Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng: Phân tích sự làm việc đồng thời của đất nền và cọc trong móng cọc đài bè

Trong thiết kế truyền thống của móng cọc, tất cả tải trọng tính toán đều được truyền lên các cọc, rồi truyền xuống nền đất tốt bên dưới, tức là mối liên hệ áp lực tương tác giữa bè và đấ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

- -

LÊ NGUYÊN GIÁP

PHÂN TÍCH SỰ LÀM VIỆC ĐỒNG THỜI CỦA ĐẤT NỀN

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS TRẦN XUÂN THỌ - TS ĐỖ THANH HẢI

3 CBNX2: TS LÊ BÁ KHÁNH 4 TKHĐ: TS NGUYỄN MẠNH TUẤN 5 UVHĐ: TS ĐỖ THANH HẢI

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

Tp HCM, ngày 21 tháng 06 năm 2013

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên : LÊ NGUYÊN GIÁP Phái: Nam

Ngày, tháng, năm sinh : 31-08-1986 Nơi sinh: Quảng Nam

Chuyên ngành : Địa Kỹ Thuật Xây Dựng Mã số: 60.58.60

MSHV: 11094288 1- TÊN ĐỀ TÀI:

PHÂN TÍCH SỰ LÀM VIỆC ĐỒNG THỜI CỦA ĐẤT NỀN

VÀ CỌC TRONG MÓNG CỌC ĐÀI BÈ 2- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG LUẬN VĂN:

- Chương 1: Tổng quan những kết quả nghiên cứu về sự làm việc đồng thời

của cọc – đất nền trong móng cọc đài bè

- Chương 2: Cơ sở lý thuyết tính toán sức chịu tải của cọc, bè - Chương 3: Phân tích sự làm việc đồng thời của cọc – đất nền trong móng

cọc đài bè

- Chương 4: Ứng dụng kết quả nghiên cứu để tính toán công trình thực tế

Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến sự làm việc đồng thời của cọc – đất nền trong móng cọc đài bè

3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: Ngày 21 tháng 01 năm 2013

4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: Ngày 21 tháng 06 năm 2013

Qua một thời gian dài học tập và nghiên cứu, em thật sự thấy mình trưởng thành hơn trong kiến thức khoa học, đặc biệt là lĩnh vực Địa kỹ thuật xây dựng Điều đó có được là từ những kiến thức mới, sâu và rộng mà các thầy cô đã đem lại cho em nói riêng và tất cả các học viên cao học nói chung qua những bài giảng trong suốt hai năm qua Đó cũng là những kiến thức không thể thiếu giúp em hoàn thành luận văn thạc sĩ này

Với lòng tri ân sâu sắc, em xin cảm chân thành cảm ơn quý thầy cô Bộ Môn Địa Cơ Nền Móng đã nhiệt tình truyền đạt những kiến thức quý báu và quan tâm,

tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp đỡ học viên hoàn thành Luận văn thạc sĩ

Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Tiến sĩ Trần Xuân Thọ, Tiến sĩ Đỗ Thanh Hải, những người đã giúp đỡ, chỉ dẫn em trong thời gian thực hiện luận

văn Các thầy đã truyền đạt cho em được nhiều kiến thức quí báu trong khoa học cũng như trong cuộc sống

Xin cảm ơn đến Công Ty Cổ Phần Xây Dựng và Tư Vấn Đầu Tư, nơi tôi đang làm việc, đã tạo điều kiện về thời gian và bố trí công việc cho tôi theo học chương trình thạc sĩ và hoàn thành luận văn này

Cuối cùng, xin cảm ơn gia đình và bạn bè thân hữu đã động viên, giúp đỡ học viên trong thời gian học tập và thực hiện Luận văn

Tp Hồ Chí Minh ngày 21 tháng 06 năm 2013

Học viên

Trong thiết kế truyền thống của móng cọc, tất cả tải trọng tính toán đều được truyền lên các cọc, rồi truyền xuống nền đất tốt bên dưới, tức là mối liên hệ áp lực (tương tác) giữa bè và đất nền bị bỏ qua Trong những thập kỷ qua, các kỹ sư địa chất đã bắt đầu đưa mối liên hệ trên vào việc tính toán thiết kế móng cọc Như một khối móng, bè và cọc tương tác với nhau để truyền tải xuống nền đất, và trong luận

văn này tác giả gọi đó là móng cọc đài bè, hay đơn giản là bè - cọc

Nội dung chính của đề tài nghiên cứu này là tìm ra cơ chế phân bố tải trọng lên cọc và đất nền dưới bè; đồng thời xác định độ lún của móng cọc đài bè dưới tác động của tải trọng bằng phương pháp giải tích và phương pháp PTHH được mô phỏng bằng phần mềm Plaxis 3D Foundation

Kết quả nghiên cứu cho thấy khả năng mang tải của đất nền dao động từ 20% đến 30% Dựa trên việc phân tích trường hợp thay đổi số lượng cọc (mục 4.2.1) ta đã giảm được một lượng cọc đáng kể (giảm 20%) (từ n=20 (PR) xuống n=16 (PRA)), đem lại lợi ích kinh tế tương đối lớn Từ việc phân tích khi giảm chiều dài cọc từ 30m xuống 20m rồi xuống 10m (mục 4.3.3), phần trăm tham gia chịu lực của bè tăng gấp đôi , tăng 107% (từ 20.05% (PR F) lên 41.56% (PR E)) Đồng thời làm độ lún lệch giảm từ 7.78 mm (PRE) tới 4.31mm (PRF), tức giảm 44.6%

Với những thành quả đạt được trong luận văn bằng việc sử dụng phương pháp giải tích và phương pháp số có thể chưa hoàn toàn khách quan, tác giả thiết nghĩ cần có thêm nhiều nghiên cứu bằng quan trắc thực tế, đặc biệt là nghiên cứu với địa chất ở nhiều vùng miền khác nhau để có những đánh giá sát thực hơn vai trò của đất nền, đưa ra thiết kế hợp lý, vừa đúng kỹ thuật, vừa kinh tế nhất

In conventional design of pile foundations, all loads are taken by the piles, i.e the contact pressure between the raft and the soil is neglected In the last decades geotechnical engineers have started to take this pressure into account in design of pile foundation Such a foundation, where the raft and the piles interact to

transfer the loads to the ground, is in this thesis called piled raft foundation or piled - raft

Main content of this dissertation is to find the load distribution mechanism up piles and soil under raft , at the same time determine the settlement of the pile - raft under the influence of load by Analytical and FEM methods are simulated by software Plaxis 3D Foundation

The research results show that the load carried capacity of the ground from 20% to 30% Basing on the analysis of changes pile’s amount, we have reduced the number of piles is a significant amount of deposits (reduce 20%) (from n = 20 (PR) to n = 16 (PRA)), get more economic benefit From the analysis of reduction pile’s length from 30m down to 20m and to 10m (Section 4.3.3), the load carried capacity percentage increase double, rising 107% (from 20.05% (PR F) to 41.56% (PR E)) At the same time as the different settlement decreased from 7.78 mm (PRE) to 4.31mm (PRF), decrease 44.6%

With the achievements obtained in this thesis by using analytical and numerical methods perhaps is not completely objective, the author would think need more researches which be monitored in practice, especially for geological researches in many different regions to assess more realistic than the role of ground, propose reasonable design, ensuring both technical and economic

MỞ ĐẦU 1

1.TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1

2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 1

3.PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2

4.TÍNH KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN 4

5.GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI 6

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN NHỮNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VỀ SỰ LÀM VIỆC ĐỒNG THỜI CỦA CỌC-BÈ-NỀN ĐẤT 7

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÓNG CỌC ĐÀI BÈ: 7

1.2 CÁC ĐIỀU KIỆN THUẬN LỢI VÀ BẤT LỢI CỦA MÓNG CỌC ĐÀI BÈ:……… 9

1.3 CÁC QUAN ĐIỂM THIẾT KẾ - QUY TRÌNH THIẾT KẾ MÓNG CỌC ĐÀI BÈ: 10

1.3.1 Quan điểm thiết kế: 10

2.1.1 Sức chịu tải của cọc: 15

2.1.2 Sức chịu tải của bè: 17

2.2 PHÂN TÍCH SỨC CHỊU TẢI CHO CỌC BẰNG PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG 20

NỀN TRONG MÓNG CỌC ĐÀI BÈ 26

CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐỂ TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH THỰC TẾ PHÂN TÍCH CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ LÀM VIỆC ĐỒNG THỜI CỦA CỌC – ĐẤT NỀN TRONG MÓNG CỌC ĐÀI BÈ 32

4.1 ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN CÔNG 32

TRÌNH THỰC TẾ BẰNG CÁCH MÔ PHỎNG TRÊN P3DF 32

4.1.1 Công trình “CHUNG CƯ 18 TẦNG, P.12, Q BÌNH THẠNH” 32

4.1.2 Tính toán móng M2 dưới vách T2 & T3 bằng lý thuyết nền móng 35

4.2 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ LÀM VIỆC ĐỒNG THỜI CỦA CỌC - ĐẤT NỀN TRONG MÓNG CỌC ĐÀI BÈ (PARAMETRIC STUDY – PILE RAFT FOUNDATION) 51

4.2.1 Khi khoảng cách cọc thay đổi (ở đây ta giảm số lượng cọc) 51

4.2.2 Khi đường kính cọc thay đổi: 55

4.2.3 Khi chiều dài cọc L thay đổi: 57

4.2.4 Khi bề dày bè thay đổi: 61

4.2.5 Khi thay đổi cách bố trí cọc: 63

4.2.6 Khi thay đổi cường độ đất nền với n=16 cọc: (PR K) 65

Hình S 1 Sơ đồ tổng thể của phương pháp nghiên cứu 3

Hình S 2 Biểu đồ quan hệ giữa tải trọng và độ lún của móng cọc đài bè theo những nguyên lí thiết kế khác nhau(H.G.Poulos) 4

Hình S 3 Biểu đồ quan hệ tải trọng – độ lún đối với móng bè 6

Hình S 4 Biểu đồ quan hệ tải trọng – độ lún đối với móng bè đài cọc 6

Hình 1 1 Sự giảm độ lún khi có sự xuất hiện của cọc 7

Hình 1 6 Chi tiết cọc có chiều dài thay đổi của công trình 13

Hình 1 7 Chi tiết mặt cắt của bè 14

Hình 1 8 Bố trí các vị trí quan trắc 14

Hình 1 9 Kết quả quan trắc lún 14

Hình 2 1 Các loại móng bè 17

Hình 2 2 Cơ chế mô hình nền Winkler 18

Hình 2 3 Sơ đồ chia dải tính móng bè 19

Hình 2 4 Bảng tra 20

Hình 2 6 Các bước phân tích phần tử hữu hạn (Wiberg, 1974) 23

Hình 2 7 Kết quả chuyển vị với số nút tăng dần trong mô hình 3D, 24

Hình 3 1 Sự làm việc của hệ đài cọc – đất nền – cọc 26

Hình 3 2 Biểu đồ phân chia sức chịu tải của công trình lên cọc và đất nền 27

Hình 3 3 Quan hệ giữa tải trọng và độ lún 28

Hình 4 1 Chung cư 18 tầng, P.12, Quận Bình Thạnh, Tp HCM 33

Hình 4 8 Phase 1- thi công cọc khoan nhồi D800 44

Hình 4 9 Phase 2- thi công đào đất + đổ bê tông đài 44

Hình 4 10 Phase 3- tiến hành đặt tải lên móng công trình 45

Hình 4 11 Tổng hợp các phase của bài toán 45

Hình 4 12 Độ lún móng 66.04 mm Legend; red= -68mm  blue= +4 mm 46

869.88 kNm/m 47

Hình 4 14 Moment M22 lớn nhất là 274.31 kNm/m, Moment M22 nhỏ nhất là 1390 kNm/m 48

-Hình 4 15 Biểu đồ nội lực trong các cọc, maxvalue=2557.87kN, minvalue=1339.88kN 49

Hình 4 16 Bố trí cọc trong đài khi n=16 cọc 51

Hình 4 17 Bố trí cọc trong đài khi n=12 cọc 53

Hình 4 18 Đất nền bị phá hoại khi đặt tải toàn bộ lên đài bè 60

Hình 4 19 Bố trí cọc thay đổi với trường hợp n=16 63

Bảng 1 1 Móng cọc đài bè trên nền sét Frankfurt theo Katzenbach và cộng sự

(2000) 11

Bảng 2 1 Các thông số cơ bản trong mô hình Mohr – Coulumb 22

Bảng 4 1 Bảng tổng hợp giá trị nội lực dưới chân vách T2 & T3 35

Bảng 4 2 Thông số đầu vào của cọc và đài cọc 40

Bảng 4 3 Bảng tổng hợp giá trị nội lực trong cọc ở trường hợp PR 50

Bảng 4 4 Bảng tổng hợp giá trị nội lực trong cọc ở trường hợp PR A 52

Bảng 4 5 Bảng tổng hợp giá trị nội lực trong cọc ở trường hợp PR B 54

Bảng 4 6 So sánh kết quả phân tích từ mô hình PR, PR A, PR B 54

Bảng 4 7 Bảng tổng hợp giá trị nội lực trong cọc ở trường hợp PR C 55

Bảng 4 8 Bảng tổng hợp giá trị nội lực trong cọc ở trường hợp PR D 56

Bảng 4 9 So sánh kết quả phân tích từ mô hình PR, PR C, PR D 56

Bảng 4 10 Bảng tổng hợp giá trị nội lực trong cọc ở trường hợp PR E 57

Bảng 4 11 Bảng tổng hợp giá trị nội lực trong cọc ở trường hợp PR F 58

Bảng 4 12 So sánh kết quả phân tích từ mô hình PR, PR E, PR F 58

Bảng 4 13 Bảng tổng hợp giá trị nội lực trong cọc ở trường hợp PR G 61

Bảng 4 14 Bảng tổng hợp giá trị nội lực trong cọc ở trường hợp PR H 62

Bảng 4 15 So sánh kết quả phân tích từ mô hình PR, PR G, PR H 62

Bảng 4 16 Bảng tổng hợp giá trị nội lực trong cọc ở trường hợp PR I 64

Bảng 4 17 So sánh kết quả phân tích từ mô hình PR A, PR I 64

Bảng 4 18 Bảng tổng hợp giá trị nội lực trong cọc ở trường hợp PR K 65

Bảng 4 19 So sánh kết quả phân tích từ mô hình PR A, PR K 66

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của tôi Các số liệu trong luận án là trung thực và có nguồn gốc rõ ràng Các kết quả của luận án chưa từng được công bố trong bất cứ công trình khoa học nào Tác giả hoàn toàn chịu trách nhiệm về tính xác thực và nguyên bản của luận án

Học viên

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Trong những năm gần đây, cùng với xu thế phát triển nói chung của đất nước, ngành xây dựng nói riêng ở nước ta cũng có nhiều bước tiến đáng kể Các cao ốc văn phòng, các chung cư cao tầng … mọc lên ngày càng nhiều, đặc biệt là ở các thành phố lớn, một mặt giải quyết nhu cầu nhà ở cho người dân, mặt khác tạo được điểm nhấn kiến trúc cho các khu trung tâm Thông thường, ngoài việc đảm bảo vẻ mỹ quan về mặt kiến trúc, các công trình này còn có một diện tích phần ngầm khá lớn nhằm giải quyết các vấn đề như: hệ thống điện, nước, bãi giữ xe, hệ thống giao thông ngầm… khi đó, móng bè là một trong những phương án tốt nhất được nghĩ đến khi thiết kế tầng hầm, mà điển hình ở đây là móng cọc đài bè dùng để chịu tải trọng lớn của hầu hết các công trình cao tầng

Đối với móng cọc đài bè, khả năng chịu lực và độ lún được cải thiện đáng kể so với móng cọc thông thường Theo Katzenbach (2000) cho rằng móng cọc đài bè thích hợp cho đất sét cứng vì khi đó xuất hiện thêm sự chịu tải đáng kể của bè Bên cạnh đó,Hemsley (2000) lại cho rằng móng cọc đài bè có thể sử dụng cho các cấu trúc đất khác nhau Nói một cách rõ ràng là các cọc phải được thiết kế làm sao huy động gần hết khả năng làm việc của cọc khi chịu tải, kết hợp với phần bè đồng thời chịu lực cho công trình Đây là một bài toán kinh tế - kỹ thuật mang tính cấp thiết cần được quan tâm nghiên cứu cụ thể, rõ ràng, tạo tính thuyết phục cao

2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Nội dung chính của đề tài nghiên cứu này là tìm ra cơ chế phân bố tải trọng lên cọc và đất nền dưới bè; đồng thời xác định độ lún của móng cọc đài bè dưới tác động của tải trọng bằng phương pháp giải tích và phương pháp PTHH được mô phỏng bằng phần mềm Plaxis 3D Foundation Từ đó so sánh các kết quả với nhau, và tìm ra phương pháp tính toán thích hợp cho móng cọc đài bè ở nước ta

Để đạt được những mục tiêu nghiên cứu trên, thì các vấn đề sau đây cần được xem xét:

 Sự phân chia tải trọng công trình lên cọc và đất nền trong móng bè đài cọc

thay đổi sẽ ảnh hưởng đến độ lún của móng như thế nào? Từ đó dựa vào độ lún cho phép của công trình ta có thể thiết kế lượng cọc hợp lý, đảm bảo tính kinh tế

3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Đã có nhiều phương pháp được đề xuất để phân tích móng cọc đài bè Burland (1995) đã đề nghị một cách đơn giản hóa trong việc thiết kế móng cọc đài bè, trong đó cọc được thiết kế nhằm làm giảm độ lún của móng (chỉ sử dụng cho cọc ma sát trong đất sét) Horikoshi (1999) đã đưa ra phương pháp ước lượng độ lún tổng thể của móng cọc đài bè Poulos (2000) cũng đã tổng kết rất nhiều phương pháp đơn giản và phương pháp số trong việc thiết kế móng cọc đài bè Phương pháp giải bài toán 3 chiều bằng phần tử hữu hạn (3D-FEM) được áp dụng để dự đoán ứng xử của móng cọc đài bè đã được Reul (2003, 2004), Reul (2004), Katzenbach (2005), Lisa J Novak (2005), Sanctis (2006) Ningombam Thoiba Singh (2008), Phongpat Kitpayuck (2009) và JinHyung Lee (2010) phân tích Ngoài ra việc áp dụng các máy ly tâm trong thí nghiệm để dự đoán các ứng xử của móng cọc đài bè cũng được Horikoshi (1996, 1998), Conte (2003) và Vincenzo Fioravante (2008) phân tích

Phương pháp nghiên cứu chính của đề tài này là:  Dùng phương pháp giải tích để tính khả năng chịu lực của cọc trong bè  Dùng phương pháp mô phỏng xem sự phân bố tải trọng lên các cọc, lên bè. So sánh kết quả của 2 phương pháp trên

Vấn đề nghiên cứu

Hình S 1 Sơ đồ tổng thể của phương pháp nghiên cứu

- Sự phân chia tải trọng giữa cọc và bè - Ảnh hưởng của chiều dài, đường kính, khoảng cách cọc đến độ lún của móng Nôi dung nghiên cứu

Phân tích kết quả Phương pháp nghiên cứu

- Tính khả năng chịu tải của cọc bằng các PP giải tích

- Tính khả năng chịu tải của cọc bằng PP mô phỏng

-So sánh khả năng chịu tải của cọc giữa các phương pháp tính

- Từ đó phân tích sự phân chia tải trọng công trình lên cọc và đất nền

Lựa chọn phương pháp thiết kế tối ưu cả vệ mặt kỹ thuật lẫn kinh tế cho móng

cọc đài bè ở Việt Nam

Hiện nay, các phương pháp tính móng bè - cọc ở nước ta còn đơn giản, phần lớn đều xem như cọc chịu hoàn toàn tải trọng công trình hoặc hệ bè chịu hoàn toàn tải của công trình Tuy nhiên phương pháp này lại mô phỏng không đúng điều kiện làm việc thực tế của công trình, không tận dụng hết khả năng chịu lực của kết cấu cũng như đất nền Kết quả là sử dụng vật liệu nhiều hơn so với các phương án móng khác nên gây nhiều lãng phí

Để thay đổi quan điểm chưa chính xác về móng bè – cọc, các chuyên gia cơ đất đã tìm cách đưa ra các lý thuyết tính toán hệ thống móng này, trong đó có Poulos & Davis (1980), Fleming (1992), Randolph (1994), Burland (1995), Katzenbach (1998) và những nghiên cứu gần đây của Poulos (1994, 2001a, 2001b) Áp dụng phương trình Midlin của bán không gian đàn hồi vào trong bài toán bè - cọc và những thử nghiệm thực tế để phân tích ngược, Poulos (1994) đã đưa ra một mô hình gần với thực tế Mô hình này được chấp nhận rộng rãi, được áp dụng để xây dựng nhiều công trình và tiếp tục được phát triển

Hình S 2 Biểu đồ quan hệ giữa tải trọng và độ lún của móng cọc đài bè theo

những nguyên lí thiết kế khác nhau (H.G.Poulos)

Hình ảnh trên (Hình S.2) trong nghiên cứu về Móng cọc đài bè của H.G.Poulos thể hiện rõ nhất sự kết hợp đồng thời của cọc và bè làm cho độ lún công trình giảm đáng kể so với móng bè hoặc móng cọc thông thường

của móng cọc đài bè Trong tạp chí KHCN Xây dựng số 3/2007 có đưa ra nhận xét tỉ lệ chia tải cho bè ứng với L/D (L: chiều dài cọc, D: đường kính cọc) thay đổi từ 21-32% đến 11-17%, đặc biệt phát huy hiệu quả trên đất tốt Đồng thời tạp chí trên cũng đưa ra bài toán kinh tế khá thuyết phục nếu sử dụng móng cọc đài bè cho một số công trình cao tầng điển hình ở Việt Nam như sau:

1 Chung cư cao 25 tầng Lê Hồng Phong – Phan Văn Trị tiết kiệm được 31,44%

bê tông và 23,46% thép so với phương án móng cọc khoan nhồi Tỉ lệ phân chia tải trọng cho bè là 12.95%

2 Chung cư cao cấp GrandView tiết kiệm được 18,05% bê tông và 37,99% thép so với phương án móng cọc khoan nhồi Tỉ lệ phân chia tải cho bè là 13%

Thêm vào đó móng bè còn giúp giảm lệch, chịu tải ngang tốt; hệ bè – cọc còn có khả năng kháng chấn hơn hẳn các hệ thống móng khác Vì vậy móng bè cọc nếu sử dụng hợp lý sẽ là một hệ thống móng ưu việt không chỉ ở tính kinh tế mà còn ở tính ổn định cao

Khi nền đất thay đổi (xét Es thay đổi) thì độ lún của móng cũng thay đổi rõ rệt với cùng cấp tải trọng công trình Nghiên cứu gần đây của tác giả Dilip Kumar

Maharaj (Assistant Professor, Civil Engineering Group; Birla Institute of Technology and Science, Pilani, Rajasthan, India) chứng minh rằng độ lún của

công trình không chỉ phụ thuộc vào loại móng bè hay móng bè đài cọc mà còn thay đổi theo Modul đàn hồi Es của đất rất rõ rệt

Hình S 3 Biểu đồ quan hệ tải trọng – độ lún đối với móng bè

Hình S 4 Biểu đồ quan hệ tải trọng – độ lún đối với móng bè đài cọc

Theo Hình S.3 và Hình S.4, so với móng bè thì ở loại đất cùng Modul đàn hồi Es, móng bè đài cọc có độ lún nhỏ hơn khi chịu cùng một cấp áp lực

Quan trọng hơn từ các biểu đồ trên cho ta thấy khi Es càng tăng thì độ lún càng giảm với cùng cấp tải trọng, tức đất càng tốt thì độ lún càng giảm

Tuy nhiên ở giới hạn nghiên cứu đề tài này tác giả chỉ nghiên cứu cho địa chất cho một số vùng ở thành phố Hồ Chí Minh

LÀM VIỆC ĐỒNG THỜI CỦA CỌC-BÈ-NỀN ĐẤT 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÓNG CỌC ĐÀI BÈ:

Thông thường, khi thiết kế nền móng thì phương án đầu tiên được nghĩ đến là móng nông hoặc móng bè; nếu cả 2 phương án này không thích hợp thì chuyển sang phương án móng cọc trong đó toàn bộ tải trọng công trình đều do cọc chịu

Điều quan tâm là khi móng bè không đáp ứng đủ các yêu cầu thiết kế, lúc đó cọc được thêm vào nhằm cải thiện khả năng chịu tải, giảm độ lún và sự lún lệch, đồng thời có thể cải thiện độ dày cần thiết của bè mà không ảnh hưởng đến độ an toàn và hiệu suất làm việc của nền móng Đây là tiêu chí chính của đề tài

Hình 1 1 Sự giảm độ lún khi có sự xuất hiện của cọc

cọc đài bè không thật sự mới mẻ và đã được trình bày bởi nhiều tác giả như: Zeevaert, Davis and Pouslos, Hooper, Burland, Price và Wardle, Franke, …

Hình 1 2 Móng bè, móng cọc đài bè và móng cọc

Móng cọc đài bè là sự kết hợp của 3 yếu tố : cọc, bè và đất Do đó ứng xử của móng cọc đài bè phụ thuộc vào sự tương tác giữa phần tử móng và đất

Katzenbach và cộng sự (2000) đã xác định được 4 loại tương tác như trong Hình 1.3

rất cần thiết khi phân tích ứng xử của móng cọc đài bè

qt = tải phân bố đều lên đài; Qp = tải truyền đến cọc; qr = áp lực truyền lên đất (S-P) Tương tác giữa đất và cọc (S-R) Tương tác giữa đất và bè

(P-R) Tương tác giữa cọc và bè (P-P) Tương tác giữa cọc và cọc

Hình 1 3 Hiệu ứng tương tác giữa đất – cấu trúc trong móng cọc đài bè của

ĐÀI BÈ: 1.3.1 Quan điểm thiết kế: Randolph đưa ra 3 phương pháp thiết kế khác nhau đối với móng cọc đài bè:

 Phương pháp truyền thống, nhóm cọc được thiết kế nhằm chịu phần lớn tải trọng, trong khi vẫn thừa nhận sự làm việc của bè theo trạng thái giới hạn sơ bộ

 Theo phương pháp “creep piling” thì hệ cọc được thiết kế để kiểm soát tải trọng tác dụng khi phần lớn sự chảy dẻo bắt đầu xuất hiện tại bề mặt tiếp xúc giữa cọc và đất, thường vào khoảng 70 – 80% tải trọng cho phép Số cọc vừa đủ để làm giảm áp lực tại vị trí tiếp xúc giữa bè và đất dưới tác dụng của hiện tượng cố kết trước

 Phương pháp điều chỉnh độ lún cục bộ, trong phương pháp này thì hệ cọc được đặt ở vị trí có thể làm giảm các độ lún thành phần (lún lệch), thậm chí còn làm giảm cả độ lún trung bình

Những phương pháp thiết kế gần đây (cụ thể là hai phương pháp 2 và phương pháp 3) có lợi về mặt kinh tế hơn Ở luận văn này ta tập trung vào những phương pháp này

1.3.2 Quy trình thiết kế:

Quy trình thiết kế hợp lý cho móng cọc đài bè gồm hai giai đoạn chính (theo

H.G.Poulos):

 Giai đoạn sơ bộ là đánh giá tính khả thi của việc sử dụng cọc đài bè, và số

lượng cọc cần thiết để đáp ứng yêu cầu thiết kế

 Giai đoạn thiết kế chi tiết để có được số lượng cọc tối ưu, vị trí và hình

dạng của các cọc; tính toán chi tiết độ lún, mômen uốn và lực cắt trong bè, tải trọng và moment tác dụng lên cọc

1.4 MỘT SỐ CÔNG TRÌNH SỬ DỤNG MÓNG CỌC ĐÀI BÈ: 1.4.1 Móng cọc đài bè trên nền đất sét cứng

Móng cọc đài bè trên nền sét Frankfurt được tóm tắt trên Bảng 1.1 theo Katzenbach và cộng sự (2000)

Bảng 1 1 Móng cọc đài bè trên nền sét Frankfurt theo Katzenbach và cộng sự (2000)

Building data Torhaus Messeturn Westend 1 Eurotheum

Main Tower

American Express

Japan Centre

Congress Centre

Franfurter Welle

Với, H: Chiều cao lớn nhất của tòa nhà; P: tổng tải tác dụng; A: diện tích bè; tr: chiều dày bè; zr: chiều sâu chôn bè; n: số lượng

cọc; Lp: chiều dài cọc; dp: đường kính cọc; i: khoảng cách trung bình của cọc; Pp: tải đo được ở cọc;S: độ lún;

Hình 1 4 Cấu tạo lớp đất bên dưới của thành phố Frankfurt-Germany

Ta có một số nhận xét đối với công trình này: - So sánh tải truyền xuống các cọc với tổng tải của công trình ta thấy khả năng chịu tải của bè là khá lớn (20%-50%)

- Độ lún là tương đối bé

1.4.2 Móng cọc đài bè trên nền đất mềm

Tan và cộng sự (2006) đã trình bày việc sử dụng móng cọc đài bè cho đất sét mềm dày từ 25-30m của một chung cư 5 tầng ở Malaysia như Hình 1.5 và Hình 1.6 Tải lớn nhất tác dụng ở chân cột là 750 kN, tải tường tác dụng là 9 kN/m và hoạt tải là 2.7 kN/m2 Diện tích của công trình là 25x70 m với bề dày của bè là 300 mm và sử dụng các dãy dầm sườn gia cường diện tích 350x700 mm Cọc sử dụng có diện tích là 200x200 mm chiều dài cọc dao động từ 18->24 m Tổng cộng ta có 504 cọc Kết quả quan trắc từ khi xây dựng đến khi kết thúc công trình ta đo được độ lún trung bình là 87 mm và độ lún lệch là 27 mm

Hình 1 5 Mặt bằng bố trí cọc

Hình 1 6 Chi tiết cọc có chiều dài thay đổi của công trình

Hình 1 7 Chi tiết mặt cắt của bè

Hình 1 8 Bố trí các vị trí quan trắc

Hình 1 9 Kết quả quan trắc lún

Các nhận xét thu nhận được đối với công trình này:

- Độ lún trung bình và độ lún lệch tương đối lớn (độ dốc lớn)

- Tải trọng tác dụng lên bè là nhỏ

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC,

BÈ TRONG MÓNG CỌC ĐÀI BÈ 2.1 PHÂN TÍCH SỨC CHỊU TẢI CHO CỌC, BÈ BẰNG PHƯƠNG PHÁP

GIẢI TÍCH 2.1.1 Sức chịu tải của cọc:

Hiện nay có rất nhiều loại cọc được sử dụng trong xây dựng, cọc bê tông đúc sẵn, cọc khoan nhồi, cọc ứng suất trước, cọc barrette, cọc thép…với nhiều loại kích cỡ khác nhau Và cũng có rất nhiều phương pháp của nhiều tác giả trên thế giới được sử dụng để tính sức chịu tải của cọc (ở khía cạnh đề tài này ta chỉ xét đến cọc khoan nhồi):

2.1.1.Sức chịu tải của cọc bằng các phương pháp thí nghiệm hiện trường:

+ Thí nghiệm nén tĩnh (phổ biến nhất hiện nay) + Thí nghiệm xuyên tĩnh CPT, xuyên tiêu chuẩn SPT + Thí nghiệm thử động biến dạng lớn PDA

+ Thí nghiệm biến dạng nhỏ PIT + Thí nghiệm Osterberg (ít sử dụng vì chi phí cao)

2.1.2.Sức chịu tải của cọc theo độ bền của vật liệu làm cọc:

ssnbuVL

- As, Ab: lần lượt là tiết diện ngang cốt thép và bê tông trong cọc (m2) - Rsn, Ru: lần lượt là cương độ chịu nén của cốt thép và bê tông (kN/m2) +Đối với thép nhỏ hơn Ø28mm, Rsn=fc/1.5 nhưng không lớn hơn 220000

kN/m2 + Đối với thép lớn hơn Ø28mm, Rsn=fc/1.5 nhưng không lớn hơn 200000 kN/m2

fc – giới hạn chạy của cốt thép kN/m2

2.1.3.Sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu đất nền:

a Theo chỉ tiêu cơ lý đất nền:

Q m m q A um f l

- qp, fs lần lượt là cường độ đất nền dưới mũi cọc và lực ma sát đơn vị của đất ở mặt bên của cọc (kN/m2)

- Ap: tiết diện ngang bê tông tại mũi cọc (m2) - li: chiều dày lớp đất thứ i mà cọc đi qua - m: hệ số điều kiện làm việc (tra bảng)

b Theo chỉ tiêu cường độ đất nền:

QQ

pp

ss

- Qs: Sức chịu tải cực hạn do ma sát (kN) - Qp : Sức chịu tải cực hạn do sức kháng mũi (kN) - FS: hệ số an toàn

NcNqp 1.3 c  qv' 0.3

- Nc, Nq, Nγ: hệ số sức chịu tải phụ thuộc vào góc ma sát trong của đất

dưới mũi cọc (tra bảng theo Terzaghi)

 Theo Vesic (1973) :



NcNqp  c qv' 

- Nc, Nq, Nγ: hệ số sức chịu tải phụ thuộc vào góc ma sát trong của đất

dưới mũi cọc (tra bảng theo Vesic)

2.1.2 Sức chịu tải của bè:

Hiện nay có các loại móng bè phổ biến là móng bè dạng bản phẳng hay bản sườn Loại móng bản có thể dùng khi bước cột không quá 9m, tải trọng xuống mỗi cột không quá 100T Khi tải trọng lớn và bước cột lớn hơn 9m thì phải dùng bản sườn để tăng độ cứng

Hình 2 1 Các loại móng bè

Ở đây chỉ nêu sơ bộ các phương pháp tính mĩng bè vì khía cạnh đề tài chỉ quan tâm đến moment, lực cắt trong bè mà khơng đi vào tính tốn cụ thể bê tơng cốt thép đài mĩng

1.2.1 Phương pháp mĩng tuyệt đối cứng:

Nếu chiều rộng bé hơn chiều dài và trạng thái ứng suất khơng phụ thuộc theo chiều dài, mĩng bè được tính như bản trên nền đàn hồi Winkler, dựa trên lý thuyết bản và vỏ chịu tác động của phản lực nền

Ta thay sự tiếp xúc của móng với nền bằng các hệ thống lò xo có độ cứng:

iz

k .

- Fi (m2) là diện tích chịu tải của nút thứ i - Cz(T/m3) là hệ số nền theo phương thẳng đứng Z được xác định từ thực nghiệm hoặc theo cơng thức thực nghiệm của Vesic, Poulous…

Hình 2 2 Cơ chế mơ hình nền Winkler

- Chia mĩng bè ra thành từng dải theo phương X hay phương Y bằng các đường trung bình giữa các cột

- Sau đó ta dùng phần mềm Sap, Etabs để tính toán nội lực (M11, M22) cho móng bè (bài toán dầm và bản trên nền đàn hồi)

Hình 2 3 Sơ đồ chia dải tính móng bè.

1.2.2 Phương pháp tính như tấm trên nền đàn hồi:

Khi chiều dài và chiều rộng tương đương và đều ảnh hưởng lên trạng thái ứng suất – biến dạng của móng thì phải giải theo sơ đồ bản với giả thuyết chiều dày h của bản khá mỏng so với kích thước dài rộng của bản

+ Xác định sơ bộ bề dày móng, xác định hệ số nền C, tính độ cứng D của móng:

)1(

+ Xác định moment theo tọa độ cực (r,φ) gồm moment hướng tâm Mr và moment tiếp tuyến Mt trên một đơn vị bề rộng móng:

- P: tải trọng trên cột - r: khoảng cách từ cột tác dụng tải trọng đến điểm đang xét Z3, Z,3, Z4, Z’4 là các hệ số xác định từ các hàm

hyperolic (Hetenyi, 1946) được thiết lập thành toán đồ tra theo tỉ số x=r/L như Hình 2.4

+ Chuyển sang quan hệ tọa độ vuông góc Mx, My(M11, M22):

+ Tính lực cắt Q cho mỗi đơn vị bề rộng bản

- φ: được định nghĩa như góc trên bên phải Hình 2.4

- Z’4: tra theo toán đồ Hình 2.4

Nhìn vào so sánh biểu đồ quan hệ tải trọng – chuyển vị (Hình 2.5) của cọc đơn trong cùng điều kiện chịu lực, ta thấy kết quả thu được bằng phần mềm P3DF và kết quả được Trocanis (1991) báo cáo là khá tương đồng nhau Vì vậy việc sử dụng P3DF mang lại tính hợp lý và tính hiệu quả cao

Hình 2 5 Biểu đồ quan hệ tải trọng – chuyển vị.

P3DF gồm ba phần chính, đó là mô hình (model), tính toán (calculation) và xuất kết quả (Output)

2.2.2 Mô hình

Trong chế độ mô hình thì hình dạng của mô hình được xây dựng Biên của các lớp đất và đặc trưng vật liệu được thiết lập Xây dựng các phần tử như cọc và sàn tại các vị trí trong mô hình và đặc trưng tiếp xúc được định nghĩa Cuối cùng lưới được tạo ra và đạt một độ mịn thích hợp

Có rất nhiều mô hình được sử dụng trong P3DF, tuy nhiên có 2 mô hình được sử dụng phổ biến là mô hình Morh-Coulomb (MC) và mô hình Hardening Soil (HS) Ở góc độ đề tài này ta chỉ đề cập đến mô hình Morh-Coulomb Điều này sẽ được trình bày ở Mục 2.2.3

2.2.3 Mô hình ứng xử của đất (ở đây chỉ xét Mô hình Mohr – Coulumb)

Mô hình Mohr - Coulomb trong Plaxis được dựa trên ý tưởng của quy luật cơ bản đàn hồi - dẻo với mặt ngưỡng cố định không bị tác động bởi biến dạng dẻo và trạng thái ứng suất của một điểm nằm trong mặt ngưỡng là đàn hồi thuần túy

Không có quy luật tái bền hay hóa mềm yêu cầu đối với mô hình Coulomb vì nó được giả dịnh là dẻo thuần túy Hàm ngưỡng dẻo, f , được giới thiệu như là một hàm ứng suất và biến dạng mà có thể được trình bày như là một

Mohr-mặt trong không gian ứng suất chính Mô hình Mohr – Coulumb yêu cầu 5 thông số cơ bản, xem Bảng 2.1

Bảng 2 1 Các thông số cơ bản trong mô hình Mohr – Coulumb

2.2.4 Tạo mô hình

Để phân tích phần tử hữu hạn trên phần mềm P3DF thì điều quan trọng đầu tiên là phải tạo mô hình hình học cho bài toán Mô hình này mô tả cấu trúc của công trình trong không gian 3 chiều được chương trình định nghĩa thông qua các mặt phẳng làm việc và các hình trụ hố khoan địa chất Mô hình bao gồm các lớp địa tầng, kết cấu của công trình và các loại tải trọng Mô hình phải đủ lớn để biên bài toán không ảnh hưởng đến kết quả phân tích

 Mặt phẳng làm việc (Work Planes): là các mặt phẳng nằm ngang theo trục x - z tương ứng với một cao độ y

 Điểm và đường thẳng (Geometry line): dùng để tạo mô hình hình học cho bài toán

 Phần tử dầm (Beam): dùng để mô hình cho kết cấu thanh mảnh chịu uốn và lực dọc trục như dầm móng…

 Phần tử sàn (Floor): dùng mô phỏng cho kết cấu có chiều dày nhỏ theo phương ngang và chịu uốn như bản móng…

 Phần tử tường (Wall): dùng mô hình cho kết cấu có chiều dày nhỏ theo phương đứng và chịu uốn như vách tầng hầm…

 Phần tử cọc (Pile): dùng mô hình cho các loại cọc  Phần tử lò xo (Spring): dùng để gắn kết vào một mặt của kết cấu và

khống chế mặt đó so với mặt khác Phần tử này thường dùng mô phỏng sự làm việc của cọc đơn

 Phần tử biên (Line Fixity): dùng để tạo biên khống chế cho bài toán  Phần tử hố khoan (Borehole): dùng khai báo các lớp địa chất cho bài

toán

2.2.5 Chia lưới phần tử

Để thực hiện tính toán phần tử hữu hạn, mô hình hình học trong P3DF phải được chia thành các phần tử nhỏ hơn, được gọi là chia lưới phần tử hữu hạn Mỗi phần tử bao gồm một số lượng nhất định các nút hình thành hệ thống phương trình cho việc tính toán

Phân tích phần tử hữu hạn sẽ tiến hành theo ba bước, xem Hình 2.6 Bước đầu tiên là phân chia mô hình thành các phần nhỏ hơn bằng cách tạo ra các phần tử (Generate elements) vào mô hình, trong đó mỗi phần tử tương đối dễ để giải từng cái một Bước tiếp theo là phân tích các phần tử (Element analysis) Bước cuối cùng là phân tích hệ thống (System analysis) nơi mà tất cả các phần tử được kết nối với một hệ thống bằng các điều kiện biên, (Wiberg, 1974)

Hình 2 6 Các bước phân tích phần tử hữu hạn (Wiberg, 1974)

Phân tích phần tử hữu hạn là một phương pháp tính gần đúng và nguồn lỗi nhiều và thường không thể tránh khỏi (Wiberg, 1974) Số lượng nút trong mô hình có tác động đáng kể đến kết quả tính toán Số lượng phần tử lớn hơn tạo ra một số lượng lớn các nút cho kết quả chính xác hơn mô hình có ít nút Khi thiết kế các mô hình phức tạp thì nên có số nút cao hơn so với trường hợp đơn giản

Các thiết lập mặc định cho kích thước cluster trong P3DF là lưới thô (Coarse mesh) Chia lưới thế này có thể đủ kích thước khi mô hình các trường hợp đơn giản và tính chính xác của tính toán không cần cao Hệ thống phương trình dễ dàng hơn cho máy tính để giải quyết và thời gian tính toán tương đối ngắn

Nếu cần độ chính xác cao hơn thì cần sự làm mịn các cluster bằng cách refine Global trong tab Mesh trên thanh công cụ Nếu toàn bộ mô hình cần được làm mịn, thì sử dụng chức năng Global coarseness để thay đổi kích thước phần tử cả phương đứng và ngang với khoảng từ rất thô (Very coarse) đến rất mịn (Very fine) Lưu ý rằng nếu chúng ta chia lưới 2D quá mịn sẽ làm tăng phần tử khi tiến hành chia lưới 3D và đồng nghĩa là thời gian tính toán sẽ tăng lên

Để xác định mô hình gồm bao nhiêu nút là đủ, Hannes và Daniel (2010) đã thực hiện mô phỏng với số lượng các nút là tăng dần dần trên cùng một mô hình

Kết quả được so sánh với chuyển vị, xem Hình 2.7

Hình 2 7 Kết quả chuyển vị với số nút tăng dần trong mô hình 3D,

(Hannes và Daniel, 2010)

2.2.6 Tính toán

Đây là phần chính thứ 2 trong P3DF Trong chế độ tính toán, một số bước tính toán có thể được tạo ra Khác nhau trường hợp tải và hình dạng được thiết lập để mô phỏng trình tự xây dựng công trình thực tế Đối với mỗi bước có thể thiết lập các điều kiện mực nước ngầm khác nhau, các bộ phận công trình có thể được kích hoạt Các loại tính toán phải được định nghĩa có thể là tính dẻo (Plastic) hoặc cố kết (consolidation) Phân tích cố kết (consolidation) được sử dụng khi mô hình các ứng xử phụ thuộc vào thời gian như sự phát triển và tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng hay khi yêu cầu tính toán độ lún do từ biến Tính toán tích dẻo (Plastic) được dùng để phân tích biến dạng đàn – dẻo (elastic-plastic) theo lý thuyết biến dạng nhỏ (Brinkgreve, 2007) Ứng suất và biến dạng được tính toán cho tất cả các nút còn trong trạng thái giới hạn

2.2.7 Xuất kết quả

Trong phần chính thứ ba của Plaxis là chế độ xuất kết quả tính toán và được dùng xử lý kết quả tính toán Biến dạng, ứng xuất và áp lực nước lỗ rỗng sẽ được thể hiện trong mỗi bước tính toán, còn đối với các cấu kiện công trình ta có thể xem được nội lự gồm: lực dọc, moment uốn và lực cắt

CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH SỰ LÀM VIỆC ĐỒNG THỜI CỦA CỌC -

ĐẤT NỀN TRONG MÓNG CỌC ĐÀI BÈ

Có thể tóm lược lại vai trò của từng thành phần cọc, đất nền, đài cọc trong sự làm việc đồng thời của chúng như sau:

+ Vai trò của đài cọc: Tải trọng công trình truyền xuống móng Đài cọc có

nhiêm vụ liên kết các đầu cọc thành một khối và phân phối tải trọng tập trung tại các chân cột, tường cho các cọc Sự phân phối này phụ thuộc vào việc bố trí các cọc và độ cứng kháng uốn ảu đài (EI) Ở một mức độ nó có khả năng điều chỉnh độ lún không đều (độ lún lệch)

+ Vai trò của nền đất dưới đáy đài: Khi đài cọc chịu tác động của tải trọng, một

phần được truyền xuống cho các cọc chịu và một phần được phân phối cho nền đất dưới đáy đài Tỷ lệ phân phối này còn phụ thuộc vào các yếu tố: độ cứng của nền đất, chuyển vị của đài, chuyển vị của cọc và việc bố trí các cọc

+ Vai trò của cọc: Cơ chế làm việc của cọc là nhờ được hạ vào các lớp đất tốt

phía dưới nên khi chịu tác động của tải trọng đứng từ đài móng nó sẽ truyền tải này xuống lớp đất tốt thông qua lực ma sát giữa cọc với đất và lực kháng mũi là cọc chịu kéo hoặc nén Trong quá trình làm việc cọc còn chịu thêm các tác động phức tạp khác như: hiệu ứng nhóm cọc, lực ma sát âm… Do độ cứng lớn nên cọc tiếp nhận phần lớn tải trọng từ đài truyền xuống, phần còn lại do nền tiếp nhận

Hình 3 1 Sự làm việc của hệ đài cọc – đất nền – cọc

Theo quan điểm thiết kế thứ 2 của Poulos (2001), bè được thiết kế tiếp nhận một phần đáng kể tải trọng lên móng, phần lớn còn lại do các cọc chịu, ở tải trọng làm việc sức chịu tải của cọc được huy động từ 70 đến 100% (hệ số an toàn sức chịu tải từ 1 1.5), quan hệ tải trọng – độ lún của của cọc là quan hệ phi tuyến do cọc có chuyển dịch tương đối so với đất nền Số lượng cọc được bố trí đủ nhằm giảm áp lực tiếp xúc thực giữa bè và đất nền xuống nhỏ hơn áp lực tiền cố kết của đất nền Cọc được sử dụng với mục đích làm giảm độ lún trung bình của bè Ngoài ra việc bố trí cọc tại những vị trí hợp lý còn làm giảm độ lún các thành phần, tức làm giảm độ lún lệch của công trình Đây chính là quan điểm hợp lý nhất, kinh tế nhất làm tiền đề cho ta tính toán sự làm việc đồng thời của cọc – nền đất như một thể thống nhất

Hình 3 2 Biểu đồ phân chia sức chịu tải của công trình lên cọc và đất nền

Giả sử: + Tổng tải trọng công trình truyền xuống móng bè là Stot + Khả năng chịu tải của bè (đất nền) là Rraft

+ Khả năng chịu tải của các cọc là Và khả năng chịu tải của móng cọc đài bè được cho bởi công thức sau:

Rtot=Rraft + Stot

Để phân tích sự làm việc đồng thời của đất nền & cọc (nói rõ hơn là sự phân chia tải trọng công trình lên nền đất và cọc) ta cần biết tổng tải trọng công trình truyền xuống đài móng, sau đó chọn số lượng, kích thước cọc phù hợp bằng các phương pháp giải tích, chọn sơ bộ chiều dày móng bè, từ đó đưa vào mô hình tính, kết quả ta có được tải trọng truyền lên từng cọc (dựa vào nội lực N trong cọc), vì thế biết được phần trăm tải trọng công trình truyền lên hệ cọc, nghĩa là cũng biết được tải do bè gánh chịu, có được nội lực trong bè (M11, M22) dựa vào phương pháp giải tích ta tính được thép trong đài Ta nên thay đổi các trường hợp mô phỏng khác nhau (thay đổi tiết diện cọc, chiều sâu chôn cọc, khoảng cách cọc, chiều dày bè ) để tìm ra mô hình tối ưu cho móng cọc đài bè của công trình Sau đó kiểm tra lại các điều kiện về ổn định và biến dạng để thỏa mãn yêu cầu thiết kế

Xét đến điều kiện về biến dạng Poulos và Davis (1980) đã đưa ra một

phương pháp tính tay đơn giản mô tả mối quan hệ tải trọng và độ lún giữa cọc và bè Phương pháp này gồm các khía cạnh sau:

 Dự đoán tải trọng chia cho bè và cọc bằng cách sử dụng phương pháp tính xấp xỉ của Randolph

 Mối quan hệ giữa biến dạng và tải trọng giữa cọc và bè theo đường cong hyperpolic như Hình 3.3 từ đó tính ra mối quan hệ giữa độ lún và tải trọng theo phương pháp truyền thống của Poulos và Davis

Hình 3 3 Quan hệ giữa tải trọng và độ lún.