Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng: Phân tích ảnh hưởng của khối đất đến ứng suất và biến dạng móng cọc khoan nhồi của mố cầu

Vì vậy, vấn đề nghiên cứu, phân tích ảnh hưởng của khối đất đếnứng suât và biên dang cua mong cọc mo cau là điều hêt sức cân thiệt.Mục tiêu của luận văn là khảo sát ảnh hưởng của đất dap

NGUYÊN DUY LUẦN

PHAN TÍCH ANH HUONG CUA KHOI DAT DENUNG SUAT VA BIEN DANG MONG COC KHOAN NHOI

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

Cán bộ hướng dẫn khoa hoc : TS Lê Bá Khanh

Cán bộ cham nhận xét 1 : PGS.TS Lê Thị Bích Thủy

Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng khoa

PGS TS TRAN VĂN MIEN

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIEM VỤ LUẬN VAN THẠC SĨ

Họ tên học viên: NGUYÊN DUY LUẦẨN MSHV: 7140675Ngày, tháng, năm sinh: 29/09/1992 55555555552 Nơi sinh: Cà MauChuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng Công trình giao thông MN: 60 58 02 05I TÊN DE TÀI

PHAN TICH ANH HUONG CUA KHÔI DAT DENUNG SUAT VA BIEN DANG MONG COC KHOAN NHOI CUA MO CAUIl NHIEM VU VA NOI DUNG

1 Nghiên cứu tong quan về sự cỗ ở vùng chuyén tiếp cầu - đường (sự cố của nềndap và sự cô của kết cau mô)

2 Nghiên cứu tổng quan vé lý thuyết tính toán ồn định - biến dạng của hệ mồ - đấtdap xung quanh mố

3 Nghiên cứu & ứng dụng phần mém ANSYS để phân tích ồn định - biến dạng củahệ mồ - đất dap xung quanh mồ (Xây dựng mô hình phan tử hữu han, áp dụng môhình đất Mohr-Coulomb và phan tử tiếp xúc dé phân tích, nhận xét - kết luận).Ill NGÀY GIAO NHIỆM VU : Ngày 11 tháng 01 năm 2016IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : Ngày 04 tháng 12 năm 2016CÁN BỘ HƯỚNG DÂN CHỦ NHIỆM BỘ MON TRƯỞNG KHOA

CÂU ĐƯỜNG KY THUẬT XÂY DUNG

TS LE BA KHANH TS LÊ BA KHÁNH PGS TS NGUYEN MINH TAM

-I1-LOI CAM ONQua một thời gian dai hoc tập va nghiên cứu, em cam thay minh truong thanhhon vé những kiến thức đã được học Đặc biệt là trong lĩnh vực mô hình mô phỏngsử dụng phần mềm phân tích kết cau ANSYS Mechanical APDL Dé có được nhữngkiến thức mới và sâu rộng hơn chính là nhờ các Thầy Cô của khoa Kĩ thuật xây dựngnói chung va bộ môn Câu đường trường đại học Bách Khoa nói riêng Đó là nhữngkiến thức không thé thiếu dé giúp em hoàn thành tốt luận van này

Với lòng tri ân sâu sắc nhất, em xin chân thành cám ơn tat cả các Thay cô đãgiành tâm huyết của mình qua các bài giảng, tiểu luận môn học và truyền cho emnhững kinh nghiệm vô cùng quý giá để không chỉ thực hiện luận văn mà còn là thựctế đi làm sau khi ra trường

Và một điều rất quan trọng, luận văn có được như ngày hôm nay là nhờ vaosự hướng dẫn tận tình, không chỉ về kiến thức mà còn chỉ bảo từng câu văn, nét chữcủa Thầy TS Lê Bá Khánh Thây đã đưa ra những hướng đi đúng đắn và giúp emvượt qua những khó khăn trong luận văn Em biết rằng chỉ với lời cảm ơn thôi thìkhông thể đáp lại những gì mà Thầy đã cho em Nhưng với lòng biết ơn chân thànhvà sâu sắc nhất, em xin cảm Thay vì tat cả mà Thay đã giúp đỡ em

Xin cảm ơn Ba mẹ, cô Năm và gia đình luôn ủng hộ và động viên con trongnhững lúc khó khăn nhất

Xin cảm ơn các anh chị, các bạn thân thuộc hỗ trợ tôi trong suốt quá trình làmluận văn.

Cuối cùng, xin dành những lời chúc tốt đẹp nhất đến tất cả mọi người

Trân trọng

Nguyễn Duy Luân

TÓM TẮT LUẬN VĂNXây dựng công trình ở khu vực có địa chất yếu thường gặp rất nhiều khó khăn.Xây dựng mồ cau trên nên đất yếu là một trong những khó khăn cần được xem xét,tính toán kĩ lưỡng Vì vậy, vấn đề nghiên cứu, phân tích ảnh hưởng của khối đất đếnứng suât và biên dang cua mong cọc mo cau là điều hêt sức cân thiệt.

Mục tiêu của luận văn là khảo sát ảnh hưởng của đất dap đến ứng suất — biến dạngcủa cọc khoan nhôi trong móng coc của mồ cau Luận văn áp dụng phương pháp phantử hữu hạn dé phân tích trạng thái ứng suất bién dang của cọc đơn chịu tải ngang Cocvà đất nền được mô hình hoá bang phan tử khối 3D Ứng xử chảy dẻo của đất tuântheo mô hình Mohr - Coulomb Cặp phân tử đối tiếp xúc được dùng dé mô phỏng tiếpxúc cọc dat.

Kêt luận chính của luận văn và kiên nghị:+ ANSYS 17.0 có nhiều bố sung dé mô hình hoá ứng xử của đất được tốt hon.Đề đảm bảo sự chính xác của mô hình khảo sát, khi mô hình hoá tương tác cọc — đấtnền nên dùng các mô hình ứng xử của đất như Mohr - Coulomb và phan tử tiếp xúc.Khi mô hình tương tác cọc — đất sử dụng các mô hình ứng xử của đất có thể giúp choviệc thiết kế chính xác hơn, tiết kiệm chỉ phí

+ Hướng nghiên cứu tiép theo, tác giả kiên nghị mở rộng nghiên cứu mô câuvới các cách bô trí cọc đa dang hơn (cọc bô trí không đôi xứng, cọc xién, )

Construction in soft soil area have a lot of difficults Construction abutments onsoft ground is one of the difficulties that need to be considered and carefullycalculated Therefore, analyze the impact of the land mass to stress and deformationof pile foundation of abutment is essential.

The aim of thesis is to evaluate influences of simplified ground model forcaculate single pile subject to lateral impact load The thesis use finite elementmethod to analysis stress- strain state of single pile subject to lateral load Pile andground is simulated with 3D soild elements by using ANSYS software Plastic flowbehaviour of soil abide by Mohr — Coulomb model rules Contact of pair is used tosimulate soil — pile interaction.

Conclusion and recommendations:

The analytical results show that a certain influence on work of pile suject tolateral load with simpilied ground model.

Subsequent research, the author proposes to expand research abutment pileslayout with more diverse (asymmetric layout piles, piles skewers, )

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn Thạc sĩ này là công trình nghiên cứu của tôi Cácsố liệu trong luận văn là trung thực va có nguồn gốc rõ ràng Các kết quả luận vănchưa từng được công bố trên bat cứ công trình khoa học nào Tác giả hoàn toàn chịutrách nhiệm về tính xác thực và nguyên bản của luận văn

Trân trọng

Nguyễn Duy Luân

-VIl-MỤC LỤCABSTRACTT 5c S111 1511215151115 11151111 1115111511111 1111111111110 T101 1111 1 20 VLOI CAM ĐOAN 05c c n1 1 11 1212111101211 11 012111101 110101 110111 111111111112 re vi10909 2 viiDANH MỤC CÁC BẢNG 5: c2 1 E1 111511111115 111111 1111111111111 11 11 cxe xiiiDANH MỤC CÁC HÌNH - 2E S221 E9 523 15E5E3E1111111511111511 1111 te XVCHUONG 1: TONG QUAN VE VAN DE NGHIÊN CỨU - 52 2s sx+xss2 |l.I — Giới thiệu S.-5C SH 2T TH TH T1 101111111111 |1.2 Tổng quan về sự cô của nên dap sát m6 và của mỒ - - - +s+c+c+x+escse |1.2.1 Tổng quan về mồ cầu và các tác động vào móng m6 cầu |1.2.1.1 Mố cầu [2] -cec 15151515151 515151515151 11111111111 1 EEEEErkrkrkrkd |1.2.1.2 Các tác động tương tác giữa đất va cọc khi cọc đi qua lớp đất yéu.21.2.2 — Các hiện tượng sự cô về mồ cầu và công trình tương tự 61.2.2.1 Sự cố cầu Xáng Củ Chi, Tp Hồ Chí Minh [5] s55: 61.2.2.2 Sự cố cầu Trường Phước [5] «+ + +k+k+k+E#E#EeEeEeEererrerees 61.2.2.3 Sự cô đường dau cầu Thông Luu, QL 1, Tinh Tiền Giang [5] 71.2.2.4 Sự cô mồ cầu Kinh Ngang, Quận 8, Tp Hồ Chí Minh [6] 71.2.2.5 Sự cô mất ôn định chuyển dich móng cọc mồ câu Ky Hà IV [6] 81.2.2.6 Sự cô sập mồ cầu Trà Nién, Cần Thơ [5] - 5s 5s se: 91.2.2.7 Sự cô cầu An Nghia trên đường Nha Bè, Cần Giờ [5] 101.2.2.8 Sup mồ cầu dây văng Binh Phong Thạnh ở Long An 111.2.2.9 Nhận xét về chung về sự cỗ mỗ cầu ở khu vực Tp HCM & Đồngbăng sông Cửu Long - - - k1 E1EE9E9E5E E111 121211 1111111111111 1xx 111.3 Tinh hình nghiên cứu trên thé giới s ss++k+k+k+k+E#E#E#EeEeEeEsrerrerees 111.4 Tình hình nghiên cứu trong HƯỚC - 55 55222222233 3%335555555511EEsssesee 141.5 Nhận xét của chương Lou cccccceesssssssssssceeeeeeecceeeeeseeessssseeaaaeeeseeeeeeeeees 16CHUONG 2: CO SO LY THUYET cicccccccccccceccssssssesessessssseesessessessessessessessessesseeseesees 17

-VIII-2.1 Phuong pháp tính toán coc chịu tải trọng ngang [22 ] - -«<- 172.1.1 Phương pháp WinkÏ€r - S222 99010100 1 v1 1v ng 182.1.2 Phuong pháp đường Cong D - y - xxx ng 192.2 Mô hình đàn hồi tuyến tính (Linear ElastiC) - - 5 + +E+Esesesrerereei 212.3 Mô hình Mohr - Coulomb (MC) [23] ou eee cccssssssccceeecceeeeessseesssseeeeeees 21ch ca nhe 222.3.2 _ Thế năng của đất [24] - «+ k1 1E Exvrrrrves 252.3.3 Các thông số cơ ban của mô hình Mohr — Coulomb s 272.3.3.1 Mô đun đàn hôi (E) [25] -¿- 6 + +E+ESEExEEvkekekekeeeeeeeeeree 272.3.3.2 Hệ số Poisson (V) tt HT HT H1 H111 11 11x ru 292.3.3.3 Lực dính, góc ma sát trong (C, ()) - + sseeeeess 302.3.3.4 GOC QIAN NO ((ƒ) ST TS 000 0 1 11 vn re 3324 Phần tử tiẾp XÚC L- tt HT TH H111 11T greg 332.5 Khái niệm về phân tích phi tuyến (Analysis Type) - sex: 342.5.1 Khái niệm vẻ phân tích phi tuyẾn 6xx +k+k£E#E+EeEeEererererees 342.5.2 Phuong pháp Newton-Raphson << <1 111 ereeeseesssssss 362.5.3 Tiêu chuẩn hội tụ và sai SỐ c-5cccctcrrrrrrrrirrrirrrrrrrrrrrriee 372.6 Nhận xét của chương 2 -cc 1110110111111 101 111 11v vn ng v2 39CHƯƠNG 3: PHAN TÍCH THAM SÓ -5-5cc2ccccxtsrterrrrrrrrrrrrrrrrrrrree 403.1 Giới thiệu đối tượng nghiên cỨU - + EEExSxSkSkSkSk cv EEeErEerersrrecee 403.2 Phương án phân tÍch - 5 2333313323299 1 11111111111 111888235 1111111 re ree 423.3 Mô hình phan tử hữu hạn bằng Ansys MAPDL V17.2 - -c+cscscse 433.3.1 Giới thiệu về phần mềm ANSYS c-ccttSctckcvckevekrererree 433.3.1.1 Giới thiỆU G SH TH kg 433.3.1.2 Trình tự giải phần mềm ANSYS <5 Sex eeeeeeeree 433.3.2 Mô hình hoá băng AINSYS G111 E11E5 5E 11111 xxx 443.3.2.1 Loại phân tử (Element Typ€$) + s sex eeeeeeeesree 443.3.2.2 Thuộc tính vật liệu (Material ProperfieS) -<<++<<s+++2 45

3.3.2.3 Mô hình (Modeling) -cc 1111111111 1111933111111 1 1 tre 483.3.2.4 Chia lưới mô hình (Meshing) << << 5555 xessesssssss 493.3.2.5 Điều chỉnh đánh số nút phan tử - - + + +x+x+x+x+xeeeesesese 513.3.2.6 Tải trong (Loads) ccccccccccccccccccesssssesssssscceeeeeecceeesesesssssssseaaaeeeeeees 523.3.2.7 Điều kiện biên (Boundary ConditiOnS) - - -sss+s+esesesesese 533.3.2.8 Kiểu phân tích (Analysis TTyp), -. «+ sex ekeeeeeeeesree 543.4 Bài toán so sánh, kiểm tra sự van hành của chương trình ANSYS 5S3.5 Kết quả phân tích «<3 E11 E191915 11111111 1 11v greg 563.5.1 Các trường hop phan tÍch + + 1111111111111 g3 182332 563.5.2 Két quả phân tích các trường hỢp - + + E xsxskckckekexeeeeeeeree 583.5.2.1 Truong hợp 1P_ LL (1 cọc tải ngang) . - <2 583.5.2.2 Trường hop IP (1 cọc tải đỨứng) << <cccsssseesesssssss 633.5.2.3 Trường hop 2P_ 4D (2 Coc, tải đứng, khoảng cách cọc 4D) 683.5.2.4 Trường hợp 2P_ 3.5D (2 Coc, tải đứng, khoảng cách coc 3.5D) 713.5.2.5 Trường hợp 2P_ 3D (2 Coc, khoảng cách cọc 3D) 743.5.2.6 Trường hợp 2P_ 2.5D (2 Coc, tải đứng, khoảng cách cọc 2.5D) 773.5.2.7 Trường hợp 2P_2D (2 cọc, tải đứng, khoảng cách cọc 2D) 803.6 Nhan xét chương 32 cccccccceessssssssnscceeeeeeceeeeeseeeesseseeeeeeeeceeeeeeeeeeeeaas 84KET LUẬN VA KIÊN NGHỊ - 256 22315 EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEErkrkrrrred 85KẾT LUẬN - - 2E 22 SE 1 E5 1 1515112121511 1111 1111111111111 1101111101011 1111k 85KIÊN NGHỊ, - - 52213 1515 1215151111111 1111111511 1511 0101111111011 11 E11 cv 85DANH MỤC CÁC CONG TRINH KHOA HỌC DA CÔNG BO 86Lý LICH TRÍCH NGANG - 5S 2S SE 9 SE SE 1911111111515 1111111311111 1e 87TÀI LIEU THAM KHẢO -.- ca 3e S3 E83 E8ESESEE8ESESEESESESEEEErESEEeErkserseresered 88

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHU VIET TAT

Kí hiệu Giải thíchCmob lực dính động giữa lớp đất dap và lớp đất yếu.Ys dung trọng của lớp đất yếu

Ka, Kp hệ số áp lực chủ động và bị độngFp lực ngang trên một đơn vị mồ cầuHp tong luc cắt tại đỉnh coc của coc trước và coc sauS khoảng cách giữa hai cọc trong cùng hàng cọcDm áp lực ngang tác dụng lên cọc

q tải trọng tác dụng lên lớp đất yếud đường kính cọc

Gm mô đun chống cat của dat yếu ở độ sâu giữa lớp dat yếuGr mô dun chống cắt của vùng đất xung quanh cọc

h chiều dày lớp đất yếuEp Ip độ cứng chống uốn của cocCụ sức chong cắt không thoát nướcEp mô đun đàn hồi của cọc

Q tải tac dung lên cocIp mô men quán tính tiết diện cọcd đường kính cọc

W phản lực của đất trên đơn vị chiều dài cọc (tải phân bó)p áp lực đất tac dung lêm cọc

Kn hé s6 nén ngang cua datu chuyển VỊ ngang của cọc tại điểm x đọc theo chiều dài

của cọc.Put suc khang cực hạn của đất trên đơn vị chiều dai cọc

Y50 biến dạng ở 50% sức kháng cực hạn của đất

À, một số vô hướng dương

luc dinh don vi cua datgóc ma sát trong của datứng suất chảy của thépmô đun dan hồi của thépcường độ chịu nén của bê tôngmô dun đàn hồi của bê tôngkhối lượng riêng của bê tôngđường kính cọc khoan nhồimô men quán tính của cọcbán kính cọc

tải ngang tác dụng lên đầu cọcmô men tại chân cọc

ứng suất cọcchiều dài cọckhoảng cách từ trục trung hòa đến thớ chịu kéo (nén)diện tích mặt bên đài cọc

tải trọng ngang phân bố đặt vào mặt bên đài cọc

Giải thíchPhương pháp phan tử hữu hạnMô hình 1 coc, tải ngangMô hình 1 coc, tải đứngMô hình 2 cọc, tải đứng, khoảng cách cọc 4DMô hình 2 cọc, tải đứng, khoảng cách cọc 3.5DMô hình 2 cọc, tải đứng, khoảng cách cọc 3DMô hình 2 cọc, tải đứng, khoảng cách cọc 2.5DMô hình 2 cọc, tải đứng, khoảng cách cọc 2DMô hình đất Linear — Elastic, đất dính chặt với cọcMô hình đất Mohr — Coulomb, đất dính chặt với cọc

-XIII-DANH MỤC CAC BANGBảng 1.1 Chuyển vị của m6 cÂU - E5 E911 E1E1515111 111211 8Bảng 1.2 Giá trị chuyển vị va mô men lớn nhất tính theo TCXD 205-1998 và tínhtheo phần mềm FB Pier [ 19 ] ¿6E EE#E#E9E#E#EEEEEE SE v#EEEEEgEeEererererees 15Bảng 2.1 Các tham số của mô hình Mohr-Coulomb - 5 + £+s+EsEsEsEerezee: 27Bang 2.2 Xác định E từ kết quả thí nghiệm SPT và CPT 5-5 cscscexezxd 28Bảng 2.3 Hệ số Poisson của Gat: ccccsccccscsssssssssssscsssesesesecesscscesessvsvevevsvevevevsesteeeen 29Bảng 2.4 Các dạng tiếp xúc được dùng trong ANSYS [26] [27] -s: 34Bang 2.5 So sánh phương pháp Incremental (Cộng dồn) va Newton - Raphson 36Bang 2.6 So sánh phương pháp Full Newton - Raphson va Newton - Raphson 37Bang 3.1 Quy ước cach đặt tên các mô hình khảo sát - 5555 <<<<<<<s+++2 42Bang 3.2 Quy ước đặt tên các trường hợp phân tích <5<<<<<<<<++++2 42Bảng 3.3 Lập các phương án phân tÍch - 555 2233333333333 xxxsrrses 42Bảng 3.4 Loại phần tử cho mô hình + << SE #E£E#E£ESESEeEEEkrkrerrerees 44Bảng 3.5 Vật liệu dai coc và cọc (Bê tông cốt thép — Linear Elastie) 45Bang 3.6 Vat 8i19ì00/:2 017175757 4 45Bang 3.7 Thông số các lớp đấtt - - - -cststE ST 1111111111111 111 46Bang 3.8 Khai báo thuộc tính vật liỆU -G- S22 2221111113335 111111 xxsrrrree 46Bảng 3.9 Kích thước các đối tượng - «<1 E111 E111 rrereeo 49Bang 3.10 Thuộc tính lưới cho mô hình 55555522 *++++22555555555xxesesss 49Bang 3.11 Kích thước đặc trưng của phan tử: - + + xxx ckeveeeeeeeree 50Bảng 3.12 Điều kiện biên mô hình + se SE #EEEEEEESESESEEEkEsrerererees 54Bảng 3.13 Dòng lệnh thiết lập cho trường hop phân tích tuyến tính 54Bảng 3.14 Dòng lệnh thiết lập cho trường hop phân tích phi tuyến 54Bang 3.15 Hộp thoại phi tuyén “Non linear” va thiét lap tiéu chuẩn hội tu, sai số619211002755 aa ae 55Bảng 3.16 Hộp thoại thiết lập các thông sô nâng cao 5-5 + k+esesEsEererees 55Bảng 3.17 Bang các vị tri Khao Sát c cc c 001 10111111111198233 11111111 ve 57Bang 3.18 So sánh chuyển vị cọc, ứng suất cọc, ứng suất đất trường hop IP_LL, IP

“XIV-Bảng 3.19 So sánh chuyển vị ngang đầu cọc, 2P 4D cscsksesesrsrerrees 69Bảng 3.20 So sánh ứng suất nén lớn nhất của cọc, 2P 4D ¿5s sec: 69Bảng 3.21 So sánh tỉ số chéch lệch ứng suất giữa 2 lớp đất, 2P_4D 70Bảng 3.22 So sánh chuyển vị ngang đầu cọc, 2P 3.5D -cscsccsrsrererees 72Bảng 3.23 So sánh ứng suất nén lớn nhất của cọc, 2P 3.5D 55655: 72Bảng 3.24 So sánh tỉ số chéch lệch ứng suất giữa 2 lớp đất, 2P 3.5D 72Bảng 3.25 So sánh chuyển vị ngang đầu cọc, 2P 3D - -ccsksesesrsrerrees 75Bảng 3.26 So sánh ứng suất nén lớn nhất của cọc, 2P_ 3D 55 sec: 75Bảng 3.27 So sánh tỉ số chéch lệch ứng suất giữa 2 lớp đất, 2P_3D 75Bảng 3.28 So sánh chuyển vị ngang đầu coc, 2P 2.5D -cscscecsrsrererees 78Bảng 3.29 So sánh ứng suất nén lớn nhất của cọc, 2P_2.5D - 55565: 78Bang 3.30 So sánh tỉ số chéch lệch ứng suất giữa 2 lớp đất, 2P_2.5D 78Bảng 3.31 So sánh chuyển vị ngang đầu cọc, 2P 2D cscscstsesrsrsrerrees 81Bảng 3.32 So sánh ứng suất nén lớn nhất của cọc, 2P_2D 5+ sec: 81Bang 3.33 So sánh ti số chéch lệch ứng suất giữa 2 lớp dat, 2P_2D 81

DANH MỤC CÁC HÌNHHình 1.1 Cau tạo chung của m6 Cau «<< SESkSkSk#EEEEESESESEEEEEkEererererees 2Hình 1.2 Các lực tác động vào COC | | - - << << -c 1111133111111 1 1111EEerrrree 2Hình 1.3 Các tác động lên m6 cau [.4] «<< +k‡E#E#E£ESESEeEeEeEkrkrerrerees 3Hình 1.4 Xác định thành phần E¡ [⁄4| - «<< SE ‡E‡E#E#EEESEeEeEeErevererererees 4Hình 1.5 Sự cô đường vào cầu Trường PhưỚc - - - + + cv+keveeeeeeeeee 7Hình 1.6 Ảnh về sự cô cầu Kênh Ngang SỐ 2 - - + SE SE ckekekekeeeree 8Hình 1.7 Phác họa hiện trạng sự cố cầu KY Hà IV - << sex +x+ksveeeeeesree 9Hình 1.8 Sự cố mồ cầu Ky Hà IV, Quận 2, TP Hồ Chí Minh - 5 s5: 9Hình 1.9 Hiện trường vu sat lở đường dẫn vào cầu và sập mồ cầu . - 10Hình 1.10 Sự cỗ cầu An Nghĩa (SE ST 1111115 11115111 10Hình 1.11 Áp lực ngang tác dung lên nhóm cọc (2x Ï) - - 2 2 s+s+x+x+zsrerezed 12Hình 1.12 Áp lực ngang tác dụng nhóm cọc (22) ¿- - + +c+k+k+EsEerrkrkrrerees 13Hình 1.13 So sánh áp lực ngang tác dụng lên cọc của các nhóm cọc khác nhau: 13Hình 1.14 Sup lún đường đầu cầu - cầu Romero [15] - 2-5-5 s+s+ssxexezxd 14Hình 1.15 Kết quả biéu đồ mô men, chuyển VỊ của COC | I9 ] -«««««<«<<« 15Hình 2.1 Mô hình đường cong pD-V << << c0 1311111111119 1 111 11v ve 20Hình 2.2 Mối quan hệ giữa ứng suất và biến dang trong mô hình Mohr - Coulomb21Hình 2.3 Mặt dẻo trong mô hình Mohr — Coulomb «+++s+++++<ssssseexssses 23Hình 2.4 Phương trượt trong mặt phăng lệch 2-5 + 2 2 +E+E+E+EeErerxeesreei 24Hình 2.5 Hàm trượt trong không gian ứng suất chính + 2s s+s+s+zs£etezxd 25Hinh 2.6 Quy luat Chay 0: 0 :4 ằ 26Hình 2.7 Xác định mô dun đàn hồi của đất nền E - 2+ +e se sE+E+EzEserersesed 27Hình 2.8 Xác định Eo và Eso qua thí nghiệm nén ba trục thoát nước: 28Hình 2.9 Xác định mô đun cắt -. c:-5cccxt2ExtEttrtttrttrrrrrrrrrrrrrirrrirrrirrre 28Hình 2.10 Xác định hệ số Poisson c.ccccccececescscscececececescscecesescscseececescscscaeeceeescaeeeeees 29Hình 2.11 Xác định góc ma sát trong va lực dính đơn vỊ -<<<++++2 30Hình 2.12 Xác định giá trị c và băng phương pháp hình học - - - +: 31Hình 2.13 Xác định c, ọ bang phương pháp hình học - 2 << cscscsxerezxe 32Hình 2.14 Xác định giá tri c và o từ thí nghiệm UU << 5555 <<<<<<++++2 32

-XVI-Hình 2.15 Xác định giá tri c và o từ thí nghiệm CD - << << << << ssssss 32Hình 2.16 Xác định góc giãn NO - - - << << cc500011131111111119988331 11111111111 re rre 33Hình 2.17 Khái niệm phân tích tuyến tinh (a) và phi tuyến (b) - - <<: 35Hình 2.18 Phương pháp luận phân tích số của phân tích phi tuyến - 35Hình 2.19 Sự hội tụ của phương pháp phân tích phi tuyễn - s5 se: 36Hình 2.20 Phương pháp phân tích số của phân tích phi tuyến Full Newton —

Raphson và Modified Newton - Raphson (Chỉ xét 2 phương pháp) 37Hình 2.21 Quá trình phân tích phi tuyến trong AnnSys «5c ccsesrsrererees 38Hình 2.22 Thiết lập dung sai cho tiêu chuẩn hội tụ + 2 2 25s+x+x+£s£erezed 39Hình 3.1 Mô hình thực mồ cầu được mô phỏng bằng ANSYS - - s: 40Hình 3.2 Cau tạo mồ cầu được dùng dé phân tích + 2 + +x+x+E+x+EeE+eeesxee 40Hình 3.3 Mô hình tính toán được đơn giản hóa << << << << eeesesssssss 41Hình 3.4 Phần tử SOLID 187.0 escscsssesssssseessescscesscesscesscessecsscenscenscenscenseeneenseenseenes 45Hình 3.5 Cặp phan tử đối tiếp xúc TARGE170 - CONTA174 [30] [31] 45Hình 3.6 Mô hình tính toán đã được đơn giản hóa - 55 << << <sss++++sssssss 48Hình 3.7 Mô hình 3D lưới phân tử hữu hạn cho Ï COC -.- << <<: 50Hình 3.8 Mô hình 3D lưới phân tử hữu hạn cho 2 COC - << <<<<<2 S1Hình 3.9 Mô hình 3D lưới phan tử hữu han cho phần tiếp xúc - - - +: 51Hình 3.10 So đỗ ước lượng tải trọng ngang - - - - xxx ekeeeeeree 52Hình 3.11 Điều kiện biên mô hình ¿ ¿55¿25+t2£xt2Extzrxtsrtsrrrrrrrrrrrrrrrrrreg 53Hình 3.12 Ứng xử €Ủa COC - - E113 E111 1115151111 11111511 1111111111111 56Hình 3.13 Chuyển 58.3310 0v0 58Hinh 3.14 Ung SUAL CUA COC, cceccccssesescssesescscesesescescsessesesessessscscescscssescsesesscscseeacaeaceneas 58Hình 3.15 Ứng suất của đất nény ccccecccccccesecscscscscsssesscscscscscsesscsvevsesessescavevenseseees 58Hình 3.16 Chuyển 5801332000001 63Hình 3.17 Ứng suất của COC, TP, Ø¿ S.ScSeS St Tv S11 E 1111111111511 115111111111 EEreg 63Hình 3.18 Ứng suất của đất nền, ÏP, Øx - tt Set S E331 E E111 EEESErErkrerred 63Hình 3.19 Nêm đất IP tại vi trí z -6.Ïm -ccccccctisrtirrrrrirrrirrrrrrrrrrrrrre 65Hình 3.20 Chuyén vị ngang của cọc trước và sau,2P_ 4D, Ux -s-s-s¿ 68Hình 3.21 Ứng suất của cọc trước và sau, 2P_ AD, G¿ QQQQQQSSSSse, 68

-XVII-Hình 3.22 Ứng suất của đất nên,, ¿2 k+ss SE k1 1 1111513111111 11x ck 68Hình 3.23 Nêm đất 2P 4D tại vị tri Z-6 ÏIm - - 2 2 +E+k+E+ESEEE+EeEeEererkrkrrerees 70Hình 3.24 Chuyển vị ngang của cọc, 2P_ 3.51, Ủy SSSS S355 552 71Hình 3.25 Ứng SUẬT CUA CỌC,, ST ng S 1H01 1118111111151 11 1111111181511 151111151 Ee re 7]Hình 3.26 Ứng suất của đất nên, QP n0» 71Hình 3.27 Nêm đất 2P_ 3.5D tại vị trí z-6 Íim s2 k+x+ESEEE+EeEeEererkrkrrerees 73Hình 3.28 Chuyển vị ngang của coc, 2P_ 3D, Ú; ¿- + scs+k+k+EsEerrkrereereee 74Hình 3.29 Ứng SUẬT CUA CỌC,, ST ng S 1H01 1118111111151 11 1111111181511 151111151 Ee re 74Hình 3.30 Ứng suất của đất nên,, + E9 SE k E91 1 1111111111111 11x re 74Hình 3.31 Ném đất 2P 3D tại vị trí z6 Ï1 - - - - s+s+ESESESEESkckckckekekeeeeeree 76Hình 3.32 Chuyén vị ngang của cọc, 2P_ 2.5, U - << sxskcketeeeeeeeree 77Hinh 3.33 Ung SUAL CUA COC, cceccccssesescssesescssesescscescsescescsessescscseessscssescsesescacseacsescenees 77Hinh 3.34 Ung suất của đất nên, "280510901 77Hình 3.35 Nêm đất 2P 2.5D tại vị trí z-6 Íim s22 k+x+EsE+E+keEeEererkrkrrereee 79Hình 3.36 Chuyên vị ngang của cọc, 2P_ 2D, ; ¿2-52 2 s+£+£ezk+rzreresrered 80Hinh 3.37 Ung SUAL CUA COC, cceccccssesescssesescssesescscescsescescsessescscseessscssescsesescacseacsescenees 80Hình 3.38 Ung suất của đất nény ccceccceccsseesesscecscsesesscscscscsesssscavevsesesssscavevenseseees 80Hình 3.39 Ném đất 2P 2D tại vi tri Z-6 UM eeeseseseceseesessecseetsesteseseeneee 82Hình 3.40 Ứng suất đất nên các trường hợp , độ sâu -2M voce eeeeeeeeeseseeeeeeeeeeee 83

“XVIII-MO ĐẦU1 Lý do chọn dé tài

Theo Quy hoạch phát triển GTVT vùng kinh tế trọng điểm vùng đồng bằng sôngCửu Long đến năm 2020 và định hướng đến năm 2030, ở ĐBSCL từng bước xâydựng các tuyến đường bộ cao tốc; đưa vào cấp kỹ thuật hệ thống đường tỉnh và mởmới một số tuyến cần thiết Tuy nhiên đặc điểm địa chất yếu và hệ thống sông dàyđặc là một thách thức đáng ké cho việc xây dựng công trình cầu đường ở vùng này

Nền đắp của đoạn đường đầu cầu gây ra một số tác động ngang lên cọc của mồcầu Thứ nhất, đất đắp gây ra áp lực ngang trực tiếp lên tường mé, sau đó truyền chonhóm cọc Thứ hai, dat đắp sẽ làm nền đất bên dưới bị biến dạng ngang Biến dangngang này cũng sẽ tác động lên nhóm coc [1]

2 Mục đích nghiên cứuVới sự hỗ trợ của phần mém ANSYS VI7.2 (Mechanical APDL), mục đích củaluận văn là nghiên cứu áp dụng mô hình đất Mohr — Coulomb và phan tử tiếp xúc déphân tích ảnh hưởng của khối đất đến ứng suất và biến dạng của móng cọc khoannhdi của m6 cầu

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứuPhân tích ảnh hưởng của khối đất đến ứng suất và biến dạng của móng cọckhoan nhôi của mô cau.

4 Phương pháp nghiên cứuPhương pháp nghiên cứu của dé tài là kết hợp giữa nghiên cứu tong quan, nghiêncứu mô phỏng,

5 Y nghĩa khoa học và tính thực tiễn của dé tàiĐưa ra những khuyến cáo về ứng xử của móng cọc khoan nhỏi của mồ câu chịutác động của khối dat đầu cau

6 Cau trúc dé tàiPhần Mở đầu

“XIX-Chương 1: TONG QUAN1.1 Tinh hinh nghién ctru trén thé gidi1.2 Tinh hinh nghiên cứu trong nước1.3 Kết luận chương

Chương 2: CƠ SO LÝ THUYETGiới thiệu chương

Diễn giải cơ sở lý thuyết, lý luận, giả thiết khoa học và phương pháp nghiên cứusử dụng: Tổng hop, thu thập, phân tích, đánh giá các số liệu trên co sở lý thuyết, giathiết khoa học để giải quyết van dé mà dé tài quan tâm

Kết luận chươngChương 3: ỨNG DỤNG TÍNH TOÁNGiới thiệu chương

Kết luận chươngPHAN KET LUẬN VÀ KIÊN NGHỊKiến nghị về những nghiên cứu tiếp theo

Dưới tác dụng của áp lực đât, hoạt tải xe sau mô và lực ngang do sự dịch chuyêncủa lớp dat yêu tác dụng vào coc gây ảnh hưởng lớn dén sự làm việc cua mô câu cũngnhư kêt câu bên trên.

Nội dung luận văn cao học này tập trung phân tích ảnh hưởng của khối đất đếnứng suât và biên dạng của móng cọc khoan nhôi của mô câu.

”

x

FAN Mã

12 Tông quan về sự cô của nền dap sat m6 và của mo

1.2.1 Tông quan về mồ câu và các tác động vào móng mồ câu.

1.2.1.1 M6 cau [2]Trong công trình cầu, mồ thuộc kết cau phan dưới được chôn trong dat, namtrong vùng âm ướt chịu xâm thực của xói lở M6 có các chức năng cơ ban:

- Chiu tải trọng thắng đứng va năm ngang từ kết cau nhịp;- Chiu áp lực đất day ngang;

- Chong xói lở bờ sông

Bridge bearing and expansion joint

Wing wallsbe.

Abutment wall Bridge deck

2 nS

Suff RB s resistance

Piles: (‘front’) (‘rear’)

Hình 1.2 Các lực tác động vào coc [3]

Surcharge q| Soil ~_

- Tai trọng đất đắp và hoạt tải gây tải trọng lên lớp đất bên dưới là đất yếu chonên nó gây ra sự dịch chuyên ngang lớn và tạo nên áp lực tác dụng vào cọc Pm- _ Do sự dịch chuyền tương đối giữa lớp đất đắp và lớp đất yếu gây ứng suất cat

chuyên tiép F; tác dụng vào mô câu.Ta khảo sát các thành phần lực trên:

Thanh phan F;

E,+ụ =“^#(h + } (1.4)

Cmob — : lực dính động giữa lớp đất dap và lớp đất yếu.Ys : dung trọng của lớp đất yếu

Ka, Ky :hệ số áp lực chủ động và bị độngFp : lực ngang trên một đơn vi mồ cầu Fy=Hp/sHp tong luc cắt tại đỉnh coc của coc trước và coc sau.S : khoảng cách giữa hai cọc trong cùng hàng cọcXác định áp lực ngang tác dụng lên cọc pm

Theo các tác giả Baguelin (1977), Springman (1989), Bolton (1990) giá tri aplực ngang tác dung lên coc trong lớp đất yếu có thé xác định cho mỗi cọc don trongđiều kiện không thoát nước như sau:

Đụ — 3KHDDr- ) (1.5)

G.)\h) s Et,

q — : tải trong tác dụng lên lớp đất yếu.Trong đó:

d : đường kính cọcGm : mô đun chống cat của đất yéu ở độ sâu giữa lớp đất yéuGiá trị 75cu < Gm < 100cu cho đất rất yếu và 100cu < Gm< 200cu cho đấtyếu

G; : Mô đun chống cắt của vùng đất xung quanh cọcTheo Springman (1989) thì Gm/Gr = 1.5~2.5 cho cọc đóng và 2.5~3 cho cọckhoan nhồi

h : chiều dày lớp đất yếuS : khoảng cách giữa hai cọc trong cùng hàng cọcEplp : độ cứng chống uốn của cọc

Cy : sức chống cắt không thoát nướcPhương trình (1.5) được dẫn xuất từ giả thuyết đất yếu là đồng nhất và đănghướng.

Khi tải trọng lớp đất gia tăng trong quá trình xây dựng nên đường trước mồ cầu.Tải trọng dat dap gia tăng làm cho lớp đất yếu dưới tiễn đến ngưỡng dẻo và do đó lớpđất yếu này sẽ di chuyển ngang khi đang ở trạng thái dẻo — áp lực ngang tac dụngvào cọc sẽ là lớn nhất có thể trong lớp đất yếu (đất sét không thoát nước) Khi nàynếu có một sự gia tăng tải trọng nào nữa thì nền đất bên dưới sẽ phá hoại

Theo Randolph & Houlsby (1984) thì giá trị lớn nhất của áp lực pm là 9.14eu và11.94cu cho coc trơn láng và cọc nhám, giá trị thường dùng là 10.5cu được dé nghiBroms (1964) va Poulos & Davis (1980) cho dat sét yéu

1.2.2 Các hiện tượng sự cố về mồ cầu và công trình tương tự1.2.2.1 Sự cố cầu Xáng Củ Chi, Tp Hồ Chí Minh [5]

Tháng 9 năm 1993, xảy ra sự cô đối với m6 Cầu Xáng, mồ cầu bị trượt và phảithay bằng mồ mới lùi vào phía trong, đường vảo cầu phía Củ Chỉ lại bị trượt sâu dùcó bệ phản áp.

Nguyên nhân:- Không xét đến đất yếu, thực tế lại là có lớp bùn sét hữu cơ day 6 m nhão loãng,lớp dưới 11 m sét dẻo mém dẻo nhão, lớp tiếp theo là cát mịn bột loãng rời

- Không xét và tính đúng 6n định và biến dạng của công trình trên đất yếu.Do đó khi xử lý công trình này thì chúng ta phải xem xét và nghiên cứu thật kỹ2 nguyên nhân trên.

1.2.2.2 Sự cô cầu Trường Phước [5]Vào tháng 4 năm 1999, tại mồ B (phía xã Long Trường) đường vào cầu TrườngPhước bị trượt Đất dap sỏi đỏ đường vào cau bị trượt trôi qua khoảng cách 1.5 mgiữa các cọc bê tông cốt thép 35 em x 35 em dài 12 m đã đóng gia cường dọc theobờ sông nhánh Giữa các cọc, đã được sử dụng lớp cừ tràm đặt ngang, sau đó lấp đấtsỏi đỏ mở rộng nền đường cũ Chiều cao đất đắp từ chân taluy đến đỉnh tường đắpmới là 6 m Nếu tính từ mặt đường cũ là 2.2 m Dat trượt đã đạp gãy lớp cir tramngang trên chiêu dài hơn 30 m đường vào câu.

1.2.2.3 Sự có đường dau cầu Thông Lưu, QL 1, Tỉnh Tiền Giang [5]Cầu Thông Lưu trên Quốc lộ 1, tại Huyện Cái Bè, tỉnh Tiền Giang vừa khánhthành ngày 14/05/1999, đến ngày 23/05/1999 bi sat taluy 1/3 nền đường dau cau, làmtrượt 3 căn nhà xuống sông, phải tốn thêm 1.1 tỷ đồng sữa chữa.

1.2.2.4 Sự có mồ cầu Kinh Ngang, Quận 8, Tp Hồ Chi Minh [6]Ngày 08/01/2000, tường kè bê tông cốt thép trên hệ cọc 35 em x 35 em đóngsâu 24 m dọc đường vào Câu Kênh Ngang, Phường 15, quận 8, bi sat day ra KênhTau Ht 4.5 m; làm sụp đồ mồ cau, phải tốn thêm hơn 3 tỷ đồng sữa chữa

dựng, vào thang 5 năm 2009, các mồ cau đã bị dich chuyền.

Đến tháng 6 năm 2009 cầu Kỳ Hà IV đã được đồ bê tông xong Khi kiểm trakích thước trước khi gác dầm lên mồ người ta thay các mồ này đều dịch chuyền vềphía lòng rạch với độ dịch chuyển thay đổi từ 5.6 cm đến 9 em Số liệu quan tracđược tại từng mồ được tong hợp trong Bảng 1.1 dưới đây

Bang 1.1 Chuyên vị của mô cau

À k Gia tri dich chuyén Thời điềm ghi

Cát vẫn còn trên mặt cầu

J |! SANG E hia sông

ane! "' ==: ae Dong Nai

Hình 1.9 Hiện trưởng vu sat lở đường dân vào cấu va sap mo cấu.

1.2.2.7 Sự cố cầu An Nghĩa trên đường Nhà Bè, Cân Giờ [5]Hiện tượng: M6 cầu chuyền dịch về phía trước 6 m, gây phá hoại công trình.Nguyên nhân:

- Do chiều dài cọc không đủ sâu vào lớp đất tốt.- Do điều kiện đất quá yếu và chiều day lớp đất yếu là 17 m.- Do tải trọng công trình khá lớn

1.2.2.8 Sup mồ cầu dây văng Binh Phong Thanh ở Long AnCau dây văng Bình Phong Thanh bac qua sông Vam Co Tay, Long An Cau dài120 m, nhịp giữa 60 m, độ thông thuyén 7m, mat cầu 3.8 m, tải trọng 5 tan, đượckhởi công xây dựng tháng 4/2014 Trong khi đang thi công, cầu bị sụt mo.

Nguyên nhân: khâu khảo sát địa chât sơ xài dân đền không có sô liệu chính xáccho thiết kế

1.2.2.9 Nhận xét về chung về sự cỗ mồ cầu ở khu vực Tp HCM & Đồng bang

sông Cửu LongCó thé thay rang từ các sự có mat 6n định mồ cầu của các công trình kế trên, sựmat 6n định đất dap và tác động của đất dap sau mồ là một trong các tác nhân chủyếu gây ra sự chuyển dịch và biến dạng của m6 cầu Khu vực TP HCM va Đồngbăng sông Cửu Long hau hết là đất yếu, rất thường xuyên xảy ra các sự cô như trênnên cần phải có các nghiên cứu về đất yếu nói chung và nền đắp đầu cầu nói riêngnhăm đảm bảo sự ôn định và an toàn của công trình.

1.3 Tinh hình nghiên cứu trên thé giới

Một số phương pháp mô phỏng số và thực nghiệm vẻ phân tích ứng xử của cọcđơn và nhóm cọc phải chịu tải ngang và sự chuyển động của khối đất Một sự xét lạitong quát về các phương pháp này đã được thực hiện bởi STEWART et al [7] Hầuhết các phương pháp mô phỏng số được thực hiện dựa vào phương pháp phần tử hữuhan [8] [9] hoặc những phương pháp hữu hạn khác [10] [11] STEWART et al [8] đãdé nghị phương pháp phan tử hữu han biến dang phang cho nhóm cọc Trong nghiên

cứu đó, các cọc được giả sử làm việc như một hệ thống tường chăn Ứng xử của hệ

thống tường chắn được giả sử phụ thuộc vào mối quan hệ giữa áp lực và chuyên vịcủa đất Tuy nhiên, sự tiếp xúc ø1ữa cọc va đất chưa được xem xét Trong một nghiêncứu sau đó thì BRANSBY và SPRINGMAN [12] đã sử dụng phương pháp phan tửhữu hạn 3D, do sự giới hạn về công nghệ máy tính nên van dé chia lưới phan tử cònthô và sự tập trung ứng suất xung quanh cọc chưa được khảo sát

ZHAO Ming-hua (2007) [13] đã đưa ra sự tập trung ứng suất xung quanh cocvà áp lực ngang tác dụng vào cọc, biên dạng của nhóm cọc được khảo sát và so sánhgiữa 2 trường hợp bồ trí nhóm cọc (2x1) và (2x2).

Bài việt đưa ra những kêt luận sau:

Depth below pile cap/m

Mô phỏng phân tử hữu hạn ba chiều của nhóm cọc (2 x1) và (2x2) được trìnhbày Sự di chuyển của đất yếu theo phương ngang và sự tiếp xúc giữa cọc vàđất được cho thấy đã sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn Sự phân chia giữacọc và đất được mô phỏng và áp lực theo phương ngang tác động vào cọc đượcđánh giá hợp lý.

Áp lực khác nhau trên những hàng cọc của nhóm cọc khác nhau Áp lực tácđộng lên hàng cọc gân tải thì cao hơn những hàng khác do bởi rào “barrier” vàhiệu ứng vòm trong những nhóm cọc.

SPRINGMAN

- This work

— BRANSBY andSPRINGMAN

=l10†

Depth below pile cap/m

Lo: NINH in Ref[9]

in Ref (9) la 4— Centrifuge test

~Is} Stiffer stratum -Is‡ Stiffer stratum in Ref.[9]

(\ ; L

a— Rear pile 0 (b) "

5 ®— Front pile (a) i

Hình 1.12 Ap lực ngang tác dụng nhóm cọc (22)

(a) Lớp đất 1; (b) Lớp đất 2

OF *— (2X2)Pile group (a) 0L s— (2X2) Pile group (b)

e— (2X1) Pile group ¢— (2X1) Pile group SS& cf a ek ‘

5 3 N 5 3 =

2 2 +

= -I0Ƒ ¬% ,© cà

a) Cọc sau; b) Cọc trướcGhee, E H & Guo, W D (2011) kết hop mô hình vật ly và FLAC3D đã phântích sự chuyển động của đất qua cọc Các phân tích khác nhau đã được trình bày: (1)dự đoán kết quả của 2 thí nghiệm mô hình (có tải và không tải dọc trục), (2) khảo sátảnh hưởng của sự di chuyên và chiêu sâu ôn định cua dat tác động lên cọc [14]

Severe fill Shear wall

failure

Kok Sien Ti, va cộng su đã nghiên cứu mô hình coc bi động chịu tải ngang Tảibị động bao gồm áp lực và moomen uôn tác động lên cọc, điêu này có ảnh hưởng đềnkhả năng làm việc của cọc và thậm chí phá hủy cọc [16]

1.4 Tinh hình nghiên cứu trong nước

Lê Hữu Thọ (2014) đã đánh giá biện pháp gia cỗ 6n định và biến dạng của móngcọc m6 câu băng phần mềm Plaxis 3D Foundation Kết quả nghiên cứu cho thấy đốivới những công trình có khối đất đắp cao nằm trên lớp đất yếu dày tương tự, vùngảnh hưởng của khối đất đắp sâu tác dụng chuyển dịch ngang đến chân cọc đối vớinhững cọc ngắn Vì vậy, giải pháp chôn cọc sâu hơn vao lớp đất có kha năng chịu lựctốt là cần thiết [17]

Nguyễn Duy Cường (2007) đã nghiên cứu sự làm việc của cọc đơn và nhómcọc dưới mồ trụ cầu” [18] Kết quả nghiên cứu cho thay khi cọc làm việc theo nhómvà khoảng cách giữa các cọc song song với phương của tải trọng ngang nhỏ hơn 8B(B là đường kính hoặc cạnh cọc) thì chuyển vị ngang và nội lực thân cọc tăng lên sovới khi cọc làm việc riêng lẻ, khi đó khả năng chịu tải trọng ngang cực hạn của nhómcọc nhỏ hơn tông khả năng chịu tải trọng ngang cực hạn của các cọc đơn.

Nguyễn Anh Dân đã kết luận việc áp dụng phương pháp phan tử hữu han kếthợp với mô hình Winkler dựa trên đường cong p-y phản ánh chính xác sự tương tácgiữa cọc và nền đất khi chịu tải ngang [19] Theo đó, tác giả đã đưa ra bài toán sosánh tinh cọc đơn chịu tác dụng đồng thời của tải trọng đứng tải trọng ngang và mômen (Hình 1.15) theo 2 phương pháp: Phương pháp tính phụ lục G của tiêu chuẩnTCXD 205-1998 [20] và Phương pháp cọc — đất làm việc đồng thời sử dụng đườngcong quan hệ tải trọng - bién dạng được tính toán bang phần mềm FB Multi Pier.

—ec~®ekfx-/J—-— ———.———': b) Bieu đô mo men _ :

a) Sơ d6 cọc tính theo TCXD205- c)Bieu do mô men tính bang d) Chuyên vị của cọc

1998 FB MultiPier

Hình 1.15 Kết quả biếu do mô men, chuyển vi cua cọc [19]

Bảng 1.2 Giá trị chuyển vị và mô men lớn nhất tính theo TCXD 205-1998 và tính

theo phan mêm FB Pier [19]Thanh phan Chuyén vị của cọc Mô men lớn nhất

(mm) (kNm)Tinh theo TCXD 205-1998 10 243Tinh bang FB Multi Pier 8 234

Theo TCXD 205-1998, tương tac giữa coc và dat nên được xác định thông quahệ số ty lệ K, phụ thuộc vào từng loại đất và có phạm vi biến thiên khá rộng, do đó

két quả tính toán phụ thuộc nhiều vào độ chính xác của việc lựa chọn hệ số ty lệ K.Phương pháp tính dựa trên đường cong quan hệ p-y chính xác và khách quan hơn dođược tính toán dựa trên các thông số của đất như v„C, O.

Ngô Quốc Trinh (2014) [21] đã xây dựng được bài toán tương tác tĩnh học,tương tác động lực học giữa cọc với nên đất khi chịu tải trong tinh, tải trọng động

nằm ngang đặt tại vi trí bất ky

Nhìn chung, các nghiên cứu trong và ngoài nước đã tập trung phân tích về ứngxử của cọc chịu tác dụng của tải trọng ngang khá phố biến Tuy nhiên yếu tố 3D vàsự tiêp xúc giữa cọc va dat chưa được nghiên cứu một cách hoàn thiện nhat.

1.5 Nhận xét của chương |

Chương | đưa ra cái nhìn tổng thé tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước vềảnh hưởng của khối đất đến mồ cầu đồng thời cũng trình bay một số sự cố công trìnhcó liên quan đên mô câu.

Dựa vào các sự cỗ được trình bày, nhận thay tac dong khối đất dap sau mồ làmột trong những tác nhân gây ra sự chuyến vị va biến dạng của mồ cầu Thêm vàođó lớp đất yếu có chiều day lớn dẫn đến hệ thông móng cọc mồ cau chịu thêm áp lựcngang và tăng chuyển vị của mồ cầu

Ngoài ra, với các đặc thù như có chiều cao đất dap thường lớn hơn ở các đoạnđường khác, mức độ rủi ro lại tăng lên do nam ngay ở mép sông Do đó các sự cố ởvùng đường đầu câu trên đất yếu thường xảy ra

(00/0mi VỤ / ow „mè Ben, on, Yswr ftpmzn,ernbewih,~~

1052ru tnt,soriet peewrote+

2.4 Phương pháp tính toàn coc chịu tai trong ngang |22]

Phương pháp để giải quyết bài toán tương tác kết cau — đất có thé được chiathành 2 phương pháp: phương pháp trực tiếp (direct approach) và phương pháp kếtcầu bên dưới (substructure approach)

Phương pháp kết cau bên dưới là phương pháp chia nhỏ kết câu — đất thành từngphan va dùng nguyên lý cộng tác dụng dé tính toán kết qua Phương pháp này khôngkhả dụng cho bài toán động về phản ứng của kết cấu và chuyển động của đất xungquanh cọc.

Những phương pháp phân tích, thiết kế trong quá khứ giả sử rằng móng của kếtcầu ngàm chặt vào nền đất (Zhang et al (1998), Celebi (2001)) Tuy nhiên trongnhững thập ki qua, những nghiên cứu chỉ ra rằng tương tác giữa kết cau và dat (SSD)đóng vai trò quan trọng trong phản ứng của hệ kết cau do khối lượng và độ cứng củakêt câu và đặc biệt là độ cứng cua dat.

Nghiên cứu của Lu et al (2003) về tương tác động của kết cau — đất nên củakhung nhà 12 tầng sử dụng móng bè-cọc bằng phần mềm ANSYS tập trung vào ảnhhưởng của các yếu tố: tính chất của đất, độ cứng kết cau, độ sâu chôn móng, tính chấtđộng hoc của tương tác kết cau - đất Nghiên cứu chỉ ra rang khi độ cứng kết cau tănglên ảnh hưởng của tương tác kết cau — đất nền sẽ tăng theo

Phương pháp phân tích coc đơn thường được dùng cho các kết cau dọc bờ biển

như cọc neo, cọc bến Tuy nhiên, các nhà cao tang, dan khoan ngoài khơi, bến cảng,

cầu cạn và móng cọc cầu được xây dựng trên nhóm cọc Sự khác nhau giữa ứng xửcủa cọc đơn và nhóm cọc là ứng xử nhóm cọc bị ảnh hưởng bởi tương tác cọc đất phi

tuyến, ảnh hưởng của bệ cọc, khoảng cách cọc, các bồ trí cọc (Charles et al.2001) Vì

vậy, để hiểu rõ hơn về ứng xử của nhóm cọc, trước tiên cần xem xét ứng xử của cọcđơn.

Một số phương pháp phân tích để dự doán ứng suất, biến dang, xoay cua cọcđơn chịu tải ngang bao gồm:

- Phương pháp Winkler.

- Phương pháp đường cong p — y.- Phương pháp đàn hỏi liên tục.- Phương pháp phan tử hữu hạn

2.1.1 Phương pháp WinklerPhương pháp Winkler cũng gọi là phương pháp hệ số nền là phương pháp cổđiên dé dự đoán biên dạng cọc và mô men uôn Phương pháp này sử dụng một chuỗinhững lò xo tuyến tính không liên kết để mô phỏng độ cứng của đất xung quanh cọc.Trong đó Ky là hệ sô nên với don vi lực trên diện tích Nhờ vào mô hình trên ứng xửcủa cọc đơn có thé được giải quyét băng bài toán dâm đàn hôi trên nên đàn hôi(Hetenyi 1946) Đó là một phương trình vi phân bậc bốn của dầm chịu uốn như sau:

: phan lực của đất trên đơn vị chiều dai cọc (tải phân bố): áp lực đất tác dụng lên cọc

: hệ số nên ngang của đất: chuyên vi ngang của cọc tai điêm x dọc theo chiêu dài cua cọc.

Lời giải của phương trình (2.1) được đưa ra dựa trên giả thiết tối giải hóa Kntheo độ sâu của đất Giả thiết phố biến nhất là Ky là hang số trong đất sét và biến thiêntuyến tính trong đất rời Poulos and Davis (1980) và Prakash and Sharma (1990) đưara bảng tính và biéu đồ có thể dùng để xác định biến dạng cọc, độ dốc (độ dốc củađường cong biến dạng) và mô men dựa trên độ sâu và một hệ số không thứ nguyêncủa Kp với độ sâu.

Cho dù được dùng phô biến, phương pháp trên thường bị chỉ trích do thiếu sótvề mặt lý thuyết và những giới hạn của nó Bất cập chủ yếu của phương pháp nảy làhệ số nền phải là một tính chất đồng nhất của đất, nó phụ thuộc vào tính chất của cọcvà độ lớn của biến dạng Phương pháp này thực tế là bán kinh nghiệm vì đã bỏ qualực nén dọc trục của cọc và mô hình sử dụng là không liên tục Do đó, lò xo đàn hồituyến tính trong mô hình Winkler tách biệt với ứng suất và bién dạng của những điểmkhác theo dọc trục cọc.

McClelland and Focht (1956) dé xuất một phương pháp hệ số nền băng phươngpháp sai phân hữu hạn để giải phương trình biến dạng của dầm băng tải trọng phituyến và đường cong biến dạng để mô hình hóa đất nền Cách tiếp cận này được gọilà phương pháp phân tích p-y Phương pháp nay đã tiễn triển trong những năm quacùng với sự phát triển của máy tính và những phần mềm thương mại như COM624(Wang and Reese 1993) và LPILE Plus3.0 (Reese et al., 1997) Phương pháp nay sẽđược giới thiệu nôi tiép trong phân sau.

2.1.2 Phương pháp đường cong p - yPhương pháp p-y để phân tích phản ứng của cọc chịu tải ngang là sự phát triểncủa mô hình Winkler cơ bản, trong đó p là áp lực đất trên đơn vị chiều dài của cọc vày là biến dạng của cọc Dat nền được mô hình hóa bằng một chuỗi p-y phi tuyến thayđối theo chiều sâu của cọc Một ví dụ là của đường p-y được thé hiện trong Hình 2.1.Phương pháp này cũng là bán kinh nghiệm vì hình dạng của đường p-y được xác địnhtừ thí nghiệm hiện trường Reese (1977) đã phát triển một số đường cong kinh nghiệmcho những loại đất phố biến băng thực nghiệm trên những cọc thực tế Mô hình

thường dùng nhất của đường cong p-y là parabol bậc ba được thể hiện trong côngthức sau:

Biến dang, góc xoay và mô men uốn trong cọc được tinh bang cách giải phươngtrình dầm uốn bang phương pháp sai phân hữu hạn hoặc phan tử hữu han Coc đượcchia ra thành những phan tử nhỏ và đất nền mô phỏng băng đường cong p-y Trongcách này lực dọc trục Q của cọc được xem như không đối trong suốt chiều dài, điềunày k ảnh hưởng nhiều đén kết quả vì lục dọc có ít ảnh hưởng đến độ uốn và mô menuốn (Reese 1977)

lateral Ph

load —”®[I

| HW — 7 oy

X= X5pile——~ | — :

Hình 2.1 Mô hình đường cong p-yPhương pháp nay cho kết quả tốt hơn phương pháp hệ số nên vì có kế đến ứngxử phi tuyến của đất mà không bị giới hạn về mặt số học của phương pháp hệ số nên.tuy nhiên, nó vẫn có một số hạn chế vì đượng cong p-y là khác nhau cho mỗi loại đấtở từng vùng Do đó, tính liên tục tự nhiện của đất dọc theo chiều sâu cọc không đượcmô phỏng hoàn toàn Thu thập dữ liệu cho đường cong p-y cũng như tìm hệ số nềnKn đều cần được thí nghiệm thực tế