Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng: Nghiên cứu xác định hệ số nhóm cọc trong móng cọc ở khu vực thành phố Vĩnh Long

Dé chịu được tảitrọng lớn, móng coc bao gồm một nhóm cọc, nếu khoảng cách giữa các cọckhông đủ lớn, trong vùng đất xung quanh các cọc hình thánh hiện tượng chồnglân ứng suất chồng cắt do

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCMTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠITRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOAĐẠI HỌC QUOC GIA TP HO CHÍ MINH

Thanh phan Hội đồng đánh giá Luận văn thạc sĩ gồm:

CHỦ TỊCH HỘI ĐÔNG TRƯỞNG KHOA

KY THUẬT XÂY DUNG

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAMTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: VÕ SĨ HIỆP MSHV: 1570119

Ngày, tháng, năm sinh: 19/02/1992 Nơi sinh: Kiên Giang

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình ngầm Mã số: 60580204

I TEN DE TÀI: Nghiên cứu xác định hệ số nhóm coc trong móng cọc ở khu vực

thành phố Vĩnh Long.H NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG

I Thiết lập mô hình thí nghiệm nén fĩnh cọc băng phần mềm Plaxis 3D Foudation dé

tim ra biểu đồ quan hệ chuyền vi - tải trong tương đồng với kết quả thử tĩnh thực tế.2 Sử dụng Plaxis 3D Foundation mô phỏng bài toán cho nhiều tim cọc Đánh giá và

so sánh hệ s6 nhóm cọc trong mô phỏng vừa tim được.3 Kết luận và kiến nghị

HI.NGÀY GIAO NHIỆM VU : / /2018IV NGAY HOÀN THÀNH NHIEM VU : / /2018

V HO VA TEN CAN BỘ HUONG DAN: PGS.TS VO PHAN

LOI CAM ON

Trước tiên, em xin chân thành bay tó lòng biết ơn sâu sắc đến Thay PGS

TS.V6 Phan đã đành nhiều tâm huyết dé giảng day và truyền đạt những kiếnthức khoa học, những kinh nghiệm vô cùng quý giá cho chúng em trong suốtquá trình học tập tại trường Thay đã hướng dẫn giúp chúng em hình thànhnên ý tưởng của dé tài, hướng dan phương pháp tiếp cận nghiên cứu Thayđã có nhiều ý kiến đóng góp quý báu và giúp đỡ rất nhiêu trong suối chặng

đường vừa qua.

Em cũng xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô Khoa Kỹ thuật Xây dựng,trường Đại học Bách Khoa TP HCM đã tận tinh giảng day và truyền đạt kiến

thức cho chung em trong suốt khóa học cao học vừa qua.Mặc dù ban thân cũng đã cô găng nghiên cứu và hoàn thiện, tuy nhiên vớikhả năng và hiểu biết hiện tại của chúng em chắc chăn sẽ không thé tránh

khói nhưng thiếu sót nhất định, Kính mong quý Thay Cô chi dẫn thêm cho

em dé bo sung những kiên thức và hoàn thiện chính ban than mình hơn,

Xin trân trọng cảm ơn quý Thay Có

Tp HCM, ngày LO tháng 06 năm 2018

Võ Sĩ Hiệp

TOM TAT LUẬN VĂN THAC SĨ

NGHIÊN CUU XÁC ĐỊNH HỆ SỐ NHÓM COC TRONG MONG COC

OG KHU VỰC THÀNH PHO VĨNH LONG

TOM TAT:

Đè tai luận van tập trung nghiên cứu hệ số nhóm coc cho công trình có nên dat ở

Thanh phố Vĩnh Long — Tinh Vĩnh Long bằng phương pháp mô phỏng nhiều mô hình cósô lượng và khoảng cách tim cọc khác nhau trên phân mềm Plaxis 3D Foundation kếthợp với thi nghiệm nén tinh ngoài hiện trường Lay kết quá mô phóng được là biểu dé

quan hệ tải trọng- chuyến vị của các nhóm cọc so sánh với phương pháp tính ConverseLabarre và rút ra một số nội dụng:

- SO lượng coc bô trí trong dai ty lệ nghịch với hệ sô nhớm, nhưng so voi công thứccủa Converse Labarre thi hệ sô nhóm tính theo Plaxis 3D Foudation giảm nhanhhơn đặc biệt khi sô lượng cọc trong dai từ 10 cọc trở lên thì sự sat khác cảng thayre.

- Khoảng cách bô tri coc ảnh hướng rất lớn tới hệ sô nhóm, khi khoảng cách giữacác cọc giảm thi hệ số nhóm giảm và ngược lại Khi khoảng cách giữa các cọctrong nhóm lớn hơn 6D, thi sự tương tac giữa các cọc la không đáng ke.Tư khoa: Hệ số nhóm cọc, sức chịu tải của cọc trong nhóm.

STUDY TO DETERMINE THE COEFFICIENT OF PILES IN PILE

FOUNDATION IN VINH LONG CIPyABSTRACT:

The thesis topic focuses on the coefficient of grouping of stakes for projects withJand in Vinh Long city - Vinh Long province by simulating various models withdifferent heart rate and pile spacing on the Plaxis 3D Foundation software combinedwith static compression testing field Get the simulation is a chart of the load —transposition of the groups compare to the Converse Labarre method and extract somecontent:

¬ Number of layout in the rate in the group with the group number, but so theConverse Labarre, the group number of the Plaxis 3D Foudation is shrinked lessthan when the quantity m the fountain from the 10 is the upper unknown adifferent error.

- Staggered layout is also affected by the group factor (Converse Labarre's formuladoes not cover this issue).

- The grouping factor of the pile group is higher than the staggered piles with thesame number of piles and spacing, but the difference between the two piles 1s notmuch.

- Pile spacing greatly influences group coefficient, as the distance between the pilesdecreases, the coefficient decreases and vice versa When the distance betweenthe piles in the group is greater than 6D, the interaction between the piles isnegligible.

Cà

Keywords: Coefficient of pile group, bearing capacity of pile in group.

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

của Thay PGS.TS Võ Phan.Cac kêt quả trong Luận văn là đúng sự thật và chưa được công bô ở các

nghiên cứu khác Tôi xin chịu trách nhiệm về công việc thực hiện của mình.

Tp HCM, ngày 19 tháng 06 năm 2015

MỤC LỤC:

LÊ ^

MOG BAU Ø%ĐÐĐt€tởÐt€tở 0 LG OE tớ 0t Đố 0t Đố 0t Đố 0 tớ Ô 0 tớ Ô @ tớ Ô @ FLOOR FGOE FLOOR EOOELGOEFOOEEGOELGOREOOEFOOEFOOE 2Õ Ô 9 ð Ô Œ 9 ð Ô 9G Ô 9 G Ô 9 G Ô 9 G Ô 9 G Ô G9 G ‡

“XI Na co on nnnÓÖ5 H3 ao ai ni nh ai4446Ồ 24 NOt dung nein COU nh 4AỪ 2ssPhương pháp mehi€n CU cuc ch nh Hà TT Hà TK nen Hà KT x kg kg vn 26 Pham vi m@hiGn CO nh ố a6 ha hằ SG 3

7 Y nghĩa khoa học và there ĐẾN cu cuc con HH HH Ha Han Ha HH HH tu 3

1.1 Khái quất VỀ THÔN COC cuc ch nà hàng HH HH Hang ga Hà gang tro 4

1.2 Tông quan về hệ số nO occ uc HH nu HH HH trưng 4

1.3 Các kêt quả nghiên cứu thực nghiệm về nhóm cọc thời gian trudc đây 51.3.1 Nghiên cứu với thí nghiệm tại hiện (ug L uc uc cuc nh HH nen he 31.3.2 Nghiên cứu trên m6 hình vật ly LÍ lễ THÓI cu nn Tnhh Hà nhe kh ch 6L.4 Nipdn Ot CHO an hs rõ ẽ aaủŨỘŨỪDŨ 1Ô

¬ - +

_— J we 5s s»0o°9s»ð909%209%209%0209%0209%009%009%9009%9009%90099%9009900990094692009490090492009049009049200904920090492009049200904200904200904 2009042009042 0090300090430 0Q

-CƠ SO LY THUVET TINH TOÁN SUC CHIU TALCUA COC VÀ HỆ SỐNHOOM COC 02

2,1 Lý thuyết sức chị tải CỦa COC cu cuc cccccccesssesnesscevsessovevecevseeseevsvevsvevseasieetsersevevees il

2.1.1 Sức chịu tải của cọc theo các chỉ tiêu cường độ của đất nỀn ảo uăc 112.1.2 Xác định sức chịu tải của cọc theo kết qua thi nghiệm xuyên tiêu chudn SPT

(theo phụ lục G.3 TOVN 10504:20 14 [OD ch nh tk xà 13PIN NÐ9 l0 0n 6 Ỡ/(€4dägAdgAAẦgAẦAĂăĂAĂ 13

2.1.2.2 Công thức của Viện kiên trúc Nhật Ban (1988) uc Hrrrrrerei l4

2.2 LY thuyết 777 5n ăăă :adqaqdẫầ 15

2.2.1 Công thức hệ số nhóm của Converse ~ Labarre( 194 Í} cu rờa 1

2.2.2 Hệ số nhóm theo nguyên tắc của Feld( 1943) cuc chua is

2.2.3 Hệ số nhóm theo Karl Terzaghi va Ralph B cu cu nhe 19

2.2.4 Hệ số nhóm theo công thức của Sayed va Bakeer(1992) cua 20

2.2.5 Hệ số nhóm theo công thức của Das (1998) cu nhe erde 21

2.3 Tinh toán hệ số nhóm theo quy dinh các tiêu chuẩn VIỆT ĐẠT uc re 2]

2.3.1 Theo TOXD 2051998 an h6 hs 4 21

2.3.3 Theo 7/1/0617 a 22

2.4 Cơ sở lý thuyết tỉnh toán hệ số nhóm trong Plaxis 3D-Foundati0f cuc 23

2.4.1 Nguyên lý và các phương trình trong bài toán PTHHH e 28

2.4.1.1 Khái niệm về phương pháp PTHH ung nh Hường 23

2.4.1.2 Trinh tự các bước phân tích bài toán theo phương pháp phan tir hữu han 24

2.4.2 Mô hình tính toán cho Plaxis 3D-Foundation vu che 25

2.4.2.1 Tông quan vé phan mém Plaxis 3D-FoundaHÐD cuc nrrrrrrae 23

2.4.2.2 Các chương trinh chính trong Plaxis 3D foundation o.oo 25

2.4.2.3 Các bước giải bài toán bang phần mém Plaxis 3D foundaHion 26

2.4.2.4 Các mG hình vat HIỆU occ ccccccccececccneececcensececccnsececvcusececusuteceeusrees 26

2.4.2.5 Các thông sé đâu vào thực tê trong Plaxis 3D Foundation 342.4.3 Phan tích tương tac giữa chuyén vị của coc và độ lún nên đưới tác dụng của tai

;s730 222777 ccc cc ccc euce cece cee aueeeesecuesueeevsecessueeevsecssiueeegscesitueeevseesstteeesnecees 382.5 Whar X6t CRUG ađaaađađađađdđaiitiiddiddddddaaaaaẢỶ 4]

CHU ONG 3 cossecescorsecsscorsecseonsecsseonsecsseossecszeossessseossessseostessaeossessseostesssecstensaeoenensaesenensas 43

MO PHONG PHAN TICH uu cccsssssssssostsocnsconsoontocsocsnecnavonavonaveraversvesssenssenssensoessonnsonnte 43

3.1 Gor thidu CONG tA nh 6a ắắằắẴằ7 ŸỶ 43S.L1 Quy 090 CONG ii 5 ỞỪš4 43

3.1.2 Điều kiện địa Chat ccc cc ch H22 1212222 ra 43

3.2 Tinh toán sức chị tt COC GOT cocci cccecccccccecececceccesecesccesecuvecerscesecerseeteceuseeteceanes 44

3.2.1 Kết qua thi nghiệm nén tinh cọc hiện TƯỜH uc cuc ch nh nh ke 44

3.2.2 Mô phỏng coc đơn trong Plaxis 3D Foudation ooo ch nhào 52

3.3 Tinh toán hệ số nhóm cọc trong phân mém Plaxis3D Foudation 0 373.3.1 Nhóm cọc bô trí thăng hàng ooo ccc nu HH HH n2 reg 37

3.3.4 Anh hưởng của khoảng cach cọc dén ứng xử của nhóm CỌC c c Š7

Eo ROG na ae cecccccccccsccssecececscevseevevevevsssevavevavsscaveversvssevavevenssevavevaviseveesareverees 96H Kiến 120 96

TAL LIEU THAM KHAO ooooccccccccccccccccccesecccsevssecveeesteceetessesvetvitesvetessesetvitesveteeeeeee 98

DANH MUC HÌNH ANHHình 1 1 Phân bố ứng suất trong PED 3

Hình 1,2 Hệ số nhóm theo thí nghiệm của Barden (1970) và các tác giả khác trong nên

SOL CHING 8a 8n 7

Hình 1.3 Ty sẽ độ lún (Rs) theo thí nghiệm của Barden và Monckton Và 8Hình 1.4 Hệ số nhóm theo thi nghiệm của G Dat và các tác giá khác 9

Hình 1.5 Tý số độ lún theo thí nghiệm của G Dai và các tác giá khác vu 18

Hình 2 1 biểu đô xác định hệ SỐ 0 c2 2222 rree 12

Hình 2 2 Biểu đỗ xác định hệ số dụ Vũ Ích HH HH 2n run rrờn 15Hình 2 3 Mặt báng bề tri cọc trong Gab LH HH nh Ha HH2 nrya 16Hinh 2 4 Xác định hệ số nhóm coc theo nguyên tặc của Feld (1943) m 19

Hình 2 5 Sơ đô của nhó COC Lá cuc ch nh nh hen r re ¡9

Hình 2 6 Các mặt bao phá hoại M-C trong không gian ứng suất chink 27

Hình 2 7 Mặt chảy deo của mo hình Hardening Sou cc nh HH rau 29Hinh 2 8 Mat chảy dẻo của mô hình Soft SOI Lá cà nh nh nà khu 31

Hình 2 9 Dinh nghĩa về E0 và ESO ác ccccccccccesecsceceveseseresevsvsvevesesesesvevsveveeeesesneess 34Hình 2 10 Hình dạng của hệ phân tích cọc — 0 38Hình 2 11 Minh boa 2 loại sức kháng của GA coco — 40

Hình 3 1 Phối cảnh công trình “Nhà ở xã hội khu tái định cư — TP Vinh Long” 43Hình 3 2 Hệ thông đối trong cu nh nh ra HH Ha HH rrae 43Hình 3 3 Hệ thống giá đỡ và đông hồ đo chuyén VỊ cá cuc ch HH nung 45Hinh 3 4 Biéu dé quan hé tai trong — chuyén Wie cccececccccececeecececesucesecueecetssescervcneseeavenes 3i

Hình 3 5 Tông thé bài {OÁI Lá c2 H22 tran $4

Hình 3 6 Thiết lập mặt phẳng làm VIỆC woos eset eeeeeeeeeeesaeo 54Hình 31 7 Thiết lập đường bao kết câu Và VỆ CỌC uc nh nh nha 34

Hình 3.9 Khai báo lỗ khoan và tính chất của từng lớp đât cao 5SHình 3.10 Chia lưới phân tử 2d và 3Ö cu cu nha ereeeesoe, 55

Hinh 3.11 Tạo cọc (click bỏ soil below và ran vat liệu là bề tông cho cọc) 56

Hình 3.12 Ran tải cho coc va cho điểm tính tOÁI uc nh HH Hee 56Hình 3.13 Biéu đô quan hệ tai trong và độ lún CÚa CỌC GON cece TỔHinh 3.14 Biéu đề quan hệ tải trọng — chuyên vị tô hợp 2 cọc (1x2) occ 35Hình 3 15 Tinh toán hệ số nhóm cho tô hợp 2 cóc (N2) cu rrrrrrae 58Hình 3.16 Biểu dé quan hệ tai trọng — chuyển vị tổ bop 3 cọc (1X3) 59Hinh 3, 17 Tính toán hệ sô nhóm cho tô hợp 3 cọc (1X3) uc, 59Hình 3.18 Biêu đô quan hệ tai trọng ~ chuyên vị tô hợp 4 cọc (INA) co 60Hình 3.19 Tinh toán hệ sé nhóm cho tô hợp 4 coc (1x4) ccc ccsceccccscesecesssvensesneettereees 60Hinh 3.20 Biéu dé quan hệ tai trọng — chuyển vị tô hợp Š cọc (XÃ) 6iHình 3 21 Tinh toán hệ số nhóm cho tô hợp 5 cóc (NỔ) ch errrrrae 6ÌHình 3 22 Biểu đô quan hệ tải trọng — chuyền vi tô hợp 6 cọc (XỔ) Lee 62Hinh 3.23 Tính toán hệ số nhóm cho t6 hop 6 cọc (NÓ Ì ch rrrruae 62Hình 3.24 Biêu đề quan hệ tải trọng — chuyên vị tô hợp 4 cọc (2x2) occ 63Hình 3.25 Tính toán hệ số nhóm cho tô hợp 4 coc (2X) chu nrruruye 63Hình 3.26 Biéu đô quan hệ tải trọng — chuyển vị tổ hợp 6 coc (23) cu coi 64Hình 3.27 Tính toán hệ số nhóm cho tổ Hap 6 vì: 10 2 a4 64Hình 3.28 Biéu đỗ quan hệ tái trọng — chuyên vị tô hop 8 cọc (2x4) oer 65Hình 3.29 Tính toán hệ số nhóm cho tô hop 8 cọc (ÖNÃ) cuc rrrrraoe 65Hinh 3.30 Biéu dé quan hệ tải trọng — chuyển vị tổ hop 10 coc (2x5) oe 66Hình 3.31 Tính toán hệ số nhóm cho tô hợp TÔ cọc (2x5) cu rerrrrae 66Hình 3.32 Biểu đô quan hệ tai trong ~ chuyén vị tổ hợp 12 coc x6) occ 67Hình 3.33 Tính toán hệ số nhóm cho 16 ¡0 08:02) 1007 67Hình 3.34 Biêu đô quan hệ tai trọng ~ chuyên vị tô hợp 9 cọc (3x3) reo 68

Hình 3.35 Tính toán hệ sé nhóm cho tô hợp 9 cọc (XỔ cu nu nu nude 68Hình 3.36 Biểu dé quan hệ tai trọng — chuyển vị tổ hợp 12 cọc Gx4) Lee 69Hinh 3.37 Tính toán hệ số nhóm cho tổ hợp 12 coc (8x4) cu rau re 69Hình 3.38 Biéu đồ quan hệ tai trong — chuyén vị tổ hợp 15 cọc (3X) uc 70Hình 3.39 Tinh toán hệ số nhóm cho tô Hop 15 COC (SKS) 1a 70Hinh 3.40 Biéu đề quan hệ tải trọng — chuyên vị tô hợp 18 cọc (XỔ) cuc 7Hình 3.41 Tính toán hệ số nhóm cho tô hợp 18 cọc (NỔ) cu rerruae 7ÌHình 3.42 Biểu dé quan hệ tải trọng — chuyển vị tổ hợp 16 cọc (4x4) neo 72Hình 3.43 Tính toán hệ số nhóm cho 16 hop 14 coc cà 72Hình 3.44 Biêu đô quan hệ tai trong — chuyển vị lô hợp 20 coc (4X3) ee 73Hình 3.45 Tinh toán hệ sé nhóm cho tô hop 20 coe s10 73Hinh 3.46 Biểu dé quan hệ tai trọng — chuyên vị tô hợp 24 coc (4x6) Lee 74Hình 3.47 Tính toán hệ số nhóm cho tổ hợp 24 cọc (ÂN) nude 74Hình 3.48 Biéu d6 quan hệ tai trọng — chuyên vị t6 hợp 3 cọc lẻ (bố trí tam giác) 77Hình 3.49 Tính toán hệ số nhóm cho tô hop 3 cọc (bộ tri tam BIÁC) eee 77Hinh 3.50 Biéu dé quan hệ tải trong — chuyển vị tÔ hop Š coc SỐ le ee 78Hình 3.51 Tinh toán hệ số nhóm cho tô Hop 5 COC 80 1n n 78Hình 3.52 Biéu đô quan hệ tai trọng — chuyển vị tổ hop 7 COC 80 le ween 79Hình 3.53 Tính toán hệ số nhóm cho tổ hap 7 COC có An - 4 79Hình 3.54 Biêu đô quan hệ tai trong — chuyển vị t6 hợp l1 cọc so le wee 80Hình 3.55 Tinh toán hệ số nhóm cho tô ¡0 8N 1 80Hinh 3.56 Biéu đồ quan hệ tải trọng — chuyển vị tổ hop 3 cọc so le và thăng hang 82Hình 3 57 Tinh toán hệ số nhóm cho tô hợp 3 cọc thăng hang eee 82Hình 3 58 Tính toán hệ số nhóm cho tổ hợp 3 cọc thẳng hàn uc eee 82Hinh 3.59 Biêu dé quan hệ tải trọng — chuyển vị tổ hop 5 cọc so le và thăng hang 83

Hình 3.61 Tính toán hệ số nhóm cho tô hop 5 COC 80 ga 83Hình 3.62 Biểu dé quan hệ tai trọng — chuyển vị tổ hợp 8 cọc so le va thang hàng 84Hinh 3.63 Tinh toán hệ số nhóm cho tô hợp § cọc thăng hàn ccc 84Hình 3.64 Tinh toán hệ số nhóm cho tô HOD 8 COC SOLO 0n 84Hình 3.65 Biéu dé quan hệ tai trong ~ chuyển vi tổ hợp 18 cọc so le và thang hàng 85Hinh 3.66 Tính toán hệ số nhóm cho tổ hop 18 cọc thắng hàng eee 8SHình 3 67 Tinh toán hệ số nhóm cho tổ hop 18 COC ¡0 2 85

Hình 3.68 Biéu đô quan hệ tải trọng — chuyên vị tổ hợp 24 cọc so le và thăng hàng 86

Hinh 3.69 Tính toán hệ số nhóm cho tổ hop 24 cọc thắng hàng cu cee SỐHình 3.70 Tính toán hệ số nhóm cho tổ hợp 24 coc SỐ Ích rrrrrrrye SỐHình 3 71 Biểu dé quan hệ tải trọng — chuyến vị tô HỢP 6 CÓC Là 38Hình 3.72 Tính toán hệ số nhóm cho 16 hợp 6 cọc 2x3 với khoảng cách 312 88Hình 3 73 Tinh toán hệ số nhóm cho tô hợp 6 cọc 2x3 với Khoảng cách 4.51) 89Hình 3.74 Tính toán hệ số nhóm cho tô hợp 6 cọc 2x3 với khoảng cách 61) 89Hình 3.75 Biéu đô quan hệ tai trọng — chuyển vị tổ im: 1 = 90Hình 3 76 Tinh toán hệ số nhóm cho tô hợp 7 cọc so le với khoảng cách 3Ï) 90Hình 3.77 Tính toán hệ sé nhóm cho tô hợp 7 cọc so le với khoáng cách 4.5D 9Hình 3.78 Tính toán hệ số nhóm cho tô hợp 7 cọc sơ le với khoảng cách 4.5D 9]Hình 3.79 Biểu dé quan hé tai trong — chuyén vị td HOP 9 COC cuc ch nhà 92Hình 3.80 Tính toán hệ số nhóm cho tô hợp 9 cọc với khoảng cách 3D uc 92Hình 3.81 Tinh toán hệ số nhóm cho tô hợp 9 cọc với khoảng cách 4.512 93Hình 3 82 Tính toán hệ số nhóm cho tổ hợp 9 cọc với khoảng cách 61) 95

DANH MUC BANG BIEL

Bang 2 1 Giá trị các hệ số k, ZL và N”a cho cọc trong dat Cất ccs 13Bang 2 2 Tinh toán hệ số nhóm với L = 3D, 3,51, đc nh uye 16

Bang 2 3 Bang tra hệ số Rintersccccccccccccsesescescevecesesesvevsvevesevesesusevsvsvevsveseevsevesevavevsseseresers 37

Bang 3 1 Thông kê các lớp đất tại hô khoan HEL uc cu cuc rrne 43Bang 3 2 Đặc điểm cọc thí z1 7227 44

Bang 3 3 Các bước gia tải và giảm tải (Chủ KỈ HỘ cuc ch nh xà 46Bang 3 4 Các bước gia tải và giảm tat (CHỦ KỈ 2) cuc ch nh nành nh kh ru 46

Bảng 3 5 Quy trình Quan tric cuc chen HH no HH HH n ngan 46

Bang 3 6 Kết qua thí nghiệm coc PTL (Chủ Kì HỘ uc Ha rsre 47Bang 3 7 Kết quả thí nghiệm cọc PTL (Chu ki 2) nh nh Han ryng 47

Bang 3 8 Số liệu thí nghiệm nén tĩnh cọc PT cu cuc ngang u ung 48Bang 3 9 Các thông số khai báo trong mô hình cá nung 32

Bang 3.10 Bang so sánh tính toán hệ sô nhóm theo phương phap Converse Labarre và

phần mém Plaxis 3D Foundati0fi nh HH HH HH HH Hung 75Bang 3 11 Bang tổng hợp hệ số nhóm cho tô HOD COC LG ccccccccceccenttseeeeeseenntes SiBang 3.12 Bang tông hợp so sánh hệ số nhóm bê trí so le với bé trí thăng hàng 87Bang 3 13 Bang tông hợp so sánh hệ số nhóm bề tri theo khoảng cách theo 2 phương

pháp Converse Labarre và Plaxis 3D Foundation cuc ch HH nh rà 94

MOT SỐ KY HIỆU VA VIET TAT

FEM : Phương pháp phan tử hữu han

SPT - Thí nghiệm xuyên tiêu chudn

ề : Chuyên vịTCVN : Tiêu chuân Việt Nam

A, - Dién tích tiết diện cocU - Chủ vị tiệt điện cọc

Gy - Cường độ suc kháng cua dat dưới mỗi cọcie : Cường độ sức khang trung bình của lớp dat thứ i

i, : Chiều dai đoạn cọc năm trong lớp dat thứ 1=>

ở F ¬— 2Ry : Sức chin tai cực han của cọc

D : Đường kính cocE : Modul dan hồiOCR : Hệ sô qua cô kếtL : Chiêu dai cocMNN : Mực nước ngầm

Y sonsot : Dung trong cua dat trên mực nước ngắmY cot : Dung trọng của dat dưới mực nước ngâm

mi Hệ sô rnũEe : Đệ cứng gia tai doc trucpe : Độ cứng đỡ/ nén lại 3 trục

a : Độ cứng gia tái nén cô kết

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của dé tàiMóng cọc là loại kết cầu được ứng dụng rộng rãi trong các loại công trình đândụng, câu đường, thủy lợi và nhất là các công trình trên nên đất yếu, Sử dụng cọc làgiải pháp nên mong cd nhiền ưu điểm nỗi bật về tính On định chịu lực: tính kinh tếvề giá thành; tính lính hoạt về vật liệu và đa dang về phương pháp thi công

khi chịu tac dụng của tải trọng công trình, cọc phát huy kha nang chin lực

thông qua ma sát giữa thành cọc - đất và sức kháng mũi cọc Dé chịu được tảitrọng lớn, móng coc bao gồm một nhóm cọc, nếu khoảng cách giữa các cọckhông đủ lớn, trong vùng đất xung quanh các cọc hình thánh hiện tượng chồnglân ứng suất chồng cắt do ma sát bên và do sức chéng mũi của các cọc gây ra,vì vậy trong thực tẾ ứng xử của nhóm cọc khí chịu tải khác với ứng xử của cọcđơn, nhất là khi nhóm cọc làm việc trong nên đất đính

Mức độ giảm sức chịu tải và gia tăng chuyển vị của nhóm cọc so với cọcđơn được thé hiện thông qua các giá trị hệ số nhóm Các nghiên cứu về hệ sốnhóm trong mong CỌC thường chủ yêu tập trung vào việc xác dinh giá tri hệ số

nhóm (1) để đánh giá sức chịu tải ứng với khả năng chịu tái của cọc và nhóm

coc, tuy nhiên trong thực tÊ hiệu ứng nhóm cọc không chỉ làm giảm khả năng

chịu tai ma còn gia tang độ lún của nhóm cọc so với cọc đơn làm việc trong

cùng điều kiện

BN

Từ những nghiên cứu ban đầu ta nhận thấy, khi tải trọng tác dụng vào

nhóm cọc, sức chịu tải của nhóm sẽ tăng do sự phát triển của sức kháng bên vàsức kháng mũi của cọc, tuy nhiên quy luật biến đối của hai loại sức kháng nàylà hoàn toàn khác nhau, điều này sẽ gây ra sự thay đôi về phạm vi và độ lớn của

vùng ứng suất phân bê xung quanh và ở mũi coc và vì thê sẽ gây ảnh hưởngdang kế đến giá trị hiệu ứng nhóm, thêm vào đó chuyển vị của nhóm cọc là mội

van dé quan trong quyết định đến độ an toàn của công trinh, đó chính là ly dohình thành đề tài: “ Vghiên cứu xúc dinh hé số nhém CỌC trong HÔNG coc Ở

khu vực thành phố Vĩnh Long”

2 Mục tiêu nghiên cứu

Xác định hệ số nhóm cọc dựa vào lý thuyết tinh toán va phan mém Plaxis3D ~ Foundation dé dua ra một hệ số nhóm hợp lý để có cái nhìn tổng thể về sựlàm việc của nhóm coc trong việc tính toán mong cọc tại khu vực Thanh phố

Vĩnh Long.

3 Đi tượng nghiên cứu

Hiệu ứng nhóm trong các cọc ma sát, có đài cọc cứng làm việc trong nên

dat sét yêu ở khu vực thành phố Vĩnh Long.4 Nội dung nghiên cứu

Tông quan về các yêu tô anh hưởng dén hiệu ứng nhóm cọc, các nghiên

H

A

acứu về cách xác định hệ sô nhom cọc trong nước va thể gid1:

Tiên hành thí nghiệm thứ tinh cọc tại hiện trường dé xác định sức chịu taicua cọc đơn;

Mô phông sô các bài toán nén tĩnh cọc băng phân mém plaxis 3D (2013)

dé xác định sức chịu tai của cọc khi lam việc theo nhóm;Dé xuat giá trị hệ số nhóm dé tôi ưu hóa bài toán thiet kê móng coc.5 Phương pháp nghiên cứu

Đê thực hiện các mục tiêu nghiền cứu trên đây, tác giá lựa chọn phươngpháp nghiên cứu như sau: Nghiên cứu lý thuyết tính toán, quan trac hiện trườngvà sử dụng phân mềm Plaxis 3D — Foundation tính toán so sánh kêt qua.

Trong đỏ:

a, Nghiên cứu lý thuyết tính toán thông qua các lý thuyết sau:« Ly thuyết tính toán hệ số nhóm theo Converse Labarre.ø Ly thuyết tính toán hệ số nhóm theo Tezaghi & Peck.e Ly thuyết về phan tử hữu han (FEM), phần mém Plaxis 3D ~

Poundation.

b Quan trac hiện trường:

® Sử dụng kết qua thí nghiệm nén tĩnh cọc hiện trường, xác định tai

trọng giới han của cọc đơn và độ lún tại đó dé đổi chiêu và hiệu

chính kết qua mô hình coc đơn trong Plaxis 3D — Foundation.c Mô phóng:

® Su dung phan mém Plaxis 3D — Foundation dé tính toán hệ sốnhóm coc.

6 Phạm vi nghiên cứuCoc BTCT tiết diện vuông, thăng đứng, chịu tai trọng doc trục lam việctrong nên sét yêu khu vực thành phô Vĩnh Long,

Các nhom cọc ma sát có quy mô nho, cọc được thị công băng phươngpháp ép; dai cọc được xem như cứng tuyệt doi cứng va không tiêp xúc với nên

đất

7, WY nghĩa khoa học và thực tienĐê tài nghiên cứu phủ hợp với nghiên cứu về móng cọc trên thể giới cũngnhư ở Việt Nam Nghiên cứu giúp kỹ sư thiết kề có cải nhìn tông quát hơn veỨng xử cọc đơn và nhóm cọc trong điều kiện địa chat ở Tp Vinh Long.

Kết quả nghiên cứu của đề tài có thể sử dụng trong các công tác thiết kếnền móng để đưa ra phương án móng cọc hợp lí thông qua bộ thông số hệ sốnhóm Các nghiên cứu sau có thể được mở rộng và phát triển theo nghiên cứu

này,

& Gidi hạn của dé tàiDé tai nghiên cứu chi dung lại phân tích ứng xu của nhom cọc trongtrường hợp chịu tai trọng tinh theo phương đứng, trường hop chịu tai trọngđộng và tai trong theo phương ngang chưa được xét đền,

Công trình nghiền cứu được tiên hanh ở thánh pho Vinh Long, chưa đạiđiện cho toàn bộ dia chat khu vực tính Vĩnh Long và lân cận.

Do hạn che về kinh phi nên các thi nghiệm kiếm chứng hiện trường chưađược tiên hành doi với nhóm cọc dé có kết qua phân tích tốt hơn,

CHUNG 1

TONG QUAN CÁC NGHIÊN CUU THỰC NGHIEM VE HỆ

SO NHOM COC

1,1 Khai quát về móng cọcMóng cọc là một loại móng sâu, thường dùng cho các công trình có tải trọnglớn hoặc lop dat tốt năm sâu dưới lòng dat Có hai loại cọc phô biên nhất là cọcBTCT đúc săn và coc nhối (cọc đồ tai chô).

Khi phương án móng nông không còn thích hop dé gánh đỡ công trình, hoặcđo tải trọng quá lớn hoặc do lớp đất nên bên trên gan mặt đất là loại đất yêu chm lựckém Người ta nghĩ đến móng sâu bang cách truyền tải trọng đến những lớp đất chịulực tốt hơn thông qua các thanh (cọc hoặc trụ) có kha nang chHi lực cao làm bằngcác loại vật liệu pho biển như: go, bê tông, thép (Theo Châu Ngọc Án, Nền Móng,

*

Trong móng cọc, sự làm việc của cọc đơn khác với sự làm việc của nhóm cọc,khi khoảng cách giữa các cọc đơn khả lớn (6d tro lên, d là đường Kinh cọc) thi cọclàm việc như cọc đơn, Nhưng thực té trong dai cọc, khoảng cách giữa các cọcthường được bỏ tri là 3d + 4d cho cọc chế sẵn và 2,5đ + 3d cho cọc khoan nhôi nêngây ra sự ảnh hướng lan nhau giữa các cọc trong nhóm dân dén sức chịu tải của cáccọc trong nhóm sẽ khác với cọc don Dé biêu thi sự khác nhau đó người ta tính toánhệ sô nhóm cọc.

Qu nhóm TH X Th Xx Oe don (Ẫ Ï)Trong đó: rị là hệ số nhóm;

n là số lượng cọc trong nhớm;Qudon là sức chịu tải của một cọc đơn.Qunhom là sức chiu tải của ca nhôm cọc,

Q Ba.

VPA PR QPL DAI COC LIAL m

n- số lượng coc

Q- tai rong 1 coc

COC DON NHOM COC

Hình 1 1 Phan bô ứng suât trong nên coc

Trong móng cọc, cọc thường được tập hợp thành nhóm để đáp ứng khả năngchịu tải trọng lớn do công trình truyền xuống Trong nên đất rời, quá trình hạ cọcbằng phương pháp đóng hay ép thường nén chặt đất, làm tăng hệ số ma sát và sứcchống mỗi cọc, vì vậy sức chịu tải của nhóm cọc có thé lớn hon sức chịu tải của các

cọc đơn.

Ở môi trường đất dính, khi khoảng cách giữa các cọc trong nhóm nhỏ hơn sáulần đường kính của cọc hoặc cạnh cọc thì hiệu ứng nhóm phát sinh giữa các cọc lâncận do hiện tượng trùng lẫn ứng suất trong đất, điều này dẫn đến sức chịu tải củanhóm cọc ma sát nhỏ hơn tông sức chịu tải của các cọc đơn trong nhóm Trong quátrình làm việc của nhóm cọc, ứng suất trong đất từ tải trọng do nhóm cọc truyềnxuống mở rộng cả về chiều rộng lẫn chiều sâu một cách đáng kế so với ứng suất

phát sinh do cọc đơn.

1.3 Các kết quả nghiên cứu thực nghiệm về nhóm cọc thời gian trước đây

1.3.1 Nghiên cứu với thí nghiệm tại hiện trường

Các thí nghiệm hiện trường thường cho ra những kết quả chính xác nhưng giáthành thí nghiệm rất cao, cho nên số lượng thí nghiệm hiện trường cho đến nay vẫncòn hạn chế Các thí nghiệm hiện trường được tiễn hành với cọc ống thép, cọc bêtông cốt thép, cọc thép hình với đầu cọc tự do hoặc ngàm vào đài Thí nghiệm nhómcọc thường được đi kèm với thí nghiệm cho một cọc đơn dé kiểm chứng Tải trọngthí nghiệm thường được đặt ở đầu cọc hoặc vị trí đài cọc đối với nhóm cọc, trongquá trình thí nghiệm, có thể tăng tải trọng đến gan phá hoại hoặc phá hoại coc Mộtsố thí nghiệm được kê đến như:

hiện thí nghiệm hiện trường cho dat sét vung Pennsyvania Nhóm cọc kích thước

2 cọc x 3 cọc, khoảng cách giữa các cọc là 5.612 và 4.8D, với D là đường kính

hoặc cạnh cọc Kết quả cho thấy sức chịu tai của nhóm cọc tang lên khi tang

khoảng cách giữa các cọc vả tải trọng trung bình tác dụng lên một cọc trongnhóm nhỏ hơn tai trọng tác dụng lên cọc đơn tương Ứng.( Theo J.B Anderson,F.C Townsend, and B, Grajales, 2003).

Thí nghiệm hiện trường cho nhóm coc của Brown et al (1988) với nhóm cọc kíchthước 3 cọc x 3 cọc trong dat cát chặt và khoảng cách giữa các cọc là 3D Cat có

hơn cọc đơn khi cọc đơn chịu cùng tái trong bằng tai trung bình tác dung lên từng

cọc trong nhóm, Trong các hang cọc khác nhau cũng ứng xử khác nhau (TheoBrown, D.A, and Reese, L C, 1998)

Thi nghiệm hiện trường cho nhóm cọc của Ruesta & Townsend et al (1997) tại vi

iri cầu Roosevelt trên các cọc bê tông cốt thép dự ứng lực Hai nhóm cọc 4 cọc x4 cọc với đầu cọc tự do và đầu cọc ngàm trong dai được tiên hành thí n ghiệm,khoảng cách giữa các cọc (tính từ tâm) là 3D Thí nghiệm cũng được tiễn hànhcho một cọc đơn để so sánh kết qua Dia chất khu vực thí nghiệm bao gồm lớpcất rời đến độ sâu 4m và theo sau bởi lớp cát kết Hệ sô nhóm của nhóm cọc

được ghi nhận là 80% (Theo Pedro F Ruesta, Frank C Townsend, 1997)

1.3.2 Nghiên cứu trên mo hình vật lý tí lệ nhỏ:Việc nghiên cứu hiệu ứng nhóm cọc trên mo hình vat lý ty lệ nhỏ trong phòngcó chị phí thâp hơn so với thí nghiệm tại hiện trường và có ưu điểm khi nghiên cứuảnh hướng của từng thông số, nên được khá nhiêu các tac gia sử dụng, điện hìnhnhư: Whitaker (1957); Saffery va Tate (1961); Sowers và cộng sự (1961), Bardenva Monckton (1970); Mattes va Poulos (1971); Bajad va Sahu (2008); [toh vàYamagata (1998); Goto va cộng su (2013)

Kết qua nghiên cứu thực nghiệm về hiệu ứng nhóm cọc trên các m6 hình vậtlý cho thay các thông số có anh hướng lớn đến hiệu ứng nhóm là: Khoảng cách cọc;Chiều đài coc: Số lượng cọc; Hình dang cọc; Mặt băng bỏ trí cọc; Đặc điểm của daicọc (tiếp xúc hoặc không tiếp xúc với nên dat): Trinh tự và phương pháp thi côngcọc và tính chất cơ lý của nên đất

Dé kiêm chứng mức độ chính xác của các công thức lý thuyét, ta tiên hành so

sánh các kết qua phan tích hiệu ứng nhóm từ một số thí nghiệm nén tinh cọc với các

kết quả tương ứng thu được bằng công thức tính hệ số nhóm và tỷ số độ lún được

trình bày sau đây.

a.Thí nghiệm cua Barden va Monckton (1970)

Barden va Monckton (1970) tiễn hành thí nghiệm nén tĩnh các nhóm cọc cómặt bằng vuông với tỷ lệ nhỏ, có qui mô: 3x3 cọc và 5x5 cọc Đường kính cocd=1/8 inch; Chiều dài cọc L=4inch, tỷ số L/d=20; tỷ số S/d=1.5; 2; 2.5; 3; 3.5 và 4.Các nhóm cọc làm việc trong hai loại nền sét: nền sét cứng và sét yếu

10

0.908

0.70.6

HE SO NHOM Seta

1.0 || -

rms TN inka Rariion (1970) " 0.3 ——TN của Barden (1970)| =i ConseverLabbare (1941) -`| 02 14bga2aĂm a wee

—w— Feld (1943) =%=Feld (1943)—®~ Sayed Bakeer (1992) 0.1 —®- Sayed Bakeer (1992)

==—= Das (1998) 06 ~~~ Das (1998)

1 15 2 25 3 35 4 45 l is 2 25 35 38 4 48

TY SO Sid TỶ SỐ Sid

Hình 1.2 Hệ số nhóm theo thí nghiệm của Barden (1970) và các tác giả

khác trong nên sét cứng và sét yêu

Hệ số nhóm (n) thu được từ các thí nghiệm của Barden va Moncktonso sánh với các kết quả tính toán bằng các công thức lý thuyết thé hiện ởcác đồ thị trên Hinh 1.2 cho thay:

Giá trị hệ số nhóm (n) của các nhóm cọc xác định từ các công thức củaConserve - Labarre; Feld; Sayed - Bakeer và Das (1998) đều cho giá trị nhỏhơn một (yn <1) ứng với mọi khoảng cách cọc, điều này không phù hợp vớikết quả thí nghiệm khi khoảng cách giữa các cọc trong nhóm nhỏ hơn hailần đường kính cọc (S<2d)

Hệ số nhóm (n) tính theo nguyên tắc của Feld (1943) không xét đến ảnhhưởng của khoảng cách cọc, do đó khi tỷ số S/d tăng thì sai số của giá trị hệsố nhóm tính theo công thức so với kết quả thí nghiệm cảng lớn.

- Ngoại trừ công thức của Sayed - Bakeer (1992), các công thức tính hệ sốnhóm khác đều không xét đến ảnh hưởng của nên đất Tuy nhiên, quy luậtbiến thiên của hệ số nhóm theo công thức của Sayed - Bakeer chưa phù hợpvới kết quả thí nghiệm khi cọc làm việc trong nên sét của Barden và cộng sự

(1970).

Sự khác biệt của giá trị hệ số nhóm (n) thu được từ thí nghiệm và từ cáccông thức là khá lớn khi cọc làm việc trong nền đất sét cứng, sai số nay giảmđi khi cọc trong nên đất sét yếu

Hình 1.3 Ty số độ lún (Rs) theo thí nghiệm của Barden va Monckton va

các tác giả khác trên nhóm 3x3 cọc với chiều dai cọc L=20d

Ty số độ lún (Rs) từ thí nghiệm của Barden va Monckton (1970)

được so sánh với giá tri tương ứng tính từ các công thức của Skempton

(1953) va Randolph - Clancy (1993) thé hiện trên Hinh 7.3, cho thay:Kết qua tính ty số độ lún (Rs) theo công thức của Skempton (1953) chưa phùhợp với kết quả thí nghiệm, khi giá trị tỷ số độ lún (R;) tỷ lệ thuận với

khoảng cách giữa các cọc.

Công thức của Randolph - Clancy (1993) cho kết quả tính tỷ số độ lún (RS)có quy luật tương tự như kết quả thí nghiệm của Barden va Monckton, tuynhiên công thức nay chưa biểu diễn được sự thay đổi ty số độ lún khi xét đếntính chất của nền đất và sai số giữa kết quả thí nghiệm và công thức tính khá

lớn, trong khoảng [2.2%+54.9%].

b Thí nghiệm của G Dai và cộng sự (2012)

G.Dai và cộng sự (2012) tiến hành thí nghiệm nén tĩnh cọc đơn và nhóm cọc

có qui mô: 1x2; 2x2 va 3x3 coc Coc bê tông có đường kính d=400mm Coc đơn và

nhóm cọc được ép vào nên sét nhiều lớp, các chỉ tiêu cơ lý của nên đất tại khu vựcthí nghiệm; kết quả như sau:

Tish TN cae G Dal 2012) ¿2 To»

pm” 2 :

26 Sid=2.5 “*®©Cewwrvc Labbare (1941) 26 4s oH ica esa` pm

- S/d«3 —`©( œd2yve Lothere (1941)Lid=S0 Feld (1943) l/d<é&0 mí.

z4 ~®—-S%vrd Bakeer (1992) _ ng sàxi Xe: , Sayed Mekeor (1992)

Hình 1.4 Hệ số nhóm theo thí nghiệm của G Dai và các tác giả khác

Kết quả xác định hệ số nhóm của bang các thí nghiệm của G.Dai va cộng sự(2012), được so sánh với các kết quả tính băng các công thức của Conserve -Labarre (1941); Feld (1943); Sayed - Bakeer (1992) và Das (1998) thể hiện trên cácđỗ thị cho thay:

- _ Hệ số nhóm (n) của xác định bang công thức của Conserve -Labarre (1941);Feld (1943) và thí nghiệm đều cho giá trị nhỏ hơn một (y <1) với tat cả cácnhóm cọc Sai số giữa kết quả tính hệ số nhóm (n) từ thí nghiệm so với côngthức lý thuyết trong phạm vi [3.9% ~ 4.9%]

- Cac giá trị hệ số nhóm tính băng công thức của Sayed và Bakeer (1992) vaDas (1998) chưa phù hợp khi áp dụng với nền có nhiều lớp dat, vì giá trị hệsố nhóm lớn hon một (n>1) với tat cả các loại chiều dài cọc va các qui mônhóm cọc, không khớp với kết quả thí nghiệm

—®- TN của G.Dai (2012) ~®-TN của G.Dai (2012)

6 | -@-Skempton (1953) —t - 6 ~@—Skempton (1953)g | “©Randolph - Clancy (1993) s | ~w Randolph - Clancy (1993) ˆ

"= 4 ‘3 4

rC >» eo3 ze ra 3

> 2 ~~ 2

nan #Z 7

Se PP Ty số S/d=2.5 1 | | Tỷ số S/d=3

va L/d=50 và L/d=600 0

1x2 2x2 3x3 1x2 2x2 3x3

QUI MO NHỎM COC QUI MO NHOM COC

Hình 1.5 Ty số độ lún theo thí nghiệm của G Dai va các tác giả khácSo sánh giá trị của tý số độ lún (RS) xác định từ thí nghiệm của G.Dai và

cộng sự (2012) với các công thức của Skempton (1953) va Randolph - Clancy

(1993) cho thấy:- Kết quả tính tỷ số độ lún (RS) theo công thức của Skempton (1953);

Randolph-Claney (1993) và kết quả thí nghiệm đều có xu hướng tăng khi số

lượng cọc trong nhóm tăng.

- Ở các nhóm cọc có khoảng cách S=2.5d va chiều dài cọc L=50d, kết quả thínghiệm có xu hướng khá tương đồng với giá trị Rs tính bằng công thức của

Skempton (1953) và G.Dai và cộng sự (2012).

- - Với các nhóm cọc có khoảng cách S=3d và chiều đài cọc L=60d thì qui luậtthay đổi của tỷ số độ lún từ kết quả thí nghiệm chưa phù hợp với kết quatính từ các công thức lý thuyết Sai số của giá trị Rs giữa thí nghiệm các côngthức tính biến thiên trong khoảng [3.1%+36.3%]

1.4 Nhận xét chương 1

Hệ số nhóm cọc là một đại lượng chịu ảnh hưởng của rất nhiều yếu tô như:kích thước tiết diện cọc, chiều dài cọc, khoảng cách giữa các cọc, sỐ lượng cọctrong một đài, tính chất và độ cứng của đài cọc, đặc điểm địa chất của lớp đất ở mũicọc và các lớp đất mà cọc đi qua Do đó, một trong những băng khoăn của ngườithiết kế là: “làm thé nào dé xác định chính xác sức chịu tải của cọc khi kế đến hiệuứng nhóm?” Van dé nay tác giả sẽ làm rõ ở các chương sau

Từ các thí nghiệm hiện trường trên, ta nhận thây răng khoảng cách giữa cáccọc là yêu tô quan trọng nhat ảnh hưởng dén ứng xu của nhóm cọc Sự sap xêp củacác cọc trong nhóm theo các cách khác nhau cũng ảnh hưởng đến sự làm việc củanhóm cọc.

Theo phụ lục G.2.1 TCVN 10304:2014 [10], Cường độ sức kháng của đất

đưới mỗi cọc được xác định theo công thúc:

trong đó:

N’., N’g la các hệ số sức chịu tai của đất dưới mũi cọc;

g yp la áp lực hiệu qua lớp phủ tại cao trình mỗi cọc (có trị số bang ứng suatpháp hiệu qua theo phương đừng do dat gây ra tại cao trình mỗi cọc).

Theo phụ lục G.2.2 TCVN 10304:2014 |10), Cường độ sức kháng trung bình

trên thân cọc fi có thể xác định như sau:

fi =Ø Xu (2.3)

trong đó:

cui: là cường độ sức kháng không thoát nước của lớp đất dính thứ i;a: là hệ số phụ thuộc vào đặc điểm lớp đất nằm trên lớp dính, loại cọc vàphương pháp ha cọc, cô kết của đất trong quá trình thi công và phương pháp xácđịnh cụ Khi không day đủ những thông tin này có thé tra œ trên biểu đồ hình 2.1(theo Phụ lục A của tiêu chuẩn AS 2159 -1978)

đến 20 lần đường kính coc, d, rồi thôi không tăng nữa Vì vậy cường độ sức khángtrên thân cọc trong đất rời có thé tính như sau:

Trên đoạn cọc có độ sâu nhỏ hơn ZL, fj = &Ø v„z

Trên đoạn cọc có độ sâu băng và lớn hon ZL, fj = &Ø v„z,

—`

Bảng 2 1 Gia tri các hệ số k, ZL và N’, cho cọc trong đất cát

Trạng | Độ chặt tương “+ Coe Coe

thai dat đôi D D Coc khoan Coc khoan

đóng | nhdi và dong nhôi va

barrette barrette

Roi Từ 0.2 đến 0.4 6 0.8 0.3 60 25

Từ 0.4 đểChat via} 0 7 SS 8 1.0 0.5 100 60

(2.5)(2.6)

dp =k),

Si — kN,

trong do:

ki: là hệ số, lay ki = 40 h/d < 400 đối với cọc đóng và ki = 120 đối với cockhoan nhồi;

Np: là chỉ số SPT trung bình trong khoảng 4d phía dưới và 1d phía trên mũi cọc;ka: là hệ số lây bằng 2.0 cho cọc đóng và 1.0 cho cọc khoan nhi;

u: là chu vi tiết điện ngang cọc;h: là chiều sâu hạ cọc;

N;:¡: là chỉ số SPT trung bình của lớp đất thứ i trên thân cọc.2.1.2.2 Công thức của Viện kiến trúc Nhật Bán (1988)Sức chịu tải cực hạn cua cọc xác định theo công thức (3.1) được viết lại

Khi mũi cọc nam trong đất dính qu = 9cu cho cọc đóng và qv = 6cu cho cọckhoan nhồi

Đối với cọc đóng, cường độ sức kháng trung bình trên đoạn cọc năm trong lớpđất rời thứ i:

II

;— 28

yi 3 (2.8)Cường độ sức khang trên đoạn cọc năm trong lớp đất dính thứ i:

Soi = pF Cwsi (2.9)

trong do:

Op: là hệ số điều chỉnh cho coc đóng, phụ thuộc vao ty lệ giữa sức kháng catkhông thoát nước của đất dính cụ và trị số trung bình của ứng suất pháp hiệu quảthăng đứng, xác định theo biểu đồ trên Hình 3.2;

fi: là hệ số điều chỉnh theo độ mảnh h/d của cọc đóng, xác định theo biểu đồ

Np: là chỉ số SPT trung bình trong khoảng 1d dưới và 4d trên mũi cọc;Cụ: là cường độ sức kháng cắt không thoát nước của đất dính, khi không có sốliệu sức kháng cắt không thoát nước cụ xác định trên các thiết bị thí nghiệm cắt đấttrực tiếp hay thí nghiệm nén ba trục có thé xác định từ thí nghiệm nén một trục nởngang tự do (cụ = qu /2), hoặc từ chi số SPT trong đất dính: cui= 6,25 Nei, trong đóN‹¡ là chỉ số SPT trong dat dính

N:¡: là chỉ số SPT trung bình trong lớp đất rời i;l,i: là chiều dài đoạn cọc năm trong lớp đất rời thứ i:leit là chiều đài đoạn cọc nam trong lớp đất dính thứ i;u: là chu vi tiết điện ngang cọc;

đ: là đường kính tiết diện cọc tròn, hoặc cạnh tiết diện cọc vuông

0,2 0,4 0,8 0,6 3,2 20 40 80 160 320

Sức khang cắt / áp lực hiệu quả thang đứng : cu/o'v Chiếu sâu cọcí đường kính cọc : L/d

Hình 2 2 Biéu đồ xác định hệ số œ; và fi2.2 Lý thuyết hệ số nhóm cọc

2.2.1 Công thức hệ số nhóm của Converse — Labarre( 1941)Đây là một trong những công thức phố biến được sử dung để tính toán hệ số

nhóm cọc:

ad _ (m_—l)m, + (m, — l)m,arctan — x

Trong đó: m; là số hang cọc trong nhóm; mz là số cọc trong một hang; d là đường

kính cọc; S là khoảng cách giữa hai tim cọc.

m2

SSE

OO 0.0.0

Ol-Hình 2 3 Mặt bang bồ trí coc trong dai

Dựa vào công thức 2.10, ta lập được bảng tính toán hệ số nhóm cho cọc có đường

kính D=0.6m như sau:

Bảng 2 2 Tính toán hệ số nhóm với L = 3D, 3.5D, 4DTổ hợp cọc | ml | m2 | D(m) | L=3D (m)| n1 | L=3.5D (m)} n2 | L=4D (m)} 13

Ix] | | 0.6 1.8 1.00 2.1 1.00 2.4 1.001x2 1 | 2 0.6 1.8 0.90 2.1 0.91 2.4 0.921x3 1 | 3 0.6 1.8 0.86 2.1 0.88 2.4 0.901x4 1 | 4 0.6 1.8 0.85 2.1 0.87 2.4 0.881x5 1 | 5 0.6 1.8 0.84 2.1 0.86 2.4 0.881x6 1 | 6 0.6 1.8 0.83 2.1 0.85 2.4 0.872x2 2 | 2 0.6 1.8 0.80 2.1 0.82 2.4 0.842x3 2 | 3 0.6 1.8 0.76 2.1 0.72 2.4 0.822x4 2 | 4 0.6 1.8 0.74 2.1 0.78 2.4 0.812x5 2 | 5 0.6 1.8 0.73 2.1 0.77 2.4 0.80

2x6 2 |6 | 06 18 |0.73 2.1 0.76 2.4 0.793x3 3 |3 | 06 18 |0.73 2.1 0.76 2.4 0.793x4 3 |4 | 06 18 |0.71 2.1 0.75 2.4 0.783x5 3 | 5 | 06 1.8 | 0.70 2.1 0.74 2.4 0.773x6 3 |6 | 06 18 | 0.69 2.1 0.73 2.4 0.774x4 4 |4 | 06 18 | 0.69 2.1 0.73 2.4 0.774x5 4 |5 | 06 18 | 0.68 2.1 0.73 2.4 0.764x6 4 |6 | 06 18 | 0.68 2.1 0.72 2.4 0.755x5 5 | 5 | 0.6 1.8 |0.67 2.1 0.72 2.4 0.755x6 5 |6 | 0.6 1.8 |0.67 2.1 0.71 2.4 0.75

Tính toán hệ số nhóm với L=4.5D, 5D, 6D.Tổ hợp cọc | ml | m2 | D(m) |L=4.5D (m) | n4 | L=5D(m)| n5 | L=6D(m)| n6

IxI IL |1 | 06 2.7 1.00 3.0 1.00| 3.6 1.001x2 1|2 | 06 2.7 0.93 3.0 0.94] 3.6 0.951x3 1/3 | 06 2.7 0.91 3.0 0.92) 3.6 0.931x4 1| 4] 06 2.7 0.90 3.0 0.91 3.6 0.921x5 1/5] 06 2.7 0.89 3.0 0.90] 3.6 0.921x6 1/61] 06 2.7 0.88 3.0 0.90] 3.6 0.912x2 2 |2 | 06 2.7 0.86 3.0 0.87| 3.6 0.892x3 2 |3 | 06 2.7 0.84 3.0 0.85| 3.6 0.882x4 2 |4 | 06 2.7 0.83 3.0 0.84] 3.6 0.872x5 2 |5 | 06 2.7 0.82 3.0 0.84] 3.6 0.862x6 2 |6 | 06 2.7 0.81 3.0 0.83 3.6 0.863x3 3 |3 | 06 2.7 0.81 3.0 0.83 3.6 0.86

3x4 0.6 2.7 0.80 3.0 0.82 3.6 0.853x5 0.6 2.7 0.80 3.0 0.82 3.6 0.853x6 0.6 2.7 0.79 3.0 0.81 3.6 0.844x4 0.6 2.7 0.79 3.0 0.81 3.6 0.844x5 0.6 2.7 0.78 3.0 0.81 3.6 0.844x6 0.6 2.7 0.78 3.0 0.80 3.6 0.835x5 0.6 2.7 0.78 3.0 0.80 3.6 0.835x6 0.6 2.7 0.77 3.0 0.79 3.6 0.83

Từ bảng tính toán trên, ta rút ra nhận xét sau:

Khoảng cach giữu các cọc là yếu tố quan trọng nhất, khoảng cách cọc tăng dantừ L=3D — L=6D thì hệ số nhóm Tị cũng tăng dan

Số lượng cọc trong tô hợp tăng dan thì hệ số rị giảm dan.Công thức trên chỉ tính toán cho tổ hợp cọc thăng hàng (không so le).Trong công thức trên của Conver — Labarre, ta thấy không có sự hiện diện của

các thông sô đât nên.

2.2.2 Hệ số nhóm theo nguyên tắc của Feld( 1943)Feld( 1943) đã dé ra nguyên tắc xác định hệ số nhóm được tóm tắc như sau:sức chịu tải của mỗi cọc trong nhóm sẽ giảm đi một lượng là 1/16 khi nó chịu ảnhhưởng bởi một coc lần cận Cách xác định hệ số nhóm theo Feld được minh họa chomặt bằng nhóm cọc được thể hiện trên hình 2.4

= 0.77

Hình 2 4 Xác định hệ số nhóm cọc theo nguyên tắc của Feld (1943)Cách xác định hệ số nhóm theo Feld là đơn giản nhất, chỉ phụ thuộc vào SỐ

lượng coc trong một dai, được xác định theo các sơ đồ như hình 2.4 Tuy vậy điểmhạn chế lớn nhất của phương pháp nảy là chỉ sử dụng được với nhóm cọc nhỏ vàmặt bằng giống với sơ đồ của Feld

2.2.3 Hệ số nhóm theo Karl Terzaghi và Ralph B

Trong đó:

(Q:)u¡: Sức chịu tai tới hạn của nhóm cọc;

Qui: Sức chịu tải tới hạn của cọc đơn;

Ne: Hệ số ảnh hưởng sức chống mũi của nhóm cọc trong đất dính( N.< 9);Hy: Chiều rộng của nhóm cọc;

Hi: chiều dài của nhóm cọc;L: Chiều dài của cọc trong dat:

S : Sức chồng cat không thoát nước trung bình của các lớp đất ma cọc đi qua;Su: Sức chống cắt không thoát nước của đất nên tai mũi coc;

a : Hệ số lẫy theo sức chống cat không thoát nước (Su) của nên.Nghiên cứu của Terzaghi và Peck( 1948) cũng cho thấy, hiện tượng phá hoạitheo cơ chế khối trụ sẽ không xảy ra trừ khi số lượng cọc trong nhóm tương đối lớnvà trừ khi chúng được đóng( hoặc ép) vào môi trường đất bùn hoặc sét mềm

2.2.4 Hệ số nhóm theo công thức của Sayed và Bakeer(1992)Sayed và Bakeer(1992) dé nghị công thức xác định hệ số nhóm cho hệ cọcchịu tải dọc trục, công thức này được dựa trên tiền dé hiệu ứng nhóm cọc phụ thuộcphân lớn vào thành phan ma sát cọc:

n=1-(1-7,K)p (2.12)7

: 5 (O, +Q,) (2.13)

Trong đó:

p: hệ số ma sát và p= [0.1]p=0 đối với cọc chống và p=1 đối với cọc ma sát.Hệ số p còn phụ thuộc vào ti trọng của đất cát hoặc độ sệt của đất dính;

@,: sức kháng bên của cọc don;

Qp: sức kháng mũi của cọc đơn;

K: hệ số tương tác nhóm, K= [0.4+9.0] phụ thuộc vao phương pháp hạ cọc,

khoảng cách của các cọc và tính chat cua dat nên.

7 : Hiệu số hình học, biến thiên trong khoảng [0.6+2.5]

y= Ta = Alm = DS + đ]+[ứn, = D5 +d

Với: Ps là chu vi cua nhóm cọc, > P, la tong chu vi tat cả các cọc đơn.Công thức của Sayed và Bakeed (1992) được sử dụng để xác định hộ số nhóm cọctrong ngắn hạn và dài hạn có xét đến sự thay đổi khả năng chịu cắt của nền đất theothời gian, có đưa vào các thông số mới và các công thức xác định hệ số nhóm trướcđây chưa đề cập tới:

- _ Tham số hiệu suất hình học của nhóm cọc (ns) biểu thị hiệu ứng hình học trênmặt bằng bồ trí nhóm coc;

- Hệ số ma sát (p) kế đến hiệu ứng không gian của nhóm cọc; chiều dài cọc vàtính chất nền đất xung quanh mũi cọc

Hệ số tương tác nhóm (K) xét đến các yếu t6 ảnh hưởng như: phương pháp ha cọc,khoảng cách giữa các cọc và tính chất của nên đất

2.2.5 Hệ số nhóm theo công thức của Das (1998)Das (1998) dé nghị một công thức thực nghiệm xác định hệ số nhóm cho cọcma sát chịu tải trọng dọc trục, ông quan niệm nhóm cọc hoạt động như một khối trụthống nhất:

n= 2S(m, +m, — 2)+ 4a

mm, (2.15)

Trong đó:

m¡ là sé hàng cọc trong một nhóm;mz là số cọc trong một hàng:

5 là khoảng cách giữa các cọc;đ là đường kính hoặc cạnh cọc.

2.3 Tính toán hệ số nhóm theo quy định các tiêu chuẩn việt nam

2.3.1 Theo TCXD 205:1998

Mục 3.9.3 của TCXD 205:1998, Móng cọc — Tiêu chuẩn thiết kế yêu cầu phảixét đến hiệu ứng nhóm ảnh hưởng đến sức chịu tải của nhóm so với cọc đơn, nộidung quy phạm có đề cập đến chiều sâu cà vùng ảnh hưởng phân đất dưới nhóm cọc

phụ thuộc vào kích thước của nhóm và độ lớn của tải trọng, tuy nhiên quy phạm lại

không có quy định cụ thể về cách xác định hệ số nhóm khi thiết kế và tính toán

móng cọc.2.3.2 Theo TCVN 1034:2014

Nội dụng tiêu chuẩn không đề cập đến việc sử dụng hệ số nhóm khi xác định

sức chịu tải của nhóm coc thông qua sức chịu tải cua cọc đơn, tuy nhiên 10304:2014

có xét đến hiệu ứng nhóm thông qua việc tính toán độ lún của nhóm cọc từ độ lún

của cọc đơn.Độ lún của cọc thứ 1 do ảnh hưởng của cọc thứ J đặt cách một khoảng là a,

chịu tác dụng của tải trong Nj, được tính bang:

ky = 2.82-3.78v+2.18vˆ với v = (vi-V2)/2 và khi vi=vz.2.3.3 Theo 22 TCN 272:05

Tiêu chuẩn 22 TCN 272:05 [13] quy định sức chịu tải của cọc trong nhóm cọcbằng sức chịu tải của cọc đơn nhân với hệ số nhóm:

Qr=nQa (2.19)

Trong đó: Q, là sức kháng tính toán cua cọc trong nhóm cọc; Qa là sức kháng

cho phép của cọc đơn; n là hệ số nhóm cọc- Quy dinh cach xac dinh hé sỐ trong nhóm đất dính:

+ Nếu dai cọc tiếp xúc chặt chẽ với đất, hoặc không tiếp xúc chặt chẽ với đấtma đất ở trạng thái cứng thì khi đó hệ số n=1

+ Nếu dai cọc không tiếp xúc chặt chẽ với dat, và nêu dat trên be mặt là mềmyêu kha nang chị tai riêng lẽ từng cọc phải được nhân với hệ sô nhóm yn đượclây như sau:

+ Đôi với nhóm cọc có khoảng cách các tim cọc từ 2.5d -6d, gia tri hệ sô TỊđược xác định băng nội suy tuyên tính,

- Quy định cách xác định hệ số nhóm trong dat rouKha năng chịu lực của các cọc trong dat rời là tong kha năng của các coc trongnhóm, Hệ sô nhóm lay băng một (n=l) cho tat cả các trường hợp dai cọc tiépxúc hoặc không tiệp xúc với đất nên,

2.4 Cơ sở lý thuyết tính toán hệ số nhóm trong Plaxis 3D-Foundation

2.4.1 Nguyễn ly và các phương trinh trong bài toán PTHH

2.4.1.1 Khái niệm về phương pháp PTHH

nghiệm gần đúng của một hàm chứa biển trong miễn xác định V Tuy nhiên PPPTHH không tìm dang x4p xi của ham cần tìm trên từng miền V mà chi trong từngmiễn con Ve (phân tử) thuộc miền xác định V Chính vi lẽ đó nên phương pháp nàyrất thích hợp để tìm nghiệm gân đúng cho các bài toán vật lý, kỹ thuật khi mà hamcần tìm được xác định trên những miễn rất phức tạp là những vùng nhỏ có đặctrưng hình hoc vật lý khác nhau Phương pháp được phát biểu một cách chặt chế

Lá Pet

^ ^ mt

như một phương pháp biến phân hay phương pháp du có trọng số trên mỗi phan tử.Trong PP PTHH, miền V được chia thành một số hữu hạng các mién con đượcgọi là các phân tử Cac phan tử này được kết nổi với nhau tại các điểm trên biênđược gọi là các nút, Trong phạm vi mỗ phần tử, đại lượng cần tìm (Chăng hạn đó làbiển, dịch chuyền, ứng suất ) được lấy xấp xi trong một dang ham đơn giản —được gọi là các hàm x4p xi (approximation founction) Các hàm xấp xi này đượctính thông qua giá trị của nó (đôi khi qua các giá trị đạo hàm) tại các điểm nút trênphan tử và các giá trị này được go là bậc tự do của phân tử ma ta xem như là các ấncần tìm của bài toán

Trong bài toán cơ học vật ran biến dang và cơ kết cầu tuy theo y nghĩa vật lý

của các ham xap xi thì ta áp dụng bài toán theo ba mô hình sau:

Xem chuyến vị là đại lượng cần tìm trước và hàm xấp xi biểu dién gần đúngdang phân bố của chuyển vi trong phân tứ Các ân số được xác định từ hệphương trình thiết lập trên cơ sở thể năng toàn phân (hay nguyên lý biến

phân Lagrage).Mô hình cân băng:

Ham xấp xi biểu dién gần đúng dang phân bố của ứng suất hay nội lực trongphần tử Các an số được thiết lập từ hệ phương trình thiết lập trên cơ sởnguyên lý năng lượng hệ toàn phần đừng (hay nguyên lý biến phân về ứngsuất - Nguyễn lý castigliano,

Mô hình hỗn hop:

Xem các đại lượng chuyến vị vả ứng suất là hai yêu tô độc lập Các hàm xấpxi biểu dién gần đúng dang phân bố của chuyển vị và ứng suất trong phan tử.Các an cần tìm được xác định từ hệ phương trình thiết lập trên cơ sở nguyênlý biến phan Reisner Sau khi tim được gia trị các ân số (bằng việc giải mộtphương trình đại số), như vậy ta đã tìm được xấp xi các đại lượng cần tìm, từđó tìm được xấp xi của các đại lượng còn lai Mo hình tương thích được ap

dụng rộng rãi.

2.4.1.2 Trình tự các bước phân tích bài toán theo phương pháp phan tứ

hữu hạn,

Bước L Roi rac hóa miễn khảo sat:

Miễn kháo sát V được chia thành các miễn con Ve (phan tử) có dang hìnhhọc thích hợp Với bài toán cụ thể thì số phần tử, hinh dạng hình học củaphan tử và kích thước cacphan tử phải được xác định cụ thể số điểm nút mỗiphân tử không được lay tủy tiện ma phải phụ thuộc vào dang hàm xấp xi

định chọn.

Bước 2 Chon ham xấp xỉ thích hợp:Chọn dạng ham xấp xí sao cho đơn gián đôi với tính toán, nhưng vẫn đảmbảo các tiêu chuẩn hội tụ Thường chọn các hàm này có dạng đa thức Saukhi chon dang hàm xấp xi ta biểu điển các ham này (kế cá đạo ham của nó)theo tập hợp các gid trị tại các nút của phan tử £P}e

Bước 3 Xây dựng phương trình phan tử, tức là thiết lập ma trận độcứng phan từ [K]e và vée to tải phan từ (Pye