Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng: Nghiên cứu tương quan giữa lực ép cọc và sức chịu tải của cọc

Mặc dù đã có nhiều nghiên cứu về mối tương quan giữa sức chịu tải cọc với các chỉ tiêu đất nền, nhưng vẫn còn ít nghiên cứu làm rõ mối tương quan giữa sức chịu tải cọc và lực ép cọc tron

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-

TRẦN TRUNG HIẾU

NGHIÊN CỨU TƯƠNG QUAN GIỮA LỰC ÉP CỌC

VÀ SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC

ESTIMATION OF PILE LOAD CAPACITY BASED ON AXIAL COMPRESSIVE LOAD

DURING PILE INSTALLATION

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình ngầm

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 8 năm 2021

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS TS Nguyễn Minh Tâm

Cán bộ chấm nhận xét 1: GS TS Trần Thị Thanh

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM, ngày 06 tháng 08 năm 2021 (Trực tuyến)

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

1 Chủ tịch Hội đồng: PGS TS Võ Phán

2 Phản biện 1: GS TS Trần Thị Thanh

3 Phản biện 2: TS Nguyễn Tuấn Phương

4 Ủy viện: ThS Hoàng Thế Thao

5 Thư ký: TS Lê Trọng Nghĩa

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá đề cương luận văn và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

PGS TS Võ Phán

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: TRẦN TRUNG HIẾU MSHV: 1970293 Ngày, tháng, năm sinh: 20/03/1985 Nơi sinh: Cà Mau Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình ngầm Mã số : 8580204

I TÊN ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU TƯƠNG QUAN GIỮA LỰC ÉP CỌC VÀ SỨC CHỊU TẢI

CỦA CỌC Estimation of pile load capacity based on axial compressive load during pile

installation

II NHIỆM VỤ :

lượng sức chịu tải của cọc khi dừng ép

Đánh giá sức chịu tải của cọc khi dừng ép so với sức chịu tải thiết kế

Kiểm chứng kết quả tương quan với kết quả thử tĩnh, mô hình phần tử hữu hạn bằng phần mềm Plaxis 3D

Đánh giá các thông số ép cọc Lmax, Lmin, Pmax, Pmin

III NỘI DUNG :

Mở đầu

Chương 1 Tổng quan về tương quan giữa lực ép cọc và sức chịu tải cọc

Chương 2 Cơ sở lý thuyết

Chương 3 Nghiên cứu tương quan lực ép cọc và sức chịu tải của cọc

3.1 Nghiên cứu tương quan lực ép cọc và sức chịu tải của cọc dự án chung

cư C1, C2

3.2 Nghiên cứu tương quan lực ép cọc và sức chịu tải của cọc dự án DQH 3.3 Nghiên cứu tương quan lực ép cọc và sức chịu tải của cọc dự án Centre Mall

Kết luận và kiến nghị

Tài liệu tham khảo

IV NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 22/02/2021

Tp HCM, ngày … tháng … năm 2021 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

PGS TS Nguyễn Minh Tâm

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

PGS.TS Lê Bá Vinh

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

Đặc biệt, xin cảm ơn PGS, TS Nguyễn Minh Tâm người tận tâm hướng dẫn, giúp

đỡ tôi trong quá trình học tập và thực hiện văn thạc sĩ này Thầy đã dành thời gian đọc bản thảo và góp ý những điểm quan trọng, những điểm cần phải cải thiện Tôi rất may mắn có được bạn bè, đồng nghiệp, đối tác tuyệt vời Họ đóng góp cho tôi nhiều ý kiến, thông tin, dữ liệu rất cần thiết

Cuối cùng, cảm ơn gia đình đã luôn bên cạnh, động viên, hỗ trợ cho tôi hoàn thành thời gian học tập nghiên cứu

Tôi hi vọng rằng quyển luận văn này ghi nhận kết quả mà mọi người đã hỗ trợ giúp đỡ tôi nghiên cứu trong thời gian vừa qua

Xin chân thành cảm ơn./

Trần Trung Hiếu

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Móng cọc là loại móng đang được sử dụng phổ biến cho các công trình cao tầng hiện nay Việc tính toán thiết kế móng cọc bắt buộc phải xác định được sức chịu tải của cọc Có nhiều phương pháp xác định, đánh giá sức chịu tải của cọc đã được thực hiện Có thể ước tính sức chịu tải cọc bằng các công thức thực nghiệm trong các tiêu chuẩn hiện hành, xác định thông qua tiến hành thí nghiệm hiện trường như nén tĩnh hoặc thí nghiệm thử động biến dạng lớn (PDA) Các phương pháp ước lượng sức chịu tải cọc theo công thức thực nghiệm thường thiếu chính xác, còn việc tiến hành thí nghiệm hiện trường thường tốn nhiều thời gian và chi phí lớn Đặc biệt, đối với loại cọc ép, quá trình thi công cọc thường xảy ra các vấn đề kỹ thuật cần giải quyết như chiều sâu ép chưa đạt chiều sâu ép min (Lmin), lực ép cọc chưa đạt lực ép cọc min (Pmin) hay vượt quá lực ép cọc max (Pmax)… Do đó, việc ước lượng sức chịu tải cọc ngay trong quá trình thi công ép cọc là cần thiết Mặc dù đã có nhiều nghiên cứu về mối tương quan giữa sức chịu tải cọc với các chỉ tiêu đất nền, nhưng vẫn còn ít nghiên cứu làm rõ mối tương quan giữa sức chịu tải cọc và lực ép cọc trong quá trình thi công Luận văn thạc sĩ này tập trung phân tích xác định mối tương quan giữa sức chịu tải cọc

và lực ép cọc bằng phương pháp so sánh giá trị sức chịu tải cọc tính toán từ các công thức thực nghiệm với dữ liệu lực ép cọc theo chiều sâu đã được ghi nhận bằng nhật ký ép cọc các

dự án tại Tp Hồ Chí Minh Các giá trị sức chịu tải từ công thức tương quan của cọc được so sánh kiểm chứng với kết quả thử tĩnh và mô hình phần tử hữu hạn bằng phần mềm Plaxis 3D

Kết quả cho thấy sức chịu tải cọc Rcu có mối liên hệ với lực ép P theo chiều sâu L theo dạng Rcu = f(ln(P), L) Từ đó nghiên cứu này đề xuất công thức tương quan sức chịu tải Rcu

= f(ln(P), L) cho khu vực nghiên cứu nhằm ước lượng sức chịu tải của cọc dựa trên lực ép cọc khi cọc dừng ép Sử dụng công thức tương quan để ước lượng lực ép cọc theo chiều sâu, ước lượng lực ép lớn nhất nhằm xác định sức chịu tải vật liệu phù hợp và đưa ra những đánh giá về Lmin, Lmax, Pmin, Pmax trong quá trình ép cọc

Từ khóa: tương quan, sức chịu tải, ép cọc, thử tĩnh, phần tử hữu hạn

ABSTRACT

Pile foundation is the most commonly used type of foundation for high-rise buildings today The design of pile foundation is required to determine the bearing capacity of the pile There are many methods of determining and assessing the bearing capacity of piles The load capacity of a pile can be determined by conducting field tests such as static compression test, high strain dynamic load test (PDA) Or it can also be estimated by empirical formulas

in current standards However, methods of estimating pile load capacity using empirical formulas are often inaccurate, while field testing is often time consuming and costly In particular, for driven piles, the pile installation process often incurs technical problems that need to be solved such as: desired depth has not reached Ltk, driving load has not reached Pmin or exceeds Pmax… Therefore, it is necessary to estimate the pile load capacity right during the pile installation itself Although there have been many studies on the correlation between pile load capacity and ground soil parameters, there are only few studies that clarify the correlation between pile load capacity and axial compressive load during pile installation This paper focuses on analyzing and determining the correlation between pile load capacity and driving load by comparing the value of pile bearing capacity calculated from empirical formulas with data of driving load in depth recorded in a pile installation diary at

a project in Ho Chi Minh City The values of piles load capacity from the correlation formula were also compared and verified with the results of static load testing and finite element model using Plaxis 3D software

The results show that the pile bearing capacity Rcu is correlated to the driving load P in depth L in the form Rcu = f(ln(P), L) This correlation formula can be used in order to estimate the bearing capacity of piles based on the driving load during pile installation for the studied area In addition, the above correlation formula can also be used to evaluate Lmin, Lmax, Pmin, Pmax during the pile installation

Keywords: Correlation, pile load capacity, axial compressive load, driven pile, finite element method

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan: Luận văn này là đề tài nghiên cứu thực sự của tác giả, được thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Nguyễn Minh Tâm

Tất cả số liệu, kết quả tính toán, phân tích trong luận văn là hoàn toàn trung thực Tôi cam đoan chịu trách nhiệm về sản phẩm nghiên cứu của mình

Tp Hồ Chí Minh, ngày 12 tháng 6 năm 2021

Học Viên

Trần Trung Hiếu

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ i

LỜI CẢM ƠN iii

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ iv

LỜI CAM ĐOAN vi

DANH MỤC BIỂU ĐỒ x

DANH MỤC HÌNH ẢNH xiii

DANH MỤC BẢNG xiv

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT xvi

MỞ ĐẦU 1

0.1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1

0.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 1

0.3 Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI 1

0.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2

0.5 PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 2

Chương 1.TỔNG QUAN VỀ TƯƠNG QUAN GIỮA LỰC ÉP CỌC VÀ SỨC CHỊU TẢI CỌC 4

1.1 TỔNG QUAN VỀ ÉP CỌC VÀ SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC 4

1.2 NHỮNG VẤN ĐỀ CÒN TỒN TẠI 6

1.3 NHỮNG VẤN ĐỀ TẬP TRUNG NGHIÊN CỨU, GIẢI QUYẾT 13

Chương 2.CƠ SỞ LÝ THUYẾT 15

2.1 TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỌC 15

2 1.1 Xác định sức chịu tải của cọc theo các chỉ tiêu cơ lý đất, đá 15

2 1.2 Xác định sức chịu tải của cọc theo các chỉ tiêu cường độ của đất nền 16

2 1.3 Xác định sức chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT 17

2.2 ÉP CỌC 18

2.3 THỬ TĨNH CỌC 19

2.4 CƠ SỞ LÝ THUYẾT PLAXIS 21

2.5 LÝ THUYẾT TƯƠNG QUAN 26

2.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 28

Chương 3.NGHIÊN CỨU TƯƠNG QUAN GIỮA LỰC ÉP CỌC VÀ SỨC

CHỊU TẢI CỦA CỌC 30

3 1 NGHIÊN CỨU TƯƠNG QUAN GIỮA LỰC ÉP CỌC VÀ SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC DỰ ÁN CHUNG CƯ C1, C2 30

3.1.1 KHÁI QUÁT DỰ ÁN CHUNG CƯ C1, C2 30

3.1.2 PHÂN TÍCH CHIỀU SÂU ÉP VÀ LỰC ÉP KẾT THÚC CỦA CÁC CỌC 34 3.1.3 THỬ TĨNH CỌC 36

3.1.4 TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC 37

3.1.4.1 Tính toán sức chịu tải 37

3.1.4.2 Phân tích sức kháng của cọc 39

3.1.4.3 Đánh giá sức kháng hông và sức kháng mũi 43

3.1.5 PHÂN TÍCH LỰC ÉP CỌC VÀ SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC 45

3.1.6 NGHIÊN CỨU TƯƠNG QUAN GIỮA LỰC ÉP CỌC VÀ SỨC CHỊU TẢI CỌC 45

3.1.7 KIỂM CHỨNG VỚI KẾT QUẢ THỬ TĨNH 50

3.1.8 KIỂM CHỨNG VỚI PLAXIS 51

3.1.8.1 Quy trình thử tĩnh 51

3.1.8.2 Thông số mô hình Plaxis 51

3.1.8.3 Kết quả Plaxis 53

3.1.9 KẾT LUẬN NGHIÊN CỨU TƯƠNG QUAN LỰC ÉP CỌC VÀ SỨC CHỊU TẢI CỌC DỰ ÁN CHUNG CƯ C1, C2 54

3 2 NGHIÊN CỨU TƯƠNG QUAN GIỮA LỰC ÉP CỌC VÀ SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC DỰ ÁN DQH 56

3.2.1 KHÁI QUÁT DỰ ÁN DQH 56

3.2.2 PHÂN TÍCH CHIỀU SÂU ÉP VÀ LỰC ÉP KẾT THÚC CỦA CÁC CỌC 58 3.2.3 THỬ TĨNH CỌC 60

3.2.4 TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC 60

3.2.4.1 Tính toán sức chịu tải 60

3.2.4.2 Phân tích sức kháng của cọc 62

3.2.4.3 Đánh giá sức kháng hông và sức kháng mũi 63

3.2.5 PHÂN TÍCH LỰC ÉP CỌC VÀ SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC 65

3.2.6 NGHIÊN CỨU TƯƠNG QUAN GIỮA LỰC ÉP CỌC VÀ SỨC CHỊU TẢI CỌC 65

3.2.7 KIỂM CHỨNG TƯƠNG QUAN VỚI KẾT QUẢ THỬ TĨNH 71

3.2.8 KIỂM CHỨNG TƯƠNG QUAN VỚI PLAXIS 71

3.2.8.1 Quy trình thử tĩnh 71

3.2.8.2 Thông số mô hình Plaxis 71

3.2.8.3 Kết quả phân tích Plaxis dự án DQH 73

3.2.9 TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA TẤT CẢ CÁC CỌC ÉP THEO CÔNG THỨC TƯƠNG QUAN 73

3.2.10 KẾT LUẬN NGHIÊN CỨU TƯƠNG QUAN SỨC CHỊU TẢI CỌC VÀ LỰC ÉP CỌC DỰ ÁN DQH 76

3 3 NGHIÊN CỨU TƯƠNG QUAN GIỮA LỰC ÉP CỌC VÀ SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC DỰ ÁN CENTRE MALL 78

3.3.1 KHÁI QUÁT DỰ ÁN CENTRE MALL 78

3.3.2 PHÂN TÍCH CHIỀU SÂU ÉP VÀ LỰC ÉP 80

3.3.3 THỬ TĨNH CỌC 82

3.3.4 TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC 83

3.3.4.1 Tính toán sức chịu tải 83

3.3.4.2 Phân tích từng loại sức kháng theo từng hố khoan 85

3.3.4.3 Đánh giá sức kháng hông và sức kháng mũi 87

3.3.5 PHÂN TÍCH LỰC ÉP CỌC VÀ SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC 89

3.3.6 NGHIÊN CỨU TƯƠNG QUAN GIỮA LỰC ÉP CỌC VÀ SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC 90

3.3.7 KIỂM CHỨNG TƯƠNG QUAN VỚI KẾT QUẢ THỬ TĨNH 97

3.3.8 KIỂM CHỨNG CÔNG THỨC TƯƠNG QUAN VỚI PLAXIS 97

3.3.8.1 Quy trình thử tĩnh 97

3.3.8.2 Thông số mô hình Plaxis 97

3.3.9 TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA TẤT CẢ CÁC CỌC ÉP THEO CÔNG THỨC TƯƠNG QUAN 99

3.3.10 KẾT LUẬN NGHIÊN CỨU TƯƠNG QUAN LỰC ÉP CỌC VỚI SỨC CHỊU TẢI DỰ ÁN CENTRE MALL 102

3 4 ĐÁNH GIÁ TƯƠNG QUAN SỨC CHỊU TẢI VÀ LỰC ÉP CỌC CHO DỰ LIỆU CÁC DỰ ÁN NGHIÊN CỨU 104

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 105

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC 107

TÀI LIỆU THAM KHẢO 109

DANH MỤC BIỂU ĐỒ

Biểu đồ 1 1 Biểu đồ (Pep)KT – chiều sâu ép 6

Biểu đồ 1 2 Biểu đồ (Pep)KT – chiều sâu ép dự án DQH 7

Biểu đồ 1 3 Biểu đồ chiều sâu ép theo không gian dự án DQH 7

Biểu đồ 1 4 Biểu đồ mặt bằng (Pep)KT – chiều sâu ép dự án DQH 8

Biểu đồ 1 5 Biểu đồ (Pep)KT – chiều sâu ép dự án Thanh Vũ Medic 8

Biểu đồ 1 6 Biểu đồ chiều sâu ép theo không gian dự án Thanh Vũ Medic 9

Biểu đồ 1 7 Biểu đồ mặt bằng (Pep)KT – chiều sâu dự án Thanh Vũ Medic 9

Biểu đồ 1 8 Biểu đồ lực ép (Pep)KT – chiều sâu ép dự án Centre Mall 10

Biểu đồ 1 9 Biểu đồ chiều sâu ép theo không gian dự án Centre Mall 10

Biểu đồ 1 10 Biểu đồ mặt bằng (Pep)KT – chiều sâu dự án Centre Mall 11

Biểu đồ 1 11 Biểu đồ hệ số (Pep)KT /Ptk và số lượng cọc dự án DQH 12

Biểu đồ 1 12 Tỷ tệ hệ số (Pep)KT /Ptk dự án DQH 12

Biểu đồ 1 13 Đánh giá chiều sâu ép so với thiết kế dự án DQH 12

Biểu đồ 1 14 Tỉ lệ chiều dài cọc dự án DQH 12

Biểu đồ 1 15 Đánh giá chiều sâu ép so với thiết kế dự án Thanh Vũ 12

Biểu đồ 1 16 Tỉ lệ chiều dài cọc dự án Thanh Vũ 12

Biểu đồ 1 17 Tỷ tệ hệ số (Pep)KT /Ptk dự án Centre Mall 13

Biểu đồ 1 18 Tỷ tệ hệ số (Pep)KT /Ptk dự án Centre Mall 13

Biểu đồ 1 19 Đánh giá chiều sâu ép so với thiết kế dự án Centre Mall 13

Biểu đồ 1 20 Tỉ lệ chiều dài cọc Centre Mall 13

Biểu đồ 3 1 Lực ép cọc thử tĩnh theo chiều sâu 34

Biểu đồ 3 2 Tương quan lực ép và các chỉ tiêu cơ lý 35

Biểu đồ 3 3 Lực ép P và N 36

Biểu đồ 3 4 Sức kháng tại các hố khoan cọc PHC D500 39

Biểu đồ 3 5 Sức kháng tại các hố khoan cọc PHC D600 39

Biểu đồ 3 6 Sức chịu tải cọc PHC D500 tại các hố khoan 40

Biểu đồ 3 7 Sức chịu tải cọc PHC D600 tại các hố khoan 40

Biểu đồ 3 8 Sức kháng hông cọc PHC D500 và PHC D600 41

Biểu đồ 3 9 Sức kháng mũi cọc PHC D500 và PHC D600 41

Biểu đồ 3 10 Sức kháng tổng cọc PHC D500 và PHC D600 42

Biểu đồ 3 11 Sức kháng tổng theo chiều sâu cọc PHC D500 42

Biểu đồ 3 12 Sức kháng tổng theo chiều sâu cọc PHC D600 43

Biểu đồ 3 13 Tỉ lệ sức kháng hông và sức kháng mũi theo chiều sâu cọc PHC D500 43

Biểu đồ 3 14 Tỉ lệ sức kháng hông và sức kháng mũi theo chiều sâu cọc PHC D600 44

Biểu đồ 3 15 Tỉ lệ sức chịu tải tại các hố khoan 44

Biểu đồ 3 16 Lực ép cọc và sức chiu tải của cọc PHC D500 và PHC D600 45

Biểu đồ 3 17 Tương quan sức chịu tải của cọc, lực ép cọc, chiều sâu ép cọc 47

Biểu đồ 3 18 Tương quan lực ép cọc và sức chịu tải các cọc 48

Biểu đồ 3 19 Tương quan lực ép cọc và sức chịu tải cọc PHC D500 và PHC D600 48

Biểu đồ 3 20 Rcu_corr và Rcu cọc PHC D500 và D600 50

Biểu đồ 3 21 Lực ép cọc theo chiều sâu 55

Biểu đồ 3 22 Lực ép cọc theo chiều sâu 60

Biểu đồ 3 23 Sức kháng của cọc 62

Biểu đồ 3 24 Từng loại sức kháng theo chiều sâu 62

Biểu đồ 3 25 Sức chịu tải của cọc 63

Biểu đồ 3 26 Tỉ lệ sức kháng hông và sức kháng mũi theo chiều sâu 64

Biểu đồ 3 27 Tỉ lệ sức chịu tải theo chiều sâu 64

Biểu đồ 3 28 Lực ép và sức chịu tải của các cọc 65

Biểu đồ 3 29 Tương quan sức chịu tải của cọc, lực ép cọc, chiều sâu ép cọc 67

Biểu đồ 3 30 Đánh giá liên hệ giữa lực ép P và Rcu cọc thử tĩnh 68

Biểu đồ 3 31 Tương quan sức chịu tải cọc và lực ép cọc 68

Biểu đồ 3 32 Tương quan lực ép cọc và sức chịu tải cọc 69

Biểu đồ 3 33 Phân tích lực ép P với Rcu và Rcu_corr = f(P,L) của từng cọc 70

Biểu đồ 3 34 Phân tích sức chịu tải cọc Rcu, Rcu_corr theo chiều sâu của từng cọc 70

Biểu đồ 3 35 Phân tích Rcu và Rcu_corr theo công thức tương quan 70

Biểu đồ 3 36 Phân bố lực ép và sức chịu tải cọc trên mặt bằng dự án DQH 75

Biểu đồ 3 37 Hệ số an toàn tính theo Rcu_corr 75

Biểu đồ 3 38 Tỉ lệ hệ số an toàn FS_corr 75

Biểu đồ 3 39 Sác xuất hệ số an toàn tính theo Rcu_corr 76

Biểu đồ 3 40 Lực ép cọc theo chiều sâu 82

Biểu đồ 3 41 Sức chịu tải tính toán theo TCVN 10304:2012 85

Biểu đồ 3 42 Từng loại sức kháng theo chiều sâu toán 86

Biểu đồ 3 43 Rcu – tính toán theo TCVN 10304:2012 86

Biểu đồ 3 44 Tỉ lệ sức kháng hông – sức kháng mũi tính toán theo cơ lý 87

Biểu đồ 3 45 Tỉ lệ sức kháng hông – sức kháng mũi tính toán theo đất nền 87

Biểu đồ 3 46 Tỉ lệ sức kháng hông – sức kháng mũi tính toán theo SPT 88

Biểu đồ 3 47 Tỉ lệ sức chịu tải theo theo cơ lý và đất nền 88

Biểu đồ 3 48 Tỉ lệ sức chịu tải theo SPT và cơ lý 89

Biểu đồ 3 49 Lực ép cọc và sức chịu tải cọc PHC D600 90

Biểu đồ 3 50 Tương quan sức chịu tải của cọc, lực ép cọc, chiều sâu ép cọc 92

Biểu đồ 3 51 Lực ép và Rcu cọc TP1, TP2, TP3, TP4 93

Biểu đồ 3 52 Tương quan sức chịu tải cọc và lực ép cọc 93

Biểu đồ 3 53 Tương quan lực ép cọc và sức chịu tải cọc 94

Biểu đồ 3 54 Phân tích lực ép P với Rcu và Rcu_corr = f(P,L) của từng cọc 95

Biểu đồ 3 55 Phân tích sức chịu tải cọc Rcu, Rcu_corr theo chiều sâu của từng cọc 95

Biểu đồ 3 56 Phân tích Rcu và Rcu_corr theo công thức tương quan 96

Biểu đồ 3 57 Sức chịu tải Rcu, Rcu_corr của cọc theo chiều sâu 96

Biểu đồ 3 58 Mặt bằng Rcu_corr và chiều sâu ép 101

Biểu đồ 3 59 Hệ số an toàn tính theo Rcu_corr 101

Biểu đồ 3 60 Tỉ lệ hệ số an toàn FS_corr của dự dự án 101

Biểu đồ 3 61 Xác suất hệ số an toàn tính theo Rcu_corr 102

Biểu đồ 3 62 P-Rcu các dự án DQH, Centre Mall, C1,C2 104

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2 1 Ý tưởng cơ bản của mô hình đàn hồi - dẻo lý tưởng MC 22

Hình 2 2 Mặt ngưỡng dẻo MC trong không gian ứng suất chính 23

Hình 2 3 Cách xác định E50 từ thí nghiệm nén 3 trục 24

Hình 2 4 Cách xác định góc giản nở dựa vào thí nghiệm nén 3 trục 25

Hình 3 1 Mặt bằng bố trí hố khoan chung cư C1, C2 30

Hình 3 2 Mặt bằng móng cọc chung cư C1, C2 [1] 32

Hình 3 3 Vị trí hố khoan và cọc thử tĩnh [1] 33

Hình 3 4 Mô hình Plaxis 3D dự án C1, C2 51

Hình 3 5 Chuyển vị cọc từ mô hình Plaxis 3D 53

Hình 3 6 Mặt bằng hố khoan và cọc thử tĩnh [2] 56

Hình 3 7 Mô hinh cọc Plaxis 3D 71

Hình 3 8 Chuyển vị cọc 73

Hình 3 9 Vị trí hố khoan và cọc thử tĩnh [3] 80

Hình 3 10 Mô hình cọc 97

Hình 3 11 Chuyển vị cọc 99

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2 1 Bảng tra hệ số poisson dựa vào các kết quả nghiên cứu 24

Bảng 3 1 Chỉ tiêu tính chất cơ lý chủ yếu dự án chung cư C1, C2 31

Bảng 3 2 Dự liệu ép cọc dự án chung cư C1, C2 34

Bảng 3 3 Tổng hợp kết quả thử tĩnh dự án chung cư C1, C2 36

Bảng 3 4 Sức chịu tải tính toán theo TCVN 10304: 2012 cọc PHC D500 và D600 dự án chung cư C1, C2 38

Bảng 3 5 Sức chịu tải và lực ép cọc theo chiêu sâu 46

Bảng 3 6 So sánh giữa sức chịu tải cọc theo công thức tương qua và lực ép cọc theo kết quả thử tĩnh 50

Bảng 3 7 Quy trình thử tĩnh cọc D500 & D600 chung cư C1, C2 51

Bảng 3 8 Thông số địa chất đưa vào mô hình Plaxis 3D 52

Bảng 3 9 Kiểm chứng kết quả tính toán mô phỏng bằng plaxis và công thức tương quan 53

Bảng 3 10 Chỉ tiêu tính chất cơ lý chủ yếu dự án DQH 56

Bảng 3 11 Tổng hợp ép cọc 59

Bảng 3 12 Tổng hợp thử tĩnh cọc ép cọc 60

Bảng 3 13 Sức chịu tải tính toán theo TCVN 10304: 2012 dự án DQH 61

Bảng 3 14 Sức chịu tải và lực ép cọc theo chiêu sâu 66

Bảng 3 15 So sánh giữa sức chịu tải cọc theo công thức tương qua và lực ép cọc theo kết quả thử tĩnh 71

Bảng 3 16 Quy trình thử tĩnh cọc D600 dự án Centre Mall 71

Bảng 3 17 Thông số địa chất đưa vào mô hình Plaxis dự án DQH 72

Bảng 3 18 Kiểm chứng kết quả tính toán mô phỏng bằng plaxis và công thức tương quan 73

Bảng 3 19 Dữ liệu ép cọc và Rcu_corr dự án DQH 74

Bảng 3 20 Chỉ tiêu tính chất cơ lý chủ yếu dự án Centre Mall [27] 78

Bảng 3 21 Tổng hợp ép cọc 81

Bảng 3 22 Tổng hợp kết quả thử tĩnh dự án Centre Mall 83

Bảng 3 23 Sức chịu tải tính toán theo TCVN 10304: 2012 cọc dự án Centre Mall 84

Bảng 3 24 Sức chịu tải và lực ép cọc theo chiêu sâu 91

Bảng 3 25 So sánh giữa sức chịu tải cọc theo công thức tương qua và lực ép cọc theo kết quả thử tĩnh 97

Bảng 3 26 Quy trình thử tĩnh cọc D600 dự án Centre Mall 97

Bảng 3 27 Thông số địa chất đưa vào mô hình Plaxis 98

Bảng 3 28 Kiểm chứng kết quả tính toán mô phỏng bằng plaxis và công thức tương quan 99 Bảng 3 29 Bảng dữ liệu ép cọc và Rcu_corr dự án Centre Mall 100

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

P, Pep - Lực ép cọc (kN, Tấn)

Lep , L - Chiều sâu ép cọc, bề dày lớp đất (m)

Lmin - Chiều dài ngắn nhất của cọc được thiết kế dự báo theo tình hình biến

động của nền đất trong khu vực; (m)

Lmax - Chiều dài dài nhất của cọc được thiết kế dự báo theo tình hình biến

động của nền đất trong khu vực; (m)

Ltk - Chiều sâu ép cọc thiết kế (m)

Pmin, (Pep)min - Lực ép do Nhà thiết kế quy định để đảm bảo tải trọng thiết kế lên cọc,

thông thường lấy bằng 150 % đến 200 % tải trọng thiết kế (kN, Tấn)

Pmax, (Pep)max - Lực ép lớn nhất (The maximum jacking load), lực ép do Nhà thiết kế

quy định, không vượt quá sức chịu tải của vật liệu cọc; được tính toán theo kết quả xuyên tĩnh, khi không có kết quả này thì thường lấy bằng

200 % đến 300 % tải trọng thiết kế (kN, Tấn)

Ptk - Tải trọng thiết kế (Design load) Giá trị tải trọng do Nhà thiết kế dự

tính tác dụng lên cọc (kN, tấn)

PKT - Lực ép tại thời điểm kết thúc ép cọc, trị số này được duy trì với vận tốc

xuyên không quá 1 cm/s trên chiều sâu không ít hơn ba lần đường kính (hoặc cạnh) cọc (kN, tấn)

Rcu - Sức chịu tải cực hạn của cọc (kN, tấn)

PHC - Cọc bê tông ứng lực trước

PDA - Thí nghiệm thử động biến dạng lớn

SPT - Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn

γ - Hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất

q - Cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc (kN)

u - Chu vi tiết diện ngang thân cọc (m2)

fi - Cường độ sức kháng trung bình của lớp đất thứ “i” trên thân cọc (kN)

Ab - Diện tích cọc tựa lên đất (m2)

li - Chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất thứ “i” (m)

γ - Hệ số điều kiện làm việc của đất dưới mũi

γ - Hệ số điều kiện làm việc của đất trên thân cọc

Qs_Coly - Sức kháng hông tính theo các chỉ tiêu cơ lý đất, đá (kN)

Qp_coly - Sức kháng mũi tính theo các chỉ tiêu cơ lý đất, đá (kN)

Rcu_coly - Sức kháng tổng tính theo các chỉ tiêu cơ lý đất, đá (kN)

Qs_datnen - Sức kháng hông tính theo chỉ tiêu cường độ của đất nền tính (kN) Qp_datnen - Sức kháng mũi tính theo chỉ tiêu cường độ của đất nền tính (kN) Rcu_datnen - Sức kháng tổng tính theo chỉ tiêu cường độ của đất nền tính (kN) Qs_SPT - Sức kháng hông tính theo SPT (kN)

Qp_SPT - Sức kháng mũi tính theo SPT (kN)

Rcu_SPT - Sức kháng tổng tính theo SPT (kN)

Sgh - Độ lún giới hạn của cọc (mm)

E - Mô đun đàn hồi Young (kN/m2)

Ksp - Hệ số tỉ lệ sức kháng hông chia cho sức kháng mũi

Ksp_Coly - Hệ số tỉ lệ sức kháng hông chia cho sức kháng mũi tính theo cơ lý Ksp_Datnen - Hệ số tỉ lệ sức kháng hông chia cho sức kháng mũi tính theo cường Ksp_SPT - Hệ số tỉ lệ sức kháng hông chia cho sức kháng mũi tính theo SPT Kr_DC - Hệ số tỉ lệ sức chịu tải tính theo cường độ đất nền chia cho sức chịu tải

tính theo cơ lý

Kr_SP - Hệ số tỉ lệ sức chịu tải tính theo SPT chia cho sức chịu tải tính theo

cường độ đất nền

Rcu_Plaxis - Sức chịu tải cọc được phân tích bằng Plaxis (kN, Tấn)

Rcu_Thu tinh - Sức chịu tải cọc được phân tích từ thí nghiệm thử tĩnh (kN, Tấn) Rcu_corr - Sức chịu tải của cọc tính toán từ công thức tương quan (kN, Tấn)

MỞ ĐẦU

0.1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Móng cọc là loại móng đang được sử dụng phổ biến cho các công trình cao tầng hiện nay Việc tính toán thiết kế móng cọc bắt buộc phải xác định được sức chịu tải của cọc Có nhiều phương pháp xác định, đánh giá sức chịu tải của cọc đã được đề cập Có thể ước tính sức chịu tải cọc bằng các công thức thực nghiệm trong các tiêu chuẩn hiện hành, xác định thông qua tiến hành thí nghiệm hiện trường như nén tĩnh hoặc thí nghiệm thử động biến dạng lớn (PDA) Các phương pháp ước lượng sức chịu tải cọc theo công thức thực nghiệm thường thiếu chính xác, còn việc tiến hành thí nghiệm hiện trường thường tốn nhiều thời gian và chi phí lớn

Đặc biệt, đối với loại cọc ép, quá trình thi công cọc thường xảy ra các vấn đề kỹ thuật cần giải quyết như chiều sâu ép chưa đạt chiều sâu ép min, lực ép cọc chưa đạt lực ép cọc min hay vượt quá lực ép cọc max…Các cọc sau khi ép xong, cao độ mũi hay chiều sâu ép khác nhau, tùy theo các vùng địa chất mà khác biệt này lớn hay nhỏ, chính vì vậy mà sức chịu tải của cọc trong cùng một dự án có sự khác nhau, khác so với cọc thử tĩnh và sai khác

so với sức chịu tải tính toán

Do đó, việc ước lượng sức chịu tải cọc ngay trong quá trình thi công ép cọc là cần thiết 0.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

Đề tài “Nghiên cứu tương quan giữa lực ép cọc và sức chịu tải của cọc” sử dụng dữ liệu thí nghiệm thử tĩnh cọc, nhật ký ép cọc, hồ sơ khảo sát địa chất, phần mềm Plaxis 3D để phân tích mô phỏng Từ đó nghiên cứu này đề xuất công thức tương quan sức chịu tải Rcu

= f(ln(P),L) cho khu vực nghiên cứu nhằm ước lượng sức chịu tải của cọc dựa trên lực ép cọc khi cọc dừng ép Sử dụng công thức tương quan để ước lượng lực ép cọc theo chiều sâu, ước lượng lực ép lớn nhất nhằm xác định sức chịu tải vật liệu phù hợp và đưa ra những đánh giá về Lmin, Lmax, Pmin, Pmax trong quá trình ép cọc

0.3 Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI

Hiện nay thí nghiệm hiện trường như nén tĩnh hoặc thí nghiệm thử động biến dạng lớn (PDA)… được xem là giải pháp tin cậy để xác định sức chịu tải của cọc Nhưng thí nghiệm hiện trường thường tốn nhiều thời gian và chi phí lớn Vì vậy thử tĩnh, PDA thường chỉ được

sử dụng trong giai đoạn xác định sức chịu tải thiết kế hoặc thí nghiệm kiểm chứng với một

số cọc nhất định mà không thực hiện cho toàn bộ cọc của dự án

Mặc dù đã có nhiều nghiên cứu về mối tương quan giữa sức chịu tải cọc với các chỉ tiêu đất nền, nhưng vẫn còn ít nghiên cứu làm rõ mối tương quan giữa sức chịu tải cọc và lực ép cọc trong quá trình thi công Trong khi lực ép cọc theo chiều sâu được ghi nhận bằng nhật

ký ép cọc, đây là dữ liệu sẵn có trong quá trình ép cọc, được đánh giá là có kiểm chứng Đề tài này nghiên cứu sử dụng dữ liệu sẵn có này trong quá trình ép cọc để ước lượng sức chịu tải cọc ngay trong quá trình thi công Đặc biệt, đối với các cọc không thỏa điều kiện dừng

ép có thể ước lượng được sức chịu tải của coc ngay khi dừng ép và có thể xử lý kịp thời Ngoài ra sử dụng tương quan để ước lượng lực ép cọc theo chiều sâu, ước lượng lực ép lớn nhất nhằm xác định sức chịu tải vật liệu phù hợp Đưa ra những đánh giá về Lmin, Lmax,

Pmin, Pmax trong quá trình ép cọc

0.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu sử dụng phương pháp so sánh giá trị sức chịu tải các cọc tính toán từ các công thức thực nghiệm với dữ liệu lực ép cọc theo độ sâu đã được ghi chép lại theo nhật ký

ép cọc tại các công trình tại Tp HCM Công thức tương quan giữa sức chịu tải cọc với lực

ép cọc được suy ra từ biểu đồ quan hệ của các giá trị trên Các công tương quan được phân tích so sánh với kết quả thí nghiệm nén tĩnh hiện trường và mô hình phần tử hữu hạn Plaxis 3D

0.5 PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

Đề tài tập trung nghiên cứu tương quan lực ép cọc và sức chịu tải của cọc tại các dự án: chung cư C1, C2; dự án DQH; dự án Centre Mall

Chung cư C1, C2 được xây dựng tại Thủ Đức, Tp Hồ Chí Minh Dự án gồm 02 khối C1 và C2 Khối C1 có 1 tầng hầm và 18 tầng nổi, khối C2 có 2 tầng hầm và 22 tầng nổi Công trình cấp I với tổng diện tích sàn xây dựng là 103.920.5 m2 sàn Sử dụng cọc PHC D500 và D600 với sức chịu tải thiết kế (Ptk) lần lượt là 180 tấn và 250 tấn [1]

Dự án DQH được xây dựng tại Khu công nghệ cao, phường Tăng Nhơn Phú B, quận 9,

TP HCM Công trình công nghiệp: cấp I, tổng diện tích sàn xây dựng: 27 058 m2 Chiều cao công trình: 25 m với 6 tầng DQH là dự án nhà xưởng sản xuất công nghệ cao kết hợp văn phòng điều hành Hệ kết cấu chịu lực chính là hệ khung, dầm dự ứng lực sàn bê tông cốt

thép thường Khu nhà xưởng, hệ kết cấu khung kết hợp sàn ứng suất trước Móng sử dụng móng cọc DUL D500 với Ptk = 185 tấn và coc PHC D300 với Ptk = 65 tấn [2]

Dự án Centre Mall được xậy dựng tại Phường 3, Quận 6, Tp Hồ Chí Minh Công trình cấp I, diện tích xây dựng tầng 1: 4.661,34 m2 tổng diện tích sàn xây dựng: 29.529,3 m2 Gồm

01 tầng hầm, 06 tầng cao Giải pháp kết cấu: kết cấu công trình sử dụng kết cấu khung bê tông cốt thép toàn khối Hệ dầm sàn kết cấu bê tông cốt thép, sàn tầng hầm có chiều dày 300mm, các sàn tầng trệt đến mái có chiều dày từ 150, 200 mm Giải pháp nền móng: sử dụng móng cọc dự ứng lực đường kính D600, sức chịu tải thiết kế Ptk = 240 tấn [3]

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ TƯƠNG QUAN GIỮA LỰC

ÉP CỌC VÀ SỨC CHỊU TẢI CỌC

1.1 TỔNG QUAN VỀ ÉP CỌC VÀ SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC

Cọc ép ngày càng được sử dụng phổ biến, sức chịu tải của cọc ép đã đáp ứng được nhu cầu cho nhà cao tầng tải trọng lớn bởi các ưu điểm được kể đến như: có quy trình kiểm soát chất lượng tốt, nhiều loại cọc, nhiều thông số kỹ thuật thích hợp cho nhiều loại dự án với các yêu cầu sức chịu tải khác nhau Với đường kính cọc lên tới 1.2 m, sức chịu tải vật liệu cho phép vật liệu của cọc đơn có thể đạt tới 2000 tấn Do đó, cọc ép hoàn toàn có thể được sử dụng để chống đỡ các công trình cao tầng có tải trọng lớn Thiết bị ép cọc hiện tại đã đáp ứng được cho các cọc tải trọng lớn và ngày càng hiện đại hơn

Bên cạnh đó cọc ép khắc phục được những vấn đề của cọc khoan nhồi, cọc barrette Cho đến nay, móng cọc khoan nhồi, cọc barrette là loại được sử dụng nhiều nhất cho các công trình cao tầng Phải nói rằng cọc khoan nhồi, cọc barrette có sức chịu tải rất cao do có kích thước, chiều dài lớn với mũi cọc có thể đặt được vào các lớp đất tốt sâu phía dưới đúng theo mong muốn của thiết kế Tuy nhiên, cọc khoan nhồi cũng có một số nhược điểm như việc thi công tạo ra nhiều bùn đất, nước, bentonie, thời gian thi công khá lâu khi phải khoan lỗ,

đổ bê tông và chờ bê tông đủ cường độ Việc tạo ra một khối lượng lớn các bùn đất vừa có tác động xấu đến môi trường cộng thêm phần kinh phí để xử lý bùn đất

Việc tính toán thiết kế móng cọc bắt buộc phải xác định được sức chịu tải của cọc Có nhiều phương pháp xác định, đánh giá sức chịu tải của cọc đã được đề cập [4] [5] [6] [7] [8]

Có thể ước tính sức chịu tải cọc bằng các công thức thực nghiệm trong các tiêu chuẩn hiện hành [4], xác định thông qua tiến hành thí nghiệm hiện trường như nén tĩnh hoặc thí nghiệm thử động biến dạng lớn (PDA) [9] [10] Các phương pháp ước lượng sức chịu tải cọc theo công thức thực nghiệm thường thiếu chính xác, còn việc tiến hành thí nghiệm hiện trường thường tốn nhiều thời gian và chi phí lớn Đặc biệt, đối với loại cọc ép, quá trình thi công cọc thường xảy ra các vấn đề kỹ thuật cần giải quyết như chiều sâu ép chưa đạt chiều sâu ép min, lực ép cọc chưa đạt lực ép cọc min hay vượt quá lực ép cọc max [11] [12] [13] [14]…

Do đó, việc ước lượng sức chịu tải cọc ngay trong quá trình thi công ép cọc là cần thiết

Ở Việt Nan TCVN 10304:2014 được sử dụng để tính toán ước lượng sức chịu tải của cọc theo cường độ đất nền, theo cơ lý và theo SPT [4], các cách tính này cho kết quả khác nhau Bên cạnh đó, địa chất các lớp đất trong khu dự án có thể khác nhau Khi thi công thực

tế, sức chịu tải của cọc phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện địa chất, điều kiện thi công, kỹ thuật thi công (Võ Phán, Hoàng Thế Thao, 2018) [9] Do đó, tính toán sức chịu tải của cọc

và sức chịu tải thực tế có sự sai khác

Nén tĩnh cọc được đánh giá là phương pháp đáng tin cậy nhất để xác định quan hệ tải trọng – độ lún của cọc, vì vậy thí nghiệm này được yêu cầu thực hiện trong hầu hết các dự

án có sử dụng móng cọc TCVN 9393:2012 quy định phương pháp thử nghiệm hiện trường bằng tải trọng tĩnh dọc trục, khi tải trọng nén lớn thì việc tạo đối trọng bằng cách chất tải hoặc neo là công việc khó khăn, tốn kém và tiềm ẩn nguy cơ mất an toàn cho người, thiết bị

và các công trình lân cận

Thí nghiệm thử động biến dạng lớn (PDA) được sử dụng để xác định sức chịu tải cuả cọc, PDA là phương pháp thử nghiệm không phá hủy, nhanh chóng, cọc thí nghiệm vẫn làm việc bình thường sau khi thử (Võ Phán, Hoàng Thế Thao, 2018) [9] Theo Bùi Trường Sơn

và Phạm Cao Huyên (2011), thí nghiệm thử động biến dạng lớn (PDA) cho phép đánh giá khả năng chịu tải của cọc với độ tin cậy cần thiết trong thời gian ngắn [15] Tuy nhiên phương pháp này có giá thành cao, phương pháp thí nghiệm đòi hỏi trình độ chuyên môn cao Ước lượng sức chịu tải bằng phương pháp phần tử hữu hạn cũng được ứng dụng, xác định sức chịu tải cực hạn của cọc bằng phương pháp phần tử hữu hạn là một phương pháp khá toàn diện khi có xét đến sức kháng hông, sức kháng mũi của đất và độ lún của cọc (Trương Nam Sơn, Huỳnh Quốc Thiện, Nguyễn Minh Tâm, 2013) [16] Tuy nhiên nhiều báo cáo khảo sát địa chất ở Việt Nam hiện nay lại thiếu kết quả thí nghiệm, đặc biệt là các kết quả quả thí nghiệm ba trục, làm cho việc phân tích sức chịu tải cọc bằng phương pháp phần tử hữu hạn trở nên khó khăn, trong khi các yếu tố đầu vào ảnh hưởng rất lớn đến kết quả phân tích

Các nghiên cứu tương quan các thông số và sức chịu tải cọc cũng đã được nhiều tác giả nghiên cứu Tương quan giữa dữ liệu thử nghiệm xuyên côn (CPT) và sức chịu tải của cọc

mà Alkroosh & H Nikraz (2011) [17] cho là có kết quả tốt Để có được mối tương quan chính xác hơn của dữ liệu CPT với sức tải của cọc dọc trục, kỹ thuật lập trình biểu hiện gen (GEP) được sử dụng trong nghiên cứu này Nghiên cứu của H Ardalan, A Eslami và N Nariman-Zadeh (2008) về mạng nơ-ron kiểu xử lý dữ liệu theo nhóm (GMDH) được tối ưu hóa bằng thuật toán di truyền (GA) được sử dụng để mô hình hóa ảnh hưởng của qE và fs

[18]

1.2 NHỮNG VẤN ĐỀ CÒN TỒN TẠI

Thực tế công tác khảo sát địa chất chỉ được thực hiện đại diện tại một số vị trí trên dự

án, chưa thể hiện chính xác được tất cả cấu tạo của các lớp địa chất khu vực xây dựng Công tác thử tĩnh cọc để xác định sức chịu tải của cọc thực tế cũng chỉ thực hiện đại diện tại một

số vị trí trên dự án cho nên chưa thể hiện hết sức chịu tải của các tất cả các cọc của dự án Theo số liệu tổng hợp ép cọc của các dự án, các cọc sau khi ép xong, cao độ mũi hay chiều sâu ép khác so với thiết kế, tùy theo các vùng địa chất mà khác biệt này lớn hay nhỏ Chính vì vậy mà sức chịu tải của cọc trong cùng một dự án có sự khác nhau, khác so với cọc thử tĩnh và sai khác so với sức chịu tải tính toán (Biểu đồ 1 3, 1.6, 1.9) [13] [12] [11] Do

đó, đánh giá sức chịu tải của các cọc sau khi ép rất quan trọng

Biểu đồ 1 1 Biểu đồ P-L khi kết thúc ép Khảo sát quá trình ép cọc tại các dự án, tại thời điểm kết thúc ép cọc, cao độ mũi cọc (hay chiều sâu ép) và lực ép cọc khi kết thúc (Pep)KT của các cọc trong cùng một dự án khác nhau Tại các dự án khác nhau phân bố (Pep)KT - (Lep)KT khác nhau tùy thuộc vào điều kiện địa chất (Biểu đồ 1 1)

30 35 40 45 50

Chiều sâu ép

Nguồn: dự án Centre Mall

A

25 30 35

Ðộ lớn lực ép

240 280 320 360

Nguồn: dự án DQH B

Chiều sâu ép

Ðộ lớn lực ép

240 280 320 360

Nguồn: dự án Thanh Vu C

Biểu đồ 1 2 Biểu đồ P-L khi kết thúc ép dự án DQH

Dự án DQH, mũi cọc khi kết thúc ép nằm trong lớp đất cát mịn đến thô, chặt đến rất chặt, phân bố tại hố khoan có bề dày 9 m đến 15.7m, độ sâu 36.50m đến 50.20m (có xen kẹp lớp mỏng cát kết, bề dày 0.20m), tùy vị trí Thành phần của lớp đất chủ yếu là cát mịn đến thô lẫn bột, ít sét, ít sỏi nhỏ, màu vàng nâu, xám nâu đỏ, trạng thái chặt đến rất chặt Sức kháng xuyên động chùy tiêu chuẩn (N): 31 ÷ 85 [19]

Do đó, cọc được ép vào lớp đất này cao độ mũi và lực ép khi dừng ép của các cọc khác nhau Đa số cọc có lực ép cọc khi dừng ép đạt đến Pep max (Biểu đồ 1.2, 1 3, 1.4)

Biểu đồ 1 3 Biểu đồ cao độ mũi cọc khi dừng ép theo không gian dự án DQH

L(m)

P (Tấn)

240 280 320 360

010

2030

4050

Z (m

-35 -30 -25

-35 -30 -25 Z(m)

Biểu đồ 1 4 Biểu đồ mặt bằng P –L khi kết thúc ép dự án DQH

Sự phân bố (Pep)KT – (Lep)KT của dự án DQH theo không gian không đồng đều (Biểu đồ

1 4)

Dự án Thanh Vũ Medic, mũi cọc nằm ở lớp đất số 4a: á sét dẻo mềm đến cứng khá đồng đều [20] Do đó, cao độ mũi cọc khi kết thúc ép khá đồng đều Tuy nhiên, (Pep)KT của các cọc khác nhau (Biểu đồ 1 5, 1.6)

Biểu đồ 1 5 Biểu đồ P-L khi kết thúc ép dự án Thanh Vũ Medic

Chiều sâu ép

Ðộ lớn lực ép

240 280 320 360

L(m)

P (Tấn)

240 280 320 360

Nguòn: Thanh Vu

Biểu đồ 1 6 Biểu đồ cao độ mũi cọc khi dừng ép theo không gian dự án Thanh Vũ Medic

Biểu đồ 1 7 Biểu đồ mặt bằng P-L khi dừng ép dự án Thanh Vũ Medic

Sự phân bố P-L khi dừng ép theo không gian không đồng đều (Biểu đồ 1 7)

Dự án Centre Mall, mũi cọc nằm trong lớp đất sét vàng – nâu đỏ - xám trắng trạng thái nửa cứng đến cứng N = 30 – 41 [20] Do đó, cọc được ép vào lớp đất này khi dừng ép, cao

độ mũi và lực ép khi dừng ép của các cọc khác nhau Đa số cọc có lực ép cọc khi dừng ép đạt đến (Pep) max (Biểu đồ 1.8, 1.9)

x (m)

60 80

(m)60 80 100 120

Z (m

-45 -40 -35 -30

-45 -40 -35 -30

Chiều sâu ép

Ðộ lớn lực ép

240 280 320 360

Biểu đồ 1 8 Biểu đồ P-L khi kết thúc ép dự án Centre Mall

Biểu đồ 1 9 Biểu đồ cao độ mũi cọc khi dừng ép theo không gian dự án Centre Mall

30 35 40 45 50

L (m)

Nguồn: Centre Mall

x (m)

240 260 280 300

y (m)

20 40 60

80100

Z (m

-55 -50 -45 -40 -35 -30

-55 -50 -45 -40 -35 -30

Z (m)

Biểu đồ 1 10 Biểu đồ mặt bằng P-L khi kết thúc ép sâu dự án Centre Mall

Dự án Centre Mall, sự phân bổ P- L không đồng đều theo mặt bằng công trình (Biểu đồ

1 10)

Trong giai đoạn ép cọc thử tĩnh cọc, cọc được thi công ép đến độ sâu thiết kế, mục tiêu tìm chiều sâu ép phù hợp với điều kiện địa chất Sau khi thử tĩnh sẽ xác định sức chịu tải của cọc và chiều sâu ép để triển khai thi công ép cọc đại trà Mục đích ép các cọc đại trà với các thông số ép gần nhất với cọc thử tĩnh Tuy nhiên, thực tế khi ép cọc đại trà rất khác so với cọc thử tĩnh

Chiều sâu ép

Ðộ lớn lực ép

350 400 450 500 550

Nguồn: dự án Centre Mall

Biểu đồ 1 15 Đánh giá chiều sâu ép so với

93.6 %

1.5 1.8 1.9 2

0

100

200

300

Đúng thiết kê Ngắn hơn thiết kế Sâu hơn thiết kế

Ðánh giá chiều sâu ép so với thiết kế

Đúng thiết kê Ngắn hơn thiết kế Sâu hơn thiết kế

Ðánh giá chiều sâu ép

Nguồn: dự án DQH

0.3 % 81.5 %

18.3 %

Đúng thiết kê Ngắn hơn thiết kế Sâu hơn thiết kế

0

100

200

300

Đúng thiết kê Ngắn hơn thiết kế Sâu hơn thiết kế

Ðánh giá chiều sâu ép so với thiết kế

Đúng thiết kê Ngắn hơn thiết kế Sâu hơn thiết kế

Ðánh giá chiều sâu ép

Nguồn: dự án Thanh Vu

95.5 %

3.9 % 0.6 %

Đúng thiết kê Ngắn hơn thiết kế Sâu hơn thiết kế

Khác với dự án DQH, dự án ThanhVu Medic có 95.5% cọc ép đúng cao độ mũi thiết

kế, 3.9% cọc ngắn hơn so với thiết kế và chỉ có 0.6% cọc ép sâu hơn so với thiết kế [13] Tỉ

lệ (Pep)KT /Ptk tại dự án Thanh Vũ 76.2% đạt hệ số 2.5

Biểu đồ 1 17 Tỷ tệ hệ số (Pep)KT /Ptk dự án

Centre Mall Biểu đồ 1 18 Tỷ tệ hệ số (Pán Centre Mall ep)KT /Ptk dự

Biểu đồ 1 19 Đánh giá chiều sâu ép so với

thiết kế dự án Centre Mall

Biểu đồ 1 20 Tỉ lệ chiều dài cọc Centre

1.3 NHỮNG VẤN ĐỀ TẬP TRUNG NGHIÊN CỨU, GIẢI QUYẾT

Luận văn thac sĩ này sử dụng phương pháp so sánh giá trị sức chịu tải các cọc tính toán

từ các công thức thực nghiệm và thí nghiệm nén tĩnh với dữ liệu lực ép cọc đã được ghi chép lại theo nhật ép cọc, từ đó nghiên cứu này đề xuất công thức tương quan sức chịu tải Rcu =

7.3 %

50.7 %

1.6 1.7 1.9 2 2.1 2.2 2.3 2.4

0

50

100

150

Đúng thiết kê Ngắn hơn thiết kế Sâu hơn thiết kế

Ðánh giá chiều sâu ép so với thiết kế

Đúng thiết kê Ngắn hơn thiết kế Sâu hơn thiết kế Ðánh giá chiều sâu ép

Nguồn: dự án Centre Mall

33 %

42.3 %

24.8 %

Đúng thiết kê Ngắn hơn thiết kế Sâu hơn thiết kế

f(ln(P), L) cho khu vực nghiên cứu nhằm ước lượng sức chịu tải của cọc dựa trên lực ép cọc khi cọc dừng ép Sử dụng công thức tương quan để ước lượng lực ép cọc theo chiều sâu, ước lượng lực ép lớn nhất nhằm xác định sức chịu tải vật liệu phù hợp và đưa ra những đánh giá

về Lmin, Lmax, Pmin, Pmax trong quá trình ép cọc

Ngoài ra còn đề xuất bộ dữ liệu thông số địa chất đầu vào với địa chất chủ yếu là các lớp đất tại khu vực chung cư C1, C2; dự án Centre mall và DQH cho mô hình phần tử hữu hạn mô phỏng sức chịu tải cọc

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỌC

Sức chịu tải của cọc là sức kháng cực hạn của nền đối với cọc đơn theo điều kiện giới hạn sự phát triển quá mức của biến dạng trượt trong nền [4] Theo theo TCVN 10304: 2014 – móng cọc tiêu chuẩn thiết kế, móng cọc cần được tính toán thiết kế trên cơ sở: Các kết quả khảo sát công trình xây dựng; Tài liệu về động đất tại khu vực xây dựng; Các số liệu đặc trưng về chức năng, cấu trúc công nghệ đặc biệt của công trình và các điều kiện sử dụng công trình; Tải trọng tác dụng lên móng; Hiện trạng các công trình có sẵn và ảnh hưởng của việc xây dựng mới đến chúng; Các yêu cầu sinh thái; So sánh kinh tế - kỹ thuật các phương

án thiết kế khả thi [4]

2 1.1 Xác định sức chịu tải của cọc theo các chỉ tiêu cơ lý đất, đá

Sức chịu tải Rcu, tính bằng kN, của cọc treo, kể cả cọc ống có lõi đất, hạ bằng phương pháp đóng hoặc ép, được xác định bằng tổng sức kháng của đất dưới mũi cọc và trên thân cọc:

Rcu = γ γ q A + u γ f l (2 1) Trong đó:

- γ là hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất, γ =1

- q là cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc, lấy theo Bảng 2 TCVN 10304

- 2014

- u là chu vi tiết diện ngang thân cọc

- fi là cường độ sức kháng trung bình của lớp đất thứ “i” trên thân cọc, lấy theo Bảng 3 - TCVN 10304 - 2014

- Ab là diện tích cọc tựa lên đất, lấy bằng diện tích tiết diện ngang mũi cọc đặc, cọc ống có bịt mũi bằng diện tích tiết diện ngang lớn nhất của phần cọc được

mở rộng và bằng diện tích tiết diện ngang không kể lõi của cọc ống không bịt mũi

- li là chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất thứ “i”

- γ và γ tương ứng là các hệ số điều kiện làm việc của đất dưới mũi và trên thân cọc có xét đến ảnh hưởng của phương pháp hạ cọc đến sức kháng của đất (xem Bảng 4 TCVN 10304 - 2014)

Sức kháng mũi tính theo theo các chỉ tiêu cơ lý đất, đá tính bằng kN:

Sức kháng hông tính theo các chỉ tiêu cơ lý đất, đá tính bằng kN:

Sức kháng tổng theo các chỉ tiêu cơ lý đất, đá tính bằng kN:

2 1.2 Xác định sức chịu tải của cọc theo các chỉ tiêu cường độ của đất nền Công thức chung xác định sức chịu tải cực hạn Rcu, tính bằng kN, của cọc theo đất là:

Trong đó:

- qb là cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc

- Ab là diện tích tiết diện ngang mũi cọc

- u là chu vi tiết diện ngang cọc

- fi là cường độ sức kháng trung bình (ma sát đơn vị) của lớp đất thứ “i” trên thân cọc

- li là chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất thứ ”i”

Cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc được xác định theo công thức:

Trong đó:

- N’c, N’q là các hệ số sức chịu tải của đất dưới mũi cọc

- q′ , là áp lực hiệu quả lớp phủ tại cao trình mũi cọc (có trị số bằng ứng suất pháp hiệu quả theo phương đứng do đất gây ra tại cao trình mũi cọc)

Sức kháng mũi tính theo theo các chỉ tiêu cường độ của đất nền tính bằng kN:

Qp_datnen = q A (2 7) Sức kháng hông tính theo các chỉ tiêu cường độ của đất nền tính bằng kN:

Sức kháng tổng theo các chỉ tiêu cường độ của đất nền tính bằng kN:

Rcu_datnen = Qs_datnen + Qp_datnen (2 9)

2 1.3 Xác định sức chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn

SPT

2.1.3.1 Công thức của Meyerhof

Sức chịu tải cực hạn của cọc xác định theo đất theo công thức:

Rcu = γ γ q A + u ∑ f l (2 10)

- u là chu vi tiết diện ngang cọc

- h là chiều sâu hạ cọc

Sức kháng mũi theo SPT tính bằng kN:

Qp_SPT = γ γ q A (2 13) Sức kháng hông theo SPT tính bằng kN:

Sức kháng tổng theo SPT tính bằng kN:

2.1.3.2 Công thức của Viện kiến trúc Nhật Bản (1988)

R = q A + u ∑(f , l , + f , l ,) (2 16)

Trong đó:

- q là cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc

- u là chu vi tiết diện ngang cọc

2.2 ÉP CỌC

TCVN 9394:2012 – Đóng và ép cọc tiêu chuẩn nghiệm thu, tiêu chuẩn này áp

dụng cho các công trình xây dựng thuộc lĩnh vực xây dựng, giao thông, thủy lợi

Công suất của thiết bị không nhỏ hơn 1.4 lần lực ép lớn nhất do thiết kế quy định

Trong mọi trường hợp tổng trọng lượng hệ phản lực không nên nhỏ hơn 1.1 lần lực ép lớn nhất do thiết kế quy định

Cọc được công nhận là ép xong khi thoả mãn đồng thời hai điều kiện sau đây [21]:

hình biến động của nền đất trong khu vực

b) Lực ép trước khi dừng, (Pep)KT trong khoảng từ (Pep) min đến (Pep)max, trong đó:

(Pep)max là lực ép lớn nhất do thiết kế quy định

xuyên không quá 1 cm/s trên chiều sâu không ít hơn ba lần đường kính (hoặc cạnh) cọc

2.3 THỬ TĨNH CỌC

Theo TCVN 9393:2012, thí nghiệm thử tĩnh được tiến hành bằng phương pháp dùng tải trọng tĩnh ép dọc trục cọc sao cho dưới tác dụng của lực ép, cọc lún sâu thêm vào đất nền Tải trọng tác dụng lên đầu cọc được thực hiện bằng kích thủy lực với hệ

biến dạng thu được trong quá trình thí nghiệm là cơ sơ để phân tích, đánh giá sức chịu tải và mối quan hệ tải trọng - chuyển vị của cọc trong đất nền [10]

Thí nghiệm được thực hiện theo quy trình gia tải và giảm tải từng cấp, tính bằng phần trăm (%) của tải trọng thiết kế Cấp tải mới chỉ được tăng hoặc giảm khi chuyển

vị (độ lún) hoặc độ phục hồi đầu cọc đạt ổn định quy ước hoặc đủ thời gian quy định Quy trình gia tải tiêu chuẩn được thực hiện như sau: Gia tải từng cấp đến tải trọng thí nghiệm lớn nhất theo dự kiến như quy định, mỗi cấp gia tải không lớn hơn 25 % tải trọng thiết kế Cấp tải mới chỉ được tăng khi tốc độ lún đầu cọc đạt ổn định quy ước như quy định nhưng không quá 2 h Giữ cấp tải trọng lớn nhất cho đến khi độ lún đầu cọc đạt ổn định quy ước hoặc theo phương án thí nghiệm được duyệt Sau khi kết

thúc gia tải, nếu cọc không bị phá hoại thì tiến hành giảm tải về 0, mỗi cấp giảm tải bằng 2 lần cấp gia tải và thời gian giữ tải mỗi cấp là 30 min, riêng cấp tải 0 có thể lâu hơn nhưng không quá 6 h

tải đến tải trọng quy định (thông thường đến 100% tải trọng thiết kế), sau đó giảm tải

về 0 Giá trị mỗi cấp gia tải, giảm tải và thời gian giữ tải như quy định trình gia tải tiêu chuẩn Chu kỳ thứ hai: Gia tải lại đến cấp tải cuối của chu kì thứ nhất, thời gian giữ tải mỗi cấp là 30 min, tiếp tục gia tải đến cấp tải cuối của chu kì thứ hai, sau đó giảm tải về 0

Từ kết quả thí nghiệm, sức chịu tải giới hạn của cọc đởn có thể được xác định bằng các phương pháp sau:

Phương pháp đồ thị dựa trên hình dạng đường cong quan hệ tải trọng - chuyển vị: Trường hợp đường cong biến đổi nhanh, thể hiện rõ điểm tại đó độ dốc thay đổi đột ngột (sau đây gọi là điểm uốn), sức chịu tải giới hạn bằng tải trọng tương ứng với điểm đường cong bắt đầu biến đổi độ dốc Nếu đường cong biến đổi chậm, khó hoặc không thể xác định chính xác điểm uốn thì căn cứ vào gia tải và quy trình thí nghiệm

để chọn phưởng pháp xác định sức chịu đựng tải giới hạn

Phương pháp dùng chuyển vị giới hạn tương ứng với sức chịu tải giới hạn:Sức chịu tải giới hạn bằng tải trọng tương ứng với chuyển vị bằng 10 % đường kính hoặc chiều rộng cọc

Xét theo tình trạng thực tế thí nghiệm và cọc thí nghiệm: Sức chịu tải giới hạn bằng tải trọng lớn nhất khi dừng thí nghiệm (trường hợp phải dùng thí nghiệm sớm hơn dự kiến do điều kiện gia tải hạn chế) Sức chịu tải giới hạn được lấy bằng cấp tải trọng trước cấp tải gây ra phá hoại vật liệu cọc

Nếu tải trọng khi thử tải tĩnh cọc chịu nén đạt tới trị số làm cho độ lún “S” của cọc tăng lên liên tục mà không tăng thêm tải (với S ≤ 20 mm) thì cọc rơi vào trạng thái bị phá hoại và giá trị tải trọng cấp trước đó được lấy làm trị riêng của sức chịu tải Rc,u của cọc thử

Trong tất cả các trường hợp còn lại đối với móng nhà và công trình (trừ cầu và

công trình thuỷ), trị riêng về sức chịu tải trọng nén của cọc Rcu, lấy bằng tải trọng

thử cọc ứng với độ lún S được xác định theo công thức sau:

Trong đó:

được quy định trong TCVN 9362:2012 Tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình,

hoặc trong Phụ lục E của tiêu chuẩn 10304:2014

ổn định quy ước theo quy định trong TCVN 9393:2012

Áp dụng trong tính toán địa kỹ thuật thì đây là một loại phương pháp được xây

dựng trên mối quan hệ dựa trên tính chất đàn hồi tuyến tính của đất

Mô hình Mohr-Coulomb (MC) là mô hình đất cơ bản và phổ biến nhất với ứng

xử đàn hổi - dẻo lý tưởng của đất nền, áp dụng tiêu chuẩn phá hoại của

Mohr-Coulomb Nguyên lý chủ yếu của mô hình Mohr - Coulomb là biến dạng của đất nền

sẽ bao gồm 2 thành phần: biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo

Biến dạng dẻo là biến dạng không hồi phục Để đánh giá biến dạng dẻo có xảy ra

trong tính toán hay không, một hàm dẻo f được định nghĩa Hàm dẻo f là hàm của

ứng suất và biến dạng, được thể hiện như một mặt trong không gian ứng suất chính

Một mô hình đàn hồi – dẻo lý tưởng là một mô hình cấu thành với một mặt dẻo cố

định, mặt dẻo này hoàn toàn được xác định thông qua các thông số đất nền và không

chịu ảnh hưởng bởi biến dạng dẻo Đối với các trạng thái ứng suất đặc trưng bởi các

điểm bên trong mặt dẻo, ứng xử hoàn toàn đàn hồi và tất cả biến dạng là hồi phục

(Hình 2.1)