lí thuy t nghiên c u g n ây em l i hi u qu kinh t k Nguyên nhân gi m b t c s l ng c c, t n d ng t i a s c ch u t i c h n c a c c, chia t i không ch cho c c mà c cho bè Ngồi móng bè cịn giúp gi m lún l ch, ch u t i ngang H bè-c c cịn có kh n ng kháng ch n h n h n h th ng móng khác Nh v y móng bè c c n u s ng ph ng pháp tính tốn h p lí s m t th ng móng u vi t khơng ch tính kinh mà cịn có tính n nh cao ti c t i Vi t Nam v n ch a có tiêu chu n thi t k móng bè-c c Ng i thi t k n cịn s d ng quan ni m tính tốn n gi n cho móng bè-c c Trên th gi i ã có nhi u cơng trình th c t i d a lí thuy t tính tốn n y Thi t ngh ã n lúc nên th a k t qu nghiên c u c a chuyên gia i tr c thi t k m t tiêu chu n v móng bè-c c Và ã có c tiêu chu n thi t k s giúp gi m b t k chi phí xây d ng ph n móng c bi t móng cho nhà cao ng nh : chung c , cao c v n phòng, b nh vi n v.v TÀI LI U THAM KH O -Poulos H.G (1994), an approximate numerical analysis of pile raft interaction International journal of Numerical and Analytical Methods in Geomechanics, Vol.18, pp.73-92 - R Katzenbatch, U.Arslan & chr Moormann, Design and Safety concept for piled raft foundations, Proc 3rd Ind Geotech seminar on deep foundations on bored and Auger piled, 19-25 October 1998 - Kiyoshi yamashifa, Takeshi Yamad & Masaaki Kakurai, Simplified method for analyzing piled raft foundations proc 3rd Int geotech seminar on deep foundations on bored and Auger pileo, 19-25 October 1998 - Olikyun Kwon at al, load sharing ratio of raft in piled footing on granular soil by model test, proc 16th Int coef Soil Mech Found Eng - N Miura et al, Piled raft system in soft clay, Improvement of soft ground edit by Norihiko Mirura and Demmes T.Bevgad, 1999, pp 183-195 -Tr n Quang H Bài gi ng gi i pháp n móng h p lý Ch ng móng bè-c c