Mục tiêu nghiên cứu của đề tài Nghiên cứu ảnh hưởng của các tải trọng tĩnh và động tới sức chịu tải của cọc khu vực thành phố Hồ Chí Minh nhằm nghiên cứu mô phỏng thí nghiệm nén tĩnh tìm ra mô hình đất phù hợp và lựa chọn thông số hợp lý. Xem xét áp dụng mô hình đất phù hợp để nghiên cứu lộ trình ứng suất với các tính chất và điều kiện khác nhau của nền đất...
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI VIỆT NAM VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI MIỀN NAM NGUYỄN MẠ NGUYỄN MẠNH TƯỜNG NHTƯỜNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC TẢI TRỌNG TĨNH VÀ ĐỘNG TỚI SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC KHU VỰC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG MÃ SỐ: 9.58.02.11 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – NĂM 2021 Cơng trình hồn thành tại: VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI MIỀN NAM Người hướng dẫn khoa học: PGS TS CHÂU NGỌC ẨN PGS TS CHÂU NGỌC ẨN Phản biện 1: PGS TS Trần Tuấn Anh Phản biện 2: PGS TS Hoàng Việt Hùng Phản biện 3: PGS TS Võ Ngọc Hà Luận án bảo vệ trước Hội đồng đánh giá Luận án Tiến sĩ cấp Viện, họp tại: Viện Khoa học Thủy lợi Miền Nam, số 658 Đại lộ Võ Văn Kiệt, Phường 1, Quận 5, TP Hồ Chí Minh vào hồi … giờ…… ngày… tháng … năm 2021 Có thể tìm hiểu Luận án tại: - Thư viện Quốc gia Việt Nam - Thư viện Viện Khoa học Thủy lợi Miền Nam - Thư viện Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Thành phố Hồ Chí Minh (TP HCM) tập trung nhiều cơng trình xây dựng dân dụng công nghiệp Tuy nhiên, khu vực nằm vùng đất yếu có sức chịu tải kém, đặc biệt với tải trọng động Tại khu công nghiệp đặt móng máy chịu tải trọng động có tần số, biên độ, cường độ khác Những tải trọng từ cơng trình truyền xuống cọc, từ đất xung quanh ảnh hưởng tới cọc gây cho thân cọc, vùng biến dạng cực hạn xung quanh cọc ảnh hưởng khác Nghiên cứu tính tốn sức chịu tải trọng động móng cọc gánh đỡ cho cơng trình tìm suy giảm sức chịu tải sau cơng trình chịu tải trọng động cần thiết Việc tính tốn ảnh hưởng tải trọng động tới sức chịu tải cọc có nhiều phương pháp cho kết phân tán Phương pháp thử tĩnh tin cậy tốn thời gian khơng có kết ảnh hưởng tải trọng động tới sức chịu tải cọc Để kể thêm đến ảnh hưởng tải trọng động tới sức chịu tải cọc nhân thêm hệ số vào kết sức chịu tải tĩnh cọc Việc xây dựng mơ hình thí nghiệm để xác định thơng số tính tốn cọc cơng trình đất thực tế chứng minh có khả mô tốt hoạt động cọc đất Thơng qua việc phân tích so sánh kết thí nghiệm nén tĩnh cọc mơ với thơng số động khác tìm thơng số đất để mô trạng thái ứng suất - biến dạng cọc ứng xử đất xung quanh cọc có biến dạng dẻo Mục đích đề tài Nghiên cứu mơ thí nghiệm nén tĩnh tìm mơ hình đất phù hợp lựa chọn thông số hợp lý Xem xét áp dụng mơ hình đất phù hợp để nghiên cứu lộ trình ứng suất với tính chất điều kiện khác đất Lựa chọn thông số mơ hình đất để mơ trạng thái ứng suất – biến dạng cọc ứng xử đất vùng có biến dạng dẻo xung quanh cọc Nghiên cứu điều kiện địa chất cơng trình, địa chất thủy văn phân tích đánh giá khả ảnh hưởng tới sức chịu tải có tải ta Độ lún cọc ứng với tần số khác nhau; Quan hệ Độ lún - Tỉ lệ lực ma sát đơn vị sức kháng mũi theo độ sâu cọc khác cho thấy với tần số cụ thể tỉ lệ L/D ảnh hưởng rõ rệt đến sức chịu tải 4) Tần số từ 15Hz đến 20Hz, biến dạng gần đài cọc có biến đổi trị số lớn Từ tần số 22Hz 28Hz, biến dạng có trị số tuyệt đối cao diễn tả 19 ứng xử chịu tần số dao động Dịch chuyển qua vị trí cân đài cọc tăng lên nhanh chóng dẫn đến phá hoại ma sát bên 5) Với cọc L50 nhám, biểu đồ S - biến dạng đầu cọc lớn, biến dạng nén tăng mạnh Trị số tăng lên gấp lần so với mũi cọc chuyển qua chịu kéo đoạn đầu cọc Cọc L50 trơn, Độ lún - Sức kháng mũi đơn vị bắt đầu suy giảm đổi dấu sức kháng tần số 28Hz độ lún không tăng So với cọc nhám, độ lún 6mm có tượng chuyển đổi dấu Tương quan độ lún ma sát bên loại Trơn - Nhám tương đương 6) Phân tích phổ tần số cọc trơn gia tốc đỉnh tăng nhanh so với cọc nhám Cường độ biến đổi phân tích miền thời gian cọc L60 trơn biến đổi mãnh liệt, tương ứng với gia tốc tăng gấp lần so với cọc L60 nhám Chương PHÂN TÍCH KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM MƠ HÌNH NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG CHO THỰC TẾ 5.1 Mối quan hệ biến dạng sức kháng cọc tần số Hình 1: Biểu đồ Tần số - Biến dạng - Sức kháng mũi Q_p 5.2 So sánh kết thí nghiệm cọc L/D khác 5.3 So sánh kết thí nghiệm cọc có độ nhám khác 20 5.4 So sánh mối quan hệ Độ lún - Tần số cọc trơn Hình 5.12: Đồ thị tương quan Độ lún - Tần số (cọc trơn) Bảng 1: Phương trình tương quan Độ lún – Tần số cọc trơn Phương trình tương quan STT L/D 20 S = 16.592ln(f) - 36.313 25 S = 18.69ln(f) - 41.02 30 S = 0.0568f2 - 1.558f + 10.405 5.5 So sánh mối quan hệ Độ lún - Tần số cọc nhám Hình 13: Đồ thị tương quan Độ lún - Tần số (cọc nhám) 21 Bảng 2: Phương trình tương quan Độ lún – Tần số cọc nhám STT L/D 20 25 30 Phương trình tương quan S = 16.176ln(f) - 44.182 S = 4.7084ln(f) - 10.802 S = 4.4045ln(f) - 8.6904 5.6 Nghiên cứu Lực - Biến dạng thân cọc chịu tần số phá hoại Hình 14: Kết Lực – Biến dạng đầu cọc tần số phá hoại 5.7 Phân tích lộ trình ứng suất đất chịu tải trọng động 5.8 Tính tốn áp dụng kết nghiên cứu cho cọc thực tế 5.8.1 Các thông số tính tốn tỉ lệ cho cọc thực tế 5.8.2 Thiết lập tỉ lệ thực cho tương quan Độ lún - Tần số cọc trơn Bảng 4: Phương trình Độ lún – Tần số cọc trơn thực tế STT L/D 20 25 30 Phương trình tương quan S = 0.66lnf – 2.51 S = 0.75lnf – 2.5 S = 0.0009f2 – 0.012f + 0.416 5.8.3 Thiết lập tỉ lệ thực cho tương quan Độ lún - Tần số cọc nhám Bảng 5: Phương trình Độ lún – Tần số cọc nhám thực tế STT L/D Phương trình tương quan 22 20 S = 0.65lnf – 2.81 25 S = 0.19lnf – 0.73 30 S = 0.17lnf – 0.62 5.8.4 Kết lực biến dạng dọc thân cọc phá hoại 5.8.5 Phương trình tương quan tần số phá hoại cọc thực tế Bảng 3: Phương trình tương quan tần số phá hoại thực tế Vị trí STT Phương trình tương quan Lực – Biến dạng SG0 S = 223.5P2 – 84181.25P + 12475 SG1 S = 4.625P2 – 459.44P + 71.857 SG2 S = 301.94P2 – 125443.75P + 20602 Sức kháng ma sát – Lực FS0 F = 0.125P2 – 38.187P + 5.6599 FS1 F = -0.125P2 + 57.062P - 9.3687 Q_p F = 2.937P2 – 1221.18P + 200.56 Lực - Tỉ lệ Sức kháng bên/ Sức kháng mũi 5.9 Đầu cọc FS0/Q_p = -0.125P2 + 63.56P - 11.608 Mũi cọc FS1/Q_p = 0.25P2 – 91.875P + 15.264 Kết luận Kết nghiên cứu cho thấy vị trí khác ứng suất - biến dạng theo suốt dọc thân cọc thay đổi rõ rệt với loại cọc có L/D khác Đồ thị dựa liệu cọc L40, L50, L60, kết chọn lấy thời điểm độ lún 6mm thời điểm cọc bị phá hoại để so sánh phân tích tìm tương quan 1) Nghiên cứu mối quan hệ Độ lún cọc ứng với tần số khác nhau; Trị số Độ lún - biến dạng; Quan hệ Độ lún - sức kháng mũi đơn vị - ma sát bên đơn vị; Quan hệ Độ lún - Tỉ lệ lực ma sát đơn vị sức kháng mũi theo 23 độ sâu cọc khác cho thấy với tần số cụ thể tỉ lệ L/D ảnh hưởng rõ rệt đến sức chịu tải 2) Cọc L40, bắt đầu tần số 26Hz trị số Q_p bị suy giảm mạnh Tại tần số 28Hz đáp ứng mũi cọc với tần số làm cho sức kháng mũi tăng đột ngột Lực nén trùng với sóng ứng suất gây sức kháng tăng mạnh theo chế phá hoại mũi cọc Cọc L50 có Q_p ổn định sức chịu tải độ lún S = 5mm 3) Với tần số bắt đầu 15Hz đến 20Hz, biến dạng straingages phần thân cọc mũi cọc có dao động nhỏ, biến dạng gần đài cọc có biến đổi trị số lớn Từ tần số 22Hz 28Hz, biến dạng có trị số tuyệt đối cao diễn tả ứng xử chịu tần số dao động Dịch chuyển qua vị trí cân đài cọc tăng lên nhanh chóng dẫn đến phá hoại ma sát bên 4) Trên suốt chiều dài cọc, phân tích tìm mối quan hệ Lực - ma sát đơn vị - sức kháng mũi quan hệ lực – tỉ lệ FS0/sức kháng mũi, quan hệ lực – tỉ lệ FS1/sức kháng mũi với phương trình tương quan thiết lập chương luận án 5) Cọc có L/D từ 20 trở lên, với cọc nguyên mẫu D400mm, tỉ lệ 1/25, tần số có hệ số tỉ lệ (1/25)-1/2 (tỉ lệ = 5) Với dải tần số từ 22Hz đến 28Hz, trung bình 25Hz, cọc có L/D > 20 nội lực đạt giá trị nguy hiểm, độ lún tăng nhanh, sức chịu tải đất cọc giảm mạnh Có thể suy đốn thực tế tần số khoảng 5Hz làm cọc L/D = 20 chìm vào đất, mối nối cọc bê tơng cốt thép bị hư hỏng KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận 1) Mơ hình đàn hồi – dẻo CamClay cải tiến diễn tả ứng xử - cọc đạt đến tải phá hủy với thông số M, , Trong phạm vi toán khảo sát với = 2,4 (CK1); = 3,4 (CK2) / Nhằm mục đích 24 tham khảo phân tích tính tốn toán tương tự, NCS đề xuất tương quan: M = 0,407- 0,219 2) Từ thí nghiệm tải động mơ hình thu nhỏ, NCS thu số kết đáng lưu ý: a) Tần số tải trọng tuần hoàn ảnh hưởng định đến sức chịu tải theo đất cọc b) Độ mảnh L/D cọc ảnh hưởng lớn lên sức chịu tải động cọc Với dải tần số từ 22Hz đến 28Hz, trung bình 25Hz, cọc có L/D > 20 nội lực đạt giá trị nguy hiểm, độ lún tăng nhanh, sức chịu tải đất cọc giảm mạnh Có thể suy đốn thực tế tần số khoảng 5Hz làm cọc L/D = 20 chìm vào đất, mối nối cọc bê tơng cốt thép bị hư hỏng c) NCS đề xuất tương quan độ lún cọc tần số tải trọng động tuần hoàn tác động lên cọc: Mặt bên cọc trơn láng: - (L/D = 20) S = 0,66lnf - 2,51 - (L/D = 25) S = 0,75lnf - 2,5 - (L/D = 30) S = 0,0009f2 - 0,012f + 0,416 Mặt bên cọc nhám: - (L/D = 20) S = 0,65lnf -2,81 - (L/D = 25) S = 0,19lnf – 0,73 - (L/D = 30) S = 0,17lnf – 0,62 Kiến nghị 1) Thí nghiệm tiến hành xét điều kiện đầu cọc tự chưa có diện đài cọc, nên chưa xét điều kiện ngàm có làm giảm giảm tải cọc hay khơng 2) Những tương quan đề xuất với số thí nghiệm hạn hẹp nên chưa đạt độ xác cao, sử dụng cần kiểm chứng định