Ước tính khả năng chịu tải trọng cho phép của cọc khoan nhồi sử dụng mô phỏng plaxis kết hợp lý thuyết độ tin cậy form

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - DƯƠNG TẤN TÀI ƯỚC TÍNH KHẢ NĂNG CHỊU TẢI TRỌNG CHO PHÉP CỦA CỌC KHOAN NHỒI SỬ DỤNG MÔ PHỎNG PLAXIS KẾT HỢP LÝ THUYẾT ĐỘ TIN CẬY FORM Tai Lieu Chat Luong LUẬN VĂN THẠC SỸ XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CƠNG NGHIỆP TP Hờ Chí Minh, Năm 2017 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan luận văn nghiên cứu tơi Ngồi trừ tài liệu tham khảo trích dẫn luận văn này, tơi cam đoan tồn phần hay phần nhỏ luận văn chưa công bố sử dụng để nhận cấp nơi khác Khơng có sản phẩm nghiên cứu người khác sử dụng luận văn mà khơng trích dẫn theo quy định Luận văn chưa nộp để nhận cấp trường đại học sở đào tạo khác TP Hờ Chí Minh, 2017 Dương Tấn Tài i LỜI CẢM ƠN Lời xin gởi lời cám ơn đến gia đình, đặc biệt Ba Mẹ nuôi dạy trưởng thành đến ngày hôm Em xin cám ơn quý Thầy truyền dạy cho Em kiến thức quý báu trình học tập Đặc biệt Em xin cám ơn Thầy PGS TS Dương Hông Thẩm nhiệt tình giúp đỡ em hồn thành nghiên cứu Em xin cám ơn quý Thầy, cô, anh chị khoa đào tạo sau đại học quan tâm tạo điều kiện cho Em thời gian học tập trường Em xin cám ơn anh chị, bạn bè, tập thể lớp XD3 giúp đỡ em q trình nghiên cứu để hồn thành luận văn Xin trân trọng cảm ơn! ii TÓM TẮT Theo truyền thống xác định sức chịu tải cho phép cọc khoan nhời thường lấy sức chịu tải cực hạn chia cho hệ số an toàn từ đến độ tin cậy Trong nghiên cứu Tác giả sử dụng hồ sơ địa chất 10 hố khoan Công trình Dự án Sơng Đà RIVERSIDE Địa điểm 623 Quốc lộ 13, Phường Hiệp Bình Phước, Quận Thủ Đức, TP.Hờ Chí Minh làm liệu nghiên cứu để xác định khả chịu tải cho phép cọc khoan nhồi dựa độ tin cậy Cọc thiết kế công trình đường kính 1m, chiều dài 65m, tải trọng thiết kế 6000kN Từ hồ sơ địa chất xác định biến thiên thông số lý lớp đất gồm  sat , E, c’,  ' Cho giá trị thay đổi giá trị khác đứng yên, đưa vào mô khả chịu tải cọc phần mềm Plaxis 3D Foundation, xác định khả chịu tải cho phép cọc xác định theo Muni Budhu độ lún 1%D (D đường kính cọc), sức chịu tải cực hạn độ lún 25mm (Phoon cộng (1995) trích từ Zhe Luo Hsein Juang (2012)) Mỗi hố khoan chạy mơ 2^4=16 tốn Xác định trung bình độ lệch chuẩn sức chịu tải cho phép cực hạn cọc Tiếp theo xét biến thiên góc ma sát theo độ sâu để tìm phạm vi biến thiên hệ số tương quan mũi thân cọc Phạm vi biến thiên khoảng cách lớn mà thông số ngẫu nhiên khơng gian có liên hệ với Thực tương tự cho 10 hố khoan ta liệu đưa chương trình excel phân tích hời quy đa biến phương trình dự báo khả chịu tải cho phép cọc với độ tin cậy cho trước T So sánh khả chịu tải cho phép cọc theo phương trình dự báo với kết nén tĩnh, kết mô Plaxis 3D chia cho HSAT (chọn HSAT = 2) theo TCVN 10304-2014 cọc hố khoan Khả chịu tải cho phép theo TCVN 10304-2014 lớn kết nén tĩnh thực tế Cân nhắc chọn Qa theo TCVN vào tính tốn iii Xác định khả chịu tải cho phép cọc khoan nhồi Qgh/HSAT (HSAT=2) xác định theo Muni Budhu đáng tin cậy Tuy nhiên cần có số cơng trình kiểm chứng lại Do có sai lệch mơ hình mơ kết nén tĩnh thực tế nên kết mơ hình dự báo chưa gần với kết thực tế Xét phân tán không gian đất theo chiều sâu chiều ngang có ý nghĩa mơ hình dự báo khả chịu tải cọc Độ lún cọc hố khoan theo mơ hình Mohr – Coulomb dự báo độ lún cuối gần với kết nén tĩnh cọc, khơng thể q trình gia tải – dở tải – gia tải lại Kết chuyển vị cọc mơ chương trình Plaxis 3D Foundation gần kết nén tĩnh Plaxis 2D giai đoạn gia tải, giai đoạn dở tải Plaxis 2D có kết chuyển vị gần với nén tĩnh so với chương trình Plaxis 3D iv MỤC LỤC Lời cam đoan Lời cảm ơn Tóm tắt Mục lục Danh mục hình Danh mục bảng Danh mục từ viết tắt Trang i ii iii v vii x xii PHẦN MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Sự biến thiên thông số đất Khả chịu tải an toàn Mục tiêu nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Tính khoa học nghiên cứu Tính thực tiễn nghiên cứu 1 6 8 Chương 1: TỔNG QUAN CÁC CƠ SỞ LÝ THUYẾT DÙNG CHO BÀI TOÁN ĐỘ TIN CẬY CỌC KHOAN NHỒI 1.1 Lý thuyế độ tin cậy 1.1.1 Nghiên cứu giới 1.1.2 Nghiên cứu nước 1.1.3 Một số phương pháp nghiên cứu khác 1.2 Lý thuyết xác suất 1.2.1 Một số khái niệm 1.2.2 Biến ngẫu nhiên normal 1.2.3 Biến ngẫu nhiên lognormal 1.2.4 Mô khả chịu tải cọc băng phần mềm Plaxis 3D foundation 1.2.5 Xét biến thiên không gian đất theo chiều sâu 1.3 Phân tích hời quy đa biến 1.3.1 Khái niệm 1.3.2 Các giả định mơ hình hời quy 1.3.3 Các thông số phân tích hời quy v 9 19 23 26 26 26 31 33 33 35 35 35 36 MỤC LỤC Trang Chương 2: PHƯƠNG PHÁP VÀ MÔ HÌNH TÍNH TỐN 2.1 Giới thiệu tổng quan dự án 2.2 Trình tự thực phương pháp tính 2.3 Bài tốn đánh giá khả chịu tải cọc khoan nhời hố khoan 39 40 41 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ ĐỐI SÁNH 3.1 Tính khả chịu tải cho phép cọc theo phương trình 57 dự báo với mơ hình so sánh 3.2 So sánh kết phương trình dự báo với mơ hình 3.3 So sánh độ lún cuối mô hình Mohr – Coulomb kết nén tĩnh 42 58 66 69 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 71 Kết luận Kiến nghị Hướng nghiên cứu 71 71 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO 73 PHỤ LỤC PHỤ LỤC A PHỤ LỤC B 76 76 158 vi DANH MỤC HÌNH Trang Hình 1: Cơng nhân thực cơng tác cốt thép cọc khoan nhồi Hình 2: Máy thi công đặc chủng cọc khoan nhồi cầu Thuận Phước Hình 3: Mơ hình nghiên cứu khả chịu tải cho phép cọc kết Hợp độ tin cậy Hình 1.1: Phân phối chuẩn Hình 1.2: Xác suất an toàn hư hỏng Hình 1.3: Minh họa tốn theo phương pháp FORM Hình 1.4: Hàm mật độ xác suất (PDF) biến ngẫu nhiên Normal Hình 1.5: Hàm PDF   z  biến ngẫu nhiên chuẩn normal Hình 1.6: Hàm PDF biến ngẫu nhiên đối xứng qua giá trị trung bình Hình 1.7: Hàm phân phối tích lũy (CDF) biến ngẫu nhiên normal Hình 1.8: Minh họa công thức (2.9) 19 21 24 27 28 28 29 30 Hình 1.9: Hàm CDF   z  biến ngẫu nhiên chuẩn normal Hình 1.10: Hàm PDF biến ngẫu nhiên lognormal 30 31 Hình 1.11: Hình minh họa cọc khoan nhồi chịu tải 34 Hình 1.12: Hình minh họa biến thiên thông số đất theo chiều sâu 34 Hình 2.13: Mơ hình nghiên cứu khả chịu tải an toàn cọc dựa độ tin cậy phần tử hữu hạn 36 Hình 2.1: Phối cảnh tổng thể dự án Hình 2.2: Sơ đồ giải thuật tính tốn Hình 2.3: Mơ cọc khoan nhồi chịu tải trọng hố khoan Hình 2.4: Cửa sổ lỗ khoan Hình 2.5: Hai pha tính tốn mơ hình mơ 40 41 42 50 50 vii Hình 2.6: Chọn điểm đầu cọc để lập biểu đồ đường cong tải – Chuyển vị Hình 2.7: Đường cong tải – chuyển vị Hình 2.8: Ứng suất xung quanh mũi cọc mặt y=-65m Hình 2.9: Mặt cắt dọc chuyển vị cọc Hình 2.10: Sự biến thiên góc ma sát hố khoan Hình 3.1: Chu kỳ gia tải cọc hố khoan Hình 3.2: Kết chạy phase mơ hình cọc hố khoan Hình 3.3: Biểu đồ so sánh quan hệ tải – chuyển vị cọc hố Khoan Hình 3.4: Mơ chu kỳ gia tải cọc hố khoan Hình 3.5: Biểu đồ so sánh quan hệ tải – chuyển vị cọc hố khoan Hình 3.6: Biểu đồ so sánh mơ hình dự báo khả chịu tải cọc với mơ hình khác hố khoan Hình 3.7: Biểu đồ so sánh mơ hình dự báo khả chịu tải cọc với mơ hình Qa nén tĩnh chon theo mơ hình Hardening – Soil Mơ chương trình Plaxis 3D Foundation hố khoan Hình 3.8: Biểu đồ so sánh mơ hình dự báo khả chịu tải cọc với mơ hình khác hố khoan Hình 3.9: Biểu đồ so sánh mơ hình dự báo khả chịu tải cọc với mơ hình Qa nén tĩnh chọn theo mơ hình Hardening – Soil chương trình Plaxis 3D Foundation hố khoan Hình 3.10: Độ lún cuối cọc hố khoan theo mơ hình Mohr – Coulomb Hình 3.11: Độ lún cuối cọc hố khoan theo mơ hình Mohr – Coulomb Hình A.1: Sự biến thiên góc ma sát hố khoan Hình A.2: Sự biến thiên góc ma sát hố khoan Hình A.3: Sự biến thiên góc ma sát hố khoan Hình A.4: Sự biến thiên góc ma sát trọng hố khoan Hình A.5: Sự biến thiên góc ma sát hố khoan Hình A.6: Sự biến thiên góc ma sát hố khoan Hình A.7: Sự biến thiên góc ma sát hố khoan Hình A.8: Sự biến thiên góc ma sát hố khoan 11 Hình A.9: Sự biến thiên góc ma sát hố khoan 14 Hình B.1: Hình trụ hố khoan Hình B.2: Hình trụ hố khoan viii 51 51 52 52 53 61 61 62 65 66 67 67 68 68 69 69 76 84 99 108 116 124 132 140 149 158 159 Hình B.3: Hình trụ hố khoan Hình B.4: Hình trụ hố khoan Hình B.5: Hình trụ hố khoan Hình B.6: Hình trụ hố khoan Hình B.7: Hình trụ hố khoan Hình B.8: Hình trụ hố khoan Hình B.9: Hình trụ hố khoan 11 Hình B.10: Hình trụ hố khoan 14 ix 160 161 162 163 164 165 166 167 Phụ lục A  sat (kN/m3) 21.1 0.013 E (kN/m2) 36258 0.133 c’ (kN/m2) 36.7 0.086  ' (o) 23.4 0.051 Bảng A.30: Tổng hợp kết chạy mô Plaxis hố khoan 14 Trường hợp Lớp đất 3C 3C 3C  unsat (kN/m3) 14.4 19.6 20.0 20.1 19.9 20.2 20.5 14.4 19.6 20.0 20.1 19.9 20.2 20.5 14.4 19.6 20.0 20.1 19.9  sat (kN/m3) 14.7 20.1 20.4 20.3 20.1 20.5 21.3 14.6 20 20.4 20.6 20.1 20.4 21.2 14.5 19.9 20.4 20.5 20.1 E (kN/m2) 2678 18008 10785 14872 54900 62635 36258 2678 18008 10785 14872 54900 62635 36258 2678 18008 10785 14872 54900 153  0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 c’ (kN/m2) 13 6.3 21.8 7.3 35.4 9.8 36.7 13 6.3 21.8 7.3 35.4 9.8 36.7 13 6.3 21.8 7.3 35.4 ' (0 ) 20.5 29.2 28.1 28.1 25.1 30.7 23.3 20.5 29.2 28.1 28.1 25.1 30.7 23.3 20.5 29.2 28.1 28.1 25.1 Qult (kN) Qa (kN) 13245 5415 13245 5400 13230 5340 Phụ lục A 3C 3C 3C 3C 20.2 20.5 14.4 19.6 20.0 20.1 19.9 20.2 20.5 14.4 19.6 20.0 20.1 19.9 20.2 20.5 14.4 19.6 20.0 20.1 19.9 20.2 20.5 14.4 19.6 20.0 20.1 19.9 20.2 20.5 14.4 20.7 21.1 14.8 19.8 20.4 20.4 20.1 20.6 21.4 14.6 20.1 20.4 20.6 20.1 20.6 20.7 14.6 20.1 20.4 20.6 20.1 20.6 20.7 14.6 20.1 20.4 20.6 20.1 20.6 20.7 14.6 62635 36258 2678 18008 10785 14872 54900 62635 36258 2730 16070 10785 14393 54900 62635 36982 2678 18008 10785 15351 54900 60660 35534 2626 18008 10785 15351 54900 60660 35534 2574 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 154 9.8 36.7 13 6.3 21.8 7.3 35.4 9.8 36.7 13 6.3 21.8 7.3 35.4 9.8 36.7 13 6.3 21.8 7.3 35.4 9.8 36.7 13 6.3 21.8 7.3 35.4 9.8 36.7 13 30.7 23.3 20.5 29.2 28.1 28.1 25.1 30.7 23.3 20.5 29.2 28.1 28.1 25.1 30.7 23.3 20.5 29.2 28.1 28.1 25.1 30.7 23.3 20.5 29.2 28.1 28.1 25.1 30.7 23.3 20.5 13290 5600 13110 5355 13245 5280 13245 5385 13110 5355 Phụ lục A 10 11 12 3C 3C 3C 3C 3C 19.6 20.0 20.1 19.9 20.2 20.5 14.4 19.6 20.0 20.1 19.9 20.2 20.5 14.4 19.6 20.0 20.1 19.9 20.2 20.5 14.4 19.6 20.0 20.1 19.9 20.2 20.5 14.4 19.6 20.0 20.1 20.1 20.4 20.6 20.1 20.6 20.7 14.6 20.1 20.4 20.6 20.1 20.6 20.7 14.6 20.1 20.4 20.6 20.1 20.6 20.7 14.6 20.1 20.4 20.6 20.1 20.6 20.7 14.6 20.1 20.4 20.6 17039 10785 14872 54900 63622 34810 2678 18008 10785 14872 54900 62635 36325 2678 18008 10785 14872 54900 62635 36325 2678 18008 10785 14872 54900 62635 36325 2678 18008 10785 14872 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 155 6.3 21.8 7.3 35.4 9.8 36.7 12.6 6.2 21.8 7.3 35.4 10 35.8 13.2 6.1 21.8 7.1 35.4 9.8 37 13 6.4 21.8 6.9 35.4 9.5 36.7 12.8 6.3 21.8 7.5 29.2 28.1 28.1 25.1 30.7 23.3 20.5 29.2 28.1 28.1 25.1 30.7 23.3 20.5 29.2 28.1 28.1 25.1 30.7 23.3 20.5 29.2 28.1 28.1 25.1 30.7 23.3 20.5 29.2 28.1 28.1 13230 5310 13230 5340 13050 5385 13275 5355 Phụ lục A 13 14 15 16 3C 3C 3C 3C 19.9 20.2 20.5 14.4 19.6 20.0 20.1 19.9 20.2 20.5 14.4 19.6 20.0 20.1 19.9 20.2 20.5 14.4 19.6 20.0 20.1 19.9 20.2 20.5 14.4 19.6 20.0 20.1 19.9 20.2 20.5 20.1 20.6 20.7 14.6 20.1 20.4 20.6 20.1 20.6 20.7 14.6 20.1 20.4 20.6 20.1 20.6 20.7 14.6 20.1 20.4 20.6 20.1 20.6 20.7 14.6 20.1 20.4 20.6 20.1 20.6 20.7 54900 62635 36325 2678 18008 10785 14872 54900 62635 36325 2678 18008 10785 14872 54900 62635 36325 2678 18008 10785 14872 54900 62635 36325 2678 18008 10785 14872 54900 62635 36325 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 156 35.4 9.3 36.2 13 6.3 21.8 7.3 35.4 9.8 36.7 13 6.3 21.8 7.3 35.4 9.8 36.7 13 6.3 21.8 7.3 35.4 9.8 36.7 13.0 6.3 21.8 7.3 35.4 9.8 36.7 25.1 30.7 23.3 20.4 29.2 28.1 28.4 25.1 30.2 23.2 20.2 28.8 28.1 28.1 25.1 31 23 20.6 28.5 28.1 27.8 25.1 30.7 23.6 20.5 29.5 28.1 27.5 25.1 30.5 23.4 13245 5400 13200 5385 13275 5385 13275 5355 Phụ lục A Giá trị trung bình 13218 5377 Độ lệch chuẩn 69 69 157 Phụ lục B PHỤ LỤC B Hình B.1: Hình trụ hố khoan 158 Phụ lục B Hình B.2: Hình trụ hố khoan 159 Phụ lục B Hình B.3: Hình trụ hố khoan 160 Phụ lục B Hình B.4: Hình trụ hố khoan 161 Phụ lục B Hình B.5: Hình trụ hố khoan 162 Phụ lục B Hình B.6: Hình trụ hố khoan 163 Phụ lục B Hình B.7: Hình trụ hố khoan 164 Phụ lục B Hình B.8: Hình trụ hố khoan 165 Phụ lục B Hình B.9: Hình trụ hố khoan 11 166 Phụ lục B Hình B.10: Hình trụ hố khoan 14 167