Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng: Nghiên cứu mô phỏng ảnh hưởng của ma sát âm đến ứng xử của cọc khoan nhồi của móng mố cầu vượt ở Tp. HCM

Nghiên cứu về ma sát âm trong nhóm cọc chủ yếutập trung vào phương pháp mô phỏng phan tử hữu han, quan trắc thực tế, phươngpháp mô phỏng thu nhỏ bằng máy quay ly tâm.Trong luận văn này t

TRAN HOAI NAM

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dung Công trình giao thôngMã ngành: 60 58 02 05

LUẬN VĂN THẠC SĨ

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠITRUONG ĐẠI HỌC BACH KHOA — ĐHQG-HCMCán bộ hướng dẫn khoa hoc: TS Lê Bá Khánh

Cán bộ cham nhận xét 1: GS.TSKH Nguyễn Văn Tho

Cán bộ cham nhận xét2: TS Lê Trọng Nghĩa

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Dai học Bách Khoa, DHQG Tp HCMngày 18 tháng 08 năm 2018.

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: PGS.TS Lê Thị Bích Thủy

TS Huynh Ngọc Thi GS.TSKH Nguyễn Văn Tho TS Lê Trọng Nghia

TS Mai LuuXác nhận của Chu tịch Hội đồng đánh giá LV va Trưởng Khoa quản ly chuyênngành sau khi luận văn đã được sửa chữa.

CHỦ TỊCH HỘI ĐÔNG TRUONG KHOA KY THUẬT XÂY DỰNG

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CONG H A XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAMTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: TRAN HOÀI NAM Giới tính: NamNgày, tháng, năm sinh: 23/05/1983 Nơi sinh: Bạc LiêuChuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng Công trình giao thông Mã số : 60 58 02 05Khóa : 2015 MSHV : 1570666

L TEN DE TÀI:NGHIEN CUU MO PHONG ANH HUONG CUA MA SAT AM DEN UNGXU CUA COC KHOAN NHOI CUA MONG MO CAU VUOT O TP HCMIl NHIEM VU VA NOI DUNG:

1- Nhiém vu :Nghiên cứu tong quan về anh hưởng của ma sat âm trong coc khoan nhôi.Tổng quan nghiên cứu lý thuyết tính toán lực ma sát âm ảnh hưởng trong cọcđơn và nhóm cọc.

Phân tích ứng xử của cọc đơn và nhóm cọc chịu lực ma sát âm bằng phanmềm phan tử hữu han Plaxis 2D va Plaxis 3D

2- Nội dung :Mở đầuChương 1 : Tổng quan về hiện tượng ma sát âmChương 2 : Cơ sở lý thuyết

Chương 3 : Ảnh hưởng của ma sát âm — áp dụng cho công trình cầu Cây KhôKết luận và kiến nghị

Tài liệu tham khảoPhụ lục

Ill NGÀY GIAO NHIEM VU : 04/09/2017IV NGAY HOAN THANH NHIEM VU: 20/07/2018V CAN BO HUONG DAN: TS LE BA KHANH

Tp HCM, ngay 20 thang 07 nam 2018

CAN BO HUONG DAN CHU NHIEM BO MON DAO TAO

TS LE BA KHANH TS LE BA KHANH

TRUONG KHOA KY THUAT XAY DUNG

PGS.TS NGUYEN MINH TAM

HV: Tran Hoai Nam MSHV: 1570666

Đề hoàn thành bai Luận văn nay, trước tiên, em xin chân thành bay tỏ lòngbiết ơn sâu sắc đến thay TS Lê Bá Khánh Thay đã hướng dẫn giúp em hình thànhnên ý tưởng của dé tài, hướng dẫn em phương pháp tiếp cận nghiên cứu Thay đã cónhiều ý kiến đóng góp quý báu và giúp đỡ em rất nhiều trong suốt chặng đường vừaqua Đồng thời em cũng xin chân thành cám ơn quý Thầy Cô Khoa Kỹ Thuật XâyDựng, trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM đã tận tình giảng dạy và truyền đạt kiếnthức cho em trong suốt khóa Cao học vừa qua.

Thứ hai, xin gửi lời cám ơn đến Tổng công ty xây dựng số 1-CTCP, nơi emlàm việc, đã tạo điều kiện cho em theo học chương trình thạc sĩ và hoàn thành luậnvăn này.

Cuối cùng em xin bay tỏ lòng ghi on và tri ân sâu sắc nhất đến gia đình đãluôn quan tâm, đôn đốc, động viên và giúp đỡ em rất nhiều trong suốt thời gian thựchiện Luận văn.

Mặc dù bản thân đã cố gắng nghiên cứu và hoan thiện, tuy nhiên không thékhông có những thiếu sót nhất định Kính mong quý Thây Cô chỉ dẫn thêm để embố sung những kiến thức và hoàn thiện bản thân mình hon

Xin trân trọng cảm ơn quý Thay Cô

HỌC VIÊN

TRẢN HOÀI NAM

Có nhiều phương pháp tính toán xác định giá trị ma sát âm cho cọc đơn nhưphương pháp kinh nghiệm, phương pháp truyền tải trọng và phương pháp mô phỏngtheo lý thuyết phần tử hữu hạn Nghiên cứu về ma sát âm trong nhóm cọc chủ yếutập trung vào phương pháp mô phỏng phan tử hữu han, quan trắc thực tế, phươngpháp mô phỏng thu nhỏ bằng máy quay ly tâm.

Trong luận văn này tác giả nghiên cứu ảnh hưởng của ma sát âm đến cọckhoan nhéi theo quá trình cố kết dựa trên phương pháp truyền tải trọng Phươngpháp này là sự kết hợp của phương pháp truyền tải trọng của Fellenius và lý thuyếtcó kết thâm của Terzaghi

Từ khóa : Ma sát âm; Lực kéo; Độ lún kéo xuống: Cọc đơn; Nhóm cọc; Thí

nghiệm mô hình bằng máy ly tâm; Phương pháp phân tử hữu hạn

HV: Trân Hoài Nam MSHV: 1570666

There are many methods of calculating negative skin friction values forsingle piles, such as empirical method, load transfer method and finite elementmethod The research on negative skin friction in the pile group mainly focused onthe method of finite element simulation, field monitoring, centrifuge modeling.

In this thesis, the author studies the effect of negative skin friction on boredpiles according to the consolidation process based on the load transfer method Thismethod is a combination of Fellenius's load transfer method and Terzaghi'sconsolidation theory.

Key words : Negative skin friction; Downdrag; Single pile; Pile group; Centrifugemodeling ; Finite element method

— vill —

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan day la công trình nghiên cứu khoa học độc lập của tôi Cácsô liệu trong luận văn là trung thực và có nguôn gôc rõ ràng Các kêt quả của luậnvăn chưa từng được công bô trong bât cứ công trình khoa học nào Tác giả hoàntoàn chịu trách nhiệm về tính xác thực và nguyên bản của luận văn.

HỌC VIÊN

TRẢN HOÀI NAM

HV: Trân Hoài Nam MSHV: 1570666

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THAC SĨ - -G s+sE 2s xEv S3 1 v13 ng ng ra iii

LOL CAM ON ou essessesseessessessnesseeseceneesscsnccnscsncsnsensesnecucuscsnseuecsecsnseuessessuceueeansaseneenseens VTOM TAT LUẬN VAN -G- Gv SE E111 1111111151111 11 1E E1 rrrki viSUMMARY OF THESIS - -GG HH HH kg VilLOL CAM DOAN cv tt HH HH ri viiiMUC LUC 0 —— 1XDANH MỤC CÁC HÌNH - E311 21 21 E191 91 91 1 E111 111211 gi XỈVÿI90Ê0.1000157 .4AÃAñú- |1 Lý do chọn để tài «5-56 St 1E E123 1511111111111 15 1111011111101 01 11.11111111 re l2 Mục tiêu nghiÊn CỨU (<< < 110001011 l3 Đối tượng nghiên €ỨU - - ©E E2 SE SE E15 E1 1 11151115 1 1111151511111 l4 Phạm vi nghiÊn CỨU << 19910101119 0 re 25 Phương pháp nghiÊn CỨU G0 999900101 ngờ 26 Ý nghĩa khoa học của để tài + 2% 2E E123 3E E1 1 151112112111 eckrk 27 Tính thực tiễn của dé tài c1 191912 111291 ng ng ngư 2CHƯƠNG 1: TONG QUAN VỀ HIỆN TƯỢNG MA SÁT ÂM - 5c: 31.1 Tổng quan về ma sắt âm - - + 2226 EE#EE E339 9E E1 1151515111111 11 11x, 31.1.1 Khái niệm vỀ ma sát Am -G- G6 53911 SE 1v vn neo 31.1.2 Điểm trung hòa 5-52 S23 1E 1 121 1511521117115 115 1111111110101 11 10g y0 31.1.3 Các trường hop cần xem xét đến ảnh hưởng của ma sát âm -41.2 Tình hình nghiên cứu trên thé giới - ¿2© + S2 +E+E£E+E#EEE£E£ESEEEErErErkrkrree 61.3 Tình hình nghiên cứu trong TƯỚC - <1 re 191.4 Nhận xét của chương «cọ re 20CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LY THUYET -6-55c5+2+2ExtSrterterxerrerrrerrerkrrrvree 212.1 Các phương pháp phân tích ma sắt ầm 1111 ree 212.2 Sức chịu tải của cọc bằng phương pháp truyén tải trong theo Fellenius 242.2.1 Sức kháng bên [ Ï | << c1 133991111133 11111 1 1111 ng ng kế 24

2.2.2 Sức kháng TmŨI - ng 252.2.3 Sức CHIU tải cực hạn - - - - + 510101000222 1111111111111 11111 vớ262.3 Phương pháp thông nhất xác định sức chịu tải của COC 5-5-5s5sc5¿ 292.4 Dự báo sức chịu tải CUA COC GON Q3 2221101111100 9211111111111 1x tra 332.4.1 Sức chịu tải của cọc theo độ bền của vật liệu -. ccccccereereee 332.4.2 Sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu đất nền -cccccccererreee 342.4.2.1 Sức chịu tải cực hạn ở mũi cọc (Q,) .ccccceieeeeiea 35

2.4.2.2 Sức chịu tải cực hạn do ma sát thành cọc (Q.) -««- 382.4.3 Sức chiu tải cua cọc theo chỉ tiêu trang thái của đất nên 382.5 Sức chịu tải của cọc đơn từ kết quả thí nghiệm nén tinh . - -:Al2.5.1 Xác định sức chịu tải giới han theo phương pháp đồ thị - 4]2.5.2 Xác định sức chịu tải giới hạn theo chuyển vị giới hạn quy ước 432.6 Phân tích độ lún cố kết của nỀn - - - ksE E912 E9E E2 ve rkes 442.6.1 Xác định độ lún có kết của nền đất theo phương pháp tong phân to 442.6.2 Xác định độ lún tính theo đường quan hệ e-logơ' của thi nghiệm cố két.462.7 Xác định độ lún cỗ kết của nền theo thời l0 462.7.1 Phương trình vi phân cố kết thấm - + 52 2 2+£+E+E+££££EzEzeszze: 462.7.2 Lời giải phương trình vi phân cô kết thấm -.- ¿2-2 2+2 2 2+s+s+xzxzx¿ 482.7.3 Bài toán có kết thâm một chiêu, thoát nước 2 biên . : - 492.7.4 Bài toán có kết thâm một chiêu, thoát nước 1 biên -. : - 502.8 Phân tích độ lún của COC COM - E 3312101111010 1111111111111 1 8 1x rrree 512.9 Cơ sở lý thuyết phần mềm Plaxis ccccccecccsssessssssescscsssesessssssssesessssssseseseseens 522.10 Các mô hình ứng xử của dat - + ¿5656 E23 3 E91 5 121211 E11 rree 532.10.1 Mô hình Mohr-Coulomb 2399933333333 1 1 9 9 1 9 1 1 nh 532.10.1.1 Ứng xử dan hồi dẻo thuẫn ty ccccceceseeessesesescseeeeeseeeee 542.10.1.2 Cac công thức sử dụng trong mô hình Mohr-Coulomb 552.10.1.3 Xác định thông số cho mô hình: ¿ 2255 +2 2+<+£+£z£ze: 572.10.1.4 Ưu điểm và khuyết điểm của mô hình Mohr-Coulomb 60HV: Trân Hoài Nam MSHV: 1570666

2.10.2 Mô hình Linear Elastic - - - ccc E31 2331121 11 1 ve sec 602.11 Nhận xét của chương - - - << cọ re 61CHUONG 3: ANH HUONG CUA MA SAT AM - AP DUNG CHO CONG

TRINH CÂU CAY KHO wieccecccccccsscscscscsssscscscscssecesscssscscsesssssscscacsescscscavsvevstsnssseseees 623.1 Giới thiệu chung - c9 nọ và 623.1.1 Giới thiệu công trimh << < + 1399000111 re 623.1.2 Đặc điểm địa tầng và địa chất thủy văn ¿-¿ 555 c+cccscscsccee 643.2 Sức chiu tải của cọc từ thí nghiệm hiện trường -« «<< s2 663.2.1 Sức chịu tải cực hạn của coc bằng thí nghiệm nén tĩnh - 663.2.2 Sức chịu tải cực hạn của cọc bang thí nghiệm PDA - 683.2.3 Sức chịu tải của cọc theo vật liệu - + S S5 S****<<<222<<eeeeeess 683.2.4 Ma sát âm don vi từ các thí nghiệm trong phòng và hiện trường 693.3 Ma sát âm đối với cọc đơn do phụ tải - ¿5-5 5252 SE2E£EESEEEzErEererrerered 7I3.3.1 Sức chịu tải cực hạn đối với COC đơn ¿-5- c2 +2 £s+s+eseerrsrereee 7I3.3.1.1 Bài toán 2]D L-ccSc St T1 1 11111211 110121101 0111110111111 rrrkg7I

3.3.1.2 Bài toán 3]D L-c.ScCn HT1 H1 1212111101211 11111101 01111111211.72

3.3.1.3 Nhận XÉt -¿- 5< t S1 1 1 111515111111 111111 1111011111 1111 1111111 rrk 743.3.2 Ma sát âm đối với COC đơn . + ¿+62 E21 E12 E1 121211121211 cre, 763.3.2.1 Thiết lập bài toán và các bước phân tích - 2 2 25s: 763.3.2.2 Kết quả phân tich - - + + E2 SE Sk SE EEE115151151113 te 773.3.2.3 Xác định vị trí mặt phăng trung hòa . 5-5-5252 cs+sc5+2 793.3.2.4 Nhận XÉt + ck S11 1 1 111511 111111110111 01011151111 11511 111111111 tk 853.4 Xác định ma sát âm trong cọc đơn theo độ cô kết của nên bang phương phápPTHH -.- E6 S2 EE5 23 151515 5 1115115151111 1151511 110115111111 T1 1010501011111 re 86

3.4.1 Quy trình mô phỏng, - - << + 1119999901011 1 113 9n re 873.4.2 Kết quả phân tich c.ccccccccscsscescscssscscscscsssscscssscsssscscssssscsssscscssssseeseseens 873.4.3 Nhận Xét :-c-Ltt21 S1 1112121111 11112111111 1101211110111 01 011111101 011111 ru 89

—XII —

3.5 Xác định ma sát âm trong cọc đơn theo độ cô kết của nên bang phương pháp52:005// 8 90

3.5.1 Quy trình tính tOán - - c0 nọ re 903.5.2 Tính toán ảnh hưởng cua ma sát âm trong cọc đơn - 9Ị3.5.2.1 Độ lún của nên theo các mức độ CO Ket . cc+-ccccccccceei 913.5.2.2 Ảnh hưởng của ma sat âm trong coc đơn theo độ cô kết của nén 933.5.3 Nhận XÉT LG HH kh 943.6 Ảnh hưởng ma sat âm của cọc đơn theo độ cô kết của nền . 5 %63.6.1 Yếu tổ cường độ tiẾp XÚC -. - + 25662222 1 1 E2 1 12121211511 11x, 963.6.2 Yếu tố độ cứng CUA COC - + c3 E111 1515151515151111 111111111 ck reo963.6.3 Yếu tổ đường kính cha COC ccecsscsesesesesscscscscscscecssstscsssessesscscscscasscseseas 973.6.4 Yếu tố tải trong trC ecccccccccssscscsesesesssscscscscscscscssssstsssssesssssesesssssssseseaees 983.7 Ma sat âm trong nhÓm CỌC - - - - < < s00 ng ngờ 983.7.1 Đặt van dé nghiên €ỨU - - - ¿2 << SE SEkEEEEE E5 5 1511181111111 ckrkrki 983.7.2 Ma sát Am trong nhóm 5 COC -SS S111 ve 983.7.3 Ma sát âm trong nhóm 5 cọc có dat đắp ¿ - - + +csccscsceresree 1003.7.4 Ma sát Am trong nhóm 9 COC SG S S113 3339991 99 1 3 1 1 11 ng ve, 1013.7.5 Ma sát âm trong nhóm 9 cọc có dat đắp ¿ - - + cesses 1023.8 Nhận xét của chưƯƠơng - - - - << 9n re 104KẾT LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ, - G- G3911 về E11 9E g1 vn gen 106TÀI LIEU THAM KHẢO - 6s 33% E56 9191 91 3E E112 112129 vn gi 108

HV: Trân Hoài Nam MSHV: 1570666

DANH MỤC CAC BANGBảng 1.1 Tổng hợp nghiên cứu về ma sát âm ở Na Uy (Bjerrum và cộng sự 1969) 8Bang 2.1 Giá trị hệ số của một số loại đất - + + +ccc+x+EsEsEererererererered 25Bang 2.2 Giá trị N, của một số loại đất ¿ - 5+ 2 Sex tt SE EEErrkrkrerreg 25Bang 2.3 Cường độ sức kháng qụ, của đất dính dưới mũi cọc nhồi AlBang 2.4 Xác định chuyển vị giới hạn quy UGC o.cceececcseseseseessesssseseseseseseeseseees 43Bang 2.5 Các điều kiện biên và điều kiện ban đầu - +2 2 + <cscececezececed 49

Bảng 2.6 Đặc trưng vật liệu đất trong mô hình Mohr-Coulomb 53

Bảng 2.7 Giá trị hệ SỐ POISSON V TT 1912121 111110111 11111111 ngư 58Bang 3.1 Bang tong hop đặc trưng vật liệu oo ecc eee ececeeeseescecesesetstscsesssssssesesees 65Bang 3.2 Chi tiết cọc thí nghiệm - - + 25256222323 E£E2EEE E11 2E rkrree 66Bang 3.3 Tong hop kết quả thí nghiệm 5-52 255 S222 2E£E+EzEzEErxrerervee 66Bang 3.4 Tong hợp kết quả thí nghiệm PDA -5- 255252 S22E+E+£z££szeceee 68Bang 3.5 Bảng kết quả tính toán ma sát âm đơn vị (Phụ lục 1) - 70

Bang 3.6 Bang so sánh sức chịu tải cực hạn c1 re, 74Bang 3.7 Kết quả tính toán thời gian nền đạt độ cỗ kết trung bình #7 ¬— 87Bang 3.8: Kết qua tính toán giá trị lực ma sát âm theo độ cố kết của nên 88

Bang 3.9 Bang tính độ lún cô kết của nền ở U=30% (Phụ lục 2) 92

Bang 3.10 Bảng tính độ lún cô kết của nền ở U=60% (Phụ lục 2) - 92

Bang 3.11 Bảng tính độ lún cô kết của nền ở U=85% (Phụ lục 2) - 92

Bang 3.12 Bảng tính độ lún cô kết của nền ở U=95% (Phụ lục 2) 92

Bang 3.13 Bảng toán độ lún của cọc ở U=30% (Phụ lục 3) - <5 93Bang 3.14 Bang tính độ lún của cọc ở U=60% (Phụ lục 3) 93

Bang 3.15 Bảng tính độ lún của cọc ở U=85% (Phụ lục 3) 93

Bang 3.16 Bảng tính độ lún của cọc ở U = 95% (Phụ lục 3) 94

Bang 3.17 Bang so sánh hai phương pháp giải tích và mô phỏng 94

Bang 3.18 So sánh ma sát âm trong cọc đơn và nhóm COC -««« «+ 104

— XIV —

DANH MỤC CÂC HÌNHHình 1.1 Phđn bó tải trọng trong cọc đơn ¿-¿-5- + 552 22E£E+EzErErkrkrrerrsred 4Hình 1.2 Ma sât đm ở móng của M6 cu - ¿+2 + 2 2 +E+E+E+E£EE£E+ErEzEerersrered 5

Hình 1.3 Mặt cat địa chất vă câc cọc thí nghiệm (Bjerrum vă cộng su 1969) 7

Hình 1.4 Phđn bố ứng suất, âp lực lỗ rỗng dư, rút ngắn cọc vă phđn bồ tải trọng(Bjerrum vă cộng sự 1969) - G G0 8Hình 1.5 Mặt cat dia chat vă câc coc thí nghiệm (Endo vă cộng sự, 1969) 10

Hình 1.6 Cường độ nĩn tự do đối với độ sđu (Endo vă cộng sự, 1969) 11

Hình 1.7 Mat cat dọc ap lực lỗ rỗng tại công trường (Endo vă cộng sự, 1969) 11

Hình 1.8 Việc rút ngắn cọc cE43 được đo trong thâng 6 năm 1964 đến thâng 3 năm1967 (Endo vă cộng sự, 1969) - - - cọ re 12Hình 1.9 Phđn bồ tải trọng trong cọc thí nghiệm (Endo vă cộng sự, 1969) 13

Hình 1.10 Phđn bố độ lún của đất vă cọc cE43 vă phđn bố tải trọng trong cọc cE43(Endo vă cộng sự, 1969) HH nọ Tă 14Hình 1.11 Mặt cat địa chất tại công trường Bôckebol (Fellenius 1972) 14

Hình 1.12 Công trường Backebol Tải trọng của cọc được đo từ kết thúc đóng cọc. aă.ăăaăaăaôađaÂẦÂúÂÂAẽAaă ::::1DD 15Hình 1.13 Công trường Bôckebol Phđn phối tải trọng trong cọc khi kết thúc đóng+9 16

Hình 1.14 Sơ đồ bồ trí nhóm 38 cọc (Okabe, 1977) ¿-2-5+s++e+cscz+szszeee 18Hình 1.15 Kết quả nghiín cứu của Okabe, 1977 [11] c.cccccccecccsssseeesssseseeesees 19Hình 2.1 Coc đơn chịu ma sât đm trong mô hình đất dẻo cứng -. 22

Hình 2.2 Coc đơn chịu ma sât đm trong mô hình đất dẻo đăn hồi 23

Hình 2.3 Đường cong sức khâng vă đường cong truyĩn tải trọng - 27

Hình 2.4 Nguyín tắc chuyền đôi từ ma sât đm sang sức khâng bín dương 28

Hình 2.5 Vị trí mặt phăng trung hòa . ¿- 2 2 252 5E+E+E+E£E£E£E+EeErErkrsrereee 30Hình 2.6 Mặt phăng trung hòa va lực dọc cho phĩp - - 5552 2cs+sc5+2 3lHình 2.7 Đường cong phđn bồ lực vă sức khang, biểu đồ chuyền Vi 32Hình 2.8 Mặt trượt giả thiết của Terzaghi - - + 2555252 E2 E2EcEeErrxrkrree 35HV: Trđn Hoăi Nam MSHV: 1570666

Hình 2.11 Phương pháp ÏDav1SSOII - - - G1133 11 139 101111 99 1 ng re43Hình 2.12 So đồ tính lún theo phương pháp tổng phân tố -. - 5-5:45Hình 2.13 Sơ đồ phân tán áp lực nước lỗ rỗng thang dư 5-55- 55+:47Hình 2.14 Mô hình chênh lệch của lưu lượng nước vào và lưu lượng nước ra 48Hình 2.15 Sơ đồ phân tán AU ¿-¿- - + 2 22121 E212 1112111511511 11 1111111111,48Hình 2.16 Quan hệ ứng suất biến dạng trong mô hình đàn dẻo - 54Hình 2.17 Mat giới hạn Mohr-Coulomb trong không gian ứng suất chính 56Hình 2.18 Xác định E,.; từ thí nghiệm 3 trục cố kết thoát nước -. - -: 58Hình 2.19 Xác định E,.g từ thí nghiệm nén cố kết 2- 5-55 +2 2£s+szc+2 59Hình 3.1 Mặt trắc doc cầu Cây Khô ¿-©- + S2 E23 3 E2 1 1211151131111 cxe, 62Hình 3.2 Mặt cắt địa chat MO M1 uu seeseesseesseesseesseesseesseesseesseesseesseesseesseeseneseseneees 63Hình 3.3 Mặt đứng m6 ]MI - - + << <3 S33 1 1151513151515 E1 11 ckrk.64Hình 3.4 Mặt cắt A-A m6 MI G- G11 919121 1E 19191511 111v vn neo 64Hình 3.5 Mặt băng bệ cọc m6 IMI ¿ ¿2E +Ek£k+E+E#ESEEEEEEEEEEEEEEEkrkrkrkrkrkred 64Hình 3.6 Biéu đồ quan hệ tải trọng và độ lún cọc thí nghiệm nén tĩnh 67

Hình 3.7 Nội lực trong cọc theo độ sâu c1 S111 1S v11 re 70

Hình 3.8 Cac Phase tính toán trong mô hình Plaxis 2ÏD «« «<+++s<+27]Hình 3.9 Kết qua ứng suất tiếp thân cọc - ¿252522222 E tr rkrkrkrrrree7IHình 3.10 Biêu đồ chuyển vị đầu cọc và tải trọng - Plaxis 2l -<- 72Hình 3.11 Cac Phase tính toán trong mô hình Plaxis 3ÌD - «<< «<272Hình 3.12 Kết quả lực dọc trục cọc - Plaxis 3ÌD + << sc+csEsEerererrererered 73Hình 3.13 Biêu đồ chuyển vị đầu cọc và tải trọng (Plaxis 3Ì) -<- 73Hình 3.14 Biéu đồ lực dọc trong cọc - PlaxIs 3ÌÖ Ă Ăn 74Hình 3.15 So sánh kết quả phương pháp phân tích sức chịu tải cực hạn của cọc 75

Hình 3.16 Mô phỏng ma sát âm mô hình Plaxis 2D và 3D - -«« «<276Hình 3.17 Các bước tính toán trong mô hình Plaxis 2D - +<<<<<+++77

Hình 3.18 Kết quả ứng suất tiếp thân cọc (Phase 1 - 6) - 2 2 252552552 78

Hình 3.19.Hình 3.20.Hình 3.21.Hình 3.22.Hình 3.23.Hình 3.24.Hình 3.25.Hình 3.26.Hình 3.27.Hình 3.28.Hình 3.29.Hình 3.30.Hình 3.31.Hình 3.32.Hình 3.33.Hình 3.34.Hình 3.35.Hình 3.36.Hình 3.37.Hình 3.38.Hình 3.39.Hình 3.40.Hình 3.41.Hình 3.42.Hình 3.43.Hình 3.44.Hình 3.45.Hình 3.46:

Các bước tính toán ma sat âm trong mô hình Plaxis 3Ù 79

Kết quả lực dọc trục cọc - Plaxis 3ÌÏD -ĂSSSsisssssseeeesss 79

Biểu đô thay đổi ma sát bên của cọc ở Phase 2 - 2 55555: 30Biểu đô thay đổi ma sát bên của cọc ở Phase 3 -55©5+: 81Biéu đô thay đổi ma sát bên của coc ở Phase 4 - 2 55555: 82Biểu đồ thay doi ma sát bên của cọc ở Phase Š 5- 555: 83Biéu đô thay đổi ma sát bên của cọc ở Phase 6 cccccesssssesseseseeseseseeeeees 84Biểu đồ lực doc trong cọc theo độ sâu -ẶẶ Sex S5Các bước mô phỏng ma sát âm theo cố kết đất nền -: 87Biéu đồ so sánh đường truyền tải của cọc theo độ cố kết của nén 88Biểu đồ so sánh ảnh hưởng ma sát âm đến sức chịu tải của cọc 89Phân bồ độ lún của nên theo các mức độ cố kẾT s5 5s+s£ss¿ 92Đường cong truyền tai trọng và phân phối độ lún của cọc va nên 94Biểu đồ so sánh kết quả giữa phương pháp giải tích và mô phỏng 95Ảnh hưởng cường độ tiếp xúc của cọc đối với lực dọc 96Ảnh hưởng độ cứng của cọc đối với lực dọc -ss+cz s5: 97Anh hưởng đường kính coc đối với lực đỌC se cscsxsesersesed 97Anh hưởng tai trọng trục đối với lực đỌC - se cscsxsesecsesesesees 9SMặt bang bồ trí nhóm 5 COC cecescesecsceceseseesscsceccessevscececeesevevscaceceeeeeess 99Các bước tinh tOán - - - << 1 1 1110000931111 9991110111 vờ 99Ma sát âm trong nhóm 5 cọc ứng với U=0% và U=85%o 99

Két quả luc dọc trục nhóm 5 coc có xét đến đất sau mô - 100

Ma sát âm trong nhóm 5 cọc ứng với U=0% và U=85% có đất dap 101Mặt bang bồ trí nhóm 9 CỌC c1 11121 1E 11181212 xe 101Ma sát âm trong nhóm 9 cọc ứng với U=0% và U=85% 102

Kết quả lực dọc trục nhóm 9 cọc có xét đến đất sau mô - 103

Ma sát âm trong nhóm 9 cọc ứng với U=0% và U=85% có đất đắp 104Biểu đồ so sánh ma sát âm trong nhóm cọc +-5-5- 5+2 5se: 105

HV: Trân Hoài Nam MSHV: 1570666

1 Ly do chọn đề tàiHiện nay ở nước ta nói chung Tp Hồ Chí Minh nói riêng có rất nhiều côngtrình giao thông được xây dựng trong vùng đất yếu có khả năng bị ảnh hưởng củama sát âm đối với móng cọc Hiện tượng này làm giảm khả năng chịu tải của cọc vàlàm tăng tải trọng tác dụng vào cọc, không những làm giảm tính kinh tế mà còn gâymat 6n định cho công trình.

Ngoài ra, tiễn độ xây dựng trong đô thị rất khắt khe, không có đủ thời gian chờcố kết Đánh giá ảnh hưởng ma sát âm đến sức chịu tải của cọc đơn và nhóm cọccủa móng mồ cau theo mức độ cô kết của đất nền là việc làm cần thiết

Hướng nghiên cứu của luận văn này là xác định ảnh hưởng ma sát âm đối vớicọc đơn và nhóm cọc dựa trên phương pháp mô phỏng phân tử hữu hạn sử dụngphan mềm Plaxis 2D và Plaxis 3D

2 Mục tiêu nghiên cứuMô hình tính toán sức chịu tải cọc khoan nhồi bang phương pháp phan tử hữuhạn với sự hỗ trợ của phan mềm Plaxis 2D và Plaxis 3D cho cọc don để xác địnhmức độ ảnh hưởng của ma sát âm đến sức chịu tải của cọc khoan nhỗi và so sánhvới phương pháp giải tích tính toán giá trị lực ma sát âm theo lý thuyết cỗ kết thắmTerzaghi và phương pháp truyền tải trọng của Fellenius

Nghiên cứu các tham số ảnh hưởng của ma sát âm đến sức chịu tải của cọcđơn từ phương pháp phân tử hữu hạn

Xác định ảnh hưởng của ma sát âm đối với các cọc trong nhóm từ phươngpháp phan tử hữu han

3 Đối tượng nghiên cứuĐề tài nghiên cứu ảnh hưởng của ma sát âm đối với cọc khoan nhỏi thuộccông trình xây dựng cầu bắc qua kênh Cây Khô tại xã Phước Lộc, huyện Nhà Be,TP.HCM.

4 Pham vi nghiên cứu

Nghiên cứu ảnh hưởng của ma sát âm đối với sức chịu tai của coc khoan nhồiđơn và nhóm cọc khoan nhdi trong vùng đất yếu khu vực huyện Nhà Bè, Tp HồChí Minh.

5 Phuong pháp nghiên cứuNghiên cứu lý thuyết các phương pháp tính sức chịu tải của cọc đơn và nhómcọc trong xây dựng công trình giao thông có xét đến ảnh hưởng ma sat âm của cáctác giả nghiên cứu trước đây và các quy trình thiết kế trong nước và ngoai nước

Sử dụng phần mềm Plaxis 2D và Plaxis 3D phân tích ứng xử giữa cọc và đấtbăng mô hình Mohr Coulomb

Kiểm nghiệm kết qua phân tích sức chịu tải cực han với thí nghiệm nén tinh ,thí nghiệm PDA.

Mô phỏng phân tích ảnh hưởng ma sát âm đến sức chịu tải của nhóm cọc.6 Y nghĩa khoa học của đề tài

Khi tính toán móng của công trình thì ta quan tâm đến khả năng chịu tải và độlún của móng có vượt qua độ lún giới hạn cho phép hay không Nghiên cứu tínhtoán sức chịu tải của cọc trong điều kiện đất yếu có xét ảnh hưởng của ma sát âmnhằm xác định sức chịu tải của cọc và tải trọng ngoài tác dụng vào cọc để từ đóthiết kế móng công trình hợp lý

Nghiên cứu độ lún của đất nền và móng cọc theo thời gian để từ đó thiết kếmóng hợp lý thỏa mãn điều kiện chịu tải công trình và không vượt quá độ lún giớihạn cho phép Làm tăng độ tin cậy khi thiết kế móng công trình

7 Tính thực tiễn của đề tàiTiến độ xây dựng trong đô thị rất khắt khe, không có đủ thời gian chờ có kết.Đánh giá ảnh hưởng ma sát âm đến sức chịu tải của cọc đơn và nhóm cọc của móngmô câu theo mức độ cô kêt của dat nên là việc làm cân thiết.

HV: Trân Hoài Nam MSHV: 1570666

1.1 Tông quan về ma sat âm

1.1.1 Khái niệm về ma sát âm

Ma sát âm xảy ra khi dat lin nhiều hơn cọc Nguyên nhân chính là sự cô kết củađất yếu do phụ tải đất dap, hạ thấp mực mước ngâm và tái cố kết đất sau khi đóngcọc Ma sát âm cũng xảy ra trong vật liệu kém dính không bị nén như sỏi phủ lênđất sét mềm Sự cố kết làm tăng ứng suất có hiệu của đất và làm tăng ma sát âm dọctrục cọc (Fellenius, 2006) Một nguyên nhân khác được báo cáo là sự nén chặt đất làdo rung động đất (Davison, 1993) Độ lớn của ma sát âm gia tăng trên cọc phụthuộc vào sự chuyển động tương đối giữa các lớp đất và thân cọc, độ nén đàn hồicủa cọc và ty lệ cố kết của các lớp đất chịu nén (Fellenius, 2006)

1.1.2 Điểm trung hòaĐộ lún của cọc do ma sát âm đến điểm cân bang mà tai đó các lớp đất ở phíatrên tạo một lực hướng xuống trong khi các lớp đất phía dưới tạo một lực hướng lêntác dụng lên cọc VỊ trí chuyển đôi giữa lực cắt âm và lực cắt dương được gọi là mặtphăng trung hòa (Hình 1.1) Nó cũng là vị trí không có sự chuyển dịch tương đốigitra cọc va dat va la diém ma coc chiu tai trong tối da Vị trí mặt phăng trung hòaphụ thuộc vào chiều dài cọc ngam trong đất (Fellenius, 2006) Trong các cọc chịutải thì mặt phăng trung hòa năm ở phía trên nên đất cứng một khoảng cách nhỏ.Trong khi đối với cọc nồi thì vị trí mặt phăng trung hòa năm phía trên mũi cọc Đốivới đất cứng như cát hoặc đá phong hóa, dịch chuyển giữa cọc và đất tương đối nhỏ,mặt phang trung hòa hoi dịch chuyển phía trên mũi cọc

Qa, - Tai trọng phục vu

R, — Suc khang mũi coc

Q, — Luc kéo xuốngR; — Sức kháng thành cọc

dn — Ma sát âm

r, — Sức kháng đơn vi dương thành cọc (Truong hợp đơn giản : qy = fr, )

1.1.3 Các trường hợp cần xem xét đến ảnh hướng của ma sát âmMa sát âm là một trong những yếu tô tác động tiêu cực đến hoạt động của móngcọc Lực ma sát âm trong cọc có thé phat triển lên đến một 1á tri rất lớn so với sứcchịu tải của cọc Johannessen va Bjerrum (1965), Bjerrum và các cộng sự (1969),Bozozuk (1972) đã công bố các kết quả nghiên cứu cho thấy lực ma sát âm đã vượtquá tai trong tac dụng cho phép của cọc Bjerrum và các cộng sự (1969) công bố kết

HV: Trân Hoài Nam MSHV: 1570666

khối gia tải và giá trị lực ma sát âm đo được là 4000 kN [2]Ở Việt Nam, hiện tượng ma sát âm trên cọc có thể là nguyên nhân chính dẫnđến sự cố nền móng của một số công trình xây dựng như :

Nha của khoa vật ly thuộc trường Dai học sư phạm Ha Nội sử dụng cọc đóngtiết diện 30x30 cm Do ảnh hưởng của hiện tượng hạ mực nước ngầm xung quanhkhu vực nhà máy nước Mai Dịch, móng của công trình đã bị lún làm hư hỏng kếtcầu bên trên

Một số chung cư và công trình công cộng tại khu vực Ngọc Khánh, ThànhCông và lần cận Một nhà máy tại khu công nghiệp Đình Vũ, Hải Phòng Sự cố cụcbộ xảy ra ở một cọc móng công trình ở Bà Ria-Viing Tàu.

Theo tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05 [3] phải xét đến các phát triển có thểcủa các tải trọng kéo xuống lên các cọc khi :

- Ở những nơi cọc năm dưới lớp đất sét, bùn hoặc than bùn.- Ở những noi đất đắp mới được dap lên trên bề mặt trước đây.- Khi mức nước ngầm bị hạ đáng kê

1.2 Tình hình nghiên cứu trên thế giớiĐã có rất nhiều các phương pháp tính toán ma sát âm đã được đề xuất, trong đócó thể phân thành 3 nhóm chính như sau : phương pháp kinh nghiệm (empiricalmethods), phương pháp truyền tải trọng (load -tranfer methods), phương pháp môhình phần tử hữu hạn.

Phương pháp kinh nghiệm dựa trên sự thay đôi ứng suất tiếp mặt bên của thâncọc, ứng suất tiếp này khi có ma sát âm sẽ chia thành 2 thành phần âm và dương,phân cách nhau bởi mặt phăng trung hòa Phương pháp truyền tải trọng sử dụngbiéu đồ truyền tải trọng dọc theo thân cọc để phân tích ứng xử của cọc và nhóm cọc.Phương pháp mô hình đất được sử dụng để phân tích mối quan hệ giữa cọc và đấtđồng thời dựa trên các mô hình đất nền như Mohr-Coulomb, Camclay và cácphân mềm phan tử hữu hạn (Abaqus, Plaxis );

Do đó để có những kết luận chính xác về hiện tượng ma sát âm và lựa chọnphương pháp tính toán phù hợp ta cần đánh giá được tổng quan nghiên cứu về hiệntượng ma sát âm.

Theo Terzaghi và Peck (1948) |4] hiện tượng đầu tiên về ma sát âm được quansát ở Ha Lan, nơi có nhiễu tòa nhà năm ở vùng đồng bang ven biển nằm trên cáccọc được đóng qua các tang địa chat rất yếu để ngam trên lớp cát Bat cứ nơi nào tạicông trường được dap một lớp đất dày trước khi đóng cọc, các tòa nhà được chốngđỡ bởi các cọc bị lún quá mức Chellis (1961) [5] cũng ghi lại một số sự cô sớmnhất của phá hủy cọc do những ảnh hưởng có hại của ma sát âm trên cọc từ nhữngnăm 1920 Nói chung, hầu hết các phá hoại nền móng được ghi lại trong tài liệu liênquan trực tiếp đến độ lún kéo cọc xuống quá mức do ma sát âm (ví dụ Brand, 1975;Inoue, 1977; Jacob va Kenneth, 1997; Yalcin, 1994) Trong các trường hợp ít phốbiến hon, sự cố kết cấu của coc, đặc biệt là cọc 26, do tải trọng kéo xuống quá mứccũng đã được báo cáo (Chellis, 1961 [5]; Kog, 1987 và 1990; Davisson, 1993) [6]

Bjerrum và cộng sự (1969) [7] đã giới thiệu một trường hợp nghiên cứu của 4cọc thép D300 mm được xuyên vào lớp đá cứng ở Na Uy Các cọc được đóngxuống chân cọc bị chối xuyên qua qua khoảng 20m đất sét bùn, trên đó có khoảngHV: Trân Hoài Nam MSHV: 1570666

hồ đo Hình 1.3 cho thay mặt cat dia chat và các cọc thí nghiệm Coc chính là cọc Avà cọc B Coc thứ hai được phủ một lớp nhựa bitum dày 1 mm để làm giam ma sátâm dọc theo thân cọc.

Pile: A D B Cc E

Enlorged pile points

Bentonite Bitumen Cathodic `

Elev +35 slurry coated protected

Orig sea - SAND ‘<: ees | porter là

bottom elev -35 |] GRAVEL SN SOON | A

3 1O ẤM Xã: HÍnG ° +? * % 2 * ei Ti la

= ~~ he ak afr

Bedrock—> ‘om Measurement point

\ 5 Enl d int` nlarged poin

biểu đỗ bên trái cho thay áp lực lỗ rỗng dư còn lại sau 18 tháng Bề mặt đất tại côngtrường bị lún xuống khoảng 160 mm trong thời gian quan sát 18 tháng.

Top of fill elev + 3.Orm

Hình 1.4 Phân bố ứng suất, áp lực lỗ rỗng du, rút ngăn cọc và phân bồ tải trọng

(BJerrum và cộng sự 1969)Sau khi đóng cọc không tác dụng ngoại lực lên đầu cọc tuy nhiên kết quả quantrắc sau 18 tháng cho thấy có lực nén lớn nhất dat 110 tan trong cọc, thí nghiệm nàychứng minh ma sát âm gây ra lực kéo xuống lớn nhất đạt 110 tan

Bảng 1.1 Tổng hợp nghiên cứu về ma sát âm ở Na Uy (Bjerrum và cộng sự 1969)Nguồn tài | Loại cọc | Điều L (m) d(cm) | Masát | Ghi chú

liệu kiện dat âm (tần)

nênJohannesen |Cọc ống |Sét yếu, 53 47 ~400 | Không&BJerrum thép, mũi |trầm tích quét

(1965) kín, đóng | biển hi 30 300 | bitum

vao da 4] 50 250

Bjerrum & |Cọc A :|7m đất ~30 30 120 KhôngJohannesen lông thép |lâp, sét quét(1969) mũi kín, |pha, cát bitum

đóng phachông

vào đáCọc B 27 30 10 Có quétcó mũi bitum

HV: Trân Hoài Nam MSHV: 1570666

mở rộngCoc D : 30 30 ~100 Khôngcó mũi quétmở rộng bitumBjerrum & | Hiện Sét trầm 57 50 300 KhongJohannesen | trường tích biến, quét(1969) Sorenga : yếu bitum

Coc GC,ống thépđóngchốngvào đáCoc D : x57 50 15 Co quétCó mo bitumrộng mỗi

Bjerrum và cộng sự (1969) nói rằng vì tải kéo xuống, tải trọng thiết kế thôngthường (120 tan) sẽ phải giảm 50% hoặc số lượng cọc được tăng gấp đôi Các giảipháp được thong qua là cọc được phủ bitum và trang bị lớp bảo vệ lớp phủ bitumcho các cọc khi đóng.

Tóm lược các kết quả chính của nghiên cứu cho thấy lực kéo xuống tối đa đốivới cọc thép dao động từ 20 tan đến hơn 400 tấn đối với cọc có độ dài từ 30 đến 60m Độ lún bề mặt đất cho những trường hợp này dao động từ 0 đến 2 m Các giá trịlực kéo xuống lớn đã làm ảnh hưởng đến sự quan sat và rang cường độ tải trọng lớnđã phát triển ở một dịch chuyền tương đối không đáng ké giữa cọc và đất

Endo và cộng sự (1969) [7] đã trình bay một nghiên cứu ở Nhật Bản về việcphát triển lực kéo trên bốn cọc thép có gan thiết bị đo trong thời gian ba năm Đặcđiểm địa chất tại khu vực bao gồm phù sa dày trên một con sông bị bồi đắp: một lớpcát mịn dày 10 m, sau đó là bùn đến độ sâu khoảng 25 m, tiếp theo là các lớp bùn vabột cát xen kẽ với độ sâu khoảng 44 m Áp lực nước lỗ rỗng tại khu vực này bị ảnhhưởng bởi việc bơm trong lớp bùn thấp hơn để lấy nước cho một nhà máy công

SETTLEMENT PORE PRESSURE — ¡

— 20 P= = sin JB} 48: isos,20.0 Ges

= Pip ae Loh doe

nen WE OB) Grae Dy RE HH,

& 25.0 SAGES EE ga — 24258} +8 2 0mŸ + +” ~ Sandy Boe Ly, -- Z7‡?.4 F‡4- 7 Sota S |! RIES St a

500 | TEST Total Blows by Vile Hummer : 56 1316 438 199)

| 10 2 D 40 EO y 60 70 RO PenetraLiun at the Last Blow[MMI: 3 % 2$ 10

Rebuund at the East Hlow(MTMI

Date uf [le bres tụ

Hình 1.5 Mặt cat địa chất và các cọc thíHình 1.6 cho thay một sơ đỗ phân bố cud

> Jane 2, 61i} KỤJune 5,64 June 8,64 June ì3, 64113 %

nghiệm (Endo và cộng sự, 1969)ng độ nén tự do Hình 1.7 cho thay SỐliệu áp lực lỗ rỗng tại công trường chỉ ra răng gradient thủy lực đi xuống là 32 mtrên 44m.

HV: Trân Hoài Nam MSHV: 1570666

UNCONFINED COMP STRENGTH(KG/CM2)

0 05 } 15 2 25 3

| BEFORE PILE DRIVE:

N ~— NEAR LOCATION OF PILES

+ AFTER PILE DRIVE:

—O- NEAR cE 43—@- NEAR oE 43SP —@-INSIDE OF oF 4310 —

DEPT H(M)

(a) Unconfined Compressive Strength

Hình 1.6 Cường độ nén tự do đối với độ sâu (Endo và cộng sự, 1969)

N-Values(S.P.T.) k /om?

fie 0 10 20 30 0 1.0 is “9

at _ ac Pore Pressure Distribution

54 ft aS —_ the Surface Water Level

Như đã thấy trong các biểu dé, các tác giả liên quan đến ma sát âm ới cường độnén tự do Tuy nhiên, trong văn bản, họ cũng dé cập rang ma sát âm theo sau sựphân bố ứng suất có hiệu tương ứng với hệ số beta 0,35 Hệ số mũi cọc không đượcđưa ra Các sơ đồ chỉ ra răng sức kháng mũi được dao động từ khoảng 80 tan đến160 tấn và tong sức kháng dọc trục được ngoại suy trên toàn bộ chiều dài cọc làkhoảng 500 tan đến 600 tan.

HV: Tran Hoai Nam MSHV: 1570666

AXIAL FORCE (TON) AXIAL FORCE(TON)STRE5S(KG;CM°) STRESS(KG/CM2)

100 200 300 100 200 300

500" 1000_* 1500” 2000 ¢ 500 1000

7 =k a ee |1 | ®-JUNE 1%4

Ho + O OCT 1964 |

10 |z| fi |! cEas } | —O—OCT, 1965 NN®! PA TT TT | On APR 196677]

15 ` } || ++-MAR 1967 \s | ` tà COMPUTED FROM qu/2! | | | | Ñ COMPUTED FROM qu/2Saf {*] ft ` TTTTTTT S rT tl

(a) Time v.s Stress Distribution on Pile- cE43 (b) Stress Distribution of each Test Pile

(672 Days after Driving).

Hình 1.9 Phân bố tải trong trong cọc thi nghiệm (Endo va cộng su, 1969)Hình 1.9 trình bày kết quả quan sát độ lún tại công trường kết hợp với các quansát độ lún cho cọc cE43 Dé chứng minh tầm quan trọng của việc nghiên cứu phânbố tải trọng và độ lún với nhau, sơ đồ phân bồ tải thé hiện trong hình 1.10 được lặplại bên cạnh sơ đỗ độ lún Độ lún của mặt đất sau hai năm là khoảng 130 mm và hầuhết độ lún xảy ra dưới độ sâu 20 m Như đã trình bày, các đường cong cho độ lúnđất và cọc giao nhau ở độ sâu khoảng 30 m, thiết lập mặt phăng trung hòa ở cùng độsâu như được tìm thay từ các phép do tải trọng trong cọc Tai mặt phang trung hòa,độ lún cọc khoảng 40 mm Đầu cọc bị lún khoảng 60 mm và trường hợp được trích

dẫn là một ví dụ điển hình về lực kéo xuống Mui cọc xuyên khoảng 20 mm vào lớp

bùn và cát vượt quá độ lún 20 mm xảy ra trong lớp đó dưới cao độ của mũi cọc.

a a ` k

: DAYS AFTER § S SSR on OF : ` „ \

SETTLEMENT OF b ( pe Z

a H i | AA

¿ (a) Time vs Stress Distribution on Pile- cE4s

Hình 1.10 Phân bố độ lún của đất va cọc cE43 va phân bố tải trọng trong cọc cE43

(Endo và cộng sự, 1969)Fellenius và Broms (1969) và Fellenius (1972) [7] đã trình bày một trường hoptừ Thụy Điển của cọc bê tông đúc sin D300mm đóng qua 40m đất sét và khoảng12m cát Các kết quả thu được sau năm 1972 được Bjerin công bố (1977) Mặt catđịa chất được thể hiện trong hình 1.11

Hình 1.11 Mat cắt địa chat tại công trường Bäckebol (Fellenius 1972)

HV: Trân Hoài Nam MSHV: 1570666

Chiều dày lớp sét yếu lên đến 40m, với độ âm tự nhiên gần lớn hơn giới hạnchảy, dưới cùng là một lớp cát Với địa chất trên móng cọc thi công ở khu vực nàysẽ chịu ảnh hưởng của ma sát âm rât lớn.

Second load 2 m thick fill Last of records

placed on piles placed over site from Pile PII

- = * We & V6

M3 M7

M2 M6M1 M5

FORCE AT LOAD CELL (KN) ndreregeop © - -on-ÉP

M4

0 1,000 2,000 3,000 4,000 5,000

DAYS AFTER END OF DRIVING

Hình 1.12 Công trường Bäckebol Tải trọng của coc được do từ kết thúc đóng cọc.Mỗi cọc được lắp 4 thiết bị đo áp lực dọc thân cọc như hình 1.12, kết quả nộilực được ghi nhận liên tục và biểu diễn bằng biểu đô hình 1.12 Vẽ lại biểu đỗ nộilực dọc thân cọc theo độ sâu ở các thời điểm khác nhau ta được biéu đồ hình 1.13.Biểu đồ hình 1.13 cho thấy ngay sau khi kết thúc đóng cọc thì không xuất hiện masát âm.

sát âm có thể bị khử nếu độ lún của cọc vượt quá độ lún của nên Nhưng trong dài

hạn, độ lún cỗ kết của nền đất yếu luôn vượt qua độ lún của cọc, và gây lực kéoxuống rất lớn trong cọc

Cho đến nay, hầu hết các thử nghiệm hiện trường đã được thực hiện trên cáccọc đóng với việc thí nghiệm hiện trường vô cùng hạn chê được tiên hành trên các

HV: Trân Hoài Nam MSHV: 1570666

cọc khoan nhồi đồ tại chỗ Nguyên nhân có thé là do khó khăn của thiết bị đo ma satâm trên cọc khoan nhôi; trong khi ngược lại, thiết bị đo đạc và lắp đặt cọc bê tôngđúc san thì gon gang và dé quản lý hơn Khi nói đến việc xem xét ma sát âm trêncọc khoan nhôi, thường dựa trên kiến thức thu được từ cơ sở đữ liệu được tích lũytừ sự hiểu biết về ma sát âm trên cọc đóng Có 2 trường hợp nghiên cứu ma sát âmtrên cọc khoan nhỏi như sau :

Mohan và cộng sự (1981) [8] đã tiến hành một thử nghiệm thực địa trên mộtcọc khoan nhồi bê tông đồ tại chỗ chịu ma sát âm Các cọc có đường kính 43 cm vàchiều dài chỉ 5 m cắm vào đất sét sâu ven biển Đầu cọc được giữ cố định bang cachgiữ nó từ một cái móc va ma sát âm được tao ra băng cách chất tải mặt đất xungquanh cọc Giá trị B được quan sát tăng lên với cường độ chất tải và dao động từ 0,1đến 0,15, nhỏ hơn so với báo cáo trong tài liệu Việc thi công cọc khoan nhồi băngbùn bentonit có thé làm giảm giá trị B Ngoài ra, hiệu ứng Poisson có thé đóng mộtvai trò quan trọng trong việc làm giảm giá tri B khi cọc thu được giữ ở đầu cọc vàchịu lực kéo xuống của đất sét yếu dưới tải trọng chất tải Kịch bản tải như vậy làkhác nhau từ một cọc để có ma sát âm thực tế ở hiện trường khi cọc được nén(Fellenius, 1984).

Bhandari và cộng su (1984) [9] đã bao cáo mot thử nghiệm hiện trường kháctrong đó cọc nhdi đúc tại chỗ có đường kính 66 cm với tong chiéu dai 28,4 m duoc

khoan qua 3m dat dap, 0,5 m cat, 14,5 m dat sét yếu và mũi cọc căm vào đất sét

cứng và đá phong hóa Ma sát âm được tạo ra bằng cách tải mặt đất xung quanh cọctrong các giai đoạn Độ lún mặt đất tăng do thoát nước theo phương đứng của cát.Giá trị a quan sát nam trong khoảng 0,46 đến 0,53 với giá trị trung bình là 0,5 Giátri B được xem là khác nhau giữa 0,2 và 0,24 Không có thông tin vỀ sự phát triểncủa ma sát âm với thời gian và vị trí của điểm trung hòa được đưa ra

* Ma sát âm trong nhóm cọc :Okabe (1977) [10] đã công bố kết quả nghiên cứu quan trắc dài hạn sự pháttriển của ma sát âm trong nhóm 38 coc Các cọc đóng với đường kính D=0.7m,khoảng cách các tim cọc là 2.2D (hình 1.14) Trong đó có 14 cọc bảo vệ, đó là

những cọc bao xung quanh nhóm và không liên kết với đài cọc 24 cọc còn lại liênkết cứng với đài Kết quả quan trắc cho thấy hiệu ứng nhóm đạt khoảng 85-88% ởnhóm cọc phía trong, hầu như không xuất hiện ma sát âm ở các cọc được bảo vệ.Hiệu ứng nhóm của các cọc bảo vệ đạt khoảng 51% và lực kéo xuống đạt khoảng605 kN ở đầu cọc

® ®® O &

& $

Hình 1.14 Sơ đồ bố trí nhóm 38 cọc (Okabe, 1977)Ngoài ra còn nhiều nghiên cứu khác về ma sát âm trong nhóm cọc sử dụngnhiều phương pháp khác nhau như mô phỏng phan tử hữu hạn, sử dụng mô hìnhquay ly tâm thu nhỏ Tuy nhiên kết quả nghiên cứu ảnh hưởng ma sát âm trongnhóm cọc vẫn chưa có được kết luận chung Ví dụ như khoảng cách bỏ qua ảnhhưởng của ma sát âm trong nhóm rất khác nhau: 2.5D (Koerner andMukhopadhyay, 1972) 3.5D (Tomas, 1998) 6D (Lee, 2002) Một số nghiên cứu thìcho rang các cọc năm bên trong nhóm thì có thể bỏ qua ma sát âm (Okabe, 1977)trong khi (Little, 1994) thì kết luận ma sát âm bên trong nhóm cọc có thể phát triểnlớn hơn nhóm ngoài cọc Những kết luận mâu thuẫn trên cho thấy răng ma sát âmtrong nhóm cọc là một van đề rất phức tạp cần thực hiện nghiên cứu để làm rõ hơnvân đê này.

HV: Trân Hoài Nam MSHV: 1570666

Pile cap | Protection pile

i: Inner pile p= 250 kPa

® C© © C© © ® @ Protection pile ¬ S211Piles (c and |) > > ~ > D=15m

u=0425

®@ ‹› © © © @ E=5MPa®e e® 6e 9 6 6 cóSandy gravel layer

Field measurement by Okabe (1 877) ——T

mức 0.20 + 0.25 kg/cm” Hạn chế của các thí nghiệm nêu trên là chúng được thực

HV: Tran Hoai Nam MSHV: 1570666

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYÉT

2.1 Các phương pháp phân tích ma sát âm

Có nhiều phương pháp để ước tính vị trí của mặt phăng trung hòa và độ lớn củatải trọng kéo xuống trong nhiều thập ký Các mức độ đơn giản hóa khác nhau cóliên quan đến việc tính toán Matyas và Santamarina (1999) [12] đã đề xuất haiphương pháp phân tích, cụ thé là mô hình dẻo cứng và mô hình dẻo dan hdi

Trong mô hình dẻo cứng, có các giả định như sau :+ Sức kháng bên 4m , sức kháng bên dương và sức kháng mũi đều được huy

động hoàn toàn đến điều kiện cực hạn.+ Sức kháng mũi và sức kháng bên don vị tăng tuyến tinh theo độ sâu.+ Ma sát âm đơn vị (qn) va ma sát dương (r,) là giỗng nhau ở cùng độ sâu,

tức la qn = az =r, = bz

OZ

Q, = 2 Foe (2.1)

2A ư.D”

R= —— (2.2)Trong đó :

D: Chiều dài cọc ngàm vào đấtZp : chiều sâu mặt phang trung hòaQ, : Ma sát âm của cọc trên mặt phang trung hòaRy : Sức kháng bên cực hạn trên toàn bộ chiều dài cọc.a: Tỷ lệ sức chịu tải cực hạn với sức kháng bên cực hạn

R Q

Z =Dx |—_|_-<+NP “| val a (2.4)

Trong đó :R, : Sức chiu tải cực hạn của coc ;

R =R,+R,, (2.5)

Rw : Sức kháng mũi cực hạn cua cocQ, : Tải trọng tác dụng vào đỉnh cọcTrong mô hình dẻo đàn hồi, có các giả định như sau :

+ Các cọc là cứng và không thé nén được+ Độ lún các lớp đất là tuyến tính đạt tối đa tại bề mặt đất và giảm theo độ

sâu.

HV: Trân Hoài Nam MSHV: 1570666

+ Sức kháng bên âm va sức kháng bên dương được huy động tối đa trongđiều kiện cực hạn ngoại trừ tại vùng chuyền tiếp ở mặt phăng trung hòa.

/ J 2-2.D) i

/ /Hình 2.2 Cọc đơn chịu ma sát âm trong mô hình đất dẻo đàn hồiCó 3 hệ số không thứ nguyên được đưa ra để mô tả các đặc điểm biến dạng củađỉnh coc, mũi cọc và than cọc 3 hệ số la:

t r ` A ° Ke ow ~* ` A ~*

Y= << , Trong đó : dy là chuyên vi tương đôi giữa mũi coc va dat tai mũicoc được yêu câu dé tao ra sức khang mũi coc.

2.2 Sức chịu tải của cọc băng phương pháp truyền tải trọng theo Fellenius2.2.1 Sức kháng bên [13]

Công thức xác định sức kháng ma sát bên đơn vị cực hạn r, (Phương pháp ÿ):

r=c + Bo, (2.7)Trong đó :

c’ : Lực dính có hiệu giữa đất và cọcB : Hệ số Bjerrum-Burland (hệ số ứng suất có hiệu)o’, : Ứng suất hiệu quả

Tổng sức kháng bên từ độ sâu 0 đến độ sâu z được tính theo công thức sau:

R,=[ A4 = | A,(c + 8ơ;)đ: (28)

Trong đó :R, : Tổng sức kháng bênA, : diện tích xung quanh cọc ở độ sâu z

B : Hệ sô ứng suât có hiệu

HV: Trân Hoài Nam MSHV: 1570666