Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng: Phân tích và tính toán các ứng xử trong móng cọc đài bè

TÓM TẮT LUẬN VĂN TÊN ĐỀ TÀI: “ PHÂN TÍCH VÀ TÍNH TOÁN CÁC ỨNG XỬ TRONG MÓNG CỌC ĐÀI BÈ ” Đối với các công trình sử dụng giải pháp móng cọc đài bè, việc xem xét và đánh giá các ứng xử cũ

TÍNH TH ỰC TIỂN VÀ CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Trong xây dựng, bên cạnh việc đảm bảo khảnăng chịu lực an toàn trong quá trình thi công và sử dụng, các công trình được thiết kếvà tính toán sao cho đạt được tính hiệu quả về kinh tế nhất Giải pháp móng bè trên nền cọc cho các công trình cao tầng là một trong những phương án móng được sử dụng rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới nhờ tận dụng khả năng làm việc đồng thời giữa cọc và phần đất dưới đáy bè Hiện tại, về quan niệm tính toán móng bè trên nền cọc ở Việt Nam đơn giản là hệ cọc chịu (xem như cọc chịu hoàn toàn tải của công trình, bè là bảng đế móng liên kết và phân bố tải công trình lên đầu cọc) hoặc hệ bè chịu (bè chịu hoàn toàn tải công trình, hệ cọc nhằm hạn chế lún lệch cho công trình) Các quan niệm này có thuận lợi là các bước tính toán áp dụng các lý thuyết kết cấu thông dụng, đơn giản nhưng không phản ánh sát với điều kiện làm việc thực tế của công trình, không tận dụng hết khả năng chịu lực của kết cấu cũng như của đất nền Kết quả là sử dụng vật liệu nhiều hơn so với các phương án móng khác, gây lãng phí r ất lớn cho công trình

Xuất phát từ yêu cầu thực tế nêu trên, học viên thực hiện đề tài “Phân tích và tính toán các ứng xử trong móng cọc đài bè” nhằm nghiên cứu và làm rõ vai trò cũng như khả năng đóng góp vào quá trình làm việc của các thành phần bao gồm phần đất dưới đáy bè và các cọc trong hệ móng cọc đài bè Cụ thể là tiến hành phân tích các ứng xử trong bè và cọc trong quá trình làm việc của hệ móng bè trên nền cọc nhồi Qua đó đề xuất quan điểm tính toán hợp lý trong quá trình thiết kế và xây dựng công trình nhà cao tầng.

M ỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Các mục tiêu nghiên cứu chính của đề tài “Phân tích và tính toán các ứng x ử trong móng cọc đài bè” bao gồm:

- Lựa chọn phương pháp tính toán hệ số nền của đất (K nền ) và hệ số nền của cọc (K cọc

- Phân tích và đánh giá các ứng xử trong hệ bè-cọc: sự phân bố tải trọng lên phần đất dưới đáy bè và lên các cọc là bao nhiêu phần trăm; đánh giá các ứng xử về nội lực bao gồm: moment, lực cắt và chuyển vị theo phương đứng trong bè

- Đánh giá sựảnh hưởng của hệ số nền của đất và hệ số nền của cọc đến các ứng xử trong móng cọc đài bè

- Lựa chọn phương pháp mô phỏng cọc tiết diện lớn hợp lý (bằng sốlượng lò xo) khi sử dụng các phần mềm phần tử hữu hạn (FEM).

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN C ỨU

Để thực hiện các mục tiêu nghiên cứu nêu trên, học viên lựa chọn các phương pháp nghiên cứu sau:

Tính toán theo các phương pháp giải tích và phương pháp phần tử hữu hạn với sự hổ trợ của phần mềm Safe v12, sử dụng để phân tích và tính toán các ứng xử trong móng cọc đài bè

Bên cạnh, học viên còn kết hợp các phương pháp trên với phương pháp so sánh với kết quả thực nghiệm để lựa chọn phương pháp tính toán hệ số nền của đất và hệ số hền của cọc hợp lý Và lựa chọn phương pháp mô phỏng cọc tiết diện lớn hợp lý (bằng số lượng lò xo) khi sử dụng các phần mềm (FEM) vào việc mô hình hóa và tính toán công trình.

Ý NGH ĨA KHOA H ỌC

Từ kết quả nghiên cứu có thể giúp các đơn vị tư vấn thiết kế có phương án thiết kế móng hiệu quả và kinh tế nhất cho từng vung địa chất nhất định Cụ thể đối với công trình móng cọc đài bè, kết quả nghiên cứu giúp hạn chế sốlượng cọc đáng kể so với các quan niệm tính toán cũ trước đây, làm tăng hiệu quả kinh tế trong thiết kế xây dựng

Kết quả nghiên cứu của đề tài “Phân tích và tính toán các ứng xử trong móng c ọc đài bè” giúp ta có thêm cơ sở lý thuyết cũng như cách nhìn toàn diện hơn về khả năng ứng xử trong móng cọc đài bè, từđó làm cơ sở lựa chọn kết cấu bè - cọc phù hợp trong quá trình lựa chọn phương án thiết kế nền móng

Xác định được phương pháp tính toán hệ số nền của đất và hệ số nền của cọc hợp lý Đồng thời cho thấy rõ sựảnh hưởng của nó đối với sự phân bố các ứng xử trong móng cọc đài bè Đề tài còn lựa chọn phương pháp mô phỏng cọc tiết diện lớn hợp lý khi sử dụng các phần mềm phần tử hữu hạn (FEM) vào việc phân tích và tính toán công trình

5 GIỚI HẠN PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI Đối với các kết quả thu nhận được từ các thí nghiệm, mức độ chính xác từ việc tính toán còn phụ thuộc vào các yếu tố khách quan và sự chủ quan của con người cũng như thiết bị thí nghiệm… mà trong đó yêu cầu cao nhất là các thông số đầu vào của các bài toán Mặt khác, Luận văn sử dụng địa chất ở tỉnh Sóc Trăngđể phân tích và tính toán các ứng xử trong móng cọc đài bè Do tỉnh có nhiều khu vực địa chất khác nhau nên việc số liệu được giới hạn trong phạm vi tại địa phận Khu công nghiệp An Nghiệp, huyện Châu Thành cũng là một yếu tố hạn chế

Hầu hết các nền đất trong thực tế là nền không đồng nhất, cấu trúc bao gồm nhiều lớp và có các đặc trưng cơ lý khác nhau Tuy nhiên, việc xác định hệ số nền của đất cho các nền đất này hiện tại vẫn còn là vấn đề hết sức phức tạp, vì vậy hướng nghiên cứu của tác giảlà xác định hệ số nền của đất cho nền đồng nhất trong nội dung phân tích và lựa chọn phương pháp tính hệ số nền của đất phù hợp cũng như áp dụng kết quả này trong việc phân tích và tính toán các ứng xử trong móng cọc đài bè.

6 CẤU TRÚC CỦA ĐỀ TÀI

Với những mục tiêu và phương pháp nêu trên, nội dung của đề tài gồm các phần chi tiết sau đây:

- Chương 1: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu

- Chương 2: Cơ sở lý thuyết và các phương pháp nghiên cứu

- Chương 3: Phân tích và lựa chọn phương pháp tính hệ số nền của đất (K nền ) và hệ số nền của cọc (K cọc )

- Chương 4: Phân tích và tính toán giá các ứng xử trong móng cọc đài bè. phù hợp

- Phần: Kết luận và Kiến nghị

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 MỐT SỐ NGHIÊN CỨU VỀ MÓNG BÈ CỌC

Móng bè cọc đã đư ợc sử dụng rộng rãi cho các công trình xây dựng bởi cả hai tính năng chịu lực và giảm độ lún của móng được cải thiện đáng kể so với móng cọc thông thường Katzenbach et al (2000) cho thấy nhiều ưu điểm của bè cọc và đưa ra một số ví dụ về các ứng dụng của bè cọc trên đất sét cứng Hiệu quả kinh tế của móng bè cọc cũng được trình bày bởi Randolph (1994), bên cạnh bộ phận chính là các cọc, thì bè có khảnăng đóng góp một cách đáng kể khảnăng chịu tải trọng của công trình Rõ ràng các cọc phải được thiết kế sao cho khả năng chịu lực của nó là hoàn toàn huy động được khi tải làm việc

Có nhiều phương pháp được đề xuất để phân tích móng cọc đài bè Burland (1995) đề xuất một phương pháp tính đơn giản khi thiết kế móng bè trên nền cọc, trong đó các cọc được thiết kế để hoạt động như giảm độ lún (lưu ý rằng phương pháp này chỉ phù hợp với cọc ma sát trong đất sét) Horikoshi et al

(1999) phát triển một phương pháp để tính toán giải quyết tổng thể của móng cọc đài bè Và những nghiên cứu thêm của Poulos (2000) và Poulos (2001a, 2001b) với việc áp dụng phương trình Midlin của bán không gian đàn hồi vào bài toán bè cọc và những thử nghiệm thực tếđể phân tích ngược lại bài toán Phương pháp phần tử hữu hạn ba chiều (3D-FEM) được áp dụng cho dựđoán của các ứng xử của bè cọc bởi Reul et al (2003, 2004), Lisa J Novak et al (2005), Ningombam Thoiba Singh et al (2008), Phongpat Kitpayuck (2009) và JinHyung Lee et al (2010) Máy gia tốc ly tâm được áp dụng thử nghiệm cho dự đoán của các ứng xử của hệ bè cọc được đề xuất bởi Horikoshi et al (1996, 1998), Conte et al (2003) và Vincenzo Fioravante et al (2008) Đề tài “ Phân tích và tính toán các ứng xử trong móng cọc đài bè ” tiếp tục hướng nghiên cứu bằng các phương pháp giải tích kết hợp sự hổ trợ của phần mềm phần tử hữu hạn (Safe v12) được sử dụng để phân tích và tính toán các ứng xử trong móng cọc đài bè Qua đó giúp đọc giả có được cái nhìn cụ thểhơn, rõ ràng hơn và tổng quát hơn về phương án móng bè trên nền cọc, qua đó ứng dụng rộng rãi trong việc lựa chọn phương án móng hợp lý tính toán các công trình nhà cao tầng

1.2 KHÁI QUÁT MÓNG BÈ-CỌC

Móng cọc đài bè hay còn đư ợc gọi là móng bè trên nền cọc bao gồm hai thành phần sau:

Bè hay đài cọc có nhiệm vụ liên kết và phân phối tải trọng từ các chân kết cấu cho các cọc, đồng thời truyền một phần tải trọng xuống đất nền tại vị trí tiếp xúc giữa đáy bè và đất nền Bè có thể làm dạng bản phẳng hoặc bản dầm nhằm tăng độ cứng chống uốn Chiều dày tối thiểu của bè được xác định theo điều kiện bè bị chọc thủng do lực tập trung tại chân cột, chân vách, hay do phản lực cọc Để điều chỉnh lún không đều có thể làm bè với chiều dày thay đổi

Các cọc làm nhiệm vụ truyền tải trọng xuống nền đất tốt dưới chân cọc thông qua sức kháng mũi và vào nền đất xung quanh cọc thông qua sức kháng bên Có thể bố trí cọc trong đài thành nhóm hay riêng rẽ, bốtrí theo đường lối hay bố trí bất kỳ tuỳ thuộc vào mục đích của người thiết kế, nhằm điều chỉnh lún không đều, giảm áp lực lên nền ởđáy bè hay giảm nội lực trong bè…

Hình 1.1 - Mô hình móng bè trên nền cọc

1.2.2 Ưu điểm của móng bè cọc

Móng bè trên nền cọc có rất nhiều ưu điểm so với các loại móng khác, sở dĩ phải làm móng bè - cọc vì trư ờng hợp đất yếu rất dày, bố trí cọc theo đài đơn hay băng cọc không đủ Cần phải bố trí cọc trên toàn bộ diện tích xây dựng mới mang đủ tải trọng của công trình, làm tăng kh ả năng chịu tải và giảm lún cho công trình Hơn nữa móng cọc đài bè sẽlàm tăng độ cứng tổng thể của nền móng bù đắp lại sự yếu kém của nền đất

Trong nhiều tài liệu tham khảo cho thấy tầm quan trọng chính là vấn đề khả năng mang tải trọng đứng, độ lún tổng, độ lún lệch Nói chung những vấn đề này là những tiêu chí chính đánh giá trong tiêu chuẩn và cũng được xem xét đến trong đề tài này

Hình 1.2 - Các công trình cao tầng tại Frankfurt

Trong việc đánh giá về tính tiện ích của việc sử dụng móng cọc đài bè, trước tiên cần phải đánh giá ước lượng qua quy phạm kỹ thuật khả năng mang tải đứng, tải ngang, giá trị độ lún tổng và độ lún lệch của móng bè độc lập không bố trí thêm cọc Theo Burland 1995, Randolph 1994, nếu đánh giá riêng móng bè chỉ có khả năng mang tải đạt yêu cầu mức độ nhỏ, giống như chỉ thiết kế móng bè lý thuyết qui phạm, còn cọc được tính toán chịu hầu hết tải trọng công trình Như vậy nhiệm vụ đơn thuần của bè chỉ tác dụng giảm bớt một phần rất nhỏ khảnăng chịu tải cho cọc Song nếu đánh giá chỉ riêng bè đã vừa đủ hoặc thừa đủ khả năng mang tải, nhưng không thỏa mãn độ lún tổng hoặc độ lún lệch cho phép, như vậy khảnăng phải xem xét việc bố trí thêm cọc để cọc giữ vai trò giảm bớt lún cho bè

Hình 1.3 - Quan hệ tải trọng và độ lúntrong trường hợp móng bè có cọc và không có cọc

1.2.3 Cơ chế làm việc của móng bè cọc

Cơ chế làm việc móng cọc đài bè: đặc điểm nổi bật của móng cọc đài bè là sự ảnh hưởng tương hỗ giữa đất và kết cấu móng được thể hiện rõ ở hình 1.4 bên dưới, theo bốn ảnh hưởng sau:

- Sựtương tác giữa cọc và đất;

- Sựtương tác giữa cọc và cọc;

- Sựtương tác giữa đất và móng bè;

- Sựtương tác giữa cọc và móng bè

Hình 1.4 - Sự tương tác lẩn nhau giửa đất, bè và cọc (Katzenbach et al., 2000)

Sơ đồ tính toán móng cọc đài bè: Móng bè được mô hình bằng phần tử dầm hoặc bằng phần tử tấm hoặc cả hai Móng bè liên kết với các lò xo tư ợng trưng cho cọc và cho đất tại các điểm nút Các lò xo tượng trưng cho cọc và đất có kểđến ảnh hưởng tương hỗ giữa bè, đất và cọc

1.3 CÁC QUAN ĐIỂM TÍNH TOÁN MÓNG BÈ-CỌC

1.3.1 Quan điểm cọc chịu tải hoàn toàn

C ẤU TRÚC CỦA ĐỀ TÀI

Với những mục tiêu và phương pháp nêu trên, nội dung của đề tài gồm các phần chi tiết sau đây:

- Chương 1: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu

- Chương 2: Cơ sở lý thuyết và các phương pháp nghiên cứu

- Chương 3: Phân tích và lựa chọn phương pháp tính hệ số nền của đất (K nền ) và hệ số nền của cọc (K cọc )

- Chương 4: Phân tích và tính toán giá các ứng xử trong móng cọc đài bè. phù hợp

- Phần: Kết luận và Kiến nghị

M ỐT SỐ NGHIÊN CỨU VỀ MÓNG BÈ C ỌC

Móng bè cọc đã đư ợc sử dụng rộng rãi cho các công trình xây dựng bởi cả hai tính năng chịu lực và giảm độ lún của móng được cải thiện đáng kể so với móng cọc thông thường Katzenbach et al (2000) cho thấy nhiều ưu điểm của bè cọc và đưa ra một số ví dụ về các ứng dụng của bè cọc trên đất sét cứng Hiệu quả kinh tế của móng bè cọc cũng được trình bày bởi Randolph (1994), bên cạnh bộ phận chính là các cọc, thì bè có khảnăng đóng góp một cách đáng kể khảnăng chịu tải trọng của công trình Rõ ràng các cọc phải được thiết kế sao cho khả năng chịu lực của nó là hoàn toàn huy động được khi tải làm việc

Có nhiều phương pháp được đề xuất để phân tích móng cọc đài bè Burland (1995) đề xuất một phương pháp tính đơn giản khi thiết kế móng bè trên nền cọc, trong đó các cọc được thiết kế để hoạt động như giảm độ lún (lưu ý rằng phương pháp này chỉ phù hợp với cọc ma sát trong đất sét) Horikoshi et al

(1999) phát triển một phương pháp để tính toán giải quyết tổng thể của móng cọc đài bè Và những nghiên cứu thêm của Poulos (2000) và Poulos (2001a, 2001b) với việc áp dụng phương trình Midlin của bán không gian đàn hồi vào bài toán bè cọc và những thử nghiệm thực tếđể phân tích ngược lại bài toán Phương pháp phần tử hữu hạn ba chiều (3D-FEM) được áp dụng cho dựđoán của các ứng xử của bè cọc bởi Reul et al (2003, 2004), Lisa J Novak et al (2005), Ningombam Thoiba Singh et al (2008), Phongpat Kitpayuck (2009) và JinHyung Lee et al (2010) Máy gia tốc ly tâm được áp dụng thử nghiệm cho dự đoán của các ứng xử của hệ bè cọc được đề xuất bởi Horikoshi et al (1996, 1998), Conte et al (2003) và Vincenzo Fioravante et al (2008) Đề tài “ Phân tích và tính toán các ứng xử trong móng cọc đài bè ” tiếp tục hướng nghiên cứu bằng các phương pháp giải tích kết hợp sự hổ trợ của phần mềm phần tử hữu hạn (Safe v12) được sử dụng để phân tích và tính toán các ứng xử trong móng cọc đài bè Qua đó giúp đọc giả có được cái nhìn cụ thểhơn, rõ ràng hơn và tổng quát hơn về phương án móng bè trên nền cọc, qua đó ứng dụng rộng rãi trong việc lựa chọn phương án móng hợp lý tính toán các công trình nhà cao tầng

KHÁI QUÁT MÓNG BÈ-C ỌC

Móng cọc đài bè hay còn đư ợc gọi là móng bè trên nền cọc bao gồm hai thành phần sau:

Bè hay đài cọc có nhiệm vụ liên kết và phân phối tải trọng từ các chân kết cấu cho các cọc, đồng thời truyền một phần tải trọng xuống đất nền tại vị trí tiếp xúc giữa đáy bè và đất nền Bè có thể làm dạng bản phẳng hoặc bản dầm nhằm tăng độ cứng chống uốn Chiều dày tối thiểu của bè được xác định theo điều kiện bè bị chọc thủng do lực tập trung tại chân cột, chân vách, hay do phản lực cọc Để điều chỉnh lún không đều có thể làm bè với chiều dày thay đổi

Các cọc làm nhiệm vụ truyền tải trọng xuống nền đất tốt dưới chân cọc thông qua sức kháng mũi và vào nền đất xung quanh cọc thông qua sức kháng bên Có thể bố trí cọc trong đài thành nhóm hay riêng rẽ, bốtrí theo đường lối hay bố trí bất kỳ tuỳ thuộc vào mục đích của người thiết kế, nhằm điều chỉnh lún không đều, giảm áp lực lên nền ởđáy bè hay giảm nội lực trong bè…

Hình 1.1 - Mô hình móng bè trên nền cọc

1.2.2 Ưu điểm của móng bè cọc

Móng bè trên nền cọc có rất nhiều ưu điểm so với các loại móng khác, sở dĩ phải làm móng bè - cọc vì trư ờng hợp đất yếu rất dày, bố trí cọc theo đài đơn hay băng cọc không đủ Cần phải bố trí cọc trên toàn bộ diện tích xây dựng mới mang đủ tải trọng của công trình, làm tăng kh ả năng chịu tải và giảm lún cho công trình Hơn nữa móng cọc đài bè sẽlàm tăng độ cứng tổng thể của nền móng bù đắp lại sự yếu kém của nền đất

Trong nhiều tài liệu tham khảo cho thấy tầm quan trọng chính là vấn đề khả năng mang tải trọng đứng, độ lún tổng, độ lún lệch Nói chung những vấn đề này là những tiêu chí chính đánh giá trong tiêu chuẩn và cũng được xem xét đến trong đề tài này

Hình 1.2 - Các công trình cao tầng tại Frankfurt

Trong việc đánh giá về tính tiện ích của việc sử dụng móng cọc đài bè, trước tiên cần phải đánh giá ước lượng qua quy phạm kỹ thuật khả năng mang tải đứng, tải ngang, giá trị độ lún tổng và độ lún lệch của móng bè độc lập không bố trí thêm cọc Theo Burland 1995, Randolph 1994, nếu đánh giá riêng móng bè chỉ có khả năng mang tải đạt yêu cầu mức độ nhỏ, giống như chỉ thiết kế móng bè lý thuyết qui phạm, còn cọc được tính toán chịu hầu hết tải trọng công trình Như vậy nhiệm vụ đơn thuần của bè chỉ tác dụng giảm bớt một phần rất nhỏ khảnăng chịu tải cho cọc Song nếu đánh giá chỉ riêng bè đã vừa đủ hoặc thừa đủ khả năng mang tải, nhưng không thỏa mãn độ lún tổng hoặc độ lún lệch cho phép, như vậy khảnăng phải xem xét việc bố trí thêm cọc để cọc giữ vai trò giảm bớt lún cho bè

Hình 1.3 - Quan hệ tải trọng và độ lúntrong trường hợp móng bè có cọc và không có cọc

1.2.3 Cơ chế làm việc của móng bè cọc

Cơ chế làm việc móng cọc đài bè: đặc điểm nổi bật của móng cọc đài bè là sự ảnh hưởng tương hỗ giữa đất và kết cấu móng được thể hiện rõ ở hình 1.4 bên dưới, theo bốn ảnh hưởng sau:

- Sựtương tác giữa cọc và đất;

- Sựtương tác giữa cọc và cọc;

- Sựtương tác giữa đất và móng bè;

- Sựtương tác giữa cọc và móng bè

Hình 1.4 - Sự tương tác lẩn nhau giửa đất, bè và cọc (Katzenbach et al., 2000)

Sơ đồ tính toán móng cọc đài bè: Móng bè được mô hình bằng phần tử dầm hoặc bằng phần tử tấm hoặc cả hai Móng bè liên kết với các lò xo tư ợng trưng cho cọc và cho đất tại các điểm nút Các lò xo tượng trưng cho cọc và đất có kểđến ảnh hưởng tương hỗ giữa bè, đất và cọc

CÁC QUAN ĐIỂM TÍNH TOÁN MÓNG BÈ -C ỌC

1.3.1 Quan điểm cọc chịu tải hoàn toàn

Tại nước ta, trong thực hành thiết kế móng cọc đài bè, thường quan niệm toàn bộ tải trọng công trình do các cọc tiếp nhận Đóng góp của phần đất dưới đáy bè thường bị bỏ qua, kể cảkhi đáy đài tiếp xúc với đất nền tốt Theo quan niệm này, các cọc được thiết kế như một nhóm cọc để tiếp nhận hoàn toàn tải trọng của công trình mà không kể đến sự tham gia chịu tải của nền đất xung quanh dưới đáy bè Trong tính toán, hệ móng bè còn đ ược tính như móng cọc đài thấp với nhiều giả thuyết gần đúng như:

- Tải trọng ngang do nền đất trên đáy đài tiếp nhận

- Đài móng tuyệt đối cứng, ngàm cứng với các cọc và chỉ truyền tải trọng lên các cọc Do đó, cọc chỉ có chịu kéo hoặc chịu kéo

- Cọc trong nhóm cọc làm việc như cọc đơn và chịu toàn bộ tải trọng tiếp nhận từđài móng.

- Khi tính toán tổng thể móng cọc thì xem hệ móng là một khối móng quy ước

Quan điểm trên có thể áp dụng khi thiết kế những nhóm cọc nhỏ, có kích thước đáy đài không đáng kể so với chiều dài cọc Vì khi ấy vùng ứng suất tăng thêm trong nền do áp lực đáy đài gây ra nhỏ, ít ảnh hưởng đến sự làm việc của các cọc Tuy nhiên, nếu bỏ qua sự làm việc của bè khi thiết kế móng cọc đài bè (có kích thước đáy đài đáng kể so với chiều dài cọc) sẽ dẫn đến sự mô tả không đúng sự phân phối tải trọng lên các cọc và độ lún của móng

Tính toán theo quan điểm này có ưu điểm là đơn giản, thiên về an toàn và được hướng dẫn chi tiết trong các tài liệu về nền móng công trình hiện nay Độ lún của móng tính theo phương pháp này cho kết quả lớn, vì thế sử dụng nhiều cọc và có thường có hệ số an toàn cao, chưa phát huy được hết sức chịu tải của kết cấu Như vậy, ta thấy đây là quan điểm thiết kế rất thiên về an toàn, vì thực tếđài có tiếp nhận và truyền một phần tải trọng xuống đất nền

1.3.2 Quan điểm bè chịu tải hoàn toàn

Bè được thiết kế để chịu phần lớn tải trọng lên móng Các cọc chỉ tiếp nhận một phần nhỏ của tổng tải trọng, được bố trí hợp lý với mục đích chính là giảm độ lún lệch cho công trình Trường hợp thiết kế chỉ sử dụng móng bè để chịu tải trọng công trình mà không thỏa mãn yêu cầu bền vững hoặc biến dạng đất nền lún nhiều

[9] hoặc lún chênh lệch quá lớn, thì đòi hỏi thiết kế phải bố trí tăng cường thêm cọc để giảm lún cho móng bè Để tận dụng khảnăng mang tải móng bè với độ lún tổng và độ lún lệch đạt đến giới hạn thì tại vị trí móng bè bị lún quá giới hạn phải bố trí thêm cọc với sốlượng giới hạn tối thiểu

1.3.3 Quan điểm bè - cọc đồng thời chịu tải

Theo quan điểm này, hệ kết cấu móng bè - cọc đồng thời làm việc với đất nền theo một thể thống nhất, xét đến đầy đủ sựtương tác giữa các yếu tố đất - bè - cọc Ởđây, các cọc ngoài tác dụng giảm lún cho công trình, còn phát huy hết được khảnăng chịu tải, do đó cần ít cọc hơn, chiều dài cọc nhỏhơn Khi cọc đã phát huy hết khả năng chịu tải, thì một phần tải trọng còn lại sẽ do phần đất bên dưới bè (xung quanh cọc) gánh chịu và làm việc như móng bè trên nền thiên nhiên

Trong quan điểm này, độ lún của công trình thư ờng lớn hơn so với quan điểm cọc chịu tải hoàn toàn nhưng về tổng thể, nó vẫn đảm bảo nằm trong quy định với một hệ số an toàn hợp lý, do đó quan điểm tính toán này cho hiệu quả kinh tế tốt hơn so với quan điểm đầu Tuy nhiên, quá trình tính toán cần sử dụng các mô hình phức tạp hơn, do đó hiện nay quan điểm này chưa được phổ biến rộng rãi

Randolph (1994) đã đưa ra ba lý thuy ết thiết kế khác nhau đối với móng bè trên nền cọc như sau:

- Phương pháp đơn giản: cọc được thiết kếđể chịu phần lớn tải trọng, trong khi bè tham gia hổ trợđể đạt sức chịu tải cực hạn

- Phương pháp “creep piling”: cọc được thiết kế hoạt động khi từ biến xảy ra đáng kể, thường là khoảng 70 - 80% sức chịu tải cực hạn, cọc làm giảm sự tương tác giữa bè và đất dưới áp lực tiền cố kết

- Kiểm soát độ lún lệch: cọc được thiết kếđể làm giảm độ lún lệch trong bè chứ không có tác dụng giảm độ lún tổng của công trình

Quan điểm thiết kế thứ nhất thiên về an toàn, nhưng không kinh tế nên áp dụng khi công trình có yêu cầu cao về khống chế độ lún Quan điểm thiết kế thứ hai, móng bè trên nền thiên nhiên là phương án kinh tế nhưng độ lún của bè là rất lớn và thường nền đất không đủ sức chịu tải với công trình có tải trọng lớn Quan điểm thiết kế thứ ba, dung hòa đư ợc các ưu, nhược điểm của hai quan điểm trên, nên trường hợp công trình không có yêu cầu quá cao về độ lún, có thể sử dụng để tăng tính kinh tế

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

L ỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH HỆ SỐ NỀN C ỦA ĐẤT

Về cơ bản, khi xây dựng các công trình xây dựng thì kết cấu móng là phần hết sức quan trọng của công trình Chúng thư ờng đặt trực tiếp trên các nền đất, nền đá hay nền nhân tạo Do các nền đất đều có tính đàn hồi nên người ta gọi tên chúng là móng trên nền đàn hồi Khi giải bài toán móng trên nền đàn hồi người ta thường phải sử dụng các giả thuyết về nền Mỗi giả thuyết mô phỏng khái quát vềcác đặc tính chung của nền, từđó đưa ra các lời giải tương ứng Cho đến nay đã có rất nhiều các giả thuyết khác nhau về nền nhưng giả thuyết Winkler được dùng nhiều hơn cả Ông đã giả thuyết nền biến dạng đàn hồi cục bộ Điều đó cho phép coi nền đàn hồi gồm các lò xo không liên quan với nhau và cường độ phản lực của đất tại mỗi điểm tỉ lệ bậc nhất với độ lún đàn hồi tại điểm đó thông qua hệ số nền đàn hồi K Đó là điều không dễ dàng để xác định giá trị K nền này bởi vì nó không phải là duy nhất cho từng loại đất, như được đề cập đến trong một số sách kỹ thuật về nền móng Thông thường, trong thực tế các móng công trình đư ợc đặt trên nền đất thường là không đồng chất hoặc có nhiều lớp với chiều dày và hệ số nền khác nhau Vì vậy cần tìm ra một hệ số nền để ứng xử cho phù hợp với từng điều kiện chất đất cụ thể là một việc làm hết sức cần thiết

Từ công thức tính độ cứng của lò xo:

= S (kg/m, kN/m); (2.1) Ứng dụng trong đất nền: quan hệ áp lực p trên bàn nén và độ lún S khi chịu tải cho bởi đường cong trong phạm vi tuyến tính: z

= S (kN/m 3 được gọi là hệ số nền:

Cơ sở lý thuyết tính toán ở nội dung này là nghiên cứu tính toán hệ số nền của đất theo các công thức giải tích khác nhau Sau đó tiến hành so sánh các giá trị vừa tính được với kết quả tính toán theo kết quả thí nghiệm bàn nén hiện trường để

[11] tìm ra phương pháp tính g ần đúng hay có độ sai lệch nhỏ nhất Từ đó đưa ra kết luận đâu phương pháp là phương án đáng tin cậy nhất, phù hợp nhất khi tính toán hệ số nền của đất

Hệ số nền của đất được xác định từ thí nghiệm bàn nén hiện trường tiết diện tròn hoặc vuông có kích thước từ0.3m đến 1m, thậm chí lớn hơn khi muốn khảo sát đặc tính cho các công trình quan trọng, và tìm quan hệ giữa ứng suất và độ lún của nền Hoặc cũng có thể tham khảo các bảng tổng kết kết quả nghiên cứu hệ số nền của các tác giả nêu trên

Trong các lý tuyết tính toán, có rất nhiều phương pháp xác định hệ số đàn hồi của nền như sau:

2.1.1 Tính theo thí nghiệm bàn nén hiện trường a Mô hình nền Winkler

Trong phương pháp tính toán móng chịu uốn có xét đến ứng xử thực của đất nền Đất nền được tương đồng với hệ vô số các lò xo đàn h ồi tuyến tính, thông thường được biết đến với tên nền Winkler hoặc nền đàn hồi cục bộ Hằng sốđàn hồi của hệ các lò xo được gọi là hệ số phản lực nền

Q = k x ∆l hay: σ = k x ∆l (2.5) với k là hệ số nền của đất

Hình 2.1 - Mô hình nền Winkler

Hệ số nền của đất: theo định nghĩa, hệ số nền

− , đơn vị của hệ số nền K là kN/m 3 trong đó: σ : Ứng suất gây lún (kG/m

2 s : Độ lún ứng với ứng suất σ (m)

Hình 2.2 - Quan hệ giửa ứng suất và độ lún thu được từ thí nghiệm bàn nén hiện trường b Giới thiệu khái quát thí nghiệm bàn nén hiện trường

Trong nghiên cứu trạng thái làm việc của móng nông về sức chịu tải, tính biến dạng của đất nền, xuất hiện ý tư ởng là cần tiến hành thí nghệm nén tại hiện trường trên một bàn nén tương tựnhư một móng nhưng có kích thước nhỏhơn Qua đó có thể quan sát được trạng thái làm việc của bàn nén làm cơ sở suy diễn cho móng nông có kích thước thực Đó là cơ sở xuất hiện loại thí nghiệm bàn nén tải trọng tĩnh (Plate Bearing Test) sử dụng cho kiểm tra thiết kế móng nông

Ngành xây dựng công trình dân dụng thường sử dụng bàn nén vuông có cạnh từ 0.3m; 0.6m hay 0.75m Hiện nay thường dùng bàn nén có kích thước cạnh 1m

Thí nghiệm bàn nén tĩnh được xem là phương pháp có độ tin cậy cao nhất để xác định khảnăng chịu tải tải của đất nền Kết quả chính của thí nghiệm này là quan hệ giữa độ lún và các cấp áp lực Thông qua quan hệ này người thiết kế có thể xác định được sức chịu tải của đất nền, từ đó kiểm tra và đánh giá độ an toàn, độ ổn định cho nền khi chịu tải công trình c Thí nghiệm bàn nén hiện trường Áp dụng tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 9354-2012)

Hình 2.3 - Thí nghiệm bàn nén tĩnh ngoài hiện trường

Thí nghiệm này là phương pháp xác định mô đun biến dạng của đất nền trong phạm vi chiều dày bằng hai đến ba lần đường kính tấm nén, nhằm tính toán độ lún của công trình, đ ặc biệt là cho móng nông Từđó, ta quan sát được quy luật biến dạng, đồng thời sức chịu tải của móng đơn

Nguyên lý của phương pháp này là đặc một bàn nén lên vị trí dự kiến đặt móng nông, thường là đáy hốđào rồi tiến hành chất tải theo từng cấp lên cho tới khi phá hoại

Phương pháp này áp dụng cho đất loại sét, đất loại cát và đất hòn lớn trong điều kiện hiện trường Ở thế nằm và độ ẩm tự nhiên hoặc sau khi san lấp và đầm, nén đến độ chặt yêu cầu Thí nghiệm này không áp dụng cho đá, đất trương nở và đất nhiễm mặn khi thí nghiệm chúng trong điều kiện thấm ướt d Xác định sức chịu tải giới hạn của đất nền P gh

Phân tích kết quả thí nghiệm bàn nén hiện trường qua các phương pháp sau:

Thông qua biểu đồ quan hệ giữa độ lún và tải trọng, ta có thểxác định được ứng suất giới hạn của đất nền theo các cách như sau:

Cách 1: ứng suất giới hạn của đất nền là giao điểm của hai nhánh đàn hồi và dẻo của đường cong nén lún

2ΔSi-1 ≤ ΔS ≤ ΔSi+1 (2.7) với: ΔSi+1 : sốgia độ lún do cấp tải P i+1 gây ra ΔSi : sốgia độ lún do cấp tải P i gây ra

[14] ΔSi-1 : sốgia độ lún do cấp tải P i-1 gây ra

Hay nói cách khác P gh là cấp áp lực nén mà gia sốđộ lún ứng với cấp áp lực

P i lớn gấp đôi gia số lún với cấp áp lực kề trước P i-1 , đồng thời bằng hoặc nhỏ hơn giá trịứng với cấp P i+1

Cách 3: là cấp áp lực mà tại đó, độ lún đạt giá trị quy ước bằng 1/10 đường kính bàn nén tròn hoặc cạnh của bàn nén vuông

Xác định giới hạn phá hỏng của đất nền, là giao điểm mà ở đó tải trọng không tăng nhưng độ lún vẫn chuyển vị không ngừng theo thời gian

2.1.2 Tính theo phương pháp bảng tra

Phương pháp tra bảng: Các bảng tra được lập sẵn trên cơ sở thực nghiệm và thống kê Người thiết kế dựa vào tên, loại đất, độ chặt, tỷ số dẻo để lựa chọn được hệ số nền phù hợp Theo cách này đòi hỏi người thiết kế phải có nhiều kinh nghiệm bởi lẽ phạm vi thay đổi là rất lớn cho cùng một mô tảđất, có khi cùng loại đất trị số cuối và đầu cách nhau 15 lần

- Bảng dùng thiết kế và tính toán móng nông:

B ảng 2.1 Bảng tra hệ số K theo đặc trưng đất nền theo phương pháp thiết kế và tính toán móng nông Đặc trưng nền của đất Tên đất K(kg/cm 3 ) Đất ít chặt Đất chảy, cát mới lấp, sét ướt nhuyễn 0.1-0.5 Đất chặt vừa Cát lấp từ lâu, sỏi đắp, sét ẩm 0.5-5 Đất chặt Cát lấp từ lâu, sỏi cuộn chặt lắp từ lâu, cuội, sét ít ẩm

5-10 Đất rất chặt Cát sét được nén nhân tạo, sét cứng 10-20 Đất cứng Đá mềm nứt nẻ, đá vôi, sa thạch 20-100 Đất đá Đá cứng, tốt 100-1500

Nền nhân tạo Nền cọc 5-15

- Bảng dùng cho tính cọc theo tiêu chuẩn xây dựng TCXDVN 205:1998 & Qui trình 22TCN18-79:

Hệ số nền tăng tuyến tính theo chiều sâu Cz = K.z (T/m 3 )

- Bảng dùng cho tính cọc theo phương pháp J.E BOWLES: bảng này dùng đểxác định K h cho móng cọc

B ảng 2.2 - Hệ số K theo Phương pháp J.E BOWLES

2 Cát thô và chặt vừa 157-300

2.1.3 Tính theo công thức gần đúng

= − (kN/m 3 trong đó: K s : hệ số nền của đất

B : Bề rộng móng à : Hệ số tra bảng theo Vesic bờn dưới Giỏ trị à = 0.3 cú thểxem là tương đối chớnh xỏc cho cỏc trường hợp

E s : Mô đun đàn hồi của đất nền

B ảng 2.3 - Bảng tra giỏ trị à theo Vesic

2.1.4 Tính theo giá trị thí nghiệm SPT

(MN/m 3 trong đó: K s : hệ số nền của đất

N : trị số SPT từ kết quả thí nghiệm

2.1.5 Tính theo công thức của J.E.Bowles, Terzaghi, Hansen

K s = C(cN c + 0.5γBNγ) + (cγNq) z n (kN/m 3 trong đó: K s : hệ số nền của đất

) (2.11) z n : độ sâu khảo sát S.I : C = 40 γ : trọng lượng riêng của đất phía trên điểm tính K s φ : góc ma sát trong của đất

- Các giá trị N c ; N q ; N γ phụ thuộc vào φ tra bảng theo Terzaghi :

B ảng 2.4 - Bảng tra các giá trị N c ; N q ; N γ theo Terzaghi ϕ (độ) N q N c N γ ϕ (độ) N q N c N γ

2.1.6 Tính theo công thức của Terzaghi

K s = 24(cN c + γDNq+0.4γBNγ) (kN/m 3 trong đó: K s : hệ số nền của đất

) (2.12) c : lực dính của đất γ : trọng lượng riêng cuảđất phía trên điểm tính K s φ : góc ma sát trong của đất

N c ; N q ; N γ : Các giá trị tra bảng theo φ theo Terzaghi

2.1.7 Tính theo quy phạm CH N Π:

Nhiều tác giảđã đề xuất công thức tính gần đúng suy ra từ khảnăng chịu tải nền giống như Quy phạm CH N Π 18-58:

C z = 40 x (HSAT) x p a (kN/m 3 với p a được xác định từ :

− (2.14) trong đó: P a : áp lực gây lún an toàn

P gh : áp lực gây lún giới hạn HSAT : hệ sốan toàn, được lấy từ (2-3)

2.1.8 Tính theo lý thuyết bán không gian đàn hồi đẳng hướng

− (kN/m 3 trong đó: C z : hệ số nền của đất

E s : modun đàn hồi của đất nền

L : chiều dài của móng hay bàn nén

B : chiều rộng của móng hay bàn nén à : hệ số poisson χ z : hệ số tra bảng phụ thuộc vào hệ số m (m là hệ số tỷ lệ giửa chiều dài và chiều rông của móng hay bàn nén)

B ảng 2.5 - Bảng tra các giá trị χz ; χx ; χ ϕ m = L/B χ z χ x χϕ

L ỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH HỆ SỐ N ỀN CỦA CỌC K cọc 1 Phương pháp thí nghiệm nén tỉnh cọc hiện trường

Khi mô hình hóa các công trình xây dựng nói chung và hệ móng cọc nói riêng bằng các phần mềm phần tử hữu hạn, việc biểu diễn đúng bản chất của đối tượng (cấu kiện) có ảnh hướng rất lớn đến kết quả phân tích của chương trình Việc biểu diễn không chính xác làm cho các kỹsư kết cấu tính toán thiếu hoặc thừa cho công trình, từ đó gây nguy hiểm hoặc hao phí công trình tăng cao vì s ự dư thừa không cần thiết Trên cơ sở đó, đề tài tiến hành lựa chọn phương pháp tính hệ số đàn hồi của cọc sao cho hợp lý nhất, có nghĩa là gần xác với thực tế nhất để áp dụng khi sử dụng vào phần tử hữu hạn

Cơ sở lý thuyết tính toán của nội dung là nghiên cứu tính toán hệ số nền của cọc K cọc theo các công thức giải tích khác nhau Sau đó tiến hành so sánh các giá trị vừa tính được với kết quả tính toán theo kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc để tìm ra phương pháp tính gần x ác h ay có độ sai lệch nhỏ nhất Từ đó đưa ra kết luận phương pháp nào là phương án đáng tin cậy nhất, phù hợp nhất khi sử dụng các công thức giải tích để tính toán hệ số nền của cọc

Trong các lý tuyết tính toán, có rất nhiều phương pháp xác định hệ số nền của cọc như sau:

2.2.1 Phương pháp thí nghiệm nén tĩnh cọc hiện trường a Giới thiệu khái quát thí nghiệm nén tĩnh cọc

Phương pháp nén tĩnh cọc là giải pháp truyền thống được tin cậy và sử dụng rộng rãi nhất Thí nghiệm nén tĩnh c ọc dùng để xác định sức chịu tải của cọc và thiết lập biêu đồ quan hệ giửa tải trọng và biến dạng Thí nghiệm này thực chất là xem ứng xử của cọc (độlún) trong điều kiện cọc làm việc như thực tếdưới tải trọng công trình nhằm mục đích chính là xác định độ tin cậy của cọc ở tải trọng thiết kế, xác định tải trọng giới hạn của cọc và cho phép kiểm tra lại các phương pháp tính toán theo cơ sở lý thuyết hay giải tích b Thí nghiệm nén tĩnh cọc Áp dụng tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 9393-2012)

Mục đích của phương pháp này là để kiểm tra sức chịu tải của cọc

Hình 2.4 - Biểu đồ quan hệ tải trọng - chuyển vị từ thí nghiệm

Sức chịu tải tiêu chuẩn của cọc theo kết quả nén tĩnh được xác định theo đồ thị độ lún và tải trọng Như vậy hệ số nền của cọc từ kết quả nén tĩnh có thể được xác định từ công thức sau:

= P ; trong đó: P : sức chịu tải (2.18) S: độ lún của cọc

Hình 2.5 - Thí nghiệm thử tĩnh cọc ngoài hiện trường

Thí nghiệm nén tĩnh c ọc dùng để xác định sức chịu tải của cọc và thiết lập biểu đồ quan hệ tải trọng biến dạng Thử tải đơn thuần là tìm kiếm những thông số nhằm xác định tính ổn định của nền đất, độ rung, lún, sức chịu tải của cột tính đàn hồi Những số liệu thu thập được trong giai đoạn này sẽlà cơ sở để các kỹsư xây dựng tính toán kết cấu móng nền cho công trình

Thí nghiệm được tiến hành bằng phương pháp dùng tải trọng tĩnh ép dọc trục cọc sao cho dưới tác dụng của lực ép, cọc lún sâu thêm vào đất nền Tải trọng tác dụng lên đầu cọc được thực hiện bằng kích thủy lực với hệ phản lực là dàn chất tải, neo hoặc kết hợp cả hai Các số liệu về tải trọng, chuyển vị, biến dạng thu được trong quá trình thí nghiệm là cơ sơ để phân tích, đánh giá sức chịu tải và mối quan hệ tải trọng - chuyển vị của cọc trong đất nền

K = K +K υ (2.19) trong đó: K zn : độ cứng dưới mũi cọc và được tính: K zn =C z F z (2.20)

K zb : độ cứng bên hông cọc và được tính: K zb =C x F xp b (2.21) với: C x =0, 3C z ; (2.22) b 4 xq c

C x : hệ số mặt bên cọc, được tính: x

C =α L với L là chiều dài cọc, α tra trong bảng sau:

B ảng 2.6 - Bảng tra hệ số α theo từng loại đất

- Sét, sét pha dẻo mềm (0,5 < B ≤ 0,75)

- Sét, sét pha dẻo cứng (0 < B ≤ 0,5)

[22] υ: hệ sốđược xác định theo hai hệ số K c và H zn c zb

= + và được tra theo biểu đồ sau: (2.24)

Hình 2.6 - Biểu đồ và sơ đồ mô hình xác định độ cứng cọc đơn

2.2.3 Phương pháp tính theo độ lún cọc đơn

Nguyên tắc của phương pháp này là xác định độ lún của cọc S dưới tác dụng

P theo mô hình và phương pháp mà ta xem là thích h ợp và đơn giản Sau đó xác định độ cứng tương đương của cọc theo công thức đã biết:

- Xác định độ lún cọc đơn theo phương pháp Vesic

- Độ lún cọc đơn bao gồm 3 thành phần sau:

S =S +S +S (2.26) trong đó: S 1 : độ co của vật liệu làm cọc

S 2 : độ biến dạng nén của đất nền dưới mũi cọc

S 3 : độ chuyển vị đứng của đất nền xung quanh cọc do ma sát giữa đất và mặt bên của cọc

- Độ lún S 1 do biến dạng co của thân cọc được tính như một thanh vừa chịu nén bởi lực Q ap ởhai đầu và lực Q as ma sát xung quanh cọc theo công thức sau:

= (2.27) trong đó: A: diện tích tiết diện ngang cọc

E: môđun đàn hồi vật liệu làm cọc

L: chiều dài cọc ξ : hệ số phụ thuộc vào hình dạng phân bố lực ma sát f s giữa cọc và đất dọc thân cọc Nếu f s phân bố điều hoặc dạng parabol theo chiều sâu thì ξ = 0,5; nếu dạng phân bố tuyến tính theo chiều sâu thì ξ = 0,67

- Độ lún S 2 do biến dạng nén của đất nền dưới mũi cọc được tính theo lý thuyết nền đàn hồi như công thức sau:

A ap ap p q = Q : áp lực lên đất nền ở mũi cọc

Q ap : sức chịu tải an toàn của đất ởdưới mũi cọc

E sb và υ: môđun biến dạng và hệ số poisson của đất dưới mũi cọc

B: đường kính hoặc cạnh cọc ω: hệ số phụ thuộc hình dạng cọc

( ω = 0,79 với cọc vuông; ω = 0,88 với cọc tròn; hoặc có thể lấy 0,85 cho mọi loại cọc)

- Độ lún S 3 do chuyển vị theo phương đứng của đất bởi lực ma sát giữa đất và mặt bên của cọc được tính như sau:

= − (2.29) trong đó: Q s : sức kháng bên do ma sát dọc thân cọc

L, u : lần lượt là chiều dài và chu vi của cọc

I s : hệ số phụ thuộc độ mảnh cọc: s 2 0, 35 L

[24] υ: hệ số poisson trung bình của đất dọc thân cọc

E s : môđun biến dạng của đất dưới mũi cọc

2.2.4 Phương pháp Poulos and Davis (1980): p A p s

= E (2.31) trong đó: E p : môđun đàn hồi của cọc

E s : môđun đàn hồi trung bình của đất dọc thân cọc

= (2.32) với A p là diện tích MC ngang cọc, cọc đặc thì A p = 1

PHÂN TÍCH VÀ TÍNH TOÁN CÁC ỨNG XỬ TRONG MÓNG

Quan niệm móng bè cọc làm việc đồng thời, tức cọc và bè (phần đất xung quanh cọc) cùng chịu tải trọng công trình đư ợc xem là hiệu quả về mặt kỹ thuật cũng như về mặt kinh tế Theo quan điểm này, hệ kết cấu móng đài - cọc đồng thời làm việc với đất nền theo một thể thống nhất, xét đến đầy đủ sựtương tác giữa các yếu tố đất - bè - cọc Ở đây, các cọc ngoài tác dụng giảm lún cho công trình, còn phát huy hết được khả năng chịu tải, do đó cần ít cọc hơn, chiều dài cọc nhỏ hơn

Khi cọc đã phát huy hết khảnăng chịu tải, thì một phần tải trọng còn lại sẽ do phần đất bên dưới bè (xung quanh cọc) gánh chịu và làm việc như móng bè trên nền thiên nhiên Tuy nhiên, phần lớn các kỹ sư khi tính toán lại bỏ qua yếu tố chịu tải của phần đất xung quanh cọc, dẫn đến kết quả là các cọc được thiết kế dài hơn, nhiều hơn hay có tiết diện lớn hơn để nhận tải trọng công trình một cách an toàn Đồng thời cũng làm tăng nội lực trong bè Nhận định điều này là rất hạn chế

Trên cơ sở đó, học viên sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn FEM (Safe v12) để đánh giá sự phân bố ứng suất giữa cọc và phần đất xung quanh cọc trong quá trình tiếp nhận toàn bộ tải trọng công trình từ móng bè truyền xuống, đề tài sẽ tiến hành mô phỏng cọc khoan nhồi có đường kính 1.5m Quá trình mô phỏng trực tiếp và so sánh kết quả về chuyển vị, khả năng chịu tải đứng trong hệ cọc (cọc khoan nhồi); các ứng xử trong bè bao gồm moment và lực cắt trong bè Vấn đề cốt yếu trong phần này là sự phân chia ứng suất giữa hệ cọc và phần đất xung quanh cọc tiếp nhận là bao nhiêu phần trăm Tổng ứng suất phân bố trên nền đất được tính

[25] toán bằng cách lấy tổng ứng suất trền xuống móng bè trừ đi tổng ứng suất truyền lên đài cọc

Thực hành mô phỏng và so sánh các kết quả (Chuyển vị - moment - lực cắt trong bè; phản lực đầu cọc) cho móng bè trên nền cọc trong hai trường hợp sau:

2.3.1 Trường hợp thứ nhất: chỉ gán hệ số nền của cọc K cọc vào bè (không xét đến đất nền dưới đáy bè):

Hình 2.7 - Mô hình không xét đến đất nền dưới đáy bè

2.3.2 Trường hợp thứ hai:gán đồng thời hệ số nền của cọc K cọc và hệ số nền của đất K nền vào bè (có xét đến đất nền dưới đáy bè):

Hình 2.8 - Mô hình có xét đến đất nền dưới đáy bè

2.4 LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG CỌC TIẾT DIỆN LỚN

KHI SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN Để công trình có thểđứng vững, phần nền móng nói chung và phần đài móng nói riêng là rất quan trọng, đài móng là bộ phận liên kết phần kết cấu bên trên với hệ thống cọc bên dưới (nếu có) hoặc trực tiếp với nền đất bên dưới Do đó, việc đảm bảo đài móng có thể làm việc ở trạng thái tốt nhất là điều hết sức quan trọng, vì nếu không thì dù kết cấu bên trên có vững chắc đến đâu thì với đôi chân yếu ớt, nó không thể tồn tại được Tuy nhiên hiện nay, trong quá trình thiết kế, khi sử dụng các phần mềm thông dụng như ETABS, SAFE…dù tiết diện các cọc có lớn hay nhỏ thế nào thì đa ph ần các kỹ sư đều biểu diễn bằng 1 lò xo trong mô hình tính toán Mà trong phương pháp phần tử hữu hạn, 1 lò xo chỉ tượng trưng cho 1 điểm và điều đó là chưa hợp lý vì ta đã bỏ qua kích thước tiết diện các cọc điều đó dẫn đến không phản đúng bản chất quá trình làm việc thực tế của đài và cọc, với các công trình lớn, sự sai khác nhỏ này có thể dẫn đến hậu quả nghiêm trọng Đểđưa ra phương pháp hợp lý khi mô phỏng cọc bằng phương pháp phần tử hữu hạn FEM, luận văn sẽ tiến hành mô phỏng cọc khoan nhồi lần lượt bằng 1 lò xo, 5 lò xo và 9 lò xo

Xác định giá trị độ cứng và gán lò xo vào mô hình lần lượt theo các các trường hợp sau đây:

2.4.1 Trường hợp 1 : 1 cọc là 1 gối lò xo với K lò xo = K cọc

Hình 2.9 - Mô hình mỗi cọc là 1 gối lò xo

2.4.2 Trường hợp 2 : 1 cọc là 5 gối lò xo với K lò xo = K cọc /5

2.4.3 Trường hợp 3 : 1 cọc là 9 gối lò xo với K lò xo = K cọc /9

Cơ sở lý thuyết của nội dung nghiên cứu là thông qua việc phân tích đánh giá và so sánh các kết quả (chuyển vị, phản lực đầu cọc, moment - lực cắt theo phương

X, moment - lực cắt theo phương Y) theo các trường hợp nêu trên, từ đó lựa chọn được phương pháp mô phỏng các cọc tiết diện lớn trong mô phỏng cọc bằng các phần mềm phần tử hữu hạn

CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP TÍNH HỆ SỐ NỀN CỦA ĐẤT VÀ HỆ SỐ NỀN CỦA CỌC PHÙ HỢP

XÁC ĐỊNH PHƯƠNG PHÁP TÍNH HỆ SỐ NỀN C ỦA ĐẤT (K nền PHÙ H ỢP

- Áp dụng cho các trường hợp sau đây: a Công trình: Tr ường tiểu học A Núi Sam, địa điểm phường Núi Sam - Thị xã Châu Đốc - tỉnh An Giang

Các chỉ tiêu cơ lý chính của địa chất khu vực (MNN -1.50m) Sức chịu tải của nền đất dưới móng nông hình vuông cạnh b = 1,0m, chiều sâu chôn móng là

D f = 1,50m Mực nước ngầm cao độ -1,50m

B ảng 3.1 - Bảng tổng hợp số liệu địa chất tại Trường tiểu học A Núi Sam

Kết quả TN bàn nén hiện trường tại Trường tiểu học A Núi Sam như sau:

Hình 3.1 - Kết quả thí nghiệm bàn nén hiện trườngTrường tiểu học A Núi Sam

+ Áp lực dưới đáy móng P: 270 (kN/m 2

+ Chuyển vịS theo phương z: 13.53 (mm)

B ảng 3.2 - Bảng tổng hợp kết quả tính hệ số nền của đất K nền theo các PP khác nhau tại Trường tiểu học A Núi Sam

TT Phương pháp thực hiện Đơn vị

1 Tính theo TN bàn nén hiện trường nt 19,96 -

2 Tính theo kết quả TN SPT nt 25,35 27,03

3 Tính theo công thức gần đúng nt 16,04 -19,63

4 Tính theo công thức của Bowles nt 17,53 -12,15

5 Tính theo công thức của Terzaghi nt 15,61 -21,76

6 Tính theo quy phạm CHUΠ nt 10,80 -45,88

7 Tính theo lý thuyết bán không gian nt 17,00 -14,81

Hình 3.2 - Biểu đồ giá trị hệ số nền của đất K nền theo các phương pháp tính khác nhau tại Trường tiểu học A Núi Sam

Trong điều kiện địa đất công trình tương t ự thì kết quả tính theo công thức của Bowles có giá trị chênh lệnh theo cận dưới nhỏ nhất (sai lệch -12.15%), đáng tin cậy nhất

[30] b Công trình: Tr ư ờng tiểu học “A” Ô Lâm, địa điểm huyện Tri Tôn - tỉnh

Các chỉ tiêu cơ lý chính của địa chất khu vực (MNN -1.60m) Sức chịu tải của nền đất dưới móng nông hình vuông cạnh b = 1,0m, chiều sâu chôn móng là

D f = 1,50m Mực nước ngầm cao độ -1,60m

B ảng 3.3 - Bảng tổng hợp số liệu địa chất tại Trường tiểu học “A” Ô Lâm

Kết quả TN bàn nén tại Trường tiểu học “A” Ô Lâm như sau:

+ Áp lực dưới đáy móng P: 180 (kN/m 2

Hình 3.3 - Kết quả thí nghiệm bàn nén hiện trường tại Trường tiểu học

B ảng 3.4 - Bảng tổng hợp kết quả tính hệ số nền của đất K nền theo các PP khác nhau tại Trường tiểu học “A” Ô Lâm

2 Tính theo kết quả TN SPT nt 5,20 -58,60

4 Tính theo công thức của Bowles nt 15,07 20,00

Hình 3.4 - Biểu đồ giá trị hệ số nền của đất K nền theo các phương pháp tính khác nhau tại Trường tiểu học “A” Ô Lâm

Trong điều kiện địa đất công trình tương t ự thì kết quả tính theo công thức của Bowles có giá trị chênh lệnh theo cận trên nhỏ nhất (sai lệch 20.00%), đáng tin cậy nhất

[32] c Công trình: Kh ối 5 phòng học - Trường THPT Cô Tô, H.Tri Tôn

Các chỉ tiêu cơ lý chính của địa chất khu vực (MNN -1.0m) Sức chịu tải của nền đất dưới móng nông hình vuông cạnh b = 1,0m, chiều sâu chôn móng là D f 1,0m Mực nước ngầm cao độ -1,0m

B ảng 3.5 - Bảng tổng hợp số liệu địa chất tại Khối 5 phòng học -

Lớp đất Zi (m) Tên đất SPT γ sat

Kết quả TN bàn nén tại Khối 5 phòng học - Trường THPT Cô Tô như sau: + Áp lực dưới đáy móng P: 275 (kN/m 2

Hình 3.5 - Kết quả thí nghiệm bàn nén hiện trường tại Khối 5 phòng học - Trường

B ảng 3.6 - Bảng tổng hợp kết quả tính hệ số nền của đất K nền theo các PP khác nhau tại Khối 5 phòng học- Trường THPT Cô Tô

2 Tính theo kết quả TN SPT nt 25,35 36,15

4 Tính theo công thức của Bowles nt 18,45 -0,93

Hình 3.6 - Biểu đồ giá trị hệ số nền của đất K nền theo các phương pháp tính khác nhau tại Khối 5 phòng học - Trường THPT Cô Tô

Trong điều kiện địa đất công trình tương t ự thì kết quả tính theo công thức của Bowles có giá trị chênh lệnh theo cận dưới nhỏ nhất (sai lệch -0.93%), đáng tin cậy nhất

[34] d Công trình: Kh ối 10 phòng học - Trường THPT Cô Tô, H.Tri Tôn

Các chỉ tiêu cơ lý chính của địa chất khu vực (MNN -1.0m) Sức chịu tải của nền đất dưới móng nông hình vuông cạnh b = 1,0m, chiều sâu chôn móng là D f 1,0m Mực nước ngầm cao độ -1,0m

B ảng 3.7 - Bảng tổng hợp số liệu địa chất tại Khối 10 phòng học -

Kết quả TN bàn nén tại Khối 10 phòng học - Trường THPT Cô Tô như sau: + Áp lực dưới đáy móng P: 275 (kN/m 2

Hình 3.7 - Kết quả thí nghiệm bàn nén hiện trường tại Khối 10 phòng học - Trường

B ảng 3.8 - Bảng tổng hợp kết quả tính hệ số nền của đất K nền theo các PP khác nhau tại Khối 10 phòng học - Trường THPT Cô Tô

2 Tính theo kết quả TN SPT nt 6,24 -63,01

4 Tính theo công thức của Bowles nt 18,43 9,21

Hình 3.8 - Biểu đồ giá trị hệ số nền của đất K nền theo các phương pháp tính khác nhau tại Khối 10 phòng học - Trường THPT Cô Tô

Trong điều kiện địa đất công trình tương t ự thì kết quả tính theo công thức của Bowles có giá trị chênh lệnh theo cận trên nhỏ nhất (sai lệch 9.21%), đáng tin cậy nhất

B ảng 3.9 - Bảng tổng hợp kết quả tính toán theo các phương pháp khác nhau tại các công trình nghiên cứu

BẢNG TỔNG HỢP KẾT QUẢ TÍNH TOÁN

(Giá trị chênh lệch % so với kết quả TN bàn nén hiện trường) Trường tiểu học

1 Tính theo TN bàn nén hiện trường - - - -

3 Tính theo công thức gần đúng -19,63 -28,04 -26,28 -25,56

4 Tính theo công thức của Bowles -12,15 20,00 -0,93 9.21

5 Tính theo công thức của Terzaghi -21,76 -23,01 -23,65 -33.19

7 Tính theo lý thuyết bán không gian -14,81 -23,72 -21,86 -21,09

Kết quả tính toán hệ số nền theo các phương pháp khác nhau thể hiện qua giá trị phần trăm chênh lệch so với phương pháp tính theo kết quả thí nghiệm bàn nén hiện trường thể hiện qua hình

Hình 3.9 - Biểu đồ giá trị phần trăm chênh lệch so với phương pháp tính theo kết quả thí nghiệm bàn nén hiện trường

Khi nghiên cứu và lựa chọn phương pháp tính hệ số nền của đất K nền bằng các phương pháp khác nhau, các số liệu cho thấy giá trị tính toán theo các phương pháp khác nhau có sự chênh lệch khá rõ rệt Các kết quả thống kê được chỉ ra rằng:

+ Sự chênh lệch có biên độ lớn từ -0.93 % (Tính theo công thức của Bowles) tới -63.01 % (Tính theo kết quả thí nghiệm SPT ) so với phương pháp tính theo kết quả thí nghiệm bàn nén hiện trường

+ Trong tất cả 04 công trình nghiên cứu đều cho kết quả đánh giá phương pháp của Bowles cho kết quả gần đúng với kết quả thí nghiệm bàn nén hiện trường nhất (từ -0.93 % đến 20.0%), biên độ chênh lệch này là nhỏ hơn so với các phương pháp còn lại

+ Các phương pháp tính như: tính theo giá trị SPT; tính theo công thức gần đúng; tính theo công thức Terzaghi; tính theo quy phạm CHNΠ và tính theo lý thuyết bán không gian đàn hồi đẳng hướng cho kết quả chênh lệch rất lớn so với phương pháp tính theo kết quả thí nghiệm bàn nén hiện trường (từ -12.15 % đến 63.01%)

+ Phương pháp xác định hệ số đàn hồi của đất nền theo thí nghiệm SPT và quy phạm CHNΠ luôn cho kết quả chênh lệch rất lớn so với phương pháp tính theo với kết quả thí nghiệm bàn nén hiện trường (từ27.03 % đến 63.01%)

XÁC ĐỊNH PHƯƠNG PHÁP TÍNH H Ệ SỐ N ỀN C ỦA CỌC (K cọc PHÙ H ỢP

- Áp dụng cho các trường hợp sau đây: a Công trình: “ C ụm tượng đài chiến thắng 75 lượt Tiểu đoàn Ngụy (tại công viên Chi ến Thắng) ” - Địa điểm: phường 5 - TP Vị Thanh - tỉnh Hậu Giang

Hình 3.10 - Mặt cắt địa chất HK 01 tại công trình Cụm tượng đài chiến thắng 75 lượt Tiểu đoàn Ngụy (tại công viên Chiến Thắng)

B ảng 3.10 - Bảng tổng hợp các thông số cọc trong TN nén tĩnh hiện trường tại công trình Cụm tượng đài chiến thắng 75 lượt Tiểu đoàn Ngụy

CÁC THÔNG SỐ CỦA CỌC THỬ TĨNH

Chu vi (m) Mác BT E (kN/m 2 ) BTCT 26.50 0.3x0.3 0.09 1.20 300 2.9E+07

B ảng 3.11 - Bảng tổng hợp số liệu địa chất tại công trình công trình Cụm tượng đài chiến thắng 75 lượt Tiểu đoàn Ngụy

BẢNG TỔNG HỢP ĐỊA CHẤT

Lớp đất Li mỗi lớp (m) c (kN/m 2 ) ϕ (độ) γ

Hình 3.11 - Biểu đồ kết quả TN nén tĩnh cọc tại công trình Cụm tượng đài chiến thắng 75 lượt Tiểu đoàn Ngụy

B ảng 3.12 - Bảng tổng hợp kết quả tính hệ số K cọc theo các PP khác nhau tại công trình Cụm tượng đài chiến thắng 75 lượt Tiểu đoàn Ngụy

TT Phương pháp thực hiện Đơn vị tính K cọc Chênh lệch (%)

1 Tính theo Kết quả thử tĩnh E+03kN/m 75.89 -

3 Tính theo Poulos and Davis nt 7.22 -90.5

4 Tính theo Độ lún cọc đơn nt 28.56 -62.4

Hình 3.12 - Biểu đồ kết quả tính hệ số K cọc tại công trình công trình Cụm tượng đài chiến thắng 75 lượt Tiểu đoàn Ngụy

Trong điều kiện địa đất công trình tương tự thì kết quả tính theo phương pháp của Tsưtovit so với kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc có giá trị chênh lệnh theo cận dưới nhỏ nhất (sai lệch -18.7%), đáng tin cậy nhất

[42] b Công trình: “ Tr ụ sở Cục hải quan Cửa khẩu Vĩnh Long ” - Địa Điểm: phường 3 - TP Vĩnh Long - Tỉnh Vĩnh Long

Hình 3.13 -Mặt cắt địa chất HK-04 tại Công trình Trụ sở Cục hải quan Cửa khẩu Vĩnh Long

B ảng 3.13 - Bảng tổng hợp các thông số cọc trong TN nén tĩnh tại hiện trường tại Công trình Trụ sở Cục hải quan Cửa khẩu Vĩnh Long

Chu vi (m) Mác BT E (kN/m 2 )

B ảng 3.14 - Bảng tổng hợp số liệu địa chất tại công trình tại Công trình Trụ sở Cục hải quan Cửa khẩu Vĩnh Long

Hình 3.14 - Biểu đồ kết quả TN nén tĩnh cọc tại Công trình Trụ sở Cục hải quan

B ảng 3.15 - Bảng tổng hợp kết quả tính hệ số K cọc theo các PP khác nhau tại tại Công trình Trụ sở Cục hải quan Cửa khẩu Vĩnh Long

Hình 3.15 - Biểu đồ kết quả tính hệ số K cọc tại công trình tại Công trình Trụ sở Cục hải quan Cửa khẩu Vĩnh Long

Trong điều kiện địa đất công trình tương tự thì kết quả tính theo phương pháp của Tsưtovit so với kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc có giá trị chênh lệnh theo cận trên là nhỏ nhất (sai lệch 18.6%) đáng tin cậy nhất

[45] c Công trình: “ Tr ụ sở làm việc Chi cục Bảo vệ môi trường & Quan trắc kỹ thu ật môi trường tỉnh Hậu Giang”

Hình 3.16 - Mặt cắt địa chất HK-01 tại Công trình Trụ sở làm việc

Chi cục BVMT tỉnh Hậu Giang

B ảng 3.16 - Bảng tổng hợp các thông số cọc trong TN nén tĩnh tại Công trình Trụ sở làm việc Chi cục BVMT tỉnh Hậu Giang

B ảng 3.17 - Bảng tổng hợp số liệu địa chất tại Công trình Trụ sở làm việc

Chi cục BVMT tỉnh Hậu Giang

Hình 3.17 - Biểu đồ kết quả TN nén tĩnh cọc tại Công trình Trụ sở làm việc Chi cục

Bảo vệ môi trường & Quan trắc kỹ thuật môi trường tỉnh Hậu Giang

+ Chuyển vị S theo phương z: 12.95 (mm)

B ảng 3.18 - Bảng tổng hợp kết quả tính hệ số K cọc theo các PP khác nhau tại Công trình Trụ sở làm việc Chi cục BVMT tỉnh Hậu Giang

Hình 3.18 - Biểu đồ kết quả tính hệ số K cọc tại công trình tại Công trình Trụ sở làm việc Chi cục BVMT tỉnh Hậu Giang

Trong điều kiện địa đất công trình tương t ự thì kết quả tính theo phương pháp của Tsưtovit so với kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc có giá trị chênh lệnh theo cận trên là nhỏ nhất (sai lệch 14.0%), đáng tin cậy nhất

[48] d Công trình: “ Nhà hàng 4 sao Ninh Ki ều 2 ” - Địa điểm: Số 02 - đường Hai

Bà Trưng - phường Tân An - quận Ninh Kiều - TP Cần Thơ

Hình 3.19 - Mặt cắt địa chất HK-01tại Công trình Nhà hàng Ninh Kiều 2

Hình 3.20 - Mặt cắt địa chất HK-01 tại Công trình Nhà hàng Ninh Kiều 2 (tt)

B ảng 3.19 - Bảng tổng hợp các thông số cọc trong TN nén tĩnh hiện trường tại

Công trình Nhà hàng Ninh Kiều 2

Loại cọc Chiều dài (m) Đường kính (m)

B ảng 3.20 - Bảng tổng hợp số liệu địa chất tại công trình tại Công trình Nhà hàng

Hình 3.21 - Biểu đồ kết quả TN nén tĩnh cọc tại Công trình Nhà hàng Ninh Kiều 2

B ảng 3.21 - Bảng tổng hợp kết quả tính hệ số K cọc theo các PP khác nhau tại Công trình Nhà hàng Ninh Kiều 2

Hình 3.22 - Biểu đồ kết quả tính hệ số K cọc tại công trình tại Công trình Nhà hàng

[52] e Công trình: “Trung Tâm Gi ới Thiệu Việc Làm Khu Vực Đồng Bằng Sông

Hình 3.23 - Mặt cắt địa chất HK-01 tại Công trình Trung Tâm Giới Thiệu Việc

B ảng 3.22 - Bảng tổng hợp các thông số cọc trong TN nén tĩnh hiện trường tại

Công trình TT Giới Thiệu Việc Làm Khu Vực ĐBSCL

B ảng 3.23 - Bảng tổng hợp số liệu địa chất tại công trình tại Công trình TT

Giới Thiệu Việc Làm Khu Vực ĐBSCL

Hình 3.24 - Biểu đồ kết quả TN nén tĩnh cọc tại Công trình TT Giới Thiệu

Việc Làm Khu Vực ĐBSCL

B ảng 3.24 - Bảng tổng hợp kết quả tính hệ số K cọc theo các PP khác nhau tại Công trình TT Giới Thiệu Việc Làm Khu Vực ĐBSCL

Hình 3.25 - Biểu đồ kết quả tính hệ số K cọc tại công trình tại Công trình TT Giới

Thiệu Việc Làm Khu Vực ĐBSCL

B ảng 3.25 - Bảng tổng hợp kết quả tính hệ số K cọc theo các PP khác nhau tại các công trình đã nghiên cứu

BẢNG TỔNG HỢP KẾT QUẢ TÍNH TOÁN

(Giá trị chênh lệch % so với kết quả

2 Tính theo phương pháp củaTsưtovit -18.0 18.6 14.0 23.7 9.5

4 Tính theo PP Độ lún cọc đơn -62.4 -85.3 -51.5 -69.8 -50.6

Kết quả tính toán hệ đàn hồi của cọc theo các phương pháp khác nhau thể hiện qua giá trị phần trăm chênh lệch so với phương pháp tính theo kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc qua hình

Hình 3.26 - Biểu đồ phần trăm chênh lệch so với phương pháp tính theo kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc

Khi nghiên cứu và lựa chọn phương pháp tính hệ số nền của cọc bằng các phương pháp khác nhau, ta nhận thấy có sự khác biệt rất lớn trong các phương pháp thực hiện Các kết quả thống kê được chỉ ra rằng:

+ Sự chênh lệch có biên độ khá rộng từ 9.5 % (phương pháp Tsưtovit) tới 94.60 % (phương pháp Poulos and Davis) so với phương pháp tính theo kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc

+ Trong tất cả 5 công trình đã nghiên cứu, các nhận xét và đánh giá đều cho thấy phương pháp của Tsưtovit cho kết quả gần đúng với kết quả thử tĩnh cọc ngoài hiện trường nhất Do dó, đây được cho là phương pháp tính hệ số nền của cọc phù hợp nhất (từ9.5% đến 23.7%)

+ Phương pháp Poulos and Davis và phương pháp độ lún cọc đơn cho kết quả chênh lệch gần nhau, nhưng chênh lệch rất lớn với kết quả thử tỉnh cọc ngoài hiện trường (từ50.6% đến 94.6%).

PHÂN TÍCH VÀ TÍNH TOÁN CÁC ỨNG XỬ TRONG MÓNG

K ẾT LUẬN CHƯƠNG 4

Đối với các công trình móng bè trên nền cọc, không chỉ có hệ thống các cọc mới là bộ phận duy nhất chịu gánh chịu tải của công trình, mà phần đất xung quanh cọc (phần đất dưới đáy bè) cũng tham gia đáng k ể trong quá trình làm việc Cụ thể trong trường hợp nghiên cứu, sự tham gia đóng góp của phần đất dưới đáy bè khi tiếp nhận tải trọng công trình là 19.73%; làm giảm chuyển vị theo phương đứng xuống 21.80%; Đồng thời giúp làm giảm các giá trị ứng suất trong bè (bao gồm

[81] moment và lực cắt trong bè) từ20.15% đến 26.85% Như vậy, phương án không xét đến đất nền dưới đáy bè là không đứng với thực tế ứng xử của móng bè cọc, còn phương án xét đến đất nền dưới đáy bè được cho là phương án nên áp dụng vì sự phản ánh đúng thực tế, mang tính hợp lý và đem lại hiệu quả kinh tếhơn rất nhiều

Thông qua các kết quả thu nhận và đánh giá sựảnh hưởng của hệ số nền của đất K nền và hệ số nền của cọc K cọc đối với các ứng suất trong móng bè bên trên, ta có thể rút ra kết luận cho nội dung nghiên cứu này như sau:

+ Thành phần hệ số nền của đất K nền có ảnh hưởng trực tiếp đến các ứng xử của bè trong công trình móng cọc đài bè Khi càng tăng giá trị hệ số K nền thì các ứng suất có xu hướng càng giảm Ngược lại, khi càng giảm giá trị hệ số

K nền thì các ứng suất có xu hướng càng tăng.

+ Thành phần hệ số nền của cọc K cọc có ảnh hưởng trực tiếp đến các ứng xử của bè trong công trình móng cọc đài bè Khi hệ số nền của cọc tăng thì các thành phần ứng suất trong bè (moment căng thớtrên, moment căng thớdưới, lực cắt trong bè và tổng phản lực tại các đầu cọc) có su hướng tăng theo và ngược lại Riêng thành phần chuyển vị theo phương đứng của bè khi hệ số nền của cọc tăng thì có xu hướng giảm và ngược lại

Khi nghiên cứu và lựa chọn phương pháp mô phỏng cọc tiết diện lớn trong các phương pháp PTHH, ta nhận thấy các giá trị ứng suất trong bè có sự sai khác đáng kể, điều này làm thay đổi quan niệm thiết kếđối với các kỹsư khi quan niệm mỗi cọc là một gối lò xo Các trường hợp mô phỏng cọc bằng 5 lò xo và 9 lò xo đều cho kết quả nội lực nhỏ hơn rất nhiều so với phương án truyền thống Trong đó, sự chênh lệch nhiều tập trung vào yếu tố moment căn thớ trên cực đại trong bè (- 44.41%) và lực cắt cực đại trong bè (-47.46%), các yếu tố khảo sát còn lại cũng cho thấy được sự chênh lệch nhưng nhìn chung vẫn chưa đáng kể Như vậy, phương án mô phỏng 01 cọc bằng nhiều lò xo khi phân tích hệ móng cọc đài bè được cho là phương pháp phản ánh đúng thực tế, mang tính hợp lý và kinh tế hơn rất nhiều so với quan niệm cũ trước đây Theo đó, phương án mô phỏng cọc bằng nhiều lò xo được cho là phương pháp nên áp dụng

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

K ẾT LU ẬN

Từ kết quả phân tích lựa chọn phương pháp tính hệ số nền của đất phù hợp; lựa chọn phương pháp tính hệ số nền của cọc phù hợp; đánh giá các ứng xử trong móng cọc đài bè, sự ảnh hưởng bởi hai yếu tố là hệ số nền của đất và hệ số nền của cọc tới các ứng xử trong móng bè cọc; lựa chọn phương pháp mô phỏng cọc tiết diện lớn trong các phầ mềm phần tử hữu hạn Ta có thể rút ra một số kết luận cho luận văn như sau:

1) Các ghi nhận và đánh giá việc nghiên cứu lựa chọn phương pháp tính hệ số nền của đất cho thấy phương pháp của Bowles cho kết quả gần đúng với kết quả thí nghiệm bàn nén hiện trường nhất (từ -0.93 % đến 20.0%), biên độ chênh lệch này nhỏ hơn nhiều so với khi tính bằng các phương pháp khác

Do dó, đây được cho là phương pháp tính hệ số nền của đất nền phù hợp nhất Hệ số chênh lệch trung bình đề nghị giữa hai phương pháp trên là 1.11

Tức là có thể dựđoán được hệ số nền của đất theo thí nghiệm bàn nén hiện trường bằng cách lấy kết quảtheo phương pháp tính của Bowles chia cho hệ số là 1.11

2) Các ghi nhận và đánh giá việc nghiên cứu lựa chọn phương pháp tính hệ số nền của cọc cho thấy phương pháp của Tsưtovit cho kết quả gần đúng với kết quả thử tĩnh cọc ngoài hiện trường nhất (từ 9.5% đến 23.7%), biên độ chênh lệch này nhỏ hơn nhiều so với khi tính bằng các phương pháp khác Do dó, đây là phương pháp được đề xuất khi tính hệ số nền của cọc Hệ số chênh lệch trung bình đ ề nghị giữa hai phương pháp trên là 1.17 Tức là có thể dự đoán được hệ số nền của đất theo thí nghiệm nén tĩnh cọc ngoài hiện trường bằng cách lấy kết quả theo phương pháp tính của Tsưtovit chia cho hệ số là 1.17

3) Khi nghiên cứu quá trình làm việc của móng cọc đài bè cùng với quan niệm bè, cọc có sự làm việc đồng thời, các nhận xét đánh giá trên cho thấy không chỉ có hệ thống các cọc mới là bộ phận duy nhất chịu gánh chịu tải của công trình, mà phần đất xung quanh cọc (phần đất dưới đáy bè) cũng tham gia đáng kể trong quá trình làm việc Cụ thể trong trường hợp nghiên cứu, sự tham gia đóng góp của phần đất dưới đáy bè khi tiếp nhận tải trọng công trình là 19.73%; làm giảm chuyển vịtheo phương đứng xuống 21.80% Đồng thời giúp làm giảm các giá trị ứng suất trong bè (bao gồm moment và lực cắt

[83] trong bè) từ 20.15% đến 26.85% Như vậy nếu không xét đến đất nền dưới đáy bè là không phản ánh đúng với thực tếứng xử của móng bè cọc Ngược lại phương án xét đến đất nền dưới đáy bè được cho là phương án nên áp dụng vì sự phản ánh đúng thực tế, mang tính hợp lý và đem lại hiệu quả kinh tếhơn rất nhiều

4) Thông qua các kết quả thu nhận và đánh giá sự ảnh hưởng của hai thành phần bao gồm hệ số nền của đất K nền và hệ số nền của cọc K cọc đối với các ứng suất trong móng bè bên trên, ta có thể rút ra kết luận cho mục tiêu nghiên cứu này như sau: Chuyển vị theo phương đứng của bè: có xu hướng tăng và giảm theo chiều ngược lại với thành phần hệ số nền của đất và thành phần hệ số nền của cọc Các giá trị nội lực bao gồm moment, lực cắt trong bè và tổng phản lực tại các đầu cọc có xu hướng tăng và giảm theo chiều ngược lại với thành phần hệ số nền của đất; và có xu hướng tăng và giảm cùng chiều với thành phần hệ số nền của cọc

5) Sau khi nghiên cứu các phương pháp mô phỏng cọc tiết diện lớn trong các phương pháp PTHH, ta nhận thấy các giá trịứng suất trong bè có sự sai khác đáng kể, điều này làm thay đổi quan niệm thiết kếđối với các kỹsư khi quan niệm mỗi cọc là một gối lò xo Các trư ờng hợp mô phỏng cọc bằng nhiều lò xo đều cho kết quả nội lực nhỏhơn rất nhiều so với phương án truyền thống Trong đó, sự chênh lệch nhiều tập trung vào yếu tố moment căn thớ trên cực đại trong bè (-44.41%) và lực cắt cực đại trong bè (-47.46%), các yếu tố khảo sát còn lại cũng cho thấy được sự chênh lệch nhưng nhìn chung v ẫn chưa đáng kể Như vậy, phương án mô phỏng 01 cọc bằng nhiều lò xo khi phân tích hệ móng cọc đài bè được cho là phương pháp phản ánh đúng thực tế, mang tính hợp lý và kinh tếhơn rất nhiều so với quan niệm cũ trước đây.

KI ẾN NGH Ị

Từ các kết quả nghiên cứu, những kết luận về việc đánh giá lựa chọn phương pháp tính hệ số nền của đất phù hợp; lựa chọn phương pháp tính hệ số nền của cọc phù hợp; đánh giá các ứng xử trong móng cọc đài bè, sựảnh hưởng bởi hai yếu tố là hệ số nền của đất và hệ số nền của cọc đối với các ứng xử trong móng bè cọc; lựa chọn phương pháp mô phỏng cọc tiết diện lớn trong các phần tử hữu hạn Luận văn đưa ra một số kiến nghịnhư sau:

1) Người thiết kế nên sử dụng phương pháp của Bowles khi tính toán hệ số nền của đất (K nền ) trong giai đoạn tính toán và thiết kếban đầu Người tính có thể dự đoán được hệ số nền của đất theo thí nghiệm bàn nén hiện trường bằng cách lấy kết quảtheo phương pháp tính của Bowles chia cho hệ số là 1.11

2) Người thiết kế nên sử dụng phương pháp của Tsưtovit khi tính toán hệ số nền của cọc (K cọc ) trong giai đoạn tính toán và thiết kếban đầu Người tính có thể dự đoán được hệ số nền của đất theo thí nghiệm nén tĩnh c ọc ngoài hiện trường bằng cách lấy kết quảtheo phương pháp tính của Tsưtovit chia cho hệ số là 1.17

3) Khi thiết kế và tính toán cho các công trình cao tầng sử dụng phương án móng cọc đài bè, người thiết kế cần xem xét đến khảnăng làm việc của phần đất dưới đáy bè, chúng tham gia đáng kể trong quá trình tiếp nhận tải trọng công trình và giúp làm giảm các giá trịứng suất trong bè Mặt khác, cũng cần xem xét và phân tích sựảnh hưởng ảnh hưởng của hệ số nền của đất và hệ số nền của cọc đối với các ứng xử trong bè bên trên Từ đó lựa chọn được phương án vừa đảm bảo về mặt kết cấu công trình, vừa mang lại hiệu quả kinh tế nhất

4) Sau quá trình nghiên cứu và đánh giá cho các trường hợp mô phỏng mỗi cọc bằng 1 lò xo với trường hợp nhiều lò xo, Luận văn kiến nghị nên sử dụng phương pháp mô phỏng cọc bằng nhiều gối lò thay vì sử dụng mô phỏng một cọc bằng một gối lò xo như trư ớc đây Theo đó khi bố hàm lượng thép cho moment căng thớ trên và thép chống cắt trong bè giảm đi một cách đáng kể

1 Châu Ngọc Ẩn (2011), Nền móng công trình, NXB Xây Dựng

2 Võ Phán (2010), Bài giảng: Kỹ thuật nền móng

3 Lê Anh Hoàng (2014), Nền và móng, NXB Xây Dựng

4 Trần Quang Hộ, Hiệu quả kinh tế của móng bè cọc

5 Nguyễn Khánh Hùng – Nguyễn Hồng Ân – Nguyễn Ngọc Phúc (2012), Thiết kế kết cấu công trình SAFE 12, NXB Đ ại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh

6 Nguyễn Kế Tường - Nguyển Mạnh Hùng (2014), Phương pháp xác định hệ sốkháng đàn hồi, Tạp chí Đại học Thủ Dầu Một, số 1 (14)

7 Phạm Tuấn Anh (2011), Tính toán móng bè cọc theo mô hình hệ số nền có xét đến độ tin cậy của số liệu nền đất, Luận văn thạc sĩ.

8 TCVN-205-98 (1998), Móng cọc: Tiêu chuẩn thiết kế

9 H G Poulos & E H Davis (1980), Pile Foundation Analysis And Design

10 H G Poulos, No 2, 95-113 (2011), Piled raft foundations: design and applications

11 John Hemsley (1998), Design Applications of Raft Foundations

TÓM TẮT LÝ LỊCH HỌC VIÊN

Họ và tên học viên: NGÔ HOÀNG SƠN Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 08/10/1988 Nơi sinh: Kiên Giang

Nguyên quán: H Vĩnh Thuận - T Kiên Giang Dân tộc: Kinh Địa chỉ liên lạc: Số 137/171A Huỳnh Cương, phường An Cư, quận Ninh Kiều,

Thành phố Cần Thơ Điện thoại: 0907.785.186 Mail: sonhoangct32@gmail.com

II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO

Nơi đào tạo: TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

Hệ đào tạo: Chính quy

Thời gian đào tạo: Từ năm 2006 - năm 2011

Chuyên ngành: Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp

Nơi đào tạo: TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HCM

Chuyên ngành: Kỹ Thuật Xây Dựng Công Trình Ngầm

III QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN

 Từ 03/2011 đến 10/2012: Công ty TNHH Tư Vấn XD Triều Phát Số 1 - Nguyễn Cư Trinh, phường An Nghiệp, quận Ninh Kiều, TP Cần Thơ

 Từ 11/2012 đến 06/2014: Công ty TNHH TM & XD Hoàng Hưng Số 117B, Nguyễn Văn Cừ, KV2, phường An Khánh, quận Ninh Kiều,TP Cần Thơ

 Từ 12/2014 đến nay: Công ty TNHH Tư Vấn XD Trường Phát Số 137/171A Huỳnh Cương, phường An Cư, quận Ninh Kiều, TP Cần Thơ.