Luận văn thạc sĩ Địa kỹ thuật xây dựng: Phân tích độ lún của nhóm cọc thẳng đứng chịu tải trọng đúng tâm

Trinh bày cơ sở lý thuyết về tính toán độ lún cọc đơn, độ lún của nhóm cọc băng các phương pháp thực nghiệm, tỷ số độ lún, hệ số tương tác, bè tươngđương khối móng quy ước và mô phỏng số

PHAM CONG KHANH

PHAN TICH DO LUN CUA NHOM COC THANG

DUNG CHIU TAI TRONG DUNG TAM

Chuyên ngành: Dia Kỹ Thuật Xây Dung

Mã số ngành: 60.58.02.11

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HO CHÍ MINH, tháng 06 năm 2019

Cán bộ chấm nhận xét 1: GS TSKH.NGUYÊN VĂN THƠ

Cán bộ chấm nhận xét2: TS CAO VĂN HÓA

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Truong Dai học Bach Khoa, DHQG Tp.HCM, ngày 3 tháng 7 năm 2019.

Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn thạc sĩ gồm:1 Chủ tịch: PGS TS NGUYÊN THÀNH ĐẠT2 Thư ký: TS LÊ TRỌNG NGHĨA

3 Phản biện 1: GS.TSKH NGUYÊN VĂN THƠ4 Phản biện 2: TS CAO VĂN HÓA

5 Ủy viên: TS PHAM VĂN HÙNGXác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn và Trưởng Khoa quản lý

chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa.

CHỦ TỊCH HỘI ĐÔNG P.TRUONG KHOA

KY THUAT XAY DUNG

PGS TS NGUYEN THANH DAT TS LUU XUAN LOC

NHIEM VỤ LUẬN VAN THAC SĨ

Họ và tên học viên: PHAM CÔNG KHANH MSHV: 1770128

Ngày, tháng, năm sinh: 21/06/1993 Nơi sinh: An Giang

Chuyên ngành: Địa Kỹ Thuật Xây Dựng Mã số: 60580211I TÊN DE TÀI:

PHAN TÍCH ĐỘ LUN CUA NHÓM COC THANG ĐỨNG CHIU TAITRONG DUNG TAM

H NHIEM VU VA NOI DUNG

1 Trinh bày cơ sở lý thuyết về tính toán độ lún cọc đơn, độ lún của nhóm cọc

băng các phương pháp thực nghiệm, tỷ số độ lún, hệ số tương tác, bè tươngđương (khối móng quy ước) và mô phỏng số băng phương pháp phan tử hữuhạn (phần mềm Plaxis 3D)

2 Tính toán độ lún của nhóm cọc bang các phương pháp thực nghiệm, ty số độlún, hệ số tương tác, bè tương đương (khối móng quy ước) cho 3 trường hợpnên đồng nhất, loại sét, có mô dun đàn hỏi thay đối, với sự thay đối của sốlượng cọc trong nhóm, tỷ lệ giữa chiều dai cọc va đường kính cọc (H/d), tỷ lệ

giữa khoảng cach cọc và đường kính cọc (S/d).

3 Mô phỏng độ lún nhóm cọc bằng phương pháp phan tử hữu han cho 3 trườnghợp nên đồng nhất loại sét, có mô đun đàn hồi thay đổi, với sự thay đối của sốlượng cọc trong nhóm, tỷ lệ giữa chiều dai cọc va đường kính cọc (H/d), tỷ lệgiữa khoảng cách cọc và đường kính cọc (S/d), ảnh hưởng của sự tiếp xúc giữađài cọc và đất đến độ lún của nhóm

4 Phân tích và so sánh kết quả tính toán độ lún nhóm cọc giữa các phương phápthực nghiệm, giải tích, mô phỏng băng phương pháp phân tử hữu Từ đó đưa racác nhận xét, đánh giá và kết luận

HI.NGÀY GIAO NHIỆM VU: 11/02/2019

Tp HCM, ngay 02 thang 06 nam 2019

CAN BO HUONG DAN CHU NHIEM BO MON DAO TAO

PGS TS LE BA VINH PGS TS LE BA VINH

P.TRUONG KHOA KY THUAT XAY DUNG

TS LUU XUAN LOC

Thây đã tận tình dẫn dắt, chỉ bảo, định hướng tôi trong quá trình học tập, nghiên

cứu tại trường Đại hoc Bach Khoa Tp.HCM Đã giúp tôi hoàn thành luận văn này.

Tôi xin chân thành cảm ơn quý Thay Cô trong bộ môn Địa co — Nền móng vàKhoa Kỹ thuật Xây dựng của trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM đã truyền dạynhững kiến thức quý giá cho tôi, đó cũng là hành trang không thể thiếu trên con

đường nghiên cứu khoa học và sự nghiệp của tôi sau này.

Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, Ban giám đốc công ty TNHHKiểm định và Tư van DTXD Miễn Tây, các bạn trong lớp Địa kỹ thuật xây dựngkhóa 2016 và khóa 2017, cùng các anh chị em đồng nghiệp đã hỗ trợ, giúp đỡ tôi rấtnhiều trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn

Xin chân thành cam on!

Tp HCM, ngay 02 thang 06 nam 2019

Pham Công Khanh

TOM TAT

Trong thiết kế móng cọc, độ lún của móng là một yêu cầu được quan tâm hàngđầu trong tính toán thực hành thiết kế kết cầu nền móng Hiện nay, khi xác định độlún của móng cọc vẫn phô biến sử dụng mô hình khối móng quy ước, phương phápnày không kế đến ảnh hưởng của số lượng cọc, chiều dai cọc, khoảng cách giữa các

cọc va sự tương tác của các cọc trong dai Trong luận văn này, sự ảnh hưởng cua

khoảng cách giữa các cọc, chiều dài CỌC, số lượng cọc, sự tiếp xúc của dai coc đượcphân tích, đánh giá bằng các phương pháp giải tích và phương pháp phần tử hữuhạn cho các trường hợp cụ thể

Độ lún của nhóm cọc trong đất dính luôn lớn hơn độ lún của cọc đơn với mứcđộ chịu tải tương ứng được thé hiện thông qua tỷ số độ lún (R, > 1) và tăng nhanhkhi số lượng cọc trong nhóm tăng và giảm khi tăng khoảng cách giữa các cọc Độlún khi xác định băng phương khối móng quy ước cho kết quả lớn hơn phương phápphan tử hữu hạn và phù hợp với các nhóm có kích thước lớn khi n > 36 và S/d > 6.Phương pháp mô phỏng trụ tương đương trong phần mềm Plaxis 3D là một cách

trung gian giữa phương pháp giải tích và phương pháp mô phỏng toàn bộ nhóm cọc

để ước lượng nhanh chóng độ lún của nhóm cọc với mức độ chênh lệch trong

khoảng 12% khi S/d = 4.

Nghiên cứu lực phân phối vào cọc cho thấy các cọc ở gần trung tâm nhóm cọcbị ảnh hưởng tương tác nhiều nhất nên lực phân phối vào các cọc này là ít nhất Cáccọc ở càng xa ảnh hưởng của sự tương tác càng giảm, nên lực phân phối vào cáccọc này là lớn nhất

Với cùng một diện tích bè, việc lựa chọn khoảng cách bồ trí giữa các cọc hợplý giúp làm giảm độ lún của móng và tiết kiệm chi phí hơn phương án gia tăngchiều dài các cọc ở trung tâm Kết quả nghiên cứu giúp cho người thiết kế có nhữngđịnh hướng trong cách xác định độ lún của móng cọc và giải pháp bố trí cọc trongmóng hợp lý giúp tiết kiệm kinh phí và hiệu quả

ABSTRACTIn the pile foundation design, the foundation settlement is the most interesteddemand in practical calculations of structure foundation designs Currently, the baseof the equivalent foundation method is common when determining the settlement ofpile groups, this method does not mention the affects of the number of piles, thelength of pile, the spacing of pile and the interaction of pile in groups In this thesis,the affects of the number of piles, the length of pile, the spacing of pile and theinteraction of pile in groups are examined by the analytical method and finiteelement method for specific cases.

The settlement of piles group in clay soil is always greater than the settlementof single pile through the ratio of settlement (R, > 1) and increases rapidly when thenumber of piles in group increases and decreases when increases the pile spacing.The settlement, when determined by the base of the equivalent foundation method,is greater than the settlement determined by the finite element method This methodis suitable for large groups of piles with n > 36 and pile spacing (S/d = 6).Determination of settlement by equivalent pier method results quickly and relativelyin accordance with the results of the finite element method with the difference ofabout 12% when S/d = 4.

The study on the distribution of load showed that for a large range of loadingthe corner piles in groups take the largest and the centre the smallest proportion ofload, and that the proportion of load taken by any pile increase with its distancefrom the centre of the group.

With the same raft area, choosing the appropriate pile spacing helps to reducethe settlement of the foundation and more cost than instead of increasing the centrepiles length of the group The research results help designers have orientations indetermining the settlement of pile foundations and solutions to arrange piles in areasonable foundation to save money and efficiency.

LỜI CAM ĐOANTôi xin cam đoan đây là công việc do chính tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn

của PGS TS Lê Bá Vinh.

Các kết quả trong Luận văn là đúng sự thật và chưa được công bố ở các

nghiên cứu khác.Tôi xin chịu trách nhiệm về nội dung trình bay trong luận văn của mình.

Tp HCM, ngày 02 tháng 06 năm 2019

Phạm Công Khanh

CHƯƠNG 1 5

TONG QUAN VE ĐỘ LUN CUA NHÓM COC 51.1 Khái quát về móng cọc:

1.2 Hiệu ứng nhóm cọc:1.3 Các phương pháp tính toán độ lún của nhóm cọc: JT HD NM Nr1.4 Các nghiên cứu thực nghiệm về độ lún của nhóm cọc:

1.5 Nghiên cứu vé cách bô trí cọc trong nhóm va ảnh hưởng của chiêu dày bè đênđộ lún lệch của móng: I1

1.6 Kết luận chương 1: 12

CHƯƠNG 2 14

CƠ SỞ LÝ THUYÉT TÍNH TOÁN ĐỘ LÚN CỦA NHÓM CỌC 14

2.1 Độ lún của cọc đơn: 142.1.1 Độ lún của cọc đơn theo Randolph và Worth (1978): 14

2.1.2 Theo TCVN 10304:2014 Móng cọc — tiêu chuẩn thiết kế 15

2.2 Độ lún của nhóm coc: 162.2.1 Các phương pháp thực nghiệm 16

2.2.2 Phuong pháp ty số độ lún 17

2.2.3 Phương pháp trụ tương đương 18

2.2.4 Phương pháp cộng lún các lớp phân tố sử dụng mô hình KMQU: 192.2.5 Phuong pháp hệ số tương tác 21

2.2.6 Tinh toán theo TCVN 10304:2014 23

2.3 Ứng dung phương pháp PTHH trong việc phân tích độ lún của móng cọc: 232.1 Kết luận chương 2: 31

CHUONG 3 33

PHAN TÍCH, TÍNH TOÁN ĐỘ LUN CUA NHÓM COC THANG ĐỨNG CHIUTAI TRONG DUNG TAM VOI CAC TRUONG HOP CU THE 33

3.1 Thiết lập mô hình (bài toán) để phân tích: 333.1.1 Thông số của nên đất: 333.1.2 Thông số của hệ cọc và đài: 363.1.3 Thông số sức chịu tải và độ lún của cọc đơn: 363.2 Độ lún của nhóm cọc xác định bằng phương pháp phan tử hữu hạn: 373.2.1 Kết quả tính toán độ lún của nhóm cọc (Sg) bằng phương pháp PTHH chotrường hợp nên loại El: 373.2.2 Kết quả tính toán độ lún của nhóm cọc bằng phương pháp PTHH cho trườnghợp nên loại E>: 393.2.3 Kết quả tính toán độ lún của nhóm cọc bằng phương pháp PTHH cho trườnghợp nền loại Es: 4]3.2.4 Nhận xét độ lún của nhóm coc được tính toán bang phương pháp PTHH: 433.3 Độ lún của nhóm cọc xác định bang phương pháp tỷ số độ lún R,: 45

3.4 Phương pháp trụ tương đương: 54

3.4.1 Phương pháp tính toán trụ tương đương bằng công thức giải tích: 543.4.2 Phương pháp tính toán độ lún trụ tương đương bang mô phỏng PTHH: 64

3.4.3 Phân tích vùng ảnh hưởng xung quanh trụ tương đương và nhóm cọc: 68

3.4.4 Nhận xét, kết luận phương pháp tinh toán độ lún nhóm coc bang mô phỏng

trụ tương đương: 69

3.5 Phương pháp Khối móng quy ước: 723.5.1 Kết quả tính toán độ lún nhóm cọc bằng phương pháp khối móng quy ướccho nên đất loại E¡: 723.5.2 Kết quả tính toán độ lún nhóm cọc bang phương pháp khối móng quy ướccho nên đất loại Ea: 743.5.3 Kết quả tính toán độ lún nhóm cọc bằng phương pháp khối móng quy ướccho nền đất loại Ea: 753.6 Phương pháp hệ số tương tác: 773.6.1 Kết quả tính toán độ lún nhóm cọc bằng phương pháp hệ số tương tác: 783.6.2 Tính toán lực phân phối vào cọc bằng phương pháp hệ số tương tác: 853.7 Anh hưởng của chiều day đài: 94

3.8 Anh hưởng của cách bồ trí cọc trong dai: 95KẾT LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ 99TAI LIEU THAM KHAO 101

DANH MUC HINH ANHHình 1.1 Vùng ảnh hưởng của ứng suất xung quanh nhóm COC . -: 5Hình 1.2 Mat bang thí nghiệm của Dal (2012) - << << c x39 SHình 1.3 Kết quả thí nghiệm của Dai (2Ï 2) - - - ( - << << <5 3011111 1 ng 3349

Hình 1.4 Thí nghiệm nén tinh nhóm cọc của Bạch Vũ Hoang Lan (2017) 9

Hình 1.5 Biéu đồ quan hệ tải trọng — độ lún của BVHL - 2 2 2555555: 10Hình 1.6 Kết qua luc phân phối vào cọc theo độ lún của BVHL 10Hình 1.7 Mặt bang bố trí cọc PA Í 5-5-5652 k2 2E E21 1511111111111 1111k, 12Hình 1.8 Mặt bang bố trí cọc PA2 vecccceccscccscsscsessescssscsssscsescscsssscsessscssssesessesssssseeseseens 12Hình 1.9 Độ lún thay đối theo chiều dày bè - - 2 2255222222 £E£E£EzEzrrxrereee 12Hình 1.10 Độ lún lệch tương đối theo chiều dày bè 2-5- 55 +52 2£s+s+5+2 12Hình 2.1 Giả định mô dun cat của đất thay đối theo độ sâu - 15Hình 2 2 Sự gia tăng ty số độ lún nhóm Rg theo số lượng cọc trong nhóm 17Hình 2 3 Nhóm cọc được thay thế băng trụ tương đương + s2 18Hình 2 4 Mô hình khối móng quy ước (Tomlinson, 1996) -.- 2255 +s+5+¿ 19

Hình 2 6 Cách xác định góc giản nở dựa vào thí nghiệm nén 3 trục 26

Hình 2 7 Cách xác định Ex trong thí nghiệm 3 frỤC << «<2 26

Hình 2.8 Cách xác định Z2 trong thí nghiệm nén cố kết : cccz.c 27

Hình 2 9 Cách xác định Eur trong thí nghiệm nén 3 trục đường dở tải 28

Hình 2 10 Phan tử ti€p XÚC 265221239 2212392121231 2121111121111 21 111 xye 30Hình 2 11 Ý nghĩa hệ số R + + + SE SE SESESE*EEEEE#EEEEEEEEEEESEEEEEEEEEEECkrkrkrkd 31Hình 3.1 Mô hình phân tích độ lún móng cọc (không dai tiếp xúc đất) 34Hình 3.2 Chế độ chia lưới (Fine) - + + 656 2E+E+E2EEEE2EEE#EEEEEEEEEEEEEEEEEErkrkrree 34Hình 3.3 Chuyển vị đứng nhóm COC - - ¿2 52 SE+E+S££E+ESEEEEEEvEEEErkererererreee 34

Hình 3.4 Vùng ảnh hưởng theo phương đứng của nhóm COC « «<< +2 34

Hình 3.5 Mặt cat lún tại cao trình mũi CỌC G- + + E2 931128 SE vs re rxei 34

Hình 3.6 Vùng ảnh hưởng theo phương ngang tại cao trình mỗi cọc 35

Hình 3.7 Quan hệ tải trọng và chuyển VỊ CUA COC ỔƠN << c2 36Hình 3.8 Độ lún nhóm cọc (Sg) loại nên E„ H/d = 20 - ¿sec sxsxseEeesesesees 37

Hình 3.9 Độ lún nhóm cọc (Se) loại nền E¡, H/d = 40 - ¿6s + £ss se sEsxsxsxe: 37Hình 3.10 Độ lún nhóm coc (Sg) loại nền Ey, H/d = 60 - ¿5-2 + se £sEsxsxsxe: 37Hình 3.11 Sg, loại nền Ey, S/d = 2 - ¿E52 SE 2E E 1515211151521 1111 111111111 xe 38Hình 3.12 Sg, loại nền Ey, S/d = 3 ¿E52 SE 1E 3 1515211151121 1111 1111111111 xe 38Hình 3.13 Sg, loại nền Ey, S/d = 4 - SE E12 E1 1515111151521 1111 111111111 xe 38Hình 3.14 Sg, loại nền Ey, S/d = 6 - 2E S221 E2 E1 1515111151121 1111 111111111 x0 38Hình 3.15 Sg, loại nền Ey, S/d = Ñ - - E22 SE 12 E1 1515111151111 1111 111111111 38Hình 3.16 Sg, loại nền E2, H/d = 20 ¿- - 2E S2 SE£E#EEEEEESEEEEEEEEEEEEEEEEEErkrreee 39Hình 3.17 Sg, loại nền E2, H/d = 40 ¿- - 26+ EE£ESEEEEESEEEEEEEEEEEEEEEE 1E ve, 39Hình 3.18 Sg, loại nền E2, H/d = 60 ¿- - 2E E2 SE£E9EEEEEESEEEEEEEEE E111 1 xe, 39Hình 3.19 Sg, loại nền Eo, S/d = 2 - ¿E22 SE 1E 1115152111515 11 1115111111111 xe 40Hình 3.20 Sg, loại nền Ep, S/d = 3 :- S2 SE E1 1511111121111 1111 1111111111 xe 40Hình 3.21 Sg, loại nền Eo, S/d = 4 - 2c S221 12 E1 1515211151521 1111 1111111111 xe 40Hình 3.22 Sg, loại nền Eo, S/d = 6 2©: 2221 1E EE1515211151111 1111111111111 xe 40Hình 3.23 Sg, loại nền Ep, S/d = Ñ :- S221 1 E1 1515211151111 1111 1111111111 40Hình 3.24 Sg, loại nền Es, H/d = 20 -¿- 5256k E5 2111515211111 21 711111 AlHình 3.25 Sg, loại nền Es, H/d = 40 wececcecccccesescscsesssscscssssessssssessssssessssesessesseaeeen AlHình 3.26 Sg, loại nền Es, H/d = 60 w.cecscecscsscssesssessesesssscsessssesssssessssssessssssessssseaeeen AlHình 3.27 Sg, loại nền Ea, S/d = 2 - 2c S221 1 E1 1515111151111 1111 110111111 xe 42Hình 3.28 Sg, loại nền Ea, S/d = 3 -:- S221 1 E1 1515211151121 1111 11111111 1 xe 42Hình 3.29 Sg, loại nền Ea, S/d = 4 - SE 22 1 1E 1115151111215 11 1111111111111 42Hình 3.30 Sg, loại nền Ea, S/d = 6 - 2E 2S 1E 1115111111211 11 1111110111111 42Hình 3.31 Sg, loại nền Es, S/d = Ñ - -c- S2 1 1 E1 1511211151111 1111 11111111 1y 42Hình 3.32 Sự thay đổi vùng ảnh hưởng khi thay đối chiều dài cọc -43Hình 3.33 Sự thay đôi vùng anh hưởng khi thay đối số lượng cọc 43

Hình 3.34 Rg, n = 4, H/d = 2( 525C t22S1 1511 1 1511111111 111111 1111111110111 1116 45Hình 3.35 Rg, n = 16, H/d = 2( :- S221 1E 1 1515111151511111511 1111111111111 xe 45Hình 3.36 Rg, n = 36, H/d = 2( E221 1E 1 15151111511 11111111 1111111111111 Ly 45Hình 3.37 Rg, n = 64, H/d = 2( 2E S221 1E E1 1515131115 11111111 1111111111111 Le 45Hình 3.38 Ry, n = 100, H/d = 2 G0 HH re 46

Hình 3.41 Ry, n= 36, H/d = 4( ¿-cc+2+++2EEEEEEEEEEE112711127112711 27112711271 c.EErret46Hình 3.42 Ry, n= 64, H/d = 4(0 ¿-©cc+2EEt‡2EEEEEE111EE1127111271127112711271x 21x re46Hình 3.43 Rg, n = 100, H/d = 40 c¿- c+t+2EEE2EEEEEEEE2EE12EEE2E1E2E1EEEECrErrrrrrrrek 46Hình 3.44 Ry, 1 = 4, H/d = 60 - 22-22+c2EEE2EEEE12E1112E112711127112711 27122121 xc.Errret47Hình 3.45 Ry, n= 16, H/d = 6( ¿-c2+t+2EEEEEEEEEEEE2EE11271E2711271E2711 21x E re47Hình 3.46 Rs, n = 36, H/d = 6() c¿-2+t+2EEE1EE1E1EE112711127112711 271x212 ecrrrrrek47Hình 3.47 Rs, n = 64, H/d = 6() . 2cc2+t22EEE12E11125112711127112711 27112121 ecrrrrret47Hình 3.48 Ry, n= 100, H/d = 60 -2-2++22EEE‡EEEEEEEE2EEEE2EEE2E1E2E1EEEECEErkrrrrrrek 47Hình 3.49 Xác định Ai, - 22222222 2222211221222211122222111112.2101 2 0 re 47Hình 3.50 So rrp theo giải tích, S/d = 2 vecsecsssssssssssssesssssesssssesssssseesssseesssseesssseessseeen 54Hình 3.51 Sg rrp theo giải tích, S/d = 3 cecccccsecssssssssescssesesssessssesesssessssseessueessseeessesens 54Hình 3.52 So rrp theo giải tích, S/d = 4 s- se ExktSE E211 E11 55Hình 3.53 Sg rrp theo giải tích, S/d = 6 veesscssssssssssssseessssessssseessssseesssseesssseesssseesssesen 55Hình 3.54 Sg rrp theo giải tích, S/d = Ñ -s 2c ke kEEEEEEEEEEEEEE1EC.EELerrrrrret 55Hình 3.55 So rrp, “A = 5” S/d = 2 ccc HE Hee 55Hình 3.56 So +rp, “A = 5” S/d = 3 c2 1211.0211 12 2 xe 55Hình 3.57 So +rp, “A= 5” S/d 4 sc L2 H11 n1 xe 55Hình 3.58 So rrp, “A = 5” S/d = 6 ccc CS HE 56Hình 3.59 So rrp, “A = 5” S/d= 8 ccc TH HE ng ng erreeg 56Hình 3.60 Sg trp theo giải tích, S/d = 2 veecsecsscssssssssseesssssesssssessssseesssseesssueessssesssseeen 56Hình 3.61 Sc rrp theo giải tích, S/d = 3 vsccccsecscssssssessssesessesssssesesssesssseeessueeesseeessesen 56Hình 3.62 Sc rrp theo giải tích, S/d = 4 s- se EketSEEkEEE1E1E11E1211x 2111 E cee 56Hình 3.63 Sg trp theo giải tích, S/d = 6 22cc+ 2 Et2E1111221111221111211111 1.11 te 56Hình 3.64 Sc rrp theo giải tích, S/d = Ñ s 2cc ket E111 E11eE.E ree 57Hình 3.65 So +rp, “A = 5” S/d = 2 ss 1c 11 22111.2211 8 22a 57Hình 3.66 So rrp, “A = 5” S/d = 3 ccc 2 LH re 57Hình 3.67 So rrp, “A = 5” S/d =A ceccecscssssssssescsssesssescsseeesssesessuvessuesssseeessuesesevecssesens 57Hình 3.68 So +rp, “A = 57 S/d =6 vessssssssssssssssssssssseessssesssseeesssseesssuessssueesssseessseesen 57

Hình 3.69 SG rrp, “A = 57 S/d = 8 oe eccesssceceesseceecessceecesssececeessaeeecesseeeeseessaees 57Hình 3.70 Sg rrp theo giải tich, S/d = 2 - - <5 6S 111993011 1990 vn ke 58Hình 3.71 So rrp theo giải tích, S/d= 3 25G << 19903011 1993311 n9 1 ke 58Hình 3.72 Sg rrp theo giải tích, S/d = ⁄4 - sọ n t vkre 58Hình 3.73 Sg rrp theo giải tích, S/d= Ố, - - << 5 009900 9n re 58Hình 3.74 Sg rrp theo giải tích, S/d = 8 - - <5 009900 9n ke 58Hình 3.75 So rrp “A = 57 S/d 2 HH nọ kh 58Hình 3.76 Sg rrp, “A = 57 S/d =Ồ G QQHHHn nkre 59Hình 3.77 So rrp, “A = 57 S/d = 4 oes eccesssceceesseceecesssceecesssececeessaceecesseeeeeeessaees 59Hình 3.78 So rrp, “A = 57 S/d Ố HH re 59Hình 3.79 So rrp, “A = 57 S/d = Š HH re 59Hình 3.80 Mô hình phân tích trụ tương đương << se 64

Hình 3.81 Chế độ mesh lưới (Fine) - - - s sEE9E2E SE E932 ke segerkes 64

Hình 3.82 Vùng ảnh hưởng theo phương đứng - << <SSSss vrse 65

Hình 3.83 Chuyển vi đứng trụ tương đương - ¿+ 5s+c+S++x+xvzecxvverererreee 65

Hình 3.84 So rrp theo PTHH, S/d = 2 << 90011999000 re 65Hình 3.85 Sg rrp theo PTHH, S/d = Ô << 00 ng re 65Hình 3.86 Sg rrp theo PTHH, S/d = ⁄4 << 0090 re 65Hình 3.87 Sg rrp theo PTHH, S/d = Ó <5 ng ke 65Hình 3.88 Sg rrp theo PTHH, S/d = & - - < 00 ng re 66Hình 3.89 Sg rrp theo PTHH, S/d = 2 - << 900990 ng ng re 66Hình 3.90 Sg rrp theo PTHH, S/d = Ồ - 5 1n kg 66Hình 3.91 Sg rrp theo PTHH, S/d = ⁄4 (<< 00190 ng re 66Hình 3.92 Sg rrp theo PTHH, S/d = Ó << S00 ng re 66Hình 3.93 Sg rrp theo PTHH, S/d = & - - << 0n re 67Hình 3.94 Sg rrp theo PTHH, S/d = 2 - << 900990 ng re 67Hình 3.95 Sg rrp theo PTHH, S/d = Ồ - - 5 ng kh 67Hình 3.96 Sg rrp theo PTHH, S/d = ⁄4 << 0019 re 67Hình 3.97 Sg rrp theo PTHH, S/d = Ó << 00H ng re 67Hình 3.98 Sg +rp theo PTHH, S/d = 8 cceesssssssssssssssssesssssessssseessssseesssseesssseesssseessneeen 68

Hình 3.99 Vùng ảnh hưởng xung quanh trụ tương đương - - «« «<2 68Hình 3.100 So sánh ving anh hưởng của nhóm coc va trụ tương đương 69Hình 3.101 So mou, S/d = 2 c SG 11H HH HH 72Hình 3.102 Sq kwQU- S/d = Ổ c 2 22111111 11H HH HH TH KH KH KH HH ưu 72Hình 3.103 So kwQU: S/d = 4 Go k 72Hình 3.104 So _KMOQU: S/d = Ố c1 HH 72Hình 3.105 Sq KwQU- S/d = 6 Ặ 1L 11H" HH HH KH KH KH KH nu 73Hình 3.106 So _KMOQU: S/d = 2 - c1 1H HH 74Hình 3.107 So mou, S/d = Ổ c5 LH HH 74Hình 3.108 So _KMQU: S/d = 4 Gà Hk 74Hình 3.109 So mou, S/d = Ố G1 ng 74Hình 3.110 SG kwQU- S/d = 6 c1 121111 HH HH HH KH KH KH KH ưu 74Hình 3.111 So kwQU: S/d = 2 - G5 11131111 75Hình 3.112 So KMQU: S/d = Ổ G111 HH 75Hình 3.113 Sq kwQuU- S/d 4| 1L 2.1111" KH KH HH ưu 76Hình 3.114 SG KMOQU: S/d = Ố c G1 HH HH 76Hình 3.115 So KMOQU: S/d = 6 SG HH HH 76Hình 3.116 Sg nsrr, n=4, H/d = 2( G5 10.0 re78Hình 3.117 Sg nsrr, n=l6, H/d = 20 - - G1 kh78Hình 3.118 So nsrr, n=36, H/d = 20 - . G00 ng re78Hình 3.119 Sg _nsrr, n=64, H/d = 20 - G 00H ng re78Hình 3.120 Sg nsrr n=l00, H/d = 20 5G ng ng kg78Hình 3.121 œiJ, n=16, H/d 2() - - s s00 ng re78Hình 3.122 œiJ, n=16, H/d = <4() - - << 00 HH ng re79Hình 3.123 œiJ, n=16, H/d = Õ) - - - s00 HH ng re79Hình 3.124 oj, TCVN 10304:201⁄ G Gv rre79Hình 3.125 ơi] theo Poulos (2006) - 00000 HH ke 79Hình 3.126 oj theo Randolphá&xWorth HH re 79

Hình 3.127 Thiết lập mặt bằng nhóm COC - - + 2 2 2 +2+E+E+E££E£E+E+EzEzrzrxrereee 86

Hình 3.128 Lực phân phối vào nhóm cọc n = 16, S/d = 3, H/d = 40 88Hình 3.129 Lực phân phối vào nhóm cọc n = 16, S/d = 4, H/d = 40 89Hình 3.130 Lực phân phối vào nhóm cọc n = 16, S/d = 6, H/d = 40 90Hình 3.131 Độ lún của nhóm n = 16 xác định băng phương pháp hệ số tương tác cóxét lại sự phân phối tải trọng vào các cọc trong nhóm 25-52 +55: 91Hình 3.140 Sơ đồ phân tích móng coc có n = 64, H/d = 40 - 25s: 94Hình 3.141 Độ lún khi hạ thay đồi - ¿+2 5 252 SE2E£E+E2EEEEEEEEEEErkrkrkrree 95Hình 3.142 Độ lún lệch khi hạ thay đi ¿ - 52 252 522E+E+E2£E£E£E+EzEzrErkrkrerree 95Hình 3.143 Mặt băng bố trí cọc PA Ì c5: 5S t2 S323 1515111111111 11 1xx, 96Hình 3.144 Mặt băng bố trí cọc PA 2 + c5 tt E2 1 121115121111 1111111 1111111 xe 96Hình 3.145 Mặt băng bố trí cọc PA 3 ¿5c St tt E1 121 1512111111 1121 111111 re 96Hình 3.146 Mặt băng bố trí cọc PA.44 «5-5: St 1 E2 1 121115121111 11 111111111111 96Hình 3.147 Mặt băng bố trí cọc PAS - +5: St t2 1 121 1512111111 112111 1111111 97Hình 3.148 Mat băng bố trí cọc PAAÓ -.- +5: St 3 t2 1 121115121111 11 1121111111111 re 97Hinh 3.149 Do lun cua mong va gia tri chiều dai cọc được giảm theo các PA 97Hình 3.150 Mức độ phân phối tải trong lên đài va cọc theo các phương án 97

DANH MỤC BANG BIEUBảng 1 Hệ số nhóm (n) và tỷ số độ lún R, theo BVHL 2 2 2 25+s+5+¿ 10

Bang 2.1 Bang tra hệ số poisson dựa vào các kết quả nghiên cứu 25

Bảng 2.2 Hệ số thấm K của một số loại đất - - - s12 ExeEsvvEseserkes 29Bang 2.3 Bảng tra hệ số Rinter - c6 5221232 E232 1212121111111 1 1xx cxy 30Bảng 3 1 Thông số đất nền mô hình Hardening soil - + 255252 5s2s+5ze: 35Bảng 3 2 Thông số của hệ cọc và đài ¿-c- S2 x23 3 E2 2121115113111 rxe, 36Bảng 3 3 Bảng tong hợp chiều dài, sức chịu tải và độ lún (S¡) của cọc đơn 36

Bang 3 4 Kết quả tính toán R, theo Bạch Vũ Hoàng Lan (2017) 46

Bang 3 5 Kết quả tính toán R, theo Randolph va Clancy (1993) - 46

Bảng 3 6 Kết quả tính toán R, theo phương pháp PTHH cho nên đất loại E, 49

Bảng 3 7 Kết quả tính toán R, theo phương pháp PTHH cho nên đất loại Ep 49

Bảng 3 8 Kết quả tính toán R, theo phương pháp PTHH cho nên đất loại Ea 50

Bảng 3 9 Độ dốc của đường cong lún trường hợp nên loại E; - 50

Bảng 3 10 Độ dốc của đường cong lún trường hợp nên loại Ea - 51

Bang 3 11 Độ dốc của đường cong lún trường hợp nên loại Ea - 51

Bang 3 12 Độ lún của nhóm cọc theo phương pháp trụ tương đương, nên loại E¡ 59Bang 3 13 Độ lún của nhóm cọc theo phương pháp trụ tương đương nên loại E;¡với hệ số điều chỉnh “A = Š”” - xxx S111 9191 1E 91119111111 1101012 11111211 1xx 60Bảng 3 14 Độ lún của nhóm cọc theo phương pháp trụ tương đương nên loại Ea 60

Bang 3 15 Độ lún của nhóm cọc theo phương pháp trụ tương đương nên loại Ea vớihệ số điều chỉnh “A = Ấ5”” tk k1 1121211 5191915111 5 0111111110 1211110 H111 nen: 61Bảng 3 16 Độ lún của nhóm cọc theo phương pháp trụ tương đương nên loại Ea 61

Bảng 3 17 Độ lún của nhóm cọc theo phương pháp trụ tương đương nên loại Ea vớihệ số điều chỉnh “A = Ấ5”” tk k1 1121211 5191915111 5 0111111110 1211110 H111 nen: 62Bảng 3 18 Độ lún của nhóm cọc mô phỏng trụ tương đương, nên loại E; 70

Bảng 3 19 Độ lún của nhóm cọc mô phỏng trụ tương đương nên loại Eạ 71

Bảng 3 20 Độ lún của nhóm cọc mô phỏng trụ tương đương, nên loại Ea 71Bang 3 21 Độ lún của nhóm cọc theo phương pháp khối móng quy ước, nên loại E;

Bảng 3 22 Độ lún của nhóm cọc phương pháp khối móng quy ước, nên loại Ea 75Bang 3 23 Độ lún của nhóm cọc phương pháp khối móng quy ước, nên loại Ea 76Bảng 3 24 Độ lún của nhóm cọc phương pháp hệ số tương tác của Poulos (2008),NEN Lodi 1 80Bang 3 25 Độ lún của nhóm cọc phương pháp hệ số tương tác của Poulos (2008),NEN Lodi Es vcecccescscssscececescscscscscececsevsvscececessevscacucecevavacececssvavscacsesevavavacucesvecacueesvevavacaes 80Bang 3 26 Độ lún của nhóm coc phương pháp hệ số tương tác của Poulos (2008),NEN loai Ey vccccccccscssecececescscccscscececessscscececesssvscacececsevavacececssvevscaceesevavavacacesvecaceeeevevavaeees 81Bang 3 27 Độ lún của nhóm cọc phương pháp hệ số tương tac của Randolph vaWorth (1979), nền loại EE;, - - ESxS 519121 1E 96919198 1E 1311 11 1111111 neo 81Bang 3 28 Độ lún của nhóm cọc phương pháp hệ số tương tac của Randolph vaWorth (1979), nền loại EE;; -ó- St 519191 1 E96 9191 58 1E 1311 3E 11111 11 1g 82Bảng 3 29 Độ lún của nhóm cọc phương pháp hệ số tương tác của Randolph vàWorth (1979), nền loại EEa, - s6 SE 1919191 3 96919158 1E 1391 1 11111111 1xx 82Bảng 3 30 Độ lún của nhóm cọc phương pháp hệ số tương tác theo TCVN10304:2014, nền loại E, ¿5E S225 SE 1 E5 E1 111215151111 11 2111511111111 83Bang 3 31 Độ lún của nhóm coc phương pháp hệ số tương tác theo TCVN10304:2014, nền loại EEa, ¿E2 S2 SE 2E 1915 E1 1 1211511111111 1151111111111 83Bang 3 32 Độ lún của nhóm coc phương pháp hệ số tương tác theo TCVN10304:2014, nền loại Ea - ¿6E + 22% SE 1115 5 121112151511 1111 1111511111111 xe 34

PTHHBEMKMQUHSTT

TTD

(kN/m’)

(m)(m)(kN⁄m)

(kN/m)

(kN/m’)(kN⁄m)

(kN/m’)(m)

(m)(m)(deg)MOT SO KY HIEU DUOC SU DUNG TRONG LUAN VAN

Bài toán 3 chiêu bằng phan tử hữu hanPhương pháp phan tử hữu hạn

Phương pháp phần tử biênPhương pháp khối móng quy ướcPhương pháp hệ số tương tác

Phương pháp trụ trong đương

Hệ số tương tác cho cọc thứ I do cọc thứ j gây nên

Lực dính hữu hiệuDuong kính cocDuong kính cua trụ trương đương

M6 đun cát tuyến trong thí nghiệm nén 3 trục thoát nướcMô đun đàn hồi tương đương của trụ tương đươngM6 đun tiếp tuyển trong thi nghiệm nén co kết

Mô dun đồ tai và gia tải lại

Ty số giữa chiếu dài và đường kinh cọcSố luong coc

Ung suất tham chiếu của độ cứngBán kính vùng ảnh hưởng lớn nhất

Tỷ số độ lúnTỷ số giữa khoảng cách giữa các cọc và đường kinh cọc

Độ lún của cọc donĐộ lun của nhom cọc

Góc ma sát trong hữu hiệu

Ngày nay, giải pháp sử dụng móng cọc như là hệ thống chịu tải và truyền tảitrọng vào đất nền khá pho biến Yếu tố quan trọng cần quan tâm hàng đầu anhhưởng trực tiếp đến sự làm việc 6n định của kết câu nền móng chính là sức chịu tảivà biến dang của đất nền dưới đáy móng Trên thực tế, từ các dữ liệu quan trắc lúncủa một sé công trình sử dụng móng cọc, có thể nhận thay rang ton tại sự khác biệtgiữa độ lún thiết kế và độ lún thu được từ quan trắc thực tế, giữa độ lún của cọc đơn

và độ lún của nhóm cọc.

Hiện nay, trong tiêu chuẩn hiện hành khi xác định độ lún của móng cọc vẫnphố biến sử dụng mô hình khối móng quy ước phụ thuộc vào góc ma sát trong củađất, phương pháp này không kế đến ảnh hưởng của số lượng cọc, tỷ số giữa đườngkính và chiều dài cọc, khoảng cách cọc và sự tương tác của các cọc trong đài.Nguyên nhân gây ra sự khác biệt về độ lún giữa cọc đơn và nhóm cọc được chứng

minh là do hiệu ứng nhóm Dưới tác dụng của tải trọng dọc trục, ứng xử của cọc

đơn khác với ứng xử của cọc khi làm việc thành nhóm Cụ thé khi cọc đóng trongđất cát chặt có khoảng cách giữa các cọc nhỏ hơn 3D (D là đường kính hay cạnhcọc) thì kha năng chiu tải của nhóm cọc có thể lớn hơn tong kha nang chiu tai cuacác coc đơn do dat xung quanh bị bị xáo trộn làm chặt đất hơn Ngược lại khikhoảng cách các cọc càng gần nhau trong đất dính (nhỏ hơn 6D) thì khả năng chịutải của nhóm lại có xu hướng nhỏ hơn tong khả năng chịu tải của các cọc đơn tươngứng do các vùng chống chập của biến dạng cắt trong đất xung quanh cọc Trong tất

cả các trường hợp thì độ lún của nhóm cọc sẽ lớn hơn độ lún của cọc đơn khi chịu

tải tương ứng do vùng ứng suất dưới mũi của nhóm cọc lớn hơn và phát triển sâuhơn do sự chồng chập ứng suất của các cọc đơn bên cạnh nhau

Vì vậy, lựa chọn đề tài “Phân tích độ lún của nhóm cọc thắng đứng chịutai trọng đúng tâm” để xem xét các yếu tố anh hưởng đến độ lún và tính toán độlún phục vụ công tác thiết kế móng cọc

thay đổi của các thông số:

- Số lượng cọc trong nhóm

- Khoảng cách giữa các cọc.

- Sự thay đối của địa chất.- Ty số giữa chiều dài cọc và đường kính cọc.- Sự thay đổi thông số độ cứng của đất.Tiến hành so sánh kết quả tính toán từ các phương pháp:

- Phương phương pháp khối móng quy ước.- Phương pháp ty số độ lún (R,)

- Phương pháp hệ số tương tác.- Phương pháp quy đổi nhóm cọc sang trụ tương đương

Phương pháp nghiên cứu

Tiến hành lựa chọn ba lớp đất loại sét mang tính đại diện cho đất sét ở TP HồChí Minh cũng như các tỉnh phía nam với các thông số hữu hiệu phù hợp với môhình Hardening soil (c’, @°, E’, v’, k, m, ) dé tiễn hành mô phỏng PTHH cũng

như tính toán giải tích.

(1989), Bạch Vũ Hoang Lan (2017), Randolph va Clancy (1993).

- Sử dụng chương trình Plaxis 3D dé mô phỏng bai toán quy đôi nhóm cọcthành trụ tương đương theo dé xuất từ các nghiên cứu của các tác giả: Randolph và

Worth (1978), Poulos và Davis (1980), Randolph va Clancy (1993).

- Phương pháp hệ số tương tác được quy định trong tiêu chuẩn tính toán

móng cọc hiện hành TCVN 10304:2014 và các tác gia Poulos va Davis (1980),Randolph và Worth (1979).

- Phương pháp Khối móng quy ước được dé xuất bởi Tomlimson (1996).Căn cứ vào các kết quả tính toán độ lún của nhóm cọc từ các phương phápkinh nghiệm, bán kinh nghiệm, giải tích, quy đối nhóm cọc thành trụ tương đương,phương pháp phan tử hữu hạn tiến hành tong hop, phân tích, so sánh dé đưa ra cáckiến nghị, hiệu chỉnh phù hợp để có thể áp dụng các phương pháp vảo thực tế tínhtoán thiết kê

Pham vi nghiên cứu

Ap dụng cho các công trình xây dựng có móng cọc với đất nền là loại sét,đồng nhất mang tinh đặc trưng ở khu vực TP Hồ Chí Minh và các tỉnh phía Nam

Nghiên cứu sử dụng móng cọc có đài là tuyệt đối cứng, đài cọc không tiếp xúc

với nên đât, tải trọng dọc trục đúng tâm.

Nhóm cọc có số lượng cọc trong nhóm lần lượt là: 4 coc, 16 cọc, 36 cọc, 64

cọc và 100 cọc Khoảng cách giữa các cọc trong nhóm thay đôi: 2d, 3d, 4d, 6d, 8d

1.1 Khai quat vé mong coc:Móng coc là một loại móng sâu được su dung như là hệ thống chịu tải vàtruyền tải trọng vào lớp đất tốt nam rất sâu dưới lòng đất Hai loại cọc phố biếnđược sử dụng hiện nay là cọc chế tạo san và cọc khoan nhồi (cọc đồ tại chỗ).

1.2 Hiệu ứng nhóm cọc:

Đề chịu được tải trọng lớn, móng cọc thường được cầu tạo bởi một nhóm cọc,tuy nhiên khi khoảng cách giữa các cọc không đủ lớn, sẽ hình thành trong vùng đấtxung quanh cọc hiện tượng chồng ứng suất chống cắt do ma sát bên và do sứcchống mũi của các cọc gây ra (Hình 1.1) Độ lớn ứng suất trong vùng chồng ứng

suất này phụ thuộc nhiều vào các yếu tố: Khoảng cách cọc; Chiều dai cọc; Hình

dạng cọc; Số lượng cọc; Độ lớn của tải trọng tác dụng vào nhóm cọc và tính chấtcủa nền đất xung quanh nhóm cọc, Hiện tượng chồng ứng suất làm suy giảm masát giữa cọc — đất và sức chồng mũi của cọc dẫn đến giảm khả năng chịu lực và gia

tăng chuyên vị của nhóm cọc so Với cọc

đơn P =nPw

Hệ số nhóm cọc ( n): ké dén su giam [

sức chịu tải của nhóm cọc so với tông sức |

chịu tải của từng cọc đơn làm việc riêng 2 x

CỌC

trọng trung bình của cọc trong nhóm.

1.3 Các phương pháp tính toán độ lún cúa nhóm cọc:

Để ước lượng độ lún của nhóm cọc, Skempton (1953) đã kiến nghị cách xácđịnh độ lún của nhóm cọc dựa trên độ lún của cọc đơn phụ thuộc vào bề rộng củanhóm cọc Trong khi đó, cách xác định của Vesic (1969) đã kiến nghị cách dự báođộ phụ thuộc vào tỷ lệ giữa bề rộng nhóm cọc và đường kính cọc Ngoài ra,Meyerhoff (1959) đã bố sung thêm các thông số về khoảng cách giữa các cọc, số

hàng trong nhóm cọc vuông.

Độ lún trung bình của nhóm (Sc) có n cọc có thé được biểu diễn như một hamtheo độ lún của cọc đơn (S;) chịu bang tải trọng trung bình của các cọc trong nhómthông qua một ty số độ lún R, (Ry = Sœ/S¡) Randolph (1994) đã đề nghị công thứcgần đúng để xác định tỷ số độ lún R, theo số lượng cọc trong nhóm và hệ số mũ œphụ thuộc vào tính chất của đất Có nhiều tác giả nghiên cứu thực nghiệm tại hiệntrường và trong phòng thí nghiệm để xác định giá trị của œ điển hình như Poulos(1989) đã chỉ ra œ + 0.5 đối với nhóm cọc ma sát trong đất sét và œ 0.33 chonhóm cọc ma sát trong đất cát Ở trong nước, Bạch Vũ Hoàng Lan (2017) đã thựchiện mô hình vật lý tỷ lệ nhỏ đối với nhóm cọc có n < 16 cho nền đất sét trạng tháidẻo mém và kiến nghị công thức xác định hệ số mũ œ phụ thuộc vào S/d và L/d (vớiS: là khoảng cách giữa các cọc; d là đường kính cọc; L là chiều dài cọc) Ngoài ra,Randolph và Clancy (1993) đã dé nghị công thức xác định ty số độ lún R, phụ thuộcvào thông số R, với R phụ thuộc vào số lượng cọc trong nhóm, khoảng cách giữacác cọc và chiều đài cọc

Poulos và Davis (1980) đã đề xuất phương pháp “trụ tương đương” để ước

lượng độ lún trung bình của nhóm cọc Trong phương pháp này, nhóm cọc được

thay thé bang một trụ với đường kính và mô dun đàn hồi được quy đổi tương đương

sau đó áp dụng lời giải xác định độ lún của cọc đơn theo Randolph và Worth (1978)đề tìm độ lún trung bình của nhóm cọc.

khối móng quy ước theo dé xuất của Tomlinson (1996) Phương pháp này dựa vàoviệc thay thế nhóm cọc bằng một khối móng quy ước với một kích thước tương

đương, hoạt động ở một độ sâu đại diện dưới mặt đất Tuy nhiên, phương pháp này

không xét đến ảnh hưởng của SỐ lượng cọc, khoảng cách giữa các cọc và sự tương

tác giữa các cọc ở trong nhóm.

Đề phân tích ứng xử nhóm cọc có xét đến sự tương tác giữa các cọc, Poulos vàDavis (1980) dé xuất phương pháp hệ số tương tác Trong phương pháp này, độ lúnS; của cọc thứ i trong nhóm n cọc phụ thuộc vào khoảng cách bố trí cọc trong nhóm,chiều dài cọc, tính chất cơ lý của đất và tải trong phân phối lên từng cọc trong mộtnhóm Các hệ số tương tác có thé tính toán từ phân tích BEM hoặc phan tử hữu han.Dé có thé tính toán hệ số tương tác bằng phương pháp giải tích, các tác giảRandolph và Worth (1979), Poulos (2008) đã phát triển các biểu thức xấp xỉ dựatrên thực nghiệm, tính toán phân tích từ BEM hoặc phương pháp phan tử hữu hạn

Phương pháp phần tử hữu hạn là phương pháp số để tìm nghiệm gần đúngcủa một hàm chưa biết trong miền xác định Phương pháp này rất thích hợp để tìmnghiệm gần đúng cho các bài toán vật lý, kỹ thuật khi mà hàm cần tìm được xácđịnh trên các miền phức tạp là những vùng nhỏ có đặc trưng hình học, vật lý khácnhau có các điều kiện biên khác nhau Có thé thay, dé xem xét ảnh hưởng của cácthông số S/d, L/d, sự tương tác giữa các cọc trong nhóm, ảnh hưởng của hiệu ứngnhóm coc, sự thay đổi tính chất co ly của đất thì phương pháp phan tử hữu han làmột lựa chọn hợp lý để tính toán độ lún của nhóm cọc

1.4 Các nghiên cứu thực nghiệm về độ lún của nhóm cọc:

Các tác giả: Skempton va cộng sự (1953); Meyerhof (1959); Vesic (1968);

Mandolini và cộng sự (2005) đã thu thập số liệu về độ lún của 63 phương án móngcọc và cọc đơn khác nhau, được thi công bang nhiều phương pháp: đóng, ép, nhi.Các nhóm có số lượng từ 4 cọc đến 5600 cọc (4 < n < 5600); Khoảng cách cọc: 2d

< S < 8d; Tỷ số L/d của cọc biến thiên từ 13 < L/d < 126; Các nghiên cứu cho thay

tỷ số độ lún luôn băng hoặc lớn hơn một (R, > 1) Thí nghiệm hiện trường cho

kết luận răng nhóm cọc chuyền vị nhiều hơn cọc đơn khi chịu cùng tải trọng băng

tai trung bình tác dụng lên từng cọc trong nhóm Trong các hang cọc khác nhaucũng ứng xử khác nhau (Brown, D.A, and Reese, L C, 1988).

OD @ 6G

F— |® © ©® @ @

| 2000 1 2000 , 7000 :

= 079r—DŨ oO S

Hình 1.2 Mặt bằng thí nghiệm của Dai (2012)

Settlement ratio RsSettlement ratio Rs W

0 10 20 30 40 50 60 0 10 20 30 40 50 60 70

Pile group oe nướn (mm) Pile group settlement (mm)

(a) L= 20m (b) L = 24m

cọc (hình 1.2) có qui mô: 1x2; 2x2 và 3x3 Coc bê tông cốt thép có đường kính d =400mm được hạ vào nên sét nhiều lớp với 2 loại chiều dài là L = 20m và L = 24m,khoảng cách giữa hai cọc lần lượt thay đổi là s„ = 2.5B (với B là đường kính cọc) vàso = 3B dé xem xét ảnh hưởng của chiêu dài và khoảng cách giữa 2 cọc đến độ lúncủa nhóm cọc Mực nước ngâm ở độ sâu 2.6m cách mặt dat Ông đã kết luận rằng,độ lún của cọc đơn nhỏ hơn độ lún của nhóm cọc khi chịu cùng tải trọng băng tải

trung bình tác dụng lên từng cọc trong nhóm (hình 1.3) và hiệu ứng nhóm bị ảnh

hưởng bởi khoảng cách cọc lớn hơn chiều dài cọc

‘\ Cae cọc có gan strain gauge '

a) Mat bang nhóm coc NI6B b) Mat bang nhóm cọc tại hiện

truongHình 1.4 Thí nghiệm nén tinh nhom cọc cua Bach Vũ Hoàng Lan (2017)

40 16 40 36.0 40 64.0~*- COC DON -®= CỌC DON —#- CỌC DON

: <& ~*~ NHÓM 9 COC as -ø®- NHÓM NIéA ˆ

> EC So pf A —w- NHÓM N16B 2

sẻ 32 | BS Z32 28> Z 32 m4 12 >= ‘a 4 h ¥ #5 Ị a

hai ‘A tị }®* Q1 16c S34 “— n=

o fy \ ' ề œ Z l6 144 0 Zz M6

= lý tị a 2 6 š Š= Í| a x F = = =

e=

1.5

—_—a

LUC PHAN PHÓI VÀO COC (KN) ;

TAL PHAN PHÓI VÀO COC (KN)

LUC PHAN PHÓI VÀO COC (kN)

1.0 1.0 1.0

Os ~*~ COC GÓC 05 —®-CỌC GOC 0.5 —#—-CỌC GÓC

—#—-CỌC BIEN —®- COC BIEN —® COC BIEN

te COC GIÚA —#- COC GIUA —*-COC GIỮA

Bach Vũ Hoang Lan (BVHL) đã tién hanh thi nghiém nén tinh cho coc don va

nhóm cọc với mô hình vat ly tỷ lệ nhỏ ở phòng thí nghiệm và hiện trường (hình | 4)

cho các nhóm 2x2; 3x3; 4x4 với khoảng cách giữa 2 cọc s = 3d (với d là đường kính

cọc) và L/d = 20 (với L là chiều dài cọc) dé xem xét hiệu ứng nhóm cọc và tỷ số độ

lún R; của nhóm cọc và lực phân phối vào các cọc nhóm cọc có đải cứng Kết quả

thí nghiệm của Bạch Vũ Hoàng Lan (2017) chỉ ra, khi tăng số lượng cọc từ 4 cọcđến 16 cọc, hệ số nhóm 7 giảm và giá trị tỷ số độ lún R, tăng (bảng 1) và độ lún củanhóm cọc lớn hơn độ lún của cọc đơn khi chịu tải trọng băng tai trung bình tac dụnglên từng cọc trong nhóm (hình 1.6) Để nghiên cứu lực phân phối vào từng cọctrong nhóm, tác giả đã tiến hành một thí nghiệm thay đổi chiều dài các cọc giữa chonhóm 16 cọc với tong chiều dai không đổi so với nhóm có chiều dai cọc không đổi.Kết quả cho thay, lực phân phối vào các cọc trong nhóm là không đồng đều (hình1.6), lực phân phối vào cọc ở góc là lớn nhất và nhỏ nhất là cọc nằm gân vị trí trungtâm nhóm cọc Khi tăng chiều dài các cọc ở giữa và giảm chiều dài các cọc ở biênvới điều kiện tong chiêu dài là bằng nhau cho thay có sự cải thiện về kha năng làmviệc của nhóm và giúp cho sự phân phối tải trọng vào các cọc trong nhóm đồng đều

hưởng của khoảng cách bô trí giữa các cọc trong móng.

1 Cọc 1, ; Cọc2, ¡ Cọc 3, › Cọc4, ; Cọc5, ; Coc 6, 1 Cọc 1, + Coc2, ; Cọc3, Coc4, ; Cọc5, › Coc 6,

= ‘Coc 13, ! Cọc 14, ‘Coc 15, Ì Coc 16, Ì Coc 17, Coc 18, & 1 Coc ° ng: ng: „ng: „ng: “e L=80m © « cong: =80m J ng: ag: 80m „' L=66m13, ! Cọc 14, ‘Coc 15, Ì Coc 16, | Coc 17, Coc 18,

¡ Cọc 19, ! Cọc 20, ! Cọc 21, ! Cọc 22, ! Coc 23, Cọc 24, § & ¡ Cọc 19, | Coc 20, | Coc 21, Ì Coc 22, | Coc 23, Coc 24

€ = aang: aang: ang: ”e L=80m ® re 66m „4 = oe md 120m L= som L=66m

¡ Cọc 25, | Cọc 26, ¡ Coc 27, | Cọc 28, | Coc 29, Coc 30, œ© ị x ,

e —e i= 80m „ iL = e's =80m 2 “som L=80m © oe “A0 2 “B0n | ng: Sam L=54mm.Tre)®hà a oOle) oOhè œ® ronOo oOh2 ¬ ollo œnN œ Toll.S®hà ©2 wS

oo © © © oo 0 @ 6 ©

Hình 1.7 Mat bang bo tri cọc PAI Hình 1.8 Mat băng bo trí cọc PA2

Khoang cach (m)0 0 20 3 40 $0 0.21 ,

: ——tr=l.5m = 0.18

——tr=2.5m 3 0.15vs ỷ —-—PAI

==—tr =3.5m

ˆ š 0.12 —PA2E —tr=45m °

Hình 1.9 Độ lún thay đổi theo chiêu Hình 1.10 Độ lún lệch tương đổi theo

đày bè chiêu dày bè

1.6 Kết luận chương 1:Độ lún của móng là một yêu cầu được quan tâm hang dau trong tính toán thựchành thiết kế kết cấu nền móng để đảm bảo công trình 6n định lâu dài Việc xácđịnh một cách chính xác độ lún của móng là một vẫn đề hết sức phức tạp

Độ lún của nhóm cọc là một đại lượng phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: kíchthước cọc, chiều đài cọc, khoảng cách giữa các cọc, SỐ lượng cọc trong đài, độ cứngcủa dai cọc, sự tương tác giữa các cọc trong nhóm, sự bố trí cọc trong móng, đặcđiểm địa chất, tải trong,

Khi cọc được đóng trong đất cát chặt có s/d < 3d thì độ lún của nhóm cọc cóthể nhỏ hơn các cọc đơn do đất xung quanh bị bị xáo trộn làm chặt đất hơn Ngượclại khi khoảng cách các cọc càng gần nhau trong đất dính (nhỏ hơn 6D) thì độ lúncủa nhóm cọc có xu hướng lớn hơn độ lún cọc đơn tương ứng do các vùng chốngchập của biến dạng cắt trong đất xung quanh cọc.

Từ các nghiên cứu của các tác giả trong và ngoài nước, nhận thấy tỷ lệ giữakhoảng cách giữa các cọc và đường kính cọc (S/d), số lượng cọc, sự tương tác giữacác cọc trong đài là yếu tố quan trọng bậc nhất ảnh hưởng đến độ lún của nhóm cọc.Sự bồ trí các cọc trong nhóm khác nhau cũng ảnh hưởng đến sự làm việc của nhómcọc Khi số lượng cọc trong nhóm tăng thì độ lún của nhóm cọc tăng theo thông quahệ số nhóm R, là tỷ số giữa độ lún của nhóm cọc và độ lún của cọc đơn, các nghiêncứu đều có kết luận chung là tỷ số độ lún R, luôn lớn hơn hoặc bang 1

Trong nghiên cứu này, các bài toán cụ thể được tiến hành phân tích tính toánbăng các phương pháp giải tích và mô phỏng bằng phần tử hữu hạn để xem xét ảnhhưởng của sự bồ trí khoảng cách giữa các cọc, số lượng cọc trong nhóm, chiều daicọc, ảnh hưởng tương tác giữa các cọc ở trong nhóm, sự hợp lý về cách bồ trí cọctrong nhóm, sự thay doi độ cứng của dat

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ LÝ THUYET TÍNH TOÁN ĐỘ LUN CUA NHÓM COC

2.1 Độ lún cua cọc đơn:

2.1.1 Độ lún của cọc đơn theo Randolph va Worth (1978):

Tính toán theo Randolph va Worth (1978) Các tác gia đã xem xét cọc trong

một lớp đất đàn hồi với mô đun cắt tăng tuyến tính theo chiều sâu Khi tải trọng P,tác dụng, độ lún đầu cọc (W,) được cho bởi công thức gần đúng sau:

2n + 270 : tanh(]) : L

Po quy ý mì d 24)

WdG, ¡,_ 57 tanh/l) E

Z242(—v)š Hl dTrong đó:

n = d,/d (dụ — đường kính mũi cọc, d — đường kính thân cọc);

é =G¡/Gp (G¡,, — m6 dun cắt của đất tại độ sâu L & tại mũi cọc):pD=G¡z/G¡ (hệ số thay đôi mô đun cắt của đất theo độ sâu):

À = EH/G; (hệ số độ cung coc — dat);

É = In(q0.25+2.5p(1-v)-0.25£]2L⁄d);

HL= 2/2/6(1⁄4)

v - hệ số Poisson của đất

Khi độ mảnh L/d < 0.25(E„/GI)'”, cọc ứng xử như cọc cứng (cọc không bị

biến dạng) và độ cứng đầu cọc được tính toán từ biểu thức đơn giản sau đây:

- Gij2G Shear Gy jo G, Gp pohear

modulus modulus

———————~

L

||

|||111|1|1|

(a) Floating pile (b) End-bearing pile

Hình 2.1 Gia định mô dun cắt của dat thay đổi theo độ sâu

(a) Truong hop cọc ma sát; (b) Coc chịu mii

Trong trường hợp này, G¡, là mô dun cắt tại phần dưới cùng của chiều dài hoạtđộng coc L„., trong đó La = 1.5d(E,/G,)"”

Trong thực tế, đối với trường hợp nên nhiều lớp có thé sử dung mô dun trungbình trọng số doc theo chiều dai cọc như sau:

1

Ene — L 5 E,, L,, (2.4)

2.1.2 Theo TCVN 10304:2014 Móng cọc — tiêu chuẩn thiết kếĐộ lún của cọc đơn xuyên qua lớp đất có module cắt G¡ (Mpa) và hệ SỐpoisson vị và chồng lên lớp đất được xem như bán không gian biến dạng tuyến tinhđặc trưng bởi module cat G› và hệ số poisson vs được tính theo công thức sau đây:

B' = 0,17In(k,G,L,/God) — Hệ số ứng với cọc có độ cứng tuyệt đốibang EA bằng ©.

a = 0,17In(k,L,/d) — Hệ số đối với nền đồng nhất có các đặc trưng G,

A, =

k,, ky; — Các hệ số tính theo công thức k, =2,82—3,78v+2,81v’ lần

lượt khi v=(v,+v,)/2 và Khi v = Vị.

2.2 Độ lún của nhóm cọc:2.2.1 Các phương pháp thực nghiệm

Vesic (1969) kiến nghị cách dự báo độ lún của nhóm cọc (So) dựa trên độ lún

S,=S,, Fe (2.6)Skempton (1953) đề nghị công thức tương tự như sau:

2

% =5, TH (2.7)

Be +36

cua cọc đơn (S,) như sau:

Ngoài ra, Meyerhof (1959) cũng dé nghị công thức như sau:

—„ s(ðŠ—8/3)

Soi (l+1/r) 28)

Trong đó:

Bg — bề rộng nhóm cọc (m);s — tỷ số giữa khoảng cách với đường kính cọc;r— số hàng trong nhóm cọc vuông

D — đường kính hay cạnh coc (m).

2.2.2 Phương pháp tỷ số độ lúnĐộ lún trung bình (Sg) của nhóm n cọc có thể biểu diễn như một hàm theo độlún của cọc đơn (S¡) chịu tải trọng băng tai trọng trung bình của các cọc trong nhóm

CỌC:

So =R,S, (2.9)

Trong đó: Rs — tỷ số độ lún nhóm.Mandolini và cộng sự (2005) đã thu thập 63 tài liệu về độ lún móng cọc frongcác hồ sơ ghi chép độ lún và các kết quả thí nghiệm nén tĩnh trên cọc đơn Các giátrị thực nghiệm của Rs = Sœ/Š¡ được báo cáo trong hình 2.2 dưới dạng hàm cua sỐ

lượng cọc n, giá tri Rs luôn lớn hon 1 và gia tăng theo n Sự phân tan của dữ liệu là

do ảnh hưởng của các yếu tố như hình dạng thực tế của nhóm, tính chất của dat,

khoảng cách, chiêu dài và độ cứng tương đôi của các cọc.

100

10 100 1000 10000

Hình 2.2 Sự gia tang tỷ số độ lún nhóm Rs theo số lượng cọc trong nhómĐối với nhóm cọc chữ nhật có khoảng cách giữa các cọc từ 3 + 4 đường kính,dé xác định Rs, Randolph (1994) đã dé nghị công thức gần đúng như sau:

R, =n° (2.10)

Trong đó: œ — số mũ phụ thuộc vào tính chất của đất.Poulos (1989) đã phát hiện ra răng đối với nhóm cọc ma sát trong đất sét, œ ~0.5, trong khi nhóm cọc ma sát trong đất cát, œ ~ 0.33 Ngoài ra, đối với nhóm cọcchồng œ có giá trị thấp hon

Bạch Vũ Hoàng Lan (2017) đã thí nghiệm các nhóm cọc trong phòng và hiện

trường trên mô hình vật lý tỷ lệ nhỏ trong nên đất sét dẻo mém, và kiến nghị công

thức xác định sô mũ @ như sau:

2.2.3 Phương pháp trụ tương đương

Poulos và Davis (1980) đã đề xuất phương pháp “trụ tương đương” để ước

lượng độ lún trung bình của nhóm cọc Trong phương pháp này, nhóm cọc được

thay thé băng một trụ như hình 2.3 Trong hình, L, là chiều dài cọc, E,, Ep và Egg làmô đun đàn hồi của đất, cọc và trụ tương đương, d,, là đường kính cua trụ, va Ag làdiện tích mặt băng của nhóm cọc như một khối

Randolph và Claney (1993) đã thảo luận về khả năng áp dụng của phươngpháp trụ tương đương và kiến nghị phương pháp này dùng thích hợp khi giá trị củahệ số R bé hơn 4, và tốt nhất khi bé hơn 2

raft

Actua] piled raft Piles replaced by equivalent pier

Hình 2.3 Nhóm coc được thay thé bang trụ tương đươngRandolph (1994) dé xuất công thức gan đúng xác định đường kính của trụ

tương đương, d.,, như sau:

Trong đó: Ai — tổng diện tích mặt cắt ngang của các cọc trong nhóm Trườnghợp nên đất không đồng nhất, sử dụng mô đun trung bình dọc theo chiều dài cọc.

Một nhóm cọc được thay thế băng một “trụ ngăn”, để ước lượng độ lún của trụcó thể áp dụng các lời gia cua Randolph & Wroth (1978), Poulos & Davis (1980)hoặc sử dung các chương trình PTHH để tính toán

Randolph (1994) đã báo cáo rang, để cải thiện tính chính xác cho trường hợptrụ ngăn (L,/rp <5), bán kính ảnh hưởng lớn nhất, rạ„ nên tăng lên băng cách hiệu

chỉnh công thức của É như sau:

Spread of load at 1 in 4

NNINININIS NININ NISMS NININISNSANS NINNINNSEENNINNINNNHÀ ijäc NNN

MO SANNAVININININ aes EES ES ee NNNBANINA ed eel Bed Re: NNNNNN _ ` NANA

NS INN HH ni i SINANSS

Base of equivalent foundation

Hình 2.4 Mô hình khối móng quy ước (Tomlinson, 1996): a) nhóm cọc ma sát,

b) nhóm xuyên qua lớp dat yêu đi vào lớp dat cứng và c) nhóm chong vào tángCỨNG.

Sau khi thiết lập móng khối quy ước, độ lún trung bình của nhóm cọc được

tính toán theo công thức sau:

S = Šgyou + AS (2.16)

Trong đó:

SKMou — độ lún của khối móng quy ước, được tính toán như móng nông:

AS — biến dang đàn hồi của bản thân cọc.Một phương pháp thuận tiện là sử dụng phương pháp cộng lún các lớp phân tốtheo TCVN 9362:2012, độ lún tại một điểm bat kỳ nam trên mặt tiếp xúc giữa đáy

móng và nên được tính theo công thức sau:

B - Hệ số xét đến nở hông của đất, theo TCVN 9362:2012 lay bang 0.8

Kha năng áp dụng của phương pháp đã được xem xét bởi van Impe (1991) va

Randolph (1994) Van Impe (1991) đã nghiên cứu một số trường hợp trong lịch sử,

và quan hệ giữa độ chính xác của phương pháp với tham sô w, như sau: