ĐÁNH GIÁ CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI GIỚI HẠN CỦA CỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP TỪ KẾT QUẢ NÉN TĨNH KHU VỰC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH HOÀNG MINH THANH ĐÁNH GIÁ CÁC PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI GIỚI HẠN CỦA CỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP TỪ KẾT QUẢ NÉN TĨNH. LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT XÂY DỰNG ĐÁNH GIÁ CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI GIỚI HẠN CỦA CỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP TỪ KẾT QUẢ NÉN TĨNH KHU VỰC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH HỒNG MINH THANH ĐÁNH GIÁ CÁC PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI GIỚI HẠN CỦA CỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP TỪ KẾT QUẢ NÉN TĨNH KHU VỰC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT XÂY DỰNG THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH HỒNG MINH THANH ĐÁNH GIÁ CÁC PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI GIỚI HẠN CỦA CỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP TỪ KẾT QUẢ NÉN TĨNH KHU VỰC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng Mã số: 8580201 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS.KS TÔ VĂN LẬN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - 2021 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Trong giai đoạn đại hóa cơng nghiệp hóa đất nước ta việc xây dựng dự án cao tầng, trụ sở làm việc, trường học, bệnh viện,… điều tất yếu Đặc biệt điều kiện đất yếu khu vực Thành phố Hồ Chí Minh (TP HCM), lựa chọn giải pháp móng hợp lý cơng việc khó khăn phức tạp Việc xử lý móng cho tối ưu đặt giải pháp móng cọc bê tơng cốt thép (BTCT) sử dụng rộng rãi cơng trình xây dựng Trước thi công cọc đại trà, cơng việc bắt buộc thực thí nghiệm trường nhằm kiểm tra, định thông số cần thiết sức chịu tải, chiều dài cọc, làm sở cho thiết kế chọn thông số, lựa chọn thiết bị công nghệ thi công phù hợp Có nhiều phương pháp để xác định sức chịu tải cọc như: thí nghiệm tải trọng động biến dạng lớn PDA, thí nghiệm xuyên đất, thí nghiệm nén tĩnh cọc, Trong thí nghiệm nén tĩnh cọc đánh giá xác sức chịu tải cọc sở để kiểm chứng giá trị sức chịu tải cọc phương pháp khác Đề tài luận văn: “Đánh giá phương pháp xác định sức chịu tải giới hạn cọc bê tông cốt thép từ kết nén tĩnh khu vực Thành phố Hồ Chí Minh” nhằm mục đích phân tích đánh giá sức chịu tải cọc theo nhiều phương pháp khác từ thí nghiệm nén tĩnh khu vực TP HCM Từ có đề xuất, kiến nghị ứng dụng vào công tác thiết kế xây dựng công trình hợp lý Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu, tổng hợp phương pháp xác định sức chịu tải giới hạn cọc theo phương pháp lý thuyết từ kết thí nghiệm trường sử dụng phổ biến Từ kết thí nghiệm nén tĩnh cọc trường số cơng trình khu vực TP HCM, xác định sức chịu tải giới hạn cọc phương pháp lý thuyết mô phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) Nhận xét, so sánh kiến nghị phương pháp xác định sức chịu tải giới hạn hợp lý móng cọc khu vực TP HCM Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Sức chịu tải giới hạn cọc BTCT từ kết nén tĩnh Phạm vi nghiên cứu: Cọc BTCT từ cơng trình thực tế khu vực TP HCM Phƣơng pháp nghiên cứu Luận văn sử dụng phương pháp sau đây: - Tổng hợp sở lý thuyết phương pháp xác định sức chịu tải giới hạn cọc trường theo tiêu chuẩn hành phương pháp khác - Thu thập tổng hợp kết thí nghiệm nén tĩnh cọc từ cơng trình thực tế sử dụng cọc BTCT khu vực TP HCM - Tính toán sức chịu tải cọc theo phương pháp lý thuyết khác từ kết thí nghiệm nén tĩnh - Sử dụng phương pháp PTHH: dùng phần mềm Plaxis để mơ tính tốn sức chịu tải giới hạn cọc - Phân tích, đánh giá so sánh kết quả, rút kết luận 3 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Hiện tiêu chuẩn đề phương pháp để xác định sức chịu tải giới hạn từ kết thí nghiệm nén tĩnh khơng có dẫn cụ thể nên có số phương pháp nên khơng thể áp dụng Vì yêu cầu cần phải phân tích chi tiết phương pháp liệu thực tế nhằm khắc phục hạn chế việc xử lý số liệu thí nghiệm Kết nghiên cứu luận văn sử dụng tham khảo nghiên cứu, ứng dụng tính tốn, xác định sức chịu tải cọc thiết kế xây dựng cho cơng trình dân dụng khu vực TP HCM Bố cục luận văn Phần mở đầu Chương 1: Tổng quan móng cọc Chương 2: Cơ sở lý thuyết phương pháp xác định sức chịu tải giới hạn cọc từ kết nén tĩnh Chương Ứng dụng tính tốn cho số cơng trình xây dựng khu vực TP Hồ Chí Minh Kết luận, kiến nghị Chƣơng 1.1 TỔNG QUAN VỀ MĨNG CỌC Đặc điểm móng cọc phân loại cọc 1.1.1 Đặc điểm móng cọc Móng cọc sử dụng đất đáy móng q yếu khơng thể tiếp thu tải trọng từ cơng trình bên Lúc cọc truyền tải trọng từ đáy đầu cọc xuống lớp đất mặt bên cọc mũi cọc 4 Trong xây dựng nay, móng cọc loại móng sử dụng rộng rãi có nhiều ưu điểm so với loại móng khác như: khả chịu tải lớn, giảm khối lượng công tác đất, tránh ảnh hưởng mực nước ngầm công tác thi cơng, giới hóa cao tiết kiệm vật liệu Móng cọc gồm phận cọc đài cọc Cọc phận có tác dụng truyền tải trọng cơng trình lên đất mũi cọc lớp đất xung quanh Đài cọc có tác dụng tạo liên kết đầu cọc móng phân bố tải trọng cơng trình lên cọc Hiện nay, móng cọc sử dụng rộng rãi cho cơng trình nhà cao tầng, cầu, bến cảng, cơng trình có đất yếu địa chất phức tạp 1.1.2 Phân loại cọc 1.1.2.1 Theo vật liệu làm cọc 1.1.2.2 Theo đặc điểm làm việc cọc 1.1.2.3 Theo hình dạng tiết diện cọc 1.1.2.4 Theo phương pháp thi cơng cọc 1.2 Cơ chế hình thành sức chịu tải dọc trục 1.3 Các phƣơng pháp xác định sức chịu tải cực hạn cọc 1.3.1 Các phƣơng pháp lý thuyết 1.3.1.1 Theo tiêu lý đất Rc,u = c(cqqbAb+ u∑cffili) 1.3.1.2 Theo tiêu cường độ đất Rc,u = Qb+Qf = qbAb+ u∑fili 1.3.1.3 (1.1) (1.2) Theo kết thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn Rc,u = qbAb+ u∑(fc,ilc,i+ fs,ils,i) (1.3) 1.3.2 Sức chịu tải giới hạn từ kết nén tĩnh cọc 1.3.2.1 Sức chịu tải theo chuyển vị giới hạn 1.3.2.2 Sức chịu tải giới hạn theo phương pháp đồ thị 1.3.3 Xác định sức chịu tải cho phép từ sức chịu tải giới hạn 1.3.4 Các phƣơng pháp xác định sức chịu tải giới hạn khác 1.3.4.1 Phương pháp Fuller Hoy 1.3.4.2 Phương pháp Butler Hoy 1.3.4.3 Phương pháp Decourt 1.4 Kết luận chƣơng Móng cọc giải pháp để xử lý đất yếu mang lại hiệu kinh tế kỹ thuật áp dụng rộng rãi cơng trình có tải trọng lớn nhà cao tầng, cầu, bến cảng, cơng trình xây dựng đất yếu Cọc BTCT có ưu điểm khả chịu lực cao, xác định sức chịu tải sau ép đóng lại khó thi cơng nơi có mặt chật hẹp, đường thi công phải đáp ứng số yêu cầu kỹ thuật, giá thành thi công cao Xác định sức chịu tải cọc BTCT có nhiều phương pháp với cơng thức tính tốn khác theo tiêu chuẩn khác nhau, nói chung sức chịu tải cọc bao gồm hai thành phần ma sát hông sức kháng mũi Chƣơng CƠ SỞ LÝ THUYẾT CÁC PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI GIỚI HẠN CỦA CỌC TỪ KẾT QUÀ NÉN TĨNH 2.1 Quy trình thí nghiệm 2.2 Sức chịu tải giới hạn cọc từ kết thí nghiệm nén tĩnh theo TCVN 10304:2014 S = ξSgh+ β(PL/EA) 2.3 Sử dụng phần mềm Plaxis 3D 2.4 Các phƣơng pháp khác 2.4.1 Phƣơng pháp De Beer 2.4.2 Phƣơng pháp Offset Limit 2.4.3 Phƣơng pháp 80% J Brinch Hansen 2.4.4 Phƣơng pháp 90% J Brinch Hansen 2.4.5 Phƣơng pháp Mazurkiewicz 2.4.6 Phƣơng pháp Chin - Kondner 2.5 Kết luận chƣơng (2.1) Phương pháp De Beer, phương pháp Chin, phương pháp 80% Brinch Hansen phương pháp thích hợp xác định sức chịu tải từ kết thí nghiệm theo quy trình gia tải tốc độ chậm; Phương pháp Davission phương pháp thích hợp xác định sức chịu tải từ kết thí nghiệm theo quy trình gia tải tốc độ nhanh; Phương pháp 90% Brinch Hansen phương pháp thích hợp xác định sức chịu tải từ kết thí nghiệm theo quy trình gia tải tốc độ với tốc độ chuyển vị không đổi CRP Các phương pháp Chin - Kondner, 80% Brinch Hansen phương pháp thích hợp cho quy trình gia tải tốc độ chậm tốc độ nhanh 7 Chƣơng ỨNG DỤNG TÍNH TỐN CHO MỘT SỐ CƠNG TRÌNH XÂY DỰNG TẠI KHU VỰC TP HỒ CHÍ MINH Khái qt địa chất tình hình sử dụng móng cọc khu 3.1 vực TP HCM Cơng trình Tịa nhà văn phịng CaDiVi, Quận 1, TP 3.2 HCM 3.2.1 Quy mơ cơng trình Cơng trình thiết kế với giải pháp móng cọc khoan nhồi D1000, chiều dài cọc thử 60,3 m sức chịu tải cọc theo thiết kế 816 (T), tải trọng thí nghiệm lớn 1796 (T) 3.2.2 Đặc điểm địa chất cơng trình 3.2.3 Kết thí nghiệm nén tình trƣờng Sau thi cơng ép cọc, tíến hành thí nghiệm nén tĩnh cọc để kiểm tra sức chịu tải cọc vị trí cọc thử tĩnh P15 Hình 3.2 Biểu đồ quan hệ tải trọng - chuyển vị cọc thử tĩnh P15 8 3.2.4 Xác định sức chịu tải giới hạn theo phƣơng pháp lý thuyết 3.2.4.1 Theo tiêu lý đất Bảng 3.3 Bảng kết tính tốn sức chịu tải giới hạn theo tiêu lý đất Cọc D L A u qb ΣRs Rb Rc,u mm m m2 m kPa T T T 4500 694 254 949 P15 1000 60,3 0,785 3,14 Với chiều sâu mũi cọc 60,3 m sức chịu tải cực hạn theo tiêu lý đất dự kiến 949 (T) 3.2.4.2 Theo TCVN 10304:2014 Các kết tính tốn độ lún S tóm tắt thể Bảng 3.4 Bảng 3.4 Bảng tổng hợp kết tính tốn độ lún S cọc P15 Cọc P15 D Q L A E m T m m2 Mpa 1796 60,3 0,785 27000 β 0,5 Se S mm mm 25,548 45,548 Căn vào kết nén tĩnh cọc P15 Do độ lún lớn cọc thí nghiệm 29,64 mm Lấy giao điểm độ lún 29,64 mm, ta xác định sức chịu tải giới hạn cọc P15 Qu=1796 (T) 9 Hình 3.4 Biểu đồ xác định Qu theo TCVN 10304:2014 cọc PT15 3.2.4.3 Theo phương pháp De Beer Áp dụng phương pháp De Beer cho cọc P15 ta có giá trị sức chịu tải giới hạn 1020 (T) ứng với độ lún 12,37 mm Hình 3.5 Biểu đồ xác định Qu theo phương pháp De Beer cọc PT15 3.2.4.4 Theo phương pháp Offset Limit Áp dụng phương pháp Offset Limit cho cọc P15 ta có giá trị sức chịu tải giới hạn 1250 (T) 10 Hình 3.6 Biểu đồ xác định Qu theo phương pháp Offset Limit cọc PT15 3.2.4.5 Theo phương pháp 80% J.Brinch Hansen Áp dụng phương pháp 80% J.BrinchHanse cho cọc P15 ta có giá trị sức chịu tải giới hạn 2886 (T) Hình 3.7 Biểu đồ xác định Qu theo phương pháp 80% J.Brinch Hanse 11 3.2.4.6 Theo phương pháp 90% J.Brinch Hansen Áp dụng phương pháp 90% J.Brinch Hansen cho cọc P15 ta có giá trị sức chịu tải giới hạn 1150 (T) ứng với độ lún 14,9 mm Hình 3.8 Biểu đồ xác định Qu theo phương pháp 90% J.Brinch Hansen 3.2.4.7 Theo phương pháp Mazurkiewicz Áp dụng phương pháp Mazurkiewicz cho cọc P15 ta có giá trị sức chịu tải giới hạn 1900 (T) Hình 3.9 Biểu đồ xác định Qu theo phương pháp Mazurkiewicz 12 3.2.4.8 Theo phương pháp Chin - Kondner Áp dụng phương pháp Chin - Kondner cho cọc P15 ta có giá trị sức chịu tải giới hạn 2500 (T) Hình 3.10 Biểu đồ xác định Qu theo phương pháp Chin - Kondner 3.2.4.9 Theo công thức Viện kiến trúc Nhật Bản Bảng 3.5 Bảng kết tính tốn sức chịu tải giới hạn theo VKTNB Cọc D L Ab u qb ΣRs Rb Rc,u mm m m2 m 1000 60,3 0,7854 3,14 kN/m2 T T T 96 2557 P15 1222.5 2461 Với chiều sâu mũi cọc 60,3m theo công thức Viện kiến trúc Nhật Bản dự kiến 2557 (T) 3.2.5 Xác định sức chịu tải giới hạn Plaxis 3D Mơ tốn phần mềm Plaxis 3D Foundation với mơ hình Mohr-Coulomb, với tải trọng dự kiến tác dụng lên đầu cọc 1425 (T) tính tốn cụ thể tiến hành giải tốn Sau mơ hình khai báo tính chất vật liệu hồn tất, 13 trước tính tốn ba giai đoạn thiết lập, là: điều kiện ban đầu, q trình thi cơng cọc gia tải cọc Kết tính tốn thể chương trình Output, chuyển vị ứng suất mơ hình 3D mặt làm việc cấu trúc phần tử hiển thị đầy đủ Hình 3.11 Sau tính tốn phân tích phần mềm Plaxis 3D Foundation với tải trọng tác dụng lên đầu cọc 1425 (T), ta thu chuyển vị 44,71 (mm) gần với chuyển vị giới hạn xác định theo TCVN 10304 mục 3.2.4.2 45,54 (mm) Sức chịu tải giới hạn cọc ứng với chuyển vị giới hạn mô phần mềm Plaxis 3D Foundation 1425 (T) 3.2.6 Tổng hợp kết tính tốn theo phương pháp Từ kết tính tốn mục trên, ta có bảng tổng hợp kết sau: Bảng 3.7 Bảng tổng hợp kết tính toán cọc P15 Sai số so với kết nén tĩnh(%) STT Phương pháp xác định Sức chịu tải giới hạn cọc (T) Theo tiêu lý đất 949 53% Theo TCVN 10304 : 2014 1796 100% Phương pháp De Beer 1020 57% Phương pháp Offset Limit 1250 70% Pp 80% J.Brinch Hansen 2886 161% Pp 90% J.Brinch Hansen 1150 64% 14 Phương pháp Mazurkiewic's 1900 106% Phương pháp Chin- Kondner 2500 139% Plaxis 3D 1425 79% 10 Theo Viện kiến trúc Nhật Bản 2557 142% 11 Theo kết thí nghiệm nén tĩnh 1796 100% Hình 3.15 Biểu đồ so sánh SCT giới hạn cọc theo phương pháp Nhận xét: Từ kết thí nghiệm nén tĩnh, ta xác định sức chịu tải giới hạn cọc qua nhiều phương pháp khác nhau, xác định sức chịu tải giới hạn phương pháp 80% J.Brinch Hansen cho kết lớn tính theo tiêu lý đất tiêu chuẩn TCVN 15 10304:2014 cho kết nhỏ so với kết từ mô Plaxis 3D Giá trị sức chịu tải giới hạn cọc mô phần mềm Plaxis 3D để cọc đạt đến giá trị chuyển vị giới hạn nhỏ tải trọng thí nghiệm lớn 1,2 lần lớn 1,5 lần so với giá trị sức chịu tải theo tiêu lý đất TCVN 10304:2014 3.3 Công trình Khu dân cƣ S19-3, Quận 7, TP HCM 3.3.1 Quy mơ cơng trình 3.3.2 Địa chất cơng trình 3.3.3 Kết nén tĩnh cọc trƣờng 3.4 Công trình Trƣờng Tiểu Học Bờ Tây, Huyện Nhà Bè, TP HCM 3.4.1 Quy mơ cơng trình 3.4.2 Địa chất cơng trình 3.4.3 Kết thí nghiệm nén tĩnh cọc trƣờng 3.5 Tổng hợp, nhận xét kết 3.5.1 Tổng hợp kết tính tốn Ta có kết tính tốn sức chịu tải giới hạn cọc cơng trình Khu dân cư S19-3 theo phương pháp thể Bảng 3.14 Bảng 3.14 Bảng tổng hợp kết tính tốn cọc PT D600-1, D600-2 STT Phương pháp xác định Cọc PT D600-1 SCT Chênh giới lệch so hạn với Cọc PT D600-2 SCT Chênh giới lệch so hạn với 16 Theo tiêu lý đất cọc (T) 635 Theo TCVN 10304 : 2014 480 100% 480 100% Phương pháp De Beer 300 63% 420 88% Phương pháp Offset Limit 290 60% 250 52% Pp 80% J.Brinch Hansen 216 45% 372 78% Pp 90% J.Brinch Hansen 280 58% 240 50% Phương pháp Mazurkiewic's 480 100% 510 106% Phương pháp Chin- Kondner 714 149% 666 139% Plaxis 3D 430 90% 430 90% 10 Theo Viện kiến trúc Nhật Bản Theo kết thí nghiệm nén tĩnh 263 55% 263 55% 480 100% 480 100% 11 KQNT (%) 132% cọc (T) 635 KQNT (%) 132% Kết tính tốn sức chịu tải giới hạn cọc cơng trình Trường tiểu học Bờ Tây theo phương pháp thể Bảng 3.15 Bảng 3.15 Bảng tổng hợp kết tính toán cọc PT1, cọc PT2 Cọc PT1 Cọc PT2 SCT SCT Chênh Chênh giới giới lệch so lệch so STT Phương pháp xác định hạn hạn với với của KQNT KQNT cọc cọc (%) (%) (T) (T) Theo tiêu lý đất 278 139% 278 139% Theo TCVN 10304 : 2014 200 100% 200 100% 17 Phương pháp De Beer 140 70% 170 85% Phương pháp Offset Limit 132 66% 135 68% Pp 80% J.Brinch Hansen 204 102% 209 105% Pp 90% J.Brinch Hansen 137 69% 90 45% Phương pháp Mazurkiewic's 230 115% 250 125% Phương pháp Chin- Kondner 277 139% 322 161% Plaxis 3D 215 108% 215 108% 10 Theo Viện Kiến trúc Nhật Bản Theo kết thí nghiệm nén tĩnh 166 83% 166 83% 200 100% 200 100% 11 Dựa vào kết tính toán Bảng 3.14, Bảng 3.15 ta thiết lập biểu đồ so sánh sức chịu tải giới hạn cọc theo phương pháp khác cơng trình thể Hình 3.28 Hình 3.29 Hình 3.28 Biểu đồ so sánh SCT giới hạn cọc theo phương pháp khác (Khu dân cư S19-3) 18 Hình 3.29 Biểu đồ SCT giới hạn cọc theo phương pháp khác (Trường tiểu học Bờ Tây) 3.5.2 Nhận xét Cơng trình Khu dân cư S19-3: Sức chịu tải giới hạn cọc PT D600-2 xác định theo phương pháp 90% J.Brinch Hansen cho kết nhỏ tính phương pháp Chin-Kondner cho kết lớn Cơng trình Trường tiểu học Bờ Tây: Sức chịu tải giới hạn cọc PT2 xác định theo phương pháp 90% J.Brinch Hansen cho kết nhỏ tính theo phương pháp Chin-Kondner cho kết lớn 3.6 Kết luận chƣơng Từ kết tính tốn sức chịu tải giới hạn theo nhiều phương pháp khác nhau, ta có số nhận xét so sánh sau: Sức chịu tải giới hạn xác định từ thí nghiệm nén tĩnh cọc chưa đạt đến trạng thái phá hoại thu giá trị khác