Phân tích sự phân bố lực lên cọc của hệ thống móng bè cọc đệm vật liệu rời

Một hướng đi khác khi nghiên cứu về móng bè- cọc là sử dụng hệ bè và cọc không liên kết với nhau thay vì cọc phải ngàm vào bè như hiện nay, thay vào đó ngăn cách giữa bè và cọc là một lớ

Tính cấp thiết của đề tài

Có thể thấy trong những năm vừa qua ở Việt Nam đã có nhiều nghiên cứu về móng bè- cọc, tuy nhiên vẫn chưa có ứng dụng đáng kể nào vào thực tiễn, một phần do các kĩ sư chưa thực sự tin tưởng vào các kết quả trong nước và quốc tế, một phần nữa là do các công trình sử dụng đến hệ thống móng bè- cọc thường chịu tải trọng rất lớn, có tầm quan trọng cao Nhưng những nghiên cứu này vẫn mang tính lặp lại và trong nhiều năm qua vẫn chưa có thêm những hướng nghiên cứu mới Một hướng đi khác khi nghiên cứu về móng bè- cọc là sử dụng hệ bè và cọc không liên kết với nhau thay vì cọc phải ngàm vào bè như hiện nay, thay vào đó ngăn cách giữa bè và cọc là một lớp đệm vật liệu rời, chính lớp đệm này sẽ giúp phân phối tải giữa bè và cọc, giảm tải cho cọc và khai thác thêm sức chịu tải của lớp đất dưới bè

Từ đó đem lại hiệu quả kinh tế cho chủ đầu tư Hệ bè- cọc không liên kết này sẽ được tác giả nghiên cứu bằng phần mềm Plaxis 3d để tìm ra mối quan hệ giữa bè, cọc và lớp đệm vật liệu rời đến sự phân chia tải trọng giữa bè và cọc Vì các yếu tố trên tác giả quyết định chọn đề tài “Phân tích sự phân bố lực lên cọc của hệ thống móng bè – cọc – đệm vật liệu rời”

Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu chính của đề tài là nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến sự phân phối lại tải trọng giữa cọc và bè trong hệ móng bè - cọc - đệm vật liệu rời Từ đó đưa ra thiết kế tối ưu cho công trình sử dụng hệ móng bè - cọc - đệm vật liệu rời

Các yếu tố được xem xét:

- Ảnh hưởng của chiều dày lớp đệm vật liệu rời

- Ảnh hưởng của module đàn hồi của lớp đệm vật liệu rời

- Ảnh hưởng của cọc (số lượng cọc, đường kính cọc)

- Ảnh hưởng của chiều dày bè

- Tối ưu hóa giải pháp sử dụng hệ móng bè - cọc - đệm vật liệu rời, bố trí lại số lượng cọc và chiều dài cọc trong bè móng

Phương pháp nghiên cứu

Tác giả sử dụng phần mềm Plaxis 3d, để nghiên cứu các ảnh hưởng của các yếu tố đến sự phân bố tải giữa bè và cọc trong hệ bè - cọc - đệm vật liệu rời.

Ý nghĩa và giá trị thực tiễn của đề tài

Đề tài: “Phân tích sự phân bố lực lên cọc của hệ thống móng bè – cọc – đệm vật liệu rời” sẽ mang lại một hướng thiết kế mới dựa trên các cơ sở nghiên cứu sẵn có và nghiên cứu này về hệ móng bè- cọc không liên kết Mang lại hiệu quả kinh tế hơn cho chủ đầu tư so với phương án thiết kế hiện nay Góp phần mang lý thuyết về hệ móng bè- cọc – đệm vật liệu rời nói riêng và móng bè- cọc nói chung vào thực tiễn.

TỔNG QUAN HỆ MÓNG BÈ - CỌC – ĐỆM VẬT LIỆU RỜI

Giới thiệu

Nhà cao tầng ngày càng được xây dựng nhiều ở các thành phố lớn của Việt Nam Công tác thiết kế nền móng công trình cao tầng là một trong những bài toán kỹ thuật và kinh tế phức tạp Móng bè- cọc có rất nhiều ưu điểm so với các loại móng khác, như khi chịu lực tải trọng lớn, độ cứng lớn, liên kết giữa bè và kết cấu chịu lực bên trên như vách, cột có độ cứng lớn phù hợp sơ đồ làm việc của công trình Móng bè- cọc là một hệ thống móng kết hợp, bao gồm các phần tử chịu lực như bè móng, các cọc và đất nền bên dưới Móng bè- cọc có cấu tạo gồm hai phần như sau:

+ Bản móng có nhiệm vụ liên kết các đầu cọc lại với nhau thành khối và phân phối lại tải trọng từ chân kết cấu cho các cọc, đồng thời truyền một phần tải trọng xuống đất nền tại vị trí tiếp xúc giữa đáy bè và đất nền

+ Cọc làm nhiệm vụ truyền tải trọng xuống nền đất dưới chân cọc thông qua sức kháng mũi vào nền đất xung quanh cọc và thông qua sức kháng, ma sát thân cọc Có nhiều cách bố trí cọc trong mặt bằng đài cọc nhằm đảm bảo điều kiện kinh tế và kỹ thuật Bố trí cọc trong đài tùy thuộc vào mục đích của người thiết kế, nhằm giảm lún lệch, giảm áp lực lên nền ở đáy bè hay giảm nội lực trong bè Cách bố trí cọc trong đài thường theo nguyên tắc trọng tâm nhóm cọc trùng hoặc gần với trọng tâm tải trọng công trình Giải pháp này có ưu điểm là tải trọng xuống cọc được phân bố hợp lí; tính làm việc tổng thể của nhóm cọc tốt Các cọc dưới bè có thể là cọc bê tông cốt thép đúc sẵn, cọc khoan nhồi hoặc cọc baret

So với móng bè- cọc thông thường thì móng bè - cọc - đệm vật liệu rời các cọc không liên kết với bè mà được ngăn cách bởi một lớp đệm vật liệu rời được thêm vào nhằm mục đích khai thác tốt hơn sức chịu tải của đất nền

Sự nghiên cứu về móng bè- cọc trong các năm vừa qua đã đạt được nhiều thành tựu Tuy vẫn chưa được ứng dụng vào thực tiễn, nhưng đã có rất nhiều nghiên cứu được công bố Với nghiên cứu này, tác giả đi theo một hướng mới về móng bè- cọc đó là hệ móng bè- cọc trên đệm vật liệu rời với các cọc không liên kết với bè mà ngăn cách bằng lớp đệm vật liệu rời Từ đó hi vọng đem lại một hướng thiết kế mới cho móng bè – cọc.

Cơ chế làm việc của móng bè - cọc - đệm vật liệu rời

- Đặc điểm nổi bật của móng bè - cọc là sự ảnh hưởng tương hỗ giữa đất và kết cấu móng trong quá trình chịu tải theo các ảnh hưởng sau:

+ Sự tương tác giữa cọc và đất;

+ Sự tương tác giữa cọc và cọc;

+ Sự tương tác giữa đất và móng bè;

+ Sự tương tác giữa cọc và móng bè;

+ Sự tương tác giữa lớp đệm vật liệu rời và bè;

+ Sự tương tác giữa đệm vật liệu rời và cọc

Hình 1.1.Sự làm việc của móng bè- cọc, bè – cọc – đệm vật liệu rời (Nguồn: F

- Khi kể tới ảnh hưởng của đài cọc, nền đất dưới đáy đài và cọc cho thấy cơ cấu truyền tải trọng như sau:

+ Sự làm việc của đài cọc: Tải trọng từ công trình truyền xuống móng Đài cọc liên kết các đầu cọc thành một khối và phân phối lại tải trọng tập trung tại các vị trí chân cột, vách cho đệm vật liệu rời Ở một mức độ nhất định nó có khả năng giảm lún lệch

+ Ảnh hưởng của đệm vật liệu rời: Khi tải trọng truyền từ đài xuống, nhờ có lớp đệm này, tải không trực tiếp truyền xuống cho các cọc mà được truyền gián tiếp qua lớp đệm vật liệu rời, tùy theo độ cứng của lớp đệm này mà tỉ lệ chia tải cho các cọc sẽ thay đổi khác nhau

+ Ảnh hưởng của nền đất dưới đáy đài: Khi đài cọc chịu tác động của tải trọng, một phần được truyền xuống cho các cọc chịu và một phần được phân phối lại cho nền đất dưới đáy đài Tỷ lệ phân phối lại này còn phụ thuộc vào các yếu tố: độ cứng của nền đất, chuyển vị của đài, chuyển vị của cọc và việc bố trí các cọc

+ Ảnh hưởng của cọc: Cơ chế làm việc của cọc là nhờ được hạ vào các lớp đất tốt phía dưới nên khi chịu tác động của tải trọng đứng từ đài móng nó sẽ truyền tải này xuống lớp đất tốt thông qua lực ma sát giữa cọc với đất và lực kháng ở mũi cọc làm cọc chịu nén Trong quá trình làm việc cọc chịu thêm các tác động phức tạp khác như: hiệu ứng nhóm cọc, lực ma sát âm Do có độ cứng lớn nên cọc tiếp nhận phần lớn tải trọng từ đài xuống

+ Sự làm việc của nhóm cọc: Sự làm việc của cọc đơn khác với sự làm việc của nhóm cọc Khi khoảng cách các cọc khá lớn (ví dụ lớn hơn 6d) cọc làm việc như cọc đơn Xét cọc và nhóm cọc các đường cong thể hiện đường đẳng ứng suất do cọc đơn gây ra, ta thấy ứng suất ở giữa nhóm cọc sẽ do tải trọng truyền từ nhiều cọc tới, do đó ứng suất dưới nhóm cọc lớn hẳn lên Nếu mỗi cọc trong nhóm và cọc đơn cùng chịu một tải trọng làm việc thì độ lún của nhóm cọc lớn hơn cọc đơn

Hình 1.2 Các đường đẳng ứng suất của cọc đơn và nhóm cọc (Nguồn: Vũ Công

Một số ưu điểm của móng bè - cọc - đệm vật liệu rời

Việc sử dụng móng bè - cọc - đệm vật liệu rời có nhiều ưu điểm sau đây:

- So với móng cọc thì móng bè - cọc - đệm vật liệu rời có số lượng cọc nhỏ hơn và chiều dài cọc cũng nhỏ hơn

- Cải thiện được điều kiện làm việc của móng nhờ giảm độ lún cũng như độ lún lệch Cọc đóng vai trò như bộ phận giảm lún

- Giảm được ứng suất cũng như nội lực trong móng nhờ vào sự sắp xếp hợp lý của các cọc

- Phát huy vai trò chịu lực của phần bè

- Không cần thép liên kết giữa bè và cọc

Vấn đề thiết kế móng bè - cọc - đệm vật liệu rời

Các yêu cầu chung khi thiết kế nền móng:

- Bảo đảm cho tải trọng được truyền dẫn đủ tin cậy;

- Góp phần điều chỉnh biến dạng, giảm thiểu lún lệch;

- Phân tích nội lực có tính đến sự cùng làm việc của kết cấu móng và đất nền;

- Hoàn thiện thiết kế thi công kết cấu móng

Trong thiết kế móng bè- cọc – đệm vật liệu rời, có các vấn đề cần thiết được xem xét bao gồm:

- Sức chịu tải cực hạn khi chịu tải đứng, tải ngang và moment;

- Độ lún tối đa, lún lệch;

- Đánh giá các giá trị moment, lực cắt trong bè để thiết kế bè và cọc;

- Bề dầy lớp đệm vật liệu rời hợp lý.

Các quan điểm thiết kế hiện nay

1.5.1 Quan điểm cọc chịu tải hoàn toàn

Theo quan điểm này, các cọc được thiết kế như một nhóm cọc để tiếp nhận hoàn toàn tải trọng của công trình mà không kể tới sự tham gia, chịu tải của nền đất dưới đài cọc Trong tính toán, hệ móng còn tính như móng cọc đài thấp với nhiều giả thiết gần đúng như:

- Tải trọng ngang do nền đất trên mức đáy đài tiếp thu

- Đài móng tuyệt đối cứng, ngàm cứng với các cọc, chỉ truyền tải trọng đứng lên các cọc, do đó cọc chỉ chịu kéo hoặc nén

- Cọc trong nhóm cọc làm việc như cọc đơn, và cọc chịu toàn bộ tải trọng từ đài móng

Khi tính toán tổng thể móng cọc có thể coi hệ móng là một khối móng quy ước Tính toán theo cách này có ưu điểm là đơn giản, thiên về an toàn và được hướng dẫn chi tiết trong các giáo trình về nền móng hiện nay Độ lún của móng tính toán theo phương pháp này nhỏ, sử dụng nhiều cọc và thường hệ số an toàn cao, chưa phát huy được hết sức chịu tải của cọc Như vậy, ta thấy nó có nhược điểm là thiên về an toàn và không kinh tế

Việt Nam vẫn chưa có tiêu chuẩn thiết kế móng bè- cọc Phương pháp tính móng bè- cọc hiện nay ở Việt Nam là đơn giản cho hệ cọc chịu (xem như cọc chịu hoàn toàn tải của công trình) hoặc hệ bè chịu (xem như bè chịu hoàn toàn tải của công trình) Phương pháp này có ưu điểm là các bước tính toán áp dụng các lý thuyết kết cấu thông dụng, đơn giản Nhưng phương pháp này không đúng với điều kiện làm việc thực tế của công trình, không tận dụng hết khả năng chịu lực của kết cấu cũng như đất nền Kết quả là sử dụng vật liệu nhiều hơn so với các phương án móng khác Móng bè - cọc do đó được coi như là một phương án “lãng phí” và hầu như không nằm trong kế hoạch thiết kế của các kỹ sư

Nhận xét: Quan điểm tính toán này phù hợp cho những kết cấu móng cọc có chiều dày đài lớn, kích thước đài nhỏ, hoặc nền đất dưới đáy đài yếu, có tính biến dạng lớn Khi đó, ta có thể bỏ qua sự làm việc của đất nền dưới đáy đài và xem toàn bộ tải trọng công trình do cọc chịu

1.5.2 Quan điểm bè- cọc đồng thời chịu tải

Theo quan điểm này, hệ kết cấu móng đài - cọc đồng thời làm việc với đất nền theo một thể thống nhất, xét đến đầy đủ sự tương tác giữa các yếu tố đất-bè-cọc Trong quan điểm này, các cọc ngoài tác dụng giảm lún cho công trình, còn phát huy hết được khả năng chịu tải, do đó cần ít cọc hơn, chiều dài cọc nhỏ hơn Khi cọc đã phát huy hết khả năng chịu tải, thì một phần tải trọng còn lại sẽ do phần bè chịu và làm việc như móng bè trên nền thiên nhiên

Trong quan điểm này, độ lún của công trình thường lớn hơn so với quan điểm cọc chịu tải hoàn toàn nhưng về tổng thể, nó vẫn đảm bảo nằm trong quy định với một hệ số an toàn hợp lý, do đó quan điểm tính toán này cho hiệu quả kinh tế tốt hơn so với quan điểm đầu Tuy nhiên, quá trình tính toán cần sử dụng các mô hình phức tạp hơn, do đó hiện nay quan điểm này chưa được phổ biến rộng rãi

Dựa trên quan điểm này, cùng với việc giảm ứng suất cục bộ ở đầu cọc, đưa đến việc nghiên cứu hệ móng bè - cọc - đệm vật liệu rời

Theo Poulos (2001), tác giả có 3 quan điểm thiết kế móng bè- cọc như sau:

- Quan điểm thiết kế thứ nhất: Ở tải trọng làm việc, cọc chỉ chịu tải trọng từ 35% đến 50% sức chịu tải cực hạn (hệ số an toàn sức chịu tải từ 2 đến 3), quan hệ tải trọng-độ lún của cọc vẫn là tuyến tính Gần như toàn bộ tải trọng tác dụng lên móng đều do cọc tiếp nhận Phần bè chỉ tiếp nhận phần tải trọng rất nhỏ, phân phối lại lên nền đất bên dưới đáy bè

- Quan điểm thiết kế thứ hai: Phần bè được thiết kế tiếp nhận một phần đáng kể tải trọng lên móng, phần còn lại do các cọc chịu Ở tải trọng làm việc, sức chịu tải của cọc được huy động từ 70% đến 100% (hệ số an toàn sức chịu tải từ 1 đến 1,5), quan hệ tải trọng- độ lún của cọc là quan hệ phi tuyến do cọc có chuyển dịch tương đối so với đất nền Số lượng cọc được bố trí đủ nhằm giảm áp lực tiếp xúc thực giữa bè và đất nền xuống nhỏ hơn áp lực tiền cố kết của đất Cọc được sử dụng với mục đích làm giảm độ lún trung bình trong bè

- Quan điểm thiết kế thứ ba: Bè được thiết kế để chịu phần lớn tải trọng lên móng Các cọc chỉ tiếp nhận một phần nhỏ của tổng tải trọng, được bố trí hợp lý với mục đích chính là giảm độ lún lệch (chứ không phải độ lún trung bình như ở quan điểm thiết kế thứ hai)

Hình 1.3.Biểu đồ quan hệ tải trọng – độ lún theo các quan điểm thiết kế

1.5.3 Quan điểm tính bè - cọc - đệm vật liệu rời

- Đã có nhiều nghiên cứu thực nghiệm về móng bè - cọc - đệm vật liệu rời Hầu hết các trường hợp nghiên cứu thì lớp đất dưới bè và nằm trên đầu cọc bị bè nén xuống và truyền lực xuống cọc thì đều cho thấy hiện tượng chung là chúng có ứng xử tuyến tính Từ đó đây là cơ sở chung về phương pháp tính bè cọc đệm vật liệu rời Khi đó quan điểm tính về bè và cọc là bè truyền lực vào lớp đệm vật liệu rời sau đó đệm vật liệu rời mới truyền tải vào đất nền và đầu cọc Một phần khá lớn tải được truyền xuống hệ cọc thông qua ma sát âm giữa đất nền và đầu cọc Do cơ chế này nhìn chung có thể giúp cho đất nền mang tải nhiều hơn so với bè cọc truyền thống Nhưng chính vì hệ móng bè – cọc – đệm vật liệu rời có cấu tạo gồm đệm và bè và hệ cọc tách biệt nhau không liên kết nên độ lún giữa bè, cọc và đất nền có sự khác biệt và do đệm vật liệu rời có thêm biến dạng bản thân nên hệ móng này có độ lún lớn hơn so với móng bè cọc thông thường Nhưng bù lại khuyết điểm về độ lún thì hệ móng bè – cọc – đệm vật liệu rời có nội lực trong hệ cọc và phần bè nhỏ hơn đáng kể so với móng bè cọc thông thường do đó mới có ý tưởng về một hệ móng mà bè và cọc không liên kết với nhau và tách biệt bởi lớp đệm vật liệu rời

Hình 1.4 Ma sát trong cọc trong trường hợp bè – cọc thông thường và bè – cọc – đệm vật liệu rời (Nguồn:www.researchgate.net)

- Các công trình trên thế giới sử dụng móng bè- cọc: Tác giả Phùng Đức Long (2011) đã thống kê các công trình cao tầng trên thế giới cho thấy sự phân phối lại tải trọng tác dụng lên cọc và đất nền theo tỷ lệ cọc / nền thay đổi như bảng sau:

Bảng 1.1 Các công trình trên thế giới sử dụng móng bè- cọc (Nguồn:Phùng Đức

STT Công trình Chiều cao / tầng

% truyền tái Độ lún lớn nhất s max (mm) Cọc Đất nền

1.6 Nhận xét về các kết quả đã đạt đƣợc trong nghiên cứu móng bè – cọc – đệm vật liệu rời

- Sử dụng phương án móng bè - cọc - đệm vật liệu rời là phương án có hiệu quả về kinh tế so với phương án móng cọc thuần túy vì có xét đến sự làm việc của đất nền trực tiếp bên dưới bản móng bè với sự gia cố bằng lớp đệm vật liệu rời

- Một số kết quả khảo sát đo đạc, tính toán cho thấy sức chịu tải của nền có thể chiếm từ 10-50% sức chịu tải của hệ bè-cọc, đặc biệt là các công trình có nhiều tầng ngầm nằm sâu phía trên nền đất tốt Nếu kết hợp với đệm vật liệu rời có thể khai thác được khả năng chịu tải của đất nền một cách tốt hơn

- Trong điều kiện địa chất có lớp đất yếu ở mặt tiếp xúc với đáy bè thì bè không tham gia chịu lực, lúc đó tải trọng hầu như chỉ truyền vào cọc mà không truyền vào lớp đất trực tiếp dưới đáy bè Với việc sử dụng đệm vật liệu rời hi vọng có thể cải thiện được hiện tượng trên

- Sử dụng phương pháp xét đến mối quan hệ tương hỗ giữa đất, bè, cọc và áp dụng các lý thuyết nghiên cứu gần đây đem lại ưu điểm đáng kể Do là giảm bớt được số lượng cọc, tận dụng tối đa sức chịu tải cực hạn của cọc, chia tải không chỉ cho cọc mà cả cho bè Ngoài ra móng bè - cọc - đệm vật liệu rời còn giúp giảm lún lệch Như vậy móng bè - cọc - đệm vật liệu rời nếu sử dụng phương pháp tính toán hợp lý sẽ là một hệ thống móng ưu việt không chỉ ở tính kinh tế mà còn có tính ổn định cao.

Nhận xét về các kết quả đã đạt được trong nghiên cứu móng bè – cọc – đệm vật liệu rời

Có nhiều phương pháp đã được nêu ra để dự đoán ứng xử trong móng bè- cọc Năm 1997, Poulos chia các phương pháp phân tích thành ba nhóm chính sau:

- Nhóm 1: Phương pháp tính toán đơn giản

+ Phương pháp của Poulos và Davis (1980),

+ Phương pháp của Van Impe và Clerq (1995),

- Nhóm 2: Phương pháp tính gần đúng dựa vào máy tính

+ Phương pháp dải móng trên lò xo trong đó bè được đại diện bởi các dải móng và cọc được đại diện là các lò xo (Poulos, 1991)

+ Phương pháp tấm trên lò xo (plate on springs) trong đó bè được dại diện bởi tấm còn cọc là các lò xo (như là của Clancy and Randolph, 1993; Poulos, 1994; Viggiani, 1998)

+ Phương pháp do Randolph đề nghị

+ Phương pháp do Clancy và Randolph đề nghị

- Nhóm 3: Phương pháp tính toán chính xác dựa vào máy tính

+ Phương pháp phần tử biên (như là của Butterfield and Banerjee, 1971; Brown and Wiesner, 1975; Kuwabara, 1989; Sinha, 1997; Mendonỗa, A V và de Paiva, J B (2000))

+ Phương pháp phân tích phần tử hữu hạn như bài toán biến dạng phẳng (Desai,1974) hoặc đối xứng trục (Hooper, 1973) và ứng dụng phần mềm FLAC 2D (như là Hewitt and Gue, 1994); Zhuang và các cộng sự, 1991; Lee, 1993; Katzenbach và các cộng sự, 1998) kết hợp với phần mềm FLAC 3D; Chow và Teh, 1991; Katzenbach và Reul, 1997; Prakoso và Kulhawy, 2001, Reul và Randolph,

CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHÂN TÍCH HỆ MÓNG BÈ - CỌC – ĐỆM VẬT LIỆU RỜI

Các phương pháp phân tích giản lược

2.1.1 Phương pháp Poulos - Davis - Randolph (PDR)

Khi thiết kế móng ta cần quan tâm hai giá trị: sức chịu tải và độ lún của móng Sức chịu tải cực hạn của móng bè- cọc là giá trị nhỏ hơn trong hai giá trị sau:

+ Tổng khả năng chịu tải cực hạn trong bè và các cọc

+ Khả năng chịu tải cực hạn của khối gồm cọc và bè cộng với một phần bè nằm bên ngoài cọc

Quan hệ giữa tải trọng và độ lún của móng bè- cọc được tính toán bằng phương pháp đơn giản của Poulos và Davis (1980) [3] Năm 1994, Randolph đã phát triển phương pháp này để tính toán sự phân bố tải trọng giữa bè và cọc

Hình 2.1 Mô hình bè - cọc đơn giản (Nguồn:Randolph, 1994)

Theo Randolph, độ cứng của móng bè- cọc có thể tính theo công thức sau:

- K pr : độ cứng trong bè- cọc

- K p : độ cứng của nhóm cọc

- α cp : hệ số tương tác giữa bè và cọc Độ cứng trong bè Kr có thể được tính theo lý thuyết đàn hồi, ví dụ dùng lời giải của Fraser và Wardle (1976) hoặc của Mayne và Poulos (1999)

Theo Mayne và Poulos (1999) thì:

- E fdn : module đàn hồi của vật liệu móng (như bê tông cốt thép)

- E sAV : module đàn hồi của đất bên dưới móng

- t: chiều dày móng Độ cứng của nhóm cọc K p cũng được tính theo lý thuyết đàn hồi như quan điểm của Poulos và Davis (1980), Fleming và các cộng sự (1992) hoặc Poulos

Trong trường hợp đơn giản, độ cứng của cọc đơn được tính dựa vào giả thiết đàn hồi rồi nhân thêm hệ số độ cứng nhóm Kp

K p = n 1-e K 1 với e nằm trong khoảng từ 0,3 đến 0,5 Đối với cọc ma sát, Fleming và các cộng sự (1992) đưa ra các biểu đồ để xác định giá trị e e = e 1 (l/d).c 1 (E p /G).c 2 (s/d).c 3 (ρ).c4.(υ)

Tỉ số tải trọng được gánh đỡ bởi phần bè được tính dựa theo công thức sau:

P r : tải trọng được gánh đỡ bởi bè

P t : tổng tải trọng tác dụng lên bè- cọc

Hệ số tương tác giữa bè và cọc αcp có thể tính theo công thức sau:

Phương trình trên được dùng để xây dựng và phát triển thành đường cong tải trọng độ lún

Hình 2.2 Quan hệ giữa độ lún và tải trọng (Nguồn:Poulos, 2001)

Trước tiên độ cứng trong bè- cọc được tính theo công thức trên với số lượng cọc được cho trước Độ cứng của cọc sẽ được huy động đến khi phần cọc được huy động tối đa sức chịu tải của nó P 1 là sức chịu tải của cọc có thể đạt được:

- P up : Sức chịu tải cuối cùng của cọc trong nhóm cọc

- X: Tỉ số tải trọng được gánh đỡ bởi phần bè

Bên ngoài điểm A (hình 2.2) ta thấy độ cứng của hệ móng chính là độ cứng trong bè và được giữ cho đến khi hệ đạt tải trọng tới hạn (điểm B) Bắt đầu từ điểm này mối quan hệ giữa độ lún và tải trọng là đường nằm ngang

Với sự trợ giúp của máy tính, ta có thể dùng excel hay một số phần mềm toán học khác như Mathcad để vẽ những đồ thị thể hiện quan hệ giữa tải trọng và độ lún trong bè với số lượng cọc khác nhau Bằng cách này ta có thể tính toán đơn giản mối quan hệ giữa số lượng cọc và độ lún trung bình của móng

Cọc được thiết kế như công cụ giảm lún và để huy động toàn bộ sức chịu tải ngang với tải thiết kế Các bước trình tự thiết kế giản lược như sau:

Bước 1 Xác định mối quan hệ tải lún dài hạn cho bè không có cọc Tải thiết kế P0 gây ra tổng lún S0.

Hình 2.3 Bố trí cọc giảm lún, và tính toán móng bè điều chỉnh (Nguồn:Poulos,

- Bước 2 Đánh giá lún cho phép S a S a bao gồm cả hệ số an toàn P 1 là sức chịu tải chỉ trong bè, tương ứng với mức lún S a

- Bước 3 Phần tải trọng dư, P 0 – P 1 , được giả thiết do cọc giảm lún chịu

- Bước 4 Nếu cọc bố trí dưới chân cột để chịu tải dư P su , móng bè- cọc có thể được phân tích như móng bè do tải trọng đã điều chỉnh tác dụng Sức kháng hông của các cọc này sẽ được huy động hoàn toàn (không áp dụng hệ số an toàn)

Tuy nhiên, Burland đề nghị “hệ số an toàn" 0.9 được áp dụng cho “hệ số an toàn tốt nhất" của sức kháng hông cực hạn, P su

- Bước 5 Mô men uốn trong bè có thể xác định bằng cách phân tích móng bè - cọc như móng bè chịu tải trọng điều chỉnh Q r

Hình 2.4 Đường cong Tải – Lún tính toán cho móng bè (Nguồn:Poulos, 2001)

Tuy nhiên trình tự tính toán lún của móng bè - cọc Burland (1995) không được đề cập Để dự đoán lún có thể áp dụng phương pháp gần đúng của Randolph (1994):

S pr = Lún của móng bè - cọc

K r = Độ cứng của móng bè

K pr = Độ cứng của móng bè - cọc

Các phương pháp số gần đúng

2.2.1 Dãy móng trên nền lò xo (GASP)

Phương pháp dãy trên nền lò xo được Poulos (1991) kiến nghị dùng để phân tích móng bè- cọc Một phần trong bè được mô phỏng như một dầm và cọc được mô phỏng là những lò xo Phương pháp này cho phép kể đến bốn thành phần tương tác trong móng bè- cọc là:

- Tương tác giữa các phần tử bè – bè

Ngoài ra ảnh hưởng của các phần tử bè bên ngoài dãy được phân tích và được tính vào tải trọng bài toán

Phương pháp này được phát triển dựa vào phần mềm GASP (Geotechnical Analysis of Strip with Piles)

Hình 2.5 Phương pháp dãy móng trên nền lò xo (Nguồn:Poulos 1991)

2.2.2 Bản móng trên nền lò xo (GARP)

Hình 2.6 Mô phỏng cọc và nền (Nguồn:Poulos 1994)

Với phương pháp này, bè được mô phỏng là bản đàn hồi, còn cọc được mô phỏng là các lò xo gánh đỡ bản Phương pháp này đầu tiên được khởi xướng bởi Hongladaromp và các cộng sự (1973), với tương tác giữa cọc và cọc bị bỏ qua và giá trị độ cứng bè- cọc được lấy rất lớn Poulos (1994) phát triển phần mềm GARP (Geotechnical Analysis of Raft with Piles) áp dụng phương pháp sai phân hữu hạn cho bè có kể đến tất cả các tương tác trong móng bè- cọc Điều này giúp cho cọc có thể đạt đến tải trọng cực hạn và bè có thể đạt đến phá hoại cục bộ Phần mềm GARP có khả năng kể đến các thông số sau trong phân tích móng bè- cọc:

- Khai báo trụ địa chất không đồng nhất, nền nhiều lớp;

- Giới hạn áp lực dưới bè bao gồm cả áp lực nén và kéo;

- Ứng xử phi tuyến giữa tải trọng và độ lún của cọc, bao gồm khả năng chịu tải cực hạn về nén và kéo của cọc;

- Độ cứng khác nhau và khả năng chịu tải khác nhau của các cọc;

- Dễ dàng khai báo vị trí và số lượng cọc;

- Tải trọng tác dụng gồm tải trọng tập trung, momen và tải trọng phân bố đều trên bản;

- Khai báo chuyển vị đứng trong đất

Russo (1998) dùng phương pháp tương tự nhưng cọc và bè được mô phỏng lần lượt là các lò xo tuyến tính và phi tuyến Chuyển vị của nền đất được tính toán dựa theo lời giải Boussinesq Ứng xử phi tuyến của cọc được mô phỏng dựa trên giả thiết đường cong tải trọng - chuyển vị cho cọc đơn Tuy nhiên phương pháp này có hạn chế là chỉ cho phép nghiên cứu tương tác theo phương thẳng đứng giữa bè, cọc và đất nền

Randolph (1983) giới thiệu một phương pháp ma trận dẻo được dùng để tính toán độ cứng tổng thể trong bè- cọc bằng việc kết hợp các độ cứng đơn vị của từng đơn nguyên bè- cọc đơn

Clancy & Randolph (1993) kết hợp phần tử hữu hạn và lời giải tích phân để phân tích bài toán trong đó bè được mô phỏng là một bản mỏng hai phương, còn cọc được mô phỏng là các thanh một phương đồng thời ứng xử của đất nền được tính toán bằng lời giải tích phân.

Các phương pháp tính toán chính xác

2.3.1 Phương pháp phần tử biên (BEM)

Phương pháp phần tử biên là phương pháp mà sự rời rạc chỉ xảy ra trên biên của kết cấu Vì chỉ có biên của kết cấu bị rời rạc hóa nên số lượng phương trình cân bằng ít hơn phương pháp phần tử hữu hạn Ứng suất và chuyển vị có thể tìm được từ việc giải hệ các phương trình cân bằng Là một phương pháp cung cấp lời giải trực tiếp và chính xác, đồng thời yêu cầu dung lượng bộ nhớ máy tính nhỏ, BEM thường được sử dụng để phân tích các nhóm cọc lớn

Butterfield, R và Banerjee, P K (1971) dùng phương pháp phần tử biên để phân tích ứng xử của nhóm cọc trong bán không gian đàn hồi lý tưởng được liên kết với bè tuyệt đối cứng Tác giả dùng lời giải Mindlin để mô tả ứng xử của các tương tác trong móng bè- cọc

Brown, P T và Wiesner, T J (1975) dùng phương pháp phần tử biên để phân tích móng băng trên nền cọc trong môi trường bán không gian đàn hồi đồng nhất đẳng hướng Trong phương pháp này, bè và cọc được chia ra thành nhiều vùng với lực hoặc ứng suất trên bề mặt tác dụng vào các vùng tương ứng Lời giải Mindlin cũng được sử dụng để phân tích các mối quan hệ tương tác do lực bề mặt gây ra

Kuwabara, F (1989) dùng phương pháp phần tử biên dựa trên lý thuyết đàn hồi để phân tích ứng xử của móng bè- cọc trong khối đất đàn hồi tuyến tính Trong phân tích này, bè được xem như tuyệt đối cứng, nhưng cọc thì được xem có thể biến dạng dọc trục được Phần bè được rời rạc hóa thành nhiều phần tử chữ nhật và cọc thì được rời rạc thành các phần tử ma sát thành và sức kháng mũi

Mendonỗa, A V và de Paiva, J B (2000) giới thiệu phương phỏp phần tử biên cho phân tích móng bè- cọc với tất cả các tương tác giữa bè, cọc và nền đất Không giống như các phương pháp BEM khác sự rời rạc hệ móng không được đề cập đến trong phương pháp này Nền đất được mô tả như một bán không gian đàn hồi đồng nhất tuyến tính Mindlin Bè được xem như là một bản mỏng và được mô tả bằng các phương trình tích phân Cọc được mô tả như các phần tử đơn và ứng suất cắt dọc trục được tính toán gần đúng bằng đa thức bậc hai Tương tác giữa bè và cọc được phân tích bằng cách chia bề mặt thành những phần tử tam giác

2.3.2 Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM)

Phương pháp phần tử hữu hạn là một trong các phương pháp mạnh nhất để phân tích móng bè- cọc Trong phương pháp này, cả kết cấu gồm bè- cọc và nền đều được rời rạc hóa Khi đó số lượng phương trình cân bằng sẽ rất lớn, chỉ có thể tính toán dựa vào máy tính Một trong những phương pháp làm giảm sự phụ thuộc vào máy tính là chuyển bài toán không gian ba chiều thành bài toán đối xứng trục hoặc bài toán ứng suất phẳng

Ví dụ tính toán đầu tiên về móng bè- cọc dùng phương pháp phần tử hữu hạn được trình bày bởi Hooper (1973), với mô hình đối xứng trục dùng phần tử tám nút Trong phương pháp này, độ cứng của nhóm cọc được ước lượng một cách gần đúng Nền đất được mô phỏng như một vật liệu đồng nhất đàn hồi tuyến tính với module tăng tuyến tính theo độ sâu Hooper dùng phương pháp này để phân tích móng bè- cọc của công trình Hyde Park Barracks Năm 1975, Ottaviani ứng dụng phương pháp này để phân tích bè tuyệt đối cứng đặt trên nhóm cọc trong một không gian đồng nhất

Chow và Teh (1991) dùng phương pháp số phân tích ứng xử của móng bè- cọc tuyệt đối cứng trên nền không đồng nhất Bè được rời rạc hóa thành các phần tử con hình vuông Tác giả xem bè tiếp xúc hoàn toàn với đất nền và mặt tiếp xúc giữa bè và nền được tính toán chính xác thông qua các vùng chia nhỏ hình vuông đó (Chow, 1987a) Đất nền được mô phỏng là vật liệu tuyến tính đàn hồi đẳng hướng và module Young tăng tuyến tính theo độ sâu Cọc tiết diện hình tròn và được rời rạc thành hai phần tử nút tại mặt tiếp xúc giữa đất và cọc (Chow, 1987b) Tương tác giữa bè, cọc và đất nền được kể đến vào quá trình tính toán Katzenbach and Reul

(1997) dùng phương pháp phần tử hữu hạn để mô tả ứng xử của đất thành vật liệu đàn dẻo Cọc được mô hình bằng phần tử ba chiều, còn bè được mô phỏng bằng phần tử tấm Quan hệ ứng suất biến dạng của đất được mô phỏng bằng mô hình nền bao gồm hai phần mặt dẻo chính: mặt áp lực phụ thuộc hoàn toàn vào phá hoại cắt dẻo và mặt dẻo nắp chịu nén Katzenbach và các cộng sự (2000) dùng mô hình tương tự thực hiện các nghiên cứu phân tích ứng xử của móng bè- cọc tại đất sét Frankfurt Reul (1998) tinh chỉnh lại mô hình bằng cách dùng phần tử vô cùng tại biên để mô hình nền đất thành bán không gian đàn hồi

Prakoso và Kulhawy (2001) phân tích móng bè- cọc bằng mô hình phần tử hữu hạn biến dạng phẳng phi tuyến và đàn hồi tuyến tính thông qua mô phỏng móng bè- cọc ba chiều thành móng bè hai chiều Phân tích này dựa trên phần mềm Plaxis version 6.1 và phần tử tam giác sáu nút được dùng để mô phỏng móng bè- cọc và đất nền Các dãy cọc trong bè được tính gộp thành các cọc tương đương biến dạng phẳng với module Young tương đương E eq được tính toán phụ thuộc vào số lượng cọc trong dãy, kích thước cọc và kích thước bè:

Với: n p-rowi : số lượng dãy cọc thứ I; A p : diện tích mặt cắt ngang cọc; E p : module Young của cọc; L r : chiều dài của bè; D p : đường kính cọc

Reul và Randolph (2003) – sử dụng phần mềm ABAQUS - giới thiệu phương pháp phần tử hữu hạn đàn dẻo ba chiều để phân tích móng bè- cọc trên nền đất sét quá cố kết – đất sét Frankfurt.

Tương tác trong hệ bè cọc đệm vật liệu rời

Đã có một số nghiên cứu bằng mô hình phần tử hữu hạn trên móng bè - cọc - đệm vật liệu rời đánh giá ảnh hưởng của nhiều yếu đố địa cơ khác nhau như bề dày đệm, bề dày bè, các thông số về cọc Tiêu biểu như Lieng nghiên cứu bằng mô hình tuyến tính về độ cứng của đệm và bề dày trong bè ảnh hưởng tới phân bố tải giữa cọc và bè, nghiên cứu này đề xuất cách để tối ưu hóa cách bố trí cọc để phân bố đều các tải và giảm tập trung ứng xuất tại các cọc dài Eslami và Malekshah nghiên cứu bằng mô hình đàn- dẻo về giảm độ lún trung bình bằng cách giảm bề dày đệm và tăng độ cứng của lớp đệm vật liệu rời này Các tác giả nhận thấy lún lệch giảm khi cọc được tập trung tại khu vực tâm trong bè Lực dọc lớn nhất trong các cọc xuất hiện tại các vị trí khác nhau dọc theo thân cọc tùy thuộc vào bề dày và độ cứng trong bè, cọc và đệm vật liệu rời

Thông thường ở bè – cọc truyền thống độ lún của đất, bè và cọc là bằng nhau, nhưng ở bè cọc đệm vật liệu rời độ lún của đất nền và cọc khác nhau, làm bè lún nhiều hơn cọc từ đó gây ra ma sát âm lên thành cọc Lực ma sát âm này đóng vai trò quan trọng trong hệ móng bè cọc đệm vật liệu rời, lực ma sát âm giúp truyền tải cho cọc thông qua ma sát giữa cọc và đất nền

Hình 2.7 Ma sát trong cọc trong trường hợp bè – cọc thông thường và bè - cọc - đệm vật liệu rời (Nguồn:F Tradigo 2016)

Như hình trên thể hiện vùng ma sát âm và ma sát dương lên thành cọc, đường ranh giới giữa vùng ma sát âm và vùng ma sát dương tạm gọi là đường trung hòa, tại đây lực dọc lớn nhất trong cọc trong xuất hiện, vị trí này có thể được xác định bằng công thức dưới đây:

Trong đó: - N: Lực dọc tác dụng lên cọc

- là ứng xuất cắt trung bình trên chu vi cọc ở độ sâu z Đa phần các nghiên cứu mô hình phần tử hữu hạn ở trên đều được kiểm chứng bằng các thí nghiệm mô phỏng bè cọc với tỉ lệ nhỏ ở phòng thí nghiệm Trong khi đó điều quan trọng nhất của mô hình số là tính tự chứng minh, các kiểm chứng bằng thực nghiệm đã nói ở trên tương đối đắt tiền và đòi hỏi yêu cầu về thời gian Chính việc tốn kém và yêu cầu thời gian của các thực nghiệm đã đòi hỏi cần có một mô hình số có độ tin cậy cao khi mô phỏng móng bè – cọc – đệm vật liệu rời

Việc hiệu chỉnh các lò xo tiếp xúc ở đầu cọc không đơn giản, do thực tế khi gặp tải đứng ở đầu cọc xẩy ra biến dạng theo dạng 3d, tuy nhiên lò xo ở đầu cọc chỉ làm việc theo một phương Sự phát triển của trạng thái ứng suất - biến dạng trong đệm giữa bè - cọc được phân tích số bằng mô hình Mohr – Coulomb Mặc dù mô hình Mohr- Coulomb không phải là mô hình hiện đại nhất nhưng nó đáp ứng tốt các tiêu chuẩn trong phân tích địa kĩ thuật bằng phương pháp phần tử hữu hạn Các ứng xuất tập trung lớn xảy ra ở phần đệm vật liệu rời do đệm bị nén bởi bè và cọc Vùng ứng xuất lớn này ứng xử gần như tuyến tính Trong thực tế các kết quả phân tích phần tử hữu hạn cho thấy đa phần các điểm trong đệm tiếp túc với bè và cọc có các đường ứng suất „giống như xuyên tâm‟ trong không gian ứng suất

Các thí nghiệm về vùng đệm vật liệu rời giữa cọc và bè dưới tác dụng của tải đứng diễn ra tại 1 cột vật liệu rời giữa cọc và bè Đối với mô hình embedded pile, các thí nghiệm này gợi ý cho khái niệm về liên kết nút - nút giữa bè và đầu cọc hoạt động song song với đất xung quanh và được đặc trưng bởi độ cứng thích hợp Nếu không có liên kết như vậy, đầu cọc sẽ vẫn không tải - điều này không chính xác cả về kết cấu và quan điểm địa kỹ thuật Điều này dẫn đến 2 kết quả: một là không có lực dọc tại đầu cọc và hai là đánh giá thấp độ cứng tổng thể của hệ móng Đối với vấn đề đang xem xét, độ cứng của liên kết nút giữa bè và cọc có thể được ước lượng bẳng giả định sau: một là vùng bị nén giữa bè và cọc giới hạn bởi một mặt trụ đều, có đáy trùng với đầu cọc; hai là trạng thái ứng suất-biến dạng bên trong hình trụ là đồng nhất (trọng lượng bản thân và tác dụng ma sát hông được bỏ qua); ba là hình trụ ứng xử đàn hồi Theo các giả thuyết này, độ cứng tổng thể lý thuyết K th của hình trụ, liên quan đến các lực biên và biến dạng dọc trục, có thể được biểu thị theo kiểu không thứ nguyên như công thức dưới đây:

Trong đó d là đường kính cọc, h là chiều dày đệm, E và ν là module đàn hồi của đất và hệ số poisson, α là tỷ lệ giữa các thành phần biến dạng gia tăng hướng tâm và dọc trục α định lượng giới hạn bên của hình trụ lý tưởng và có xu hướng bằng không khi nén cố kết (ngăn cản sự giãn nở hông)

Khi các giả thiết lý thuyết thiếu thuyết phục, các kết quả phần tử hữu hạn đã được khai thác để tìm ra α bị ảnh hưởng như thế nào bởi các yếu tố hình học / cơ học, một giá trị trung bình α av đã nhận được là:

Trong đó R p là bán kính cọc, ΔS r,av và Δ S a,av đại diện cho chuyển vị gia tăng hướng tâm và hướng trục trung bình tại các biên hình trụ Như được thể hiện trong Hình 2.8 đối với thành phần nằm ngang, theo công thức (10) làm tăng giá trị trung bình trên vùng đệm giữa bè và đầu cọc, bỏ qua sự không đồng nhất của trường ứng suất / biến dạng và sau đó được thay thế trong (9) (dựa trên thực tế cân nhắc ở cấp phần tử điểm) Trong khi Hình 2.8 cho thấy cách tính toán chuyển vị / biến dạng ngang trung bình từ phân bố không đồng nhất trong vùng đệm giữa bè và đầu cọc (áp dụng tương tự cho phần tử thẳng) Hình 2.9 minh họa sự phụ thuộc của α av vào mức tải thẳng đứng q ở các tỷ số h / d khác nhau Kết quả quan hệ q - α av gần như không đổi cho mỗi h = d, xác nhận ứng xử tuyến tính trong vùng đệm giữa đầu cọc và bè ở mức tải thậm chí cao (dao động phát sinh ở tỷ lệ h = d cao nhất do kết quả của sự phù hợp ít hơn không đáng kể trong vùng đệm giữa đầu cọc và bè) Các giá trị α av hằng số đều khá thấp, cho thấy rằng vùng tập trung ứng suất biến dạng dưới giới hạn bền cao: bị ảnh hưởng khá nhiều bởi độ dày đệm, và thực tế α av phát triển khi tăng h

(11) Để đánh giá độ chính xác của công thức (9), độ cứng nén số K num đã được đánh giá theo phương trình (11), trong đó F là giá trị trung bình của các lực tạo ra bởi ứng suất đứng lên mặt trên / mặt dưới của hình trụ và s là biến thiên hiện tại trong chiều dày đệm h

Hình 2.8 Biến dạng ngang trong vùng diện tích đệm giữa bè và đầu cọc (Nguồn: F

Hình 2.9 Quan hệ giữa α av và q tại các tỉ lệ h/d khác nhau (Nguồn: F Tradigo

Hình 2.10 So sánh giữa độ cứng nén theo phương pháp số và lý thuyết trong vùng đệm bị nén giữa cọc và bè ở các độ dày đệm khác nhau (Nguồn: F Tradigo 2016)

Hình 2.11 Ảnh hưởng của các thông số hình học/ cơ học đến độ cứng nén trong vùng đệm giữa bè và đầu cọc (Nguồn: F Tradigo 2016)

Trong Hình 2.10, các giá trị K num được so sánh với các giá trị lý thuyết K th thu được cho các điều kiện nén lún cố kết (α = 0, đường liền nét màu đỏ) và giới hạn bên „„thực” (α = α av , đường đứt nét, tức là kết quả từ phân tích phần tử hữu hạn) Sự thống nhất giữa các phân tích số và lý thuyết rõ ràng là rất tốt, trong khi ảnh hưởng thấp của α đến độ cứng nén có thể dễ dàng nhận thấy Hình 2.11 cho thấy phương trình (9) vẫn có thể áp dụng cho các loại cọc hình dạng khác nhau (đường kính kép) và các đặc tính đàn hồi của đệm (E = 80 MPa, hoặc tỷ lệ Poisson được đặt thành ν = 0,4).

Một số nghiên cứu hệ móng bè - cọc- đệm vật liệu rời

2.5.1 Fa- Yun Liang, Long Zhu Chen, Xu- Guang Shi

[4] Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn 3d do Ottaviani đề xuất, sử dụng phần mềm ANSYS (một phần mềm phân tích phần tử hữu hạn được phát triển bởi ANSYS Inc của Hoa Kỳ) bởi vì hầu hết nền móng ở trạng thái đàn hồi trong các điều kiện tải trọng làm việc, bè, đệm, cọc và lớp đất dưới đều được giả định là không trọng lượng

Mô hình đàn hồi tuyến tính Phần biên dưới của mô hình được mô phỏng là ngàm Cọc và bè sử dụng các thông số thông dụng Các cọc dài và bè là bê tông, các cọc ngắn và đệm cát được khai báo vật liệu là cát – sỏi, các cọc vuông này có kích thước cạnh là 0.45m, bè có kích thước 2.7mx2.7m, dày 0.5m Tác giả đưa ra 1 số kết luận sau:

- Xét ảnh hưởng của module đàn hồi và chiều dài, số lượng cọc, cọc dài có tác dụng rõ rệt trong việc giảm lún và cải thiện độ cứng của hệ móng bè - cọc - đệm vật liệu rời hơn là cọc ngắn

- Đệm vật liệu rời có thể điều chỉnh tỉ lệ chia tải giữa cọc và bè, tận dụng tốt khả năng mang tải của các cọc ngắn So sánh với hệ không có đệm, ứng suất dọc trục lớn nhất thay đổi cách đầu cọc một đoạn do đó khả năng chịu lực của đất nền có thể được khai thác tốt hơn thông qua việc áp dụng kỹ thuật đệm, đặc biệt là cho mặt đất chứa lớp đất tốt ở các lớp có độ sâu thấp

- Module của lớp đệm này một cách hợp lý có thể giảm ứng suất tập trung ở cọc dài và huy động khả năng chịu tải của cọc ngắn

Hình 2.12 Mô hình sử dụng của Fa- Yun Liang, Long Zhu Chen, Xu- Guang Shi

Xiao Dong Cao, Ing Hieng Wong, Ming-Fang Chang [6]: Sử dụng một mô hình thực nghiệm gồm cọc và bản và sử dụng các cảm biến để đo đạc lại các ứng suất, chuyển vị của mô hình Tác giả đưa ra một số kết luận sau trong hệ bè - cọc - đệm vật liệu rời:

- Khi các cọc giảm lún không liên kết được thêm vào, lún lệch và moment trong bè giảm

- Đối với nhóm cọc, việc tăng chiều dài cọc có hiệu quả tốt đối với việc cải thiện độ cứng của hệ bè – cọc – đệm vật liệu rời

- Tải trong các cọc tăng nhanh trong các giai đoạn gia tải đầu, sau đó duy trì ở mức ổn định trong các giai đoạn tiếp theo Việc tăng độ cứng trong bè làm giảm tỉ lệ tải mang bởi cọc Việc tăng chiều dài cọc tăng tỉ lệ chia tải cho các cọc

- Ma sát âm xuất hiện ở phần trên của cọc Ma sát âm phần đỉnh cọc giúp truyền lực từ bè xuống cọc

- Việc bố trí số lượng cọc giảm lún ở mức nhỏ là rất quan trọng Sự phân bố của các cọc trong khu vực trung tâm trong bè giúp giảm đáng kể lún lệch và moment uốn trong bè Bản thân việc tăng số lượng cọc được cho là không hiệu quả trong việc kiểm soát độ lún và mômen uốn của bè

Hình 2.13 Chi tiết dụng cụ thí nghiệm của Xiao Dong Cao, Ing Hieng Wong,

Ming-Fang Chang (Nguồn: Xiao Dong Cao 2004)

Hình 2.14.Sơ đồ đặt tải của Xiao Dong Cao, Ing Hieng Wong, Ming-Fang Chang

2.5.2 Alaa Ata, Essam Badrawi, Marwa Nabil

Sử dụng mô hình 3d bằng phần mềm ABAQUS để phân tích hệ móng bè - cọc - đệm vật liệu rời Trong nghiên cứu này, lớp đất sét yếu được sử dụng mô hình modified cam clay, các lớp đất khác như lớp sét cứng, lớp cát sử dụng mô hình Morh – Coulomb Các tác giả đưa ra một số kết luận sau [1]:

- Độ lún giữa trường hợp bè- cọc truyền thống và trường hợp bè - cọc - đệm vật liệu rời có sự chênh lệch không đáng kể (giảm 77% lún và giảm 74% lún)

- Tải chia cho cọc giảm khi độ cứng của lớp đệm vật liệu rời tăng lên

Hình 2.15 Mô hình sử dụng của Alaa Ata, Essam Badrawi, Marwa Nabil (Nguồn:

Sử dụng phương pháp thí nghiệm để nghiên cứu hệ bè- cọc- đệm vật liệu rời [7]

- Độ lún trong bè tăng theo chiều dày đệm và giảm theo đường kính cọc Ngoài ra, tỷ lệ tập trung ứng suất của cọc-đất giảm theo tỷ lệ và với kích thước hạt của đệm sỏi

- Ma sát âm của cọc xảy ra trong trường hợp 3–5 do lớp đệm sỏi ở đầu mỗi cọc có độ dày vừa đủ Mặt phẳng trung hòa của cọc di chuyển xuống khi tải trọng đứng tăng lên Mặt phẳng trung hòa ở độ sâu thấp hơn giữa cọc khi bắt đầu chịu tải và sau đó chuyển xuống dưới khi tải trọng tác dụng tăng lên

- Chuyển vị đất được tái tạo bằng cách sử dụng kỹ thuật DIC Mặt phẳng cắt hình quạt xảy ra ở đệm và một diện tích hình nón xảy ra ở đầu cọc Ngoài ra, một mặt phẳng cắt xuất hiện ở rìa của các khu vực do mật độ ở rìa của các khu vực bị giảm do đất bị giãn nở do kết quả của sự lún của đất nền

- Dạng phá hoại đệm được đưa ra theo mặt phẳng trượt của đệm

- So sánh lượng ứng suất dọc trên cọc được dự đoán theo phương pháp hiện nay cho thấy kết quả của Guido và Abusharar là hợp lý Đối với phương pháp đã trình bày, các giá trị của tỷ lệ tập trung ứng suất được dự đoán theo phương pháp của Guido cho giá trị tiệm cận vì các phương pháp này không xem xét sự tương tác của nền đất bởi các chất cơ lý của đất Trong nghiên cứu này, tất cả các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm đã được tiến hành sử dụng cọc cứng và đệm sỏi Trong nghiên cứu trong tương lai, các thí nghiệm với các loại đất đệm và đất nền khác nhau và với các cọc khác nên được nghiên cứu để mô phỏng lại cơ chế phá hoại của đệm

Hình 2.16 Sơ đồ thí nghiệm của Xiao-jun Zhu (Nguồn: Xiao-jun Zhu 2017)

Kết luận chương

- Nhìn chung có nhiều phương pháp đã được đưa ra để tính hệ móng bè cọc từ đơn giản đến phức tạp, nhưng nổi bật nhất và được áp dụng rộng rãi là các phương pháp tính toán bằng phần mềm sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn có độ chính xác cao

- Về cơ chế làm việc của hệ móng bè – cọc – đệm vật liệu rời thì có thể thấy hệ móng bè cọc đệm vật liệu rời có cơ chế làm việc phức tạp, ngoài các tương tác xuất hiện trong hệ móng bè cọc thông thường ra còn có sự xuất hiện của ma sát âm

- Các nghiên cứu về hệ móng bè – cọc – đệm vật liệu rời nhìn chung đều có thống nhất các điểm sau:

+ Đệm vật liệu rời giúp điều chỉnh tỉ lệ chia tải giữa cọc và đất nền

+ Độ lún của hệ bè – cọc đệm vật liệu rời lớn hơn so với bè cọc thông thường

+ Có sự xuất hiện của ma sát âm trong hệ móng bè cọc đệm vật liệu rời, do đó lực dọc lớn nhất trong hệ móng bè – cọc – đệm vật liệu rời xuất hiện tại vị trí đường trung hoà.

PHÂN TÍCH CÁC THÔNG SỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN PHÂN BỐ LỰC LÊN CỌC CỦA HỆ MÓNG BÈ - CỌC – ĐỆM VẬT LIỆU RỜI

Đặt vấn đề

Móng bè-cọc được sử dụng để nâng đỡ nhà cao tầng hoặc các kết cấu chịu tải lớn Thông thường quan điểm tính toán là cọc chịu tải, bè đóng vai trò là kết cấu trung gian truyền lực từ hệ kết cấu bên trên xuống các cọc Đối với móng bè cọc thì ngoài tác dụng truyền lực từ hệ kết cấu bên trên xuống hệ cọc thì còn truyền lực xuống đất nền Tuy nhiên trong hệ móng bè cọc này moment và lực cắt trong cọc và bè vẫn còn rất lớn Khi có thêm lớp đệm vật liệu rời, các tải này sẽ truyền xuống cho đất nền bên dưới nhiều hơn, giảm nội lực trong cọc và bè

Trong quá trình đào xới đất để thi công móng hầm chắc chắn sẽ làm ảnh hưởng đến cấu trúc của đất, gây ra hiện tượng đất bị tơi xốp Do đó có thêm một lớp đệm vật liệu rời giúp gia cố lại nền bị tơi xốp và nâng cao khả năng chịu lực của bè

Thông thường, móng bè được sử dụng trên nền đất tốt, có nhiều ưu điểm như tiết kiệm, tính toán đơn giản Tuy nhiên nó có nhiều hạn chế như có độ lún lớn, khi làm công trình cao tầng nhiều người nghi ngại vấn đề chống lật của công trình Còn về móng cọc thì quan điểm chịu tải là do cọc chịu hoàn toàn, tính toán thường dư Về phần của lớp đệm vật liệu rời, từ trước đến nay chỉ dùng để gia cố các nền có lớp đất yếu mỏng, dùng để thay thế hoàn toàn lớp đất yếu này trong vùng nền

Do đó có thể thấy hệ móng bè-cọc-đệm vật liệu rời sẽ là một phương án thay thế kinh tế hơn hệ móng bè-cọc truyền thống do giảm đi được moment và lực cắt trong bè và cọc Nhưng đến nay vẫn ít nghiên cứu về hệ móng bè-cọc này

3.2 M h nh kiểm chứng của hệ móng bè-cọc-đệm vật liệu rời

Tiến hành phân tích, tác giả tiến hành mô phỏng dựa trên các thông số trong bài báo ‘on the use of embedded pile elements for the numerical analysis of disconnected piled rafts’ của nhóm tác giả f Tradigo, f Pisanò, c Di prisco đăng trên tạp chí computers and geotechnics

Bảng 3.1.Các thông số vật liệu được sử dụng (Nguồn: F Tradigo, et al 2016)

Th ng số Đơn vị Đất Bè Cọc

Module đàn hồi E o MPa 35 36000 36000 Độ tăng module đàn hồi E inc MPa/m 5 - -

Hình 3.1 Mô hình kiểm chứng (Nguồn: F Tradigo 2015)

Bảng 3.2.các thông số mô hình được mô phỏng kiểm chứng

Khoảng cách h từ bè đến cọc

Với tải tác dụng lên phân bố đều trên bè là 243mn tương đương 3000kN/m²

Hình 3.2 Mô hình mô phỏng plaxis 3d

Hình 3.3 Kết quả độ lún của các trường hợp xem xét của bài báo (Nguồn: F

Hình 3.4 Kết quả độ lún của tác giả mô phỏng bằng plaxis 3d trường hợp chỉ có bè

Hình 3.5 Kết quả độ lún của tác giả mô phỏng bằng plaxis 3d trường hợp h=0.5m

Hình 3.6 Kết quả độ lún của tác giả mô phỏng bằng plaxis 3d trường hợp h=1m

Hình 3.7 Kết quả độ lún của tác giả mô phỏng bằng plaxis 3d trường hợp h=2m

Hình 3.8 Kết quả lực dọc trong các cọc ở trường hợp h=0.5m trong nghiên cứu của nhóm tác giả f Tradigo, f Pisanò, c Di prisco (Nguồn: F Tradigo 2016)

Hình 3.9 Kết quả moment trong các cọc ở trường hợp h=0.5m trong nghiên cứu của nhóm tác giả f Tradigo, f Pisanò, c Di prisco (Nguồn: F Tradigo 2016)

Hình 3.10 Lực dọc trong cọc p1, p2 và p3 (trái), moment trong cọc p2, p3 (phải)

Có thể thấy độ lún trong plaxis 3d và mô hình của nhóm tác giả f Tradigo, f Pisanò, c Di prisco là tương tự nhau ở các trường hợp xem xét:

Bảng 3.3 So sánh kết quả mô hình plaxis 3d và kết quả của nhóm tác giả bài báo

Trường hợp Độ lún của nhóm tác giả bài báo của nhóm tác giả f

Tradigo, f Pisanò, c Di prisco (m) Độ lún trong plaxis 3d (m)

Về kết quả moment và lực dọc trong các cọc có thể thấy plaxis 3d cho giá trị lớn hơn so với kết quả của nhóm tác giả là 20-30% Do kết quả nội lực cọc ra lớn hơn nên có thể thấy plaxis 3d cho kết quả nội lực thiên về an toàn hơn của nhóm tác giả

Do đó tác giả sẽ dựa trên địa chất này và kết hợp với mô hình tác giả đưa ra để tiến hành nghiên cứu ứng xử trong bè - cọc - đệm vật liệu rời

Tác giả tiến hành phân tích và đánh giá dự trên phần mềm plaxis 3d Với các thông số vật liệu như trong phần 3.2

Hình 3.11 Mô hình plaxis 3d sử dụng trong nghiên cứu

Hình 3.12 Các kích thước bè - cọc - đệm vật liệu rời

Hình 3.13 Mặt bằng bè – cọc – đệm vật liệu rời được nghiên cứu

Với mục tiêu đánh giá ảnh hưởng của các thông số tới hệ móng bè - cọc - đệm vật liệu rời, tác giả tiến hành đánh giá các trường hợp với tải phân bố đều trên bè là 2000kN/m² được tổng hợp trong bảng sau:

Bảng 3.4 Tổng hợp các thông số phân tích hệ bè - cọc - đệm vật liệu rời

Kích thước bè Th ng số đệm Th ng số cọc

3.4 Đánh giá bè - cọc - đệm vật liệu rời so với phương án bè- cọc th ng thường

Tác giả chọn phương án bè có kích thước 9x9m, bề dày bè 1m, 9 cọc đường kính 1m dài 9m, bề dày lớp đệm vật liệu rời 0.5m để tiến hành mô cho phương án nghiên cứu Tải phân bố đều 2000kN/m² trên bè Đệm vật liệu rời có module đàn hồi là 50000 kN/m² Tác giả tiến hành so sánh 3 phương án: chỉ có bè, phương án bè- cọc truyền thống và phương án bè - cọc - đệm vật liệu rời

Hình 3.14 Lực dọc trong cọc p3

Khoả ng cách từ tâm bè bè cọc truyền thống

Bè cọc đệm vật liệu rời Chỉ có bè

Hình 3.16 Độ lún của các hệ móng xem xét với mặt cắt đi qua tâm bè

Hình 3.17 Lực dọc trong cọc P1

Khoảng cách từ tâm bè (m)

Bè cọc đẹm vật liệu rời Chỉ có bè

Hình 3.18 Biểu đồ moment trong bè của các trường hợp được xem xét tại mặt cắt qua tâm bè

Hình 3.19 Tỉ lệ chia tải cho các cọc ở 2 trường hợp bè - cọc - đệm vật liệu rời và bè- cọc truyền thống

Có thể thấy ở trường hợp bè- cọc thông thường độ lún của hệ móng giảm so với phương án chỉ có bè là 44%, trường hợp bè - cọc - đệm vật liệu rời giúp giảm 38% độ lún so với phương án chỉ có bè Hệ bè – cọc- đệm vật liệu rời nhìn chung lún nhiều hơn hệ bè cọc thông thường khoảng ~11% Sở dĩ có hiện tượng trên là do bè- cọc - đệm vật liệu rời chuyển vị trong bè và chuyển vị của cọc có sự chênh lệch do tách biết bằng lớp đệm vật liệu rời, trong khi đó bè cọc thông thường thì cọc và bè liên kết với nhau, chuyển vị trong bè và cọc bằng nhau nên hệ lún ít hơn Tuy vậy hệ bè cọc đệm vật liệu rời lại có nhiều ưu điểm khác

Tổng thể có thể thấy nội lực trong trường hợp bè - cọc - đệm vật liệu rời nhỏ hơn so với phương án bè - cọc truyền thống Vị trí lực dọc, moment lớn nhất của cọc trong phương án bè- cọc truyền thống luôn nằm ở phần đầu cọc Tuy nhiên ở phương án bè - cọc - đệm vật liệu rời thì không nằm ở vị trí này Sở dĩ có hiện tượng trên là do ở phương án bè - cọc - đệm vật liệu rời đất phía dưới bè bị nén xuống gây ma sát âm lên thành cọc Về giá trị thì phương án bè - cọc - đệm vật liệu rời cho giá trị lực dọc lớn nhất trong cọc nhỏ hơn giá trị lực dọc lớn nhất trong cọc của phương án bè - cọc thông thường là 25.5% Moment trong cọc giảm 11% so với phương án bè - cọc thông thường

Về moment thì ở phương án chỉ có bè cho ra moment bè nhỏ nhất, sau đó đến phương án bè - cọc - đệm vật liệu rời và lớn nhất là ở trường hợp bè- cọc truyền thống Trường hợp bè- cọc truyền thống do bè liên kết trực tiếp với cọc, một lượng moment trong cọc và bè do được liên kết ngàm nên gây ra moment âm lớn cho bè Còn ở trường hợp bè - cọc - đệm vật liệu rời không có moment ở đầu cọc nên không phát sinh thêm moment âm cho bè

Còn về tỉ lệ chia tải cho các cọc thì ở phương án bè - cọc - đệm vật liệu rời cho thấy hệ móng khai thác tốt hơn sức chịu tải của đất nền ở việc tỉ lệ tải cọc mang giảm đi hơn 2 lần so với phương án bè- cọc truyền thống

Có thể thấy so với phương án bè- cọc truyền thống, bè - cọc - đệm vật liệu rời có ưu điểm hơn là giảm nội lực trong hệ bè- cọc từ đó giảm được chi phí thép liên kết cọc và bè, giảm được kích thước cọc và bè

3.5 Ảnh hưởng của chiều dầy đệm đến hệ móng bè – cọc – đệm vật liệu rời

Các chiều dầy và thông số được xem xét được thể hiện trong bảng 3.4

Hình 3.20 Lực dọc trong cọc P3 khi thay đổi bề dày đệm từ 0.25m đến 1.5m

Hình 3.21 Độ lún trong bè khi thay đổi bề dày đệm từ 0.25m đến 1.5m

Hình 3.23 Moment trong bè khi thay đổi bề dày đệm từ 0.25m đến 1.5m

Hình 3.24 Lực cắt trong bè khi thay đổi bề dày đệm từ 0.25m đến 1.5m

Hình 3.25 Tỉ lệ chia tải cho các cọc khi thay đổi bề dày đệm từ 0.25m đến 1.5m

Về độ lún của hệ thì khi càng tăng chiều dày của đệm vật liệu rời thì độ lún của hệ móng bè - cọc - đệm vật liệu rời nhìn chung là tăng Cụ thể khi tăng chiều dày từ 0.25m lên 1.5m thì độ lún của hệ móng bè - cọc - đệm vật liệu rời tăng

Đánh giá bè – cọc – đệm vật liệu rời so với phương án bè- cọc thông thường

Có thể thấy so với phương án bè- cọc truyền thống, bè - cọc - đệm vật liệu rời có ưu điểm hơn là giảm nội lực trong hệ bè- cọc từ đó giảm được chi phí thép liên kết cọc và bè, giảm được kích thước cọc và bè.

Ảnh hưởng của chiều dầy đệm đến hệ móng bè – cọc – đệm vật liệu rời

~13% Sở dĩ có sự tăng độ lún này do khi tăng bề dày lớp đệm vật liệu rời thì đồng thời cũng làm tăng độ biến dạng của lớp đệm tiếp xúc giữa cọc và bè Do đó để có được hiệu quả giảm lún tốt nhất thì nên chọn bè dày đệm này hợp lý

Có thể thấy khi tăng bề dày của đệm, lực dọc đầu cọc nhìn chung là giảm Lực dọc trong cọc giảm ~25% khi chiều dày đệm từ 0.25 lên 1.5m Do khi tăng bề dày đệm thì độ lún trong hệ tăng lên, khoảng cách giữa cọc và bè gia tăng làm cho độ cứng của đất nền nhìn chung tăng lên làm giảm tải lên cọc Về moment và lực cắt tại cọc P3 thì không có thay đổi quá nhiều khi tăng bề dày của đệm vật liệu rời

Về nội lực trong bè, có thể thấy bề dày đệm càng lớn thì nhìn chung moment và lực cắt trong bè càng giảm Moment và lực cắt bè giảm ~50% khi tăng bề dày bè từ 0.25m lên 1.5m Lực cắt bè giảm do độ cứng của đất nền tăng lên, tải tác dụng lên bè một phần tải tập chung ở đầu cọc đã bị giảm đi và chuyển thành tải phân bố đều trên bè, từ đó nội lực trong bè giảm đi

Tỉ lệ chia tải cho các cọc giảm khi tăng bề dày đệm Khi tăng bè dày đệm từ 0.25 lên 1.5m, tỉ lệ chia tải cho các cọc giảm ~66% Do độ cứng của đệm tăng lên làm giảm tỉ lệ chia tải cho các cọc.

Phân tích ảnh hưởng module đàn hồi của đệm vật liệu rời đến móng bè -cọc - đệm vật liệu rời

Trong phần này tác giả tiến hành đánh giá ảnh hưởng của module đàn hồi của lớp đệm vật liệu rời đến ứng xử của hệ móng bè - cọc - đệm vật liệu rời Để tiến hành đánh giá và xem xét, tác giả tiến hành mô phỏng các trường hợp như trong bảng 3.4

Hình 3.26 Lực dọc trong cọc P3 khi thay đổi module đàn hồi đệm từ 50000kN/m² đến 3.4x10 7 kN/m²

Hình 3.27 Tỉ lệ chia tải cho các cọc khi thay đổi module đàn hồi đệm từ

Hình 3.29 Độ lún trong bè khi thay đổi module đàn hồi đệm từ 50000kN/m² đến

Hình 3.30 Lực cắt trong bè khi thay đổi module đàn hồi đệm từ 50000kN/m² đến

Hình 3.31 Moment trong đổi thay đổi module đàn hồi đệm từ 50000kN/m² đến

Về độ lún, khi tăng module đàn hồi của đệm từ 50000kN/m² lên 3.4x10 7 kN/m² thì độ lún của hệ bè - cọc - đệm vật liệu rời giảm ~18% Do khi tăng độ cứng của đệm thì biến dạng trong lớp đệm này giảm, đồng thời cũng phân phối lại lực truyền vào cọc nhiều hơn giúp giảm lún

Nhìn chung khi thay đổi module đàn hồi của đệm từ 50000kN/m² lên 3.4x10 7 kN/m² thì nội lực trong cọc tăng lên Lực dọc trong cọc tăng 10% khi module đàn hồi của đệm tăng từ 50000 kN/m² lên 150000 kN/m² Khi đổi vật liệu đệm thành bê tông tương ứng với 3.4x10 7 kN/m² thì lực dọc trong cọc tăng thêm 13%, lực dọc lớn nhất trong cọc của trường hợp này là tại đầu cọc Về moment và lực cắt trong cọc giá trị lớn nhất trong cọc không có biến động quá nhiều khi tăng bề dày đệm Do khi tăng độ cứng của đệm, chênh lệch độ lún giữa bè và cọc giảm đi, đất nền bên dưới ít bị lún hơn làm tăng tải tác dụng lên hệ cọc

Về moment và lực cắt trong bè nhìn chung khi tăng module đàn hồi của đệm thì moment và lực cắt trong bè cũng tăng theo Khi tăng module đàn hồi của đệm từ

50000 kN/m² lên 150000 kN/m² thì lực cắt trong bè tăng ~25%, moment trong bè tăng ~16% Khi đổi vật liệu đệm sang bê tông tương ứng với 3.4x10 7 kN/m² thì so với trường hợp module bè là 150000kN/m² lực cắt bè lớn nhất tăng 26%, moment bè tăng 5% Sở dĩ có hiện tăng trên là do khi tăng độ cứng của đệ làm cho độ lún giữa bè và cọc chênh lệch nhau giảm đi, từ đó tải đứng truyền xuống cọc tăng lên gây tăng nội lực trong bè

Tỉ lệ chia tải cho các cọc tăng từ 32.1% lên 60.3% khi tăng module đàn hồi của đệm từ 50000 kN/m² lên 3.4x10 7 kN/m²

Phân tích ảnh hưởng của số lượng cọc đến ứng xử của hệ bè - cọc - đệm vật liệu rời

Trong phần này tác giả tiến hành đánh giá ảnh hưởng của số lượng cọc đến ứng xử của hệ móng bè - cọc - đệm vật liệu rời khi tăng số cọc từ 1 cọc lên 25 cọc Để tiến hành đánh giá và xem xét, tác giả tiến hành mô phỏng các trường hợp như trong bảng 3.4 và thông số địa chất như trong bảng 3.1

Hình 3.32 Lực dọc và lực cắt cọc P3 khi thay đổi số lượng cọc từ 4 cọc lên 25 cọc

Hình 3.33 Tỉ lệ chia tải cho các cọc khi thay đổi số lượng cọc từ 1 cọc lên 25 cọc

Hình 3.34 Lực dọc trong cọc P1 khi thay đổi số lượng cọc từ 1 cọc lên 25 cọc

Hình 3.35 Độ lún trong bè khi thay đổi số lượng cọc từ 1 cọc lên 25 cọc

Về độ lún, có thể thấy khi càng tăng số lượng cọc thì độ lún trong hệ bè- cọc càng giảm Tuy nhiên độ lún của hệ giảm chỉ rõ rệt khi tăng số lượng cọc từ lên đến

16 cọc Khi tiếp tục tăng số lượng cọc, độ lún giảm không đáng kể Nên có thể thấy số lượng cọc là 16, với khoảng cách giữa các cọc là 2.5d là tối ưu nhất để giảm lún với tỉ lệ chia tải cho các cọc là 43.5%

Về nội lực trong cọc có thể thấy khi tăng số lượng cọc từ 1 cọc lên 25 cọc thì nội lực trong cọc giảm đi Lực dọc trong cọc giảm 60% khi tăng số lượng cọc từ 1 lên 25 cọc Moment và lực cắt trong cọc cũng có xu hướng giảm khi tăng số lượng cọc Sở dĩ có hiện tượng trên là do khi tăng số lượng cọc nhìn chung độ cứng của hệ cọc tăng lên, phân phối lại lực cho các cọc đều hơn, nên nhìn chung khi chỉ xét 1 cọc riêng lẻ thì nội lực trong cọc giảm

Về nội lực trong bè thì càng tăng số lượng cọc trong hệ thì nội lực trong bè càng giảm do tải được phân bố đều hơn trên bè

Tỉ lệ chia tải cho các cọc tăng lên khi tăng số lượng cọc trong bè Khi tăng số lượng cọc từ 1 lên 25 cọc tỉ lệ tải chia cho cọc tăng từ 5% ở trường hợp 1 cọc lên 46.6% ở trường hợp 25 cọc Càng tăng số lượng cọc thì tỉ lệ tải chia cho cọc càng tăng lên do diện tích cọc tiếp xúc với đệm tăng lên.

Phân tích ảnh hưởng của đường kính cọc đến hệ móng bè - cọc - đệm vật liệu rời

Trong phần này tác giả tiến hành đánh giá ảnh hưởng của đường kính cọc đến ứng xử của hệ móng bè - cọc - đệm vật liệu rời khi tăng đường kính cọc từ 0.8m lên 1.5m Để tiến hành đánh giá và xem xét, tác giả tiến hành mô phỏng các trường hợp như trong bảng 3.4 và thông số địa chất như trong bảng 3.1

Hình 3.36 Lực dọc trong cọc P3 khi thay đổi đường kính cọc từ 0.8m lên 1.5m

Hình 3.37 Moment trong cọc P3 khi thay đổi đường kính cọc từ 0.8m lên 1.5m

Hình 3.38 Độ lún trong bè khi thay đổi đường kính cọc từ 0.8m lên 1.5m

Hình 3.40 Lực cắt trong bè khi thay đổi đường kính cọc từ 0.8m lên 1.5m

Hình 3.41 Moment trong bè khi thay đổi đường kính cọc từ 0.8m lên 1.5m

Hình 3.42 Tỉ lệ chia tải cho các cọc khi thay đổi đường kính cọc từ 0.8m lên 1.5m

Về độ lún, có thể thấy khi càng tăng đường kính cọc thì độ lún trong hệ móng bè - cọc - đệm vật liệu rời càng giảm Khi tăng đường kính cọc từ 0.8m lên 1.5m độ lún của hệ giảm ~24% Do khi tăng đường kính cọc giúp tăng sức chịu tải của cọc từ đó giảm lún

Có thể thấy khi tăng đường kính cọc thì nội lực trong cọc có xu hướng tăng lên, lực dọc trong cọc tăng 75%, moment trong cọc tăng 6 lần khi tăng đường kính cọc từ 0.8m lên 1.5m Đường kính cọc tăng lên làm tăng sức chịu tải cọc, giảm độ lún, thêm nữa tăng đường kính cọc làm cho diện tích tiếp xúc giữa cọc và đệm tăng lên từ đó làm tải truyền vào cọc nhiều hơn

Nội lực trong bè tăng khi đường kính cọc lên Lực cắt lớn nhất trong bè tăng 78%, moment trong bè tăng 30.2% khi tăng đường kính cọc từ 0.8m lên 1.5m Do tăng đường kính cọc làm tăng lực dọc trong cọc từ đó làm tăng lực cắt và moment trong bè

Tỉ lệ chia tải cho các cọc tăng lên khi tăng đường kính cọc trong bè Tỉ lệ chia tải cho các cọc tăng 86% (từ 24.55% lên 45.64%) khi tăng đường kính cọc từ 0.8m lên 1.5m.

x10 7 kN/m²