Nghiên cứu khả năng chịu tải cọc khoan nhồi đặt trong tầng đá phong hóa nứt nẻ

BỘGIÁODỤCVÀĐÀOTẠO TRƢỜNGĐẠIHỌCGIAOTHƠNGVẬNTẢI LÊĐỨCTIẾN NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CHỊU TẢICỌCKHOANNHỒIĐẶTTRONGTẦNGĐÁ PHONGHĨANỨTNẺ LUẬNÁNTIẾNSĨKỸTHUẬT HàNội-12/2019 LÊĐỨCTIẾN NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CHỊU TẢICỌCKHOANNHỒIĐẶTTRONGTẦNGĐÁ PHONGHÓANỨTNẺ Ngành : Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơngChunngành:Xâydựng cầu hầm Mãsố :62.58.02.05 LUẬNÁNTIẾNSĨKỸTHUẬT NGƢỜIHƢỚNGDẪNKHOAHỌC PGS.TSNguyễnNgọcLongP GS.TS.BùiTiếnThành HàNội-12/2019 LỜICAMĐOAN Tôi xin cam đoan luận án công trình nghiên cứu cá nhân tơi Cáckếtquảnêutrongluậnvănlàtrungthựcvàchưađượccơngbốtrongcáccơngtrìnhkhác Hà Nội,ngày17tháng12 năm2019 Tácgiả LêĐứcTiến LỜICẢMƠN Luận án thực hướng dẫn trực tiếp PGS.TS NguyễnNgọc Long PGS.TS Bùi Tiến Thành Tôi xin chân thành cảm ơn thầyhướngdẫnđãc h ỉ dẫntậntìnhvà đ ã đ ó n g gó pc ác ý kiếnquýbáuđể g i ú p t ô i thựchiệnluậnánnày Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban Giám Hiệu Trường Đại học Giao thông Vậntải, lãnh đạo khoa Cơng trình, Phịng Đào tạo Sau đại học, mơn Cầu Hầm đãtạođiềukiệnthuận lợicho tơitrongqtrìnhhọctậpnghiêncứu Cuối tơi bày tỏ cảm ơn đồng nghiệp, gia đình người thân giúpđỡtơitrongqtrìnhhọctập,nghiêncứu Hà Nội,ngày17 tháng12 năm2019 Tácgiả LêĐứcTiến MỤCLỤC LỜICAMĐOAN I LỜICẢM ƠN II MỤC LỤC III MỞĐẦU CHƢƠNG1.TỔNGQUANVỀSỨCCHỊUTẢICỌCKHOANNHỒITRONGTẦNGĐÁ PHONGHÓANỨTNẺ 1.1 Giớithiệuchungvềcọckhoannhồi 1.1.1 Giớithiệu chung 1.1.2 Thicôngcọc khoan nhồi .7 1.2 TổngkếtđịachấtcủakhuvựcmiềnTrungđặctrƣngcủalớpđáphonghóanứtnẻ 1.3 ĐịnhnghĩavàđặcđiểmcủalớpđấttrunggianIGM .13 1.4 Tổngq u a n mộtsốphƣơng p h p tínhtốn sứcchịu tảicủacọck h o a n nhồi trongnềnđáphonghóanứtnẻtạiViệtnam .15 1.4.1 Tínhsứckhángtheonềnvàbiếndạngcủacọckhoannhồitrong tầngphong hóanứtnẻ theotiêuchuẩn cầu đườngbộTCVN11823-10:2017[5] 15 1.4.2 Dựtínhđộ lúncủacọckhoantrongtầngphong hóanứtnẻdướitácdụng củatảitrọngdọctrục 19 1.4.3 Tínhtốnsứckhángcọckhoan nhồiđặttrongtầngphonghóanứtnẻdựatheocác nghiêncứunước ngồi 22 1.5 Kếtluậnchƣơng1 34 CHƢƠNG2 C Ơ S Ở L Ý T H U Y Ế T V À T H Ự C N G H I Ệ M Đ Á N H G I Á SỨCCHỊUTẢICỌCKHOANNHỒITRONGTẦNGĐÁPHONGHỐNỨT NẺ.35 2.1 Tổngquanvềcácphƣơngphápxácđịnhsứcchịutảicủacọckhoannhồicógắncác thiết bịđodọc theothâncọctạiViệtnam 35 2.2 Tổngquanvềcácphƣơngphápxácđịnhsứcchịutảicủacọckhoannhồicógắnc ácthiếtbị đo dọctheothâncọctrênthế giới 38 2.2.1 Thínghiệmthửtảicọc cho cọc khoan nhồitạiẤnĐộ .40 2.2.2 Thínghiệmthửtảicọc cho cọc khoannhồitạiNashville (Mỹ) 41 2.2.3 Thínghiệmthửtảicọc chocọckhoan nhồitạiKazakhstan 50 2.2.4 Thínghiệmthửtảicọckhoan nhồitạiMaylaysia 53 2.2.5 Thínghiệmthửtảicọc khoan tạiĐài Loan 55 2.3 Nghiêncứubốtríthínghiệmhiệntrƣờngsứcchịutảicủacọc 58 2.4 Kếtluậnchƣơng2 62 CHƢƠNG3.NGHIÊNCỨUTHỰCNGHIỆMHIỆNTRƢỜNGNÉNTĨNHVÀNHỔ CỌC CỦA CỌCKHOANNHỒIĐẶTTRONGTẦNGĐÁPHONGHÓANỨTNẺ 63 3.1 Nghiêncứucơngthứctínhtốnlýthuyếtdựtínhsứcchịutảicủacọckhoannhồit rongđiềukiệnđáphonghóanứtnẻ .63 3.1.1 TínhtốntheocáctiêuchuẩnViệtNam hiệnhành .63 3.1.2 Mộtsốhướngdẫntínhtốntheocáctiêuchuẩnnước ngồivàmộ t sốnghiên cứukhác 65 3.2 Thínghiệmhiệntrƣờngxácđịnhsứcchịutảicọckhoannhồi 71 3.2.1 Điềukiệnđịachấtcầu ÁiTử 71 3.2.2 Giớithiệutổngquan thínghiệm .73 3.2.3 Thínghiệmnéntĩnhdọctrục 74 3.2.4 Thínghiệmnhổ cọc 85 3.3 Nghiêncứutheophântíchngƣợckếthợplíthuyếtvàkếtquảđođạctrongquá trìnhthínghiệm 89 3.3.1 Sức chịutảicủa cọc theo lýthuyết 89 3.3.2 Sứcchịutảicủa cọctheothínghiệm 89 3.3.3 Giảithíchkếtquả 91 3.4 Thí nghiệmsiêuâm .96 3.5 Kếtluậnchƣơng3 96 CHƢƠNG4.PHÂNTÍCHSỨCCHỊUTẢICỌCKHOANNHỒITRONGTẦNG PHONG HĨA NỨTNẺTHEOPHƢƠNGPHÁPPHẦNTỬHỮUHẠNVÀ SO SÁNH ĐỐI CHỨNG VỚI KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆMHIỆNTRƢỜNG 98 4.1 Lựa chọn phần mềm tính tốn sức chịu tải cọc khoan nhồi vào tầngphonghóanứtnẻ 98 4.2 Tínhtốntheo mơhìnhphần mềmFB-Pier 99 4.2.1 PhầnmềmFB-Pier, giớithiệuvàphântíchnguyênlí .99 4.2.2 Mơ hình tính tốn 100 4.2.3 Kếtquảtínhtốn .109 4.3 Sosánhkết quảtínhtốngiữaFB-Piervàkếtquả thínghiệmthực tế 110 4.3.1 KếtquảtínhtốnbằngphầnmềmFB-Pier 110 4.3.2 DựtínhtheophầnmềmFb-pier 111 4.3.Kếtluậnchƣơng .113 KẾT LUẬNVÀKIẾNNGHỊ 114 TÀI LIỆUTHAMKHẢO .114 DANHMỤC CÁCCƠNGTRÌNH ĐÃCƠNGBỐ CỦATÁCGIẢ 120 PHỤ LỤC .121 DANHMỤC HÌNH Hình1-1:CấutạocọckhoannhồimóngcầuKiền(HảiPhịng) Hình1-2Phânloạicơngnghệkhoantạolỗ Hình1-3:Mộtsốmẫu đáphiếnsét 10 Hình1-4:Hệsốαvớiloạiđịachấttrunggiangiữa đấtvà đá IGM[30] 17 Hình1-5: Thơngsốncủathànhhốnhẵn tronghốkhoannền đá mềmIGM[41] 21 Hình1-6: Hệ sốαcho IGM(O’Neill cộngsự,1996-1999)[41] 24 Hình1-7:QuanhệgiữahệsốMvàđộsụtcủabêtơngcọcnhồi(O’Neill[42]) .24 Hình 1-8: Giá trị ntrườnghợpthànhnhẵn .26 Hình1-9:QuanhệgiữaNcsvớigócnghiêngω vàsứckhángcắt 31 Hình 2-1:Cấutạo thiết bịđobiến dạng– Model 491 35 Hình 2-2 Biến dạngứngvớitừngcấp tải trọng theođộ sâu 36 Hình 2-3: Đườngtruyền tảitrongcọc 37 Hình2-4:Mơ hìnhphân tíchPlaxis .37 Hình2-5:KếtquảthửtĩnhvàPlaxis 38 Hình2-6: Biểuđồsosánh kếtquả 38 Hình2-7:Điềukiệnđịachấtđiểnhìnhtạivịtrícọcthínghiệmvàsơđồbốtríthiệtbịđo(strain gauges) cọc 40 Hình2-8: Lực dọc thâncọccho tồnbộcác cấptảitrọng 40 Hình2-9:Lực dọcthâncọctrongcáclớpđịachấtkhácnhau .41 Hình2-10:VịtríthínghiệmtạiMỹ 42 Hình 2-11: Bố tríthiết bị đo 43 Hình2-12:Vịtríthínghiệmvàlỗkhoan 43 Hình 2-13:Tỉlệthuhồilõikhoan 44 Hình 2-14:ChỉsốRQD tạitheođộsâu 44 Hình2-15: Cườngđộmẫu đá theođộsâu .45 Hình 2-16:Thiết bịthi cơng 45 Hình2-17:VịtrígắnThiếtbịthínghiệm 46 Hình2-19:Sứckhángmasátđơnvịvàchuyểnvịtươngứng 47 Hình2-20:Sứcchịutảivàchuyểnvị 48 Hình2-21:Sứcchịutảivàchuyểnvị 49 Hình 2-22:Thínghiệmnén tĩnhcọc .50 Hình2-23: Điều kiệnđịachất tạivịtríthínghiệm chitiếtbốtríthiếtbịđo 51 Hình2-24: ThiếtbịthínghiệmO-cell .51 Hình2-25:Phân bố tổnglựcthiếtkếlên cọcPTP-1 vàPTP-2 theo phươngphápO-cell 52 Hình 2-26: Đườngcongtảitrong– lúncủathínghiệmcọckhoan 52 Hình2-27: Sosánh kếtquảthínghiệmO-cellvà nén tĩnh 52 Hình228:Thínghiệmnéntĩnhchocọctheophươngphápgắncácthiếtbịđochuyểnvịvàbiếndạng dọctheothâncọc khoannhồi 53 Hình 2-29: Phươngpháp thínghiệmdùngphươngpháp đochuyển vịc ủ a c ọ c 54 Hình 2-30: Mộtsốhình ảnh bốtríthiết bịđotheo lồngcốtthép 54 Hình231:Bốtríthiếtbịđoloạimớichocọccóđườngkính750mmvàchiềudài=47.0m 55 Hình 2-32:Biểuđồphân bố lực tácdụngtheochiều sâu 55 Hình2-33:Bốtríthínghiệmtrênmặtđứng .55 Hình2-34:Bốtríthínghiệmtrên bằng,các vịtrígắn đầu đotrên mặtbằng 56 Hình 2-35: Thiếtbị đobiến dạngcủathanh cốtthép .56 Hình 2-36: Thiếtbị đobiến dạngcủa cọc 57 Hình2-37:Phânbốsứckhángthâncọctheochiềusâu 57 Hình 2-38: Biểuđồ t-z 58 Hình239:Bốtrícácthiếtbịchothínghiệmnéntĩnh cọckết hợpđầuđobiếndạngdọctheo thân cọc 58 Hình2-40:Hìnhảnh thiếtbịđobiếndạnggắnvào lồngcọc khoan nhồi 59 Hình 3-1:Biểuđồxác địnhhệsốsức chịu tảimũicọc .67 Hình3-2:Hìnhtrụlỗkhoantạivịtrícầu ÁiTử 71 Hình 3-3: Bố trícácthiếtbị đodọctheolồngcốt thép 76 Hình 3-4:Thiếtbịđochuyển vịđầucọc 76 Hình 3-5: Thiếtbị đo biếndạngcủa cọc 77 Hình 3-6 Thiếtbị đo biếndạngbêtông 78 Hình 3-7Các thiếtbịđovà dây nốisau khilắpvào lồngcốtthép .78 Hình 3-8:Sơđồbốtrí thiếtbịđo .79 Hình 3-9:Sơđồ bốtrí thiếtbịđo 79 Hình 3-10Thínghiệmnén tĩnhcọc thực tếtạiCầiTử 85 Hình3-11Sơđồbốtríthínghiệmnhổcọc 86 Hình 3-12Thínghiệmnhổcọc thực tếtạiCầiTử 87 Hình313Biểuđồsứckhángmasátdọctheothànhcọc theođộsâuvớicáccấptảitrọngkhinén tĩnh 92 Hình 3-14: Biểuđồlực tác dụngtheođộsâu vớicác cấp tảitrọngkhinén tĩnh 92 Hình 3-15: Biểuđồtải trọngđộlúnthí nghiệmnén tĩnh 92 Hình3-16:Biểuđồsứckhángmasátdọctheothànhcọctheođộsâu vớicáccấptảitrọng khinhổcọc 93 Hình 3-17: Biểuđồtải trọngđộlúnthí nghiệmnhổcọc 93 Hình4-1: Mơhìnhhố cọc đườngkhoannhồi 98 Hình 4-2:Mơhìnhhốmóngcọc trongGeo5 99 Hình4-3:Kết tính tốnchomóngcọc khoan nhồi 99 Hình4-4:Bảngthiếtlập dữliệumơhình chochươngtrìnhtínhtốn 101 Hình4-5: Mơhình cho phầntửcọc(Pile) .101 Hình4-6:Bảngđiềukhiển vàthiếtlậpmơhìnhcáclớp đất(Lớp1) 103 Hình4-7: Chỉ tiêu củalớpđấtthứnhất 103 Hình4-8:Mơhìnhlớpđấtthứ2(Sétpha/Bùn) 104 Hình4-9:Cácchỉtiêu lớp thứ2 .104 Hình4-10:Bảngmơhìnhlớp đấtthứ3 105 Hình4-11:: lớp đất số3 105 Hình 4-12: Mơhình lớp đấtthứ4 106 Hình4-13: Chỉ tiêu lớp .106 Hình4-14:Mơphỏngtảitrọng vàq trìnhgiatảithínghiệmNéntĩnh 108 Hình4-15:Biểu đồđộ lúntừngvịtrícủacọc quacác cấp tải 109 Hình4-16:Độlúncác vịtrítrên cọc quacác cấp tải .110 Hình4-17:Mơ hìnhtính tốnbằngphần mềmFB-Pier 110 Hình4-18:Kết quảsosánh tínhtốnphầnmềmFB-Piervớikếtquả thựctế .111 Hình4-19:Kết quảsosánh tínhtốnphần mềmFB-Pier 111