Luận văn thạc sĩ Địa kỹ thuật xây dựng: Phân tích sự phá hoại của cọc bên trong hố đào trong nền đất yếu ở khu vực Tp. HCM

Các nghiên cứu về ảnhhưởng của hồ đảo sâu đến cọc bên trong đất yếu còn khá hạn chế, với lý do đó luậnvăn này tập trung vào nghiên cứu phân tích chuyển vị của cọc trong hỗ đào sâutrong n

ĐẠI HỌC QUOC GIA THÀNH PHO HO CHÍ MINH

TRUONG DAI HOC BACH KHOA

VO TRUNG HIEU

HO DAO TRONG NEN DAT YEU O KHU VỰC TPHCM

CHUYEN NGANH: DIA KY THUAT XAY DUNGMA SO: 60 58 60

LUAN VAN THAC SI

TP HO CHI MINH, Nam 2013

Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa —- DHQG-HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS Lê Trọng Nghĩa

Cán bộ chấm nhận xétl :TS.Lê Bá Vinh

Cán bộ chấm nhận xét2 : TS Dinh Hoàng Nam

Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Dai học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCMngày 08 tháng 01 năm 2014.

Thanh phan hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

1 GS TSKH Nguyễn Văn Thơ2 TS Đỗ Thanh Hải

3 TS Lê Bá Vinh4 TS Định Hoàng Nam5 TS Lê Trọng NghĩaXác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Chủ nhiệm Bộ môn quan lýchuyền ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nêu có).

CHỦ TỊCH HỘI ĐÔNG CHỦ NHIỆM BỘ MÔN

_|-DAI HOC QUOC GIA TP HCM CONG HOA XA HOI CHU NGHIA VIET NAMTRUONG DAI HOC BACH KHOA Độc Lập - Tự Do - Hanh Phúc

Tp HCM, ngày tháng năm 2013

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Ho và tên học viên: VÕ TRUNG HIẾU Giới tính: NamNgày, tháng, năm sinh : 27/05/1988 Nơi sinh : Lâm ĐồngChuyên ngành : Địa kỹ thuật xây dựng MSHV: 12090363

Khoá (Nam trúng tuyén) : 2012

I- TEN DE TÀI:

PHAN TICH SU PHA HOAI CUA COC BEN TRONG HO DAO

TRONG NEN DAT YEU O KHU VUC TPHCMNHIEM VU VA NOI DUNG:

Mở dau: Giới thiệu nội dung nghiên cứu.Chương 1: Tổng quan về ảnh hưởng của hồ đào sâu đến cọc.Chương 2: Cơ sở lý thuyết phương pháp phần tử hữu hạn mô phỏng ảnh hưởng

của hồ đào sâu đến cọc

Chương 3: Phân tích sự phá hoại của cọc bên trong hé đào trong nên đất yêu ở

khu vực TPHCM.Kết luận và kiến nghị

H- NGÀY GIAO NHIỆM VU: 24/06/2013HI- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VU: 22/11/2013IV- CÁN BO HUONG DAN: TS Lê Trọng Nghĩa

CÁN BO HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MON KHOA QL CHUYỂN NGÀNH

(Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký)

TS Lê Trọng Nghĩa PGS.TS Võ Phán

_2-LOI CAM ON

Trước tiên, xin gui lời cam ơn chân thành dén Bộ mon Dia cơ Nên móng, cácQuý Thây Cô đã giúp học viên trang bị tri thức, tạo môi trường điêu kiện thuận lợinhất trong suốt quá trình học tập vả thực hiện Luận văn này

Với lòng kính trọng và biết ơn, xin được bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến thầyTiến sĩ Lê Trọng Nghĩa, người đã giúp đỡ, chỉ dẫn tận tình và luôn quan tâm, độngviên tỉnh thần trong thời gian học viên thực hiện Luận văn Trong suốt thời gianthực hiện Luận văn, mặc dù rất bận rộn trong công việc nhưng Thay van gianhnhiều thời gian va tâm huyết trong việc hướng dẫn hoc viên Thay đã cung cấp chohọc viên nhiều hiểu biết và truyền đạt cho học viên hiểu được phương thức tiếp cậnvà giải quyết một vẫn đề khoa học, đây là hành trang quí giá mà học viên sẽ gìn giữcho quá trình học tập và làm việc tiép theo của mình.

Cuôi cùng, xin gửi lời tri ân sâu sac đên gia đình và những người bạn đã độngviên, hô trợ học viên rât nhiêu trong suôt quá trình học tập làm việc và hoàn thànhLuận văn.

TP Hô Chí Minh, tháng 11 năm 2013

Học viên

Võ Trung Hiếu

_3-TOM TAT LUAN VAN

Từ trước đến nay việc thi công hé dao trong đất yếu là rất phức tap, và hay xảyra trường hop cọc bị trồi và gãy trong quá trình thi công Các nghiên cứu về ảnhhưởng của hồ đảo sâu đến cọc bên trong đất yếu còn khá hạn chế, với lý do đó luậnvăn này tập trung vào nghiên cứu phân tích chuyển vị của cọc trong hỗ đào sâutrong nên đất yếu nói chung và ở khu vực Thành phố Hồ Chí Minh nói riêng Côngtrình được nghiên cứu trong luận văn là công trình ở Quận 8, theo khảo sát địa chấtthì công trình có lớp đất yếu dày 25m (từ cao độ -Im đến -26m so với mặt đất tựnhiên) và lớp đất có chỉ số Nspr rất nhỏ Công trình sử dụng cọc ống ly tâm ứng suấttrước để chống đỡ kết cấu bên trên Khi tiến hành đào đất đến cao trình đáy để thicông đài móng thi gặp hiện tượng đất bị đây trồi làm cọc chuyển vị và gây mômenuốn cho cọc, kết qua là coc bi nghiêng lệch va gãy

Sử dụng phần mềm PLAXIS 3D Foundation để phân tích ứng xử của cọctrong suốt quá trình thi công hố đào Kết quả dự đoán ứng xử của cọc trong suốt quatrình đào sẽ được so sánh với kết quả quan trắc ngoài hiện trường Ngoài ra, luậnvăn còn mở rộng phân tích cho những trường hợp khác, như phân tích ảnh hưởngcủa cọc bên trong hỗ dao trong trường hợp không có khối đất dap hay dời khối đấtdap ra xa; phân tích ảnh hưởng của cọc bên trong hố đào trong trường hop thay đổichiều dài tường Từ những kết quả đó ta xác định được vùng ảnh hưởng tải khối đấtdap lân cận hỗ đào đến chuyền vi của cọc bên trong hé, giá trị chuyến vị của cọc khidời khối đất dap ra xa; gia tri chuyén vi cua coc sau khi tang chiéu dai ngamtường Những kết qua này rat quan trong va hữu ích, đặc biệt là thực hiện trước khitiễn hành thi công hỗ đào Băng phương pháp này có thé giúp đỡ trong việc lập kếhoạch và phối hợp công tac đào đắp ngoài hiện trường cũng như các biện phápphòng tránh cọc bị phá hoại.

_4-SUMMARY OF THESIS

Up to now, the pit excavation in weak soil has been a rather complicatedproblem, the uplift piles and broken piles usually happened during construction.Research of effect of pit excavation on piles in weak soil is limited Therefore, thethesis aimed at studying the displacement of piles in pit excavation in general andespecially in Ho Chi Minh City area The case study is located in District 8 Basedon the geotechnical site investigation, the weak soil layer is 25 m from the EL -1.0mto the EL -26.0m with the SPT test N is very low Precast pile is used for foundationstructure Uplift force which happened at the excavation to the design depth causedthe displacement and the bending moment Hence, piles were incline and broken.

PLAXIS 3D Foundation is applied to analyze the behavior of piles duringconstruction stages of pit excavation Expected results of pile behavior duringconstruction stages will be compared with in-situ observation results In addition,the thesis will expand to other cases such as analyzing the effects of piles in case ofbackfill soil and without backfill soil, analyzing the effects of piles in hole in casethe length of wall changed From these results, the effect area of load due toadjacent backfill soil to the pile displacement, the pile displacement without thebackfill soil, the pile displacement due to the increase of wall length, etc Theseresults are very important and valuable, especially before conducting the pitexcavation This method can support making the plan and cooperate theconstruction stage on site as well as prevent the damages to piles.

_5-MỤC LỤC

LOL CAM ON 0177 d Ô 2TOM TAT LUẬN VĂĂN - G1 tt 11191211 1110101111 1111111111 111g ng 3MUC LUC 2 5DANH MUC HINH 01522 7DANH MỤC BẢNG ác tr th HH2 11i90 t 12

1 Tính cấp thiết của đề tài - + Set 1 2 1111111511111 111111110111 rk 122 Mục đích nghiên cứu của đề tài - + 2 2E + SE SE‡E£ESEEEEErErkerrrererered 123 _ Y nghĩa và giá trị thực tiễn của dé tài -. + 65s text 134 Phương pháp nghiÊn CỨU (<< + 11990111 1.9 ng re 135 Nội dung nghiÊn CỨU - c1 9900001 ng 136 Han chế của dé tài - -G- cv 539191 1E 5191915111 E111 11x crei 13Chương 1 TONG QUAN - E122 121 12151111 112121211 110111 01111111 1111.001111 cv 141.1 Sự cô cọc bị nghiêng lệch trong quá trình thi công hồ đào sâu 141.2 Các trạng thái ứng xử của cọc trong nền đất yếu -5 5555555: 201.3 Ảnh hưởng hồ đào sâu đến cọc bên trong hồ đào -55- 55+: 28Chương 2 CƠ SỞ LY THUYÊTT -55:2522c+‡Ext2ESEtErttrttttrrrrrrrrrrrerrree 352.1 Phân tích phần tử hữu hạn trong PLAXIS ¿-¿-5- + 2 252+s+£+£s£scscs2 352.1.1 PLAXIS 3D Foundation - << << cv , 352.1.2 Mô hình - c1 0 HH và 362.1.3 Tính tOán c cọ HH và 362.1.4 Xuất kẾt quả - 55252213 12 E1 111115111111 117115 111111111111 11 1110 xe 37

2.3 Chia lưới phan tỬ - - + 52561 E21 1 15151511 21E1151511 11111111111 382.4 Mô hình ứng xử của đất - - + 256 1E E123 E2 E1 12111111111 xe rk 402.4.1 Mô hình Mohr — Coulumb (MC) -ccsss<SSS<<ssssssssss 402.4.2 Mô hình Hardening Soil (HS) 1 1 he 4224.3 Thông số đầu vào của đất nén ¿-¿- - c2 S22E2EcEsEcErxrkrrsree, 44Thong 86 E, Vt cscccscsccccscsssscscscscsssscscscscsssscsesescsssscsescsssssecsesesssssessesessssssssessesses 442.5 Đặc trưng vật liệu của tường vay cừ Larsen (Sheet pile wall) 462.6 Đặc trưng vật liệu của phan tử dầm (wailing beam) - 5-5-5552 492.7 Đặc trưng vật liệu của phan tử cọc (Pile) ¿2 55scc+esccezeceeeerrered 50

2.8 Phan tử lò xo (Spring) ¿-¿- - 552 SE SE 1 E5 1 1211151111111 11511 1111111 502.9 Các lỗi thường gặp với mô hình Plaxis 3D foundation eee 51Chương 3 PHAN TÍCH SỰ PHA HOAI CUA COC BEN TRONG HỒ ĐÀOTRONG NEN DAT YEU Ở KHU VUC TPHCM - - 2 2525522 £2£22<z5+2 563.1 Phương pháp tính tOánn - . << Ă 001 rre 563.2 Phân tích ảnh hưởng của cọc bên trong hỗ đào ứng với công trình thực tế 583.2.1 Các đặc điểm cơ bản của công trình - ¿5s + s+s+szezcee: 583.2.2 Các thông số và mô hình vật liệu ¿2-5 << s+s+s+escee: 633.2.3 Phân tích ảnh hưởng của cọc bên trong hố đào ứng với trường hợp01/1 011177 5 713.2.4 Phân tích ảnh hưởng của cọc bên trong hố đào trong trường hợp dờidân khôi dat ra xa 00010 1 11 00 10 ng và 323.3 Phân tích mở rộng xem xét ảnh hưởng của cọc bên trong hé dao trong trườnghợp thay đôi chiêu dài ngàm tường ứng với công trình thực tê - 923.3.1 Mô hình trong PLAXIS 3D Foundation - << «s««eess 933.3.2 Phân tích kết quả tính toán . - ¿+ - + 2 2 S2+E£E+E+EEEzErereersrees 94KET LUẬN KIEN NGHỊ, - St E9% E2 E18 1E ng reesei 98TÀI LIEU THAM KHẢO -G- + E6 SE 989128 1E E818 3 E111 reo 100LY LICH KHOA HOC -G-G- + 11t S91 919191 1E 9191915113 5111811 11 neo 102

_7-DANH MUC HINH VE

Hình 1.1 - Các cọc ống bị nghiêng lệch - Trạm phân phối xi măng Hiệp Phước 14Hình 1.2 - Toàn cảnh sự cố các cọc ống bị nghiêng lệch và gãy Cao ốc PhườngThảo Điền, Quận 2, TP Hồ Chí Minh ¿2-5-5 + +E+E+E+E£E£EeEEEE£EzErkrkrerered 15Hình 1.3 - Sự cố cọc bị nghiêng lệch — Nhà máy xử lý nước thải Bình Chánh 15Hình 1.4 - Sự cố các cọc ống bị nghiêng lệch và gãy - Cao ốc Khu đô thị mới PhúMỹ Hung, Quận 7, TP Hồ Chi Minh - - - c1 1111111111 11111188851 111111111 xkg 16Hình 1.5 - Công trình móng trụ cầu sử dung cọc ống bê tông ly tâm ứng suất trước¬— 17Hình 1.6 - Công trình 13 tang tại Khu Phú Mỹ Hung, Quận 7, TP Hồ Chí Minh L7Hình 1.7 - Khu vực cọc bị nghiêng lệch — Công trình 13 tang Khu đồ thị mới PhuMỹ Hung, Quận 7, TP Hỗ Chí Mình - + + + +E£EEEEEEESEckEkEErEEEeEerrkrrrree 18Hình 1.8 - Toàn cảnh hồ dao — Công trình 15 tang, Quận 8, TP Hồ Chí Minh 18

Hình 1.9 - Tường cừ Larsen bị chuyển dich — Công trình 15 tang, Quan 8, TP Hồ

CHE Mind 19Hình 1.10 - Coc bị nghiêng lệch khi tiễn hành đào đến cao độ đáy dai - Công trình15 tang, Quận 8, TP Hồ Chí Mình c1 1139911 999 11 1v ng re 19Hình 1.11 - Mặt bang va mặt cắt mô hình tinh toán (Bransby và Springman,1995) 20Hình 1.12 - Chuyên vị của nhóm cọc dưới sự tac dung của tải tang cường 21Hình 1.13 - Ap lực bên của cọc dưới tac dụng của tải tăng cường (chi phân tích theophương pháp PTHH) - 1 9 90010 nọ re 21Hình 1.14 - So sánh theo biểu đồ p-é tại độ sâu 3.15m phía trước và sau hang coc21Hình 1.15 - Bài toán cơ ban của Poulos-Chen (Ï996) SSSS S1 1155555<<2 22Hình 1.16 - Mặt cắt ngang hồ đào (Goh, 2003) ¿-5- 5252 c22sccsesrrsreceee 23Hình 1.17 - Mặt bằng bồ trí cọc và máy đo chuyền vi (Goh, 2003) 24Hình 1.18 - Kết quả đo chuyển vị ngang của cọc va đất (Goh, 2003) 24Hình 1.19 - Kết quả quan trac và dự đoán băng BCPILE về chuyển vi và mômenuôn trong cọc (GOh, 200)) HH nọ re 25Hình 1.20 - Thiết lập mô hình máy ly tâm (kích thước nguyên mẫu trong ngoặc) bởiLeung (2003) - - 9999900000 0 kh 26Hình 1.21 - Thiết lập mô hình máy ly tâm (tất cả kích thước bằng mm) bởi OngZ1) = Ầ 26Hình 1.22 - Mô hình trường hợp I — Tao mái dốc khi đào (Thasnanipan, 1998) 28Hình 1.23 - Mô hình trường hop II — Sử dụng cọc bản có chống chan giữ hỗ đảo(Thasnanipan, 1998) 00 - 29

_8-Hình 1.24 - Mô hình trường hop III — Sử dụng cọc bản có hai tầng chống tạm chắngiữ hồ đào (Thasnanipan, 1998) + ¿6% SE 321515 1112111511111 11 11.111 TE xe, 29Hình 1.25 - Mô hinh trường hợp IV — Sử dụng cọc bản có một tang chống tam changiữ ho đào (Thasnanipan, 1998) 9990010 re 30Hình 1.26 - Kết quả tính toán mômen uốn và chuyển vị của cọc gần tường cọc bảnnhât Trường hợp [V - - - << - c0 nọ 3lHình 1.27 - Mô hình 3D của các lớp địa chất (Kok, 2009) 5- c2 cc<c: 31Hình 1.29 - Hình anh 3 cọc bị gãy (Kok, 2009) - - ng re, 33Hình 1.30 - Hình ảnh nhóm 6 cọc bị gãy (Kok, 2009) HH re, 33Hình 2.1 - Yêu cau tối thiểu của mô hình hé đào (Bakker, 2005)[13] 38Hình 2.2 - Các phần tử và nút trong một mô hình 2D Mỗi nút có hai bậc tự do,được m6 tả bởi các mũi tên trong hình nhỏ hon, (Wiberg, 1974) - 38Hình 2.3 - Các bước phân tích phan tử hữu hạn (Wiberg, 1974) - 39Hình 2.4 - Kết quả chuyển vị với số nút tăng dan trong mô hình 3D, (Hannes vàDaniel, 2010) [14] 44 40Hình 2.5 - Mô hình dẻo ly tưởng - - - - 111g vờ 41Hình 2.6 - Xác định Eo va E50 qua thí nghiệm nén 3 trục thoát nước 4I

Hình 2.7 - Xác định Ex qua thí nghiệm nén cố kết (Oedometer) 43

Hình 2.8 - Xác định E50ref qua thí nghiệm nén 3 trục thoát nước 43Hình 2.9 - Hệ trục địa phương của phan tử tường và các đại lượng khác 47Hình 2.10 - Các đại lượng chính của tường ctr Larsen - << «<< <<<+++ 47Hình 2.11 - Thông số cơ bản của tường cừ Larsen - - 255252 cs+cscscsccee 46Hình 2.12 - Hệ trục địa phương của phần tử dam - + 2 25+ s£s+szs+2 50Hình 2.13 - Lỗi giới hạn của Plaxis về số phan tử - + 5c +cs+xseezsceee 52Hình 2.14 - Lỗi phần tử xấu khi Mesh lưới phan tử - + 2-25 cesta 53

Hình 2.15 - Lỗi Phân kỳ và hội tu - ¿E222 E121 1 1E 515111111111 11111 re 53

Hình 2.16 - Thông số kích thước phân bố phan tử địa phương - 54Hình 3.1 - Quy trình phân tÍCh - - << +1 1199990011 re 57Hình 3.2 — Mặt bang tong thé thi công hố đào - ¿+25 + 252 222E+E+Ezzrsrerree 4Hình 3.3 - Mặt bang thi công hố đào - ¿2 5252 t2 EE 3E EE2EEE2EEEExrkrrrreee 5Hình 3.4 - Chi tiết cáp neo đầu CỪ - - ¿6k1 S121 1 1511111111111 11 1111011111 xe 61Hình 3.5 - Mặt cắt sau khi thi công coc và tường cit Larsen - - s5: 61Hình 3.6 - Mat cắt sau khi thi công dao đến độ sâu -1.8m so với MĐTN 61Hình 3.7 - Mặt cắt sau khi thi công dao đến độ sâu -3.8m so với MDTN 62Hình 3.8 - Chi tiết chống xiên trong hầm va neo cáp ngoài hầm - 62

Hình 3.9- Đồ thị đặc trưng các lớp đất + c5 6c SE E11 E1 121 1 Erre 63Hình 3.10 - Kích thước cừ Larsen loại IV Số lượng NUE «5552 66Hình 3.11 - Kết quả chuyến vị của cọc ống và cọc đặc có độ cứng tương đương với69910052007 4 69Hình 3.12 - Mặt bang vị trí khối đất - + + 62s 3E E21 1 151112111111 xe 70Hình 3.13 - Mặt bằng mô hình trong phân tích phan tử hữu hạn - 7]Hình 3.14 - a) Chia lưới 2D; b) Chia lưới 3D c1 re, 71Hình 3.15 - Mô hình cọc, tường và hé neo ecccceessssssssncceeeeeeeeesseeeesssnneeeeeees 72Hình 3.16 - Các giai đoạn thi công đàO - - SH re 72Hình 3.17 - Biến dạng của hồ đào khi đào đến -3.8m so với MĐTN 73Hình 3.18 - Vùng biến dạng dẻo . ¿- 6-5252 S223 E2 2E 1211151151111 1115 1111 cxe, 73Hình 3.19 - a) Chuyển vị của cọc khi dao đến cao độ - l m;, - 5555 sss¿ 74b) Chuyén vị của cọc khi đào đến cao độ -3,Ñm + 55c SnSxcxkrrerrreg 74Hình 3.20 - a) Mômen của cọc khi đào đến cao độ - l ,3m;, sec csxsxe: 74b) Mômen của cọc khi đào đến cao độ -3,3m ¿xxx E12 Eskskskseree 74Hình 3.21 - Mặt bằng cọc được sử dụng trong phân tích so sánh 75Hình 3.22 - Biểu dé chuyển vị lớn nhất của các cọc theo các giai đoạn thi công đàos10 (2001 76Hình 3.23 - Biểu đồ Mômen uốn lớn nhất trong các cọc theo giai đoạn thi công 77Hình 3.24 - Mặt bằng hang cọc sử dụng phân tích - + 2 55s+s+czcs£szszcee 78Hình 3.25 - Kết quả chuyển vị ngang của cọc với sự gia tăng khoảng cách cọc đến"10777 79Hình 3.26 - Đồ thị biểu diễn đường cong quan hệ giữa chuyển vị ngang lớn nhất củacọc và khoảng cách cọc đến tường theo chiều sâu lớn nhất của hé đào 30Hình 3.27 - Biểu đồ Moment uỗn doc trục lớn nhất trong cọc với khoảng cách từCOC CEN tUONY 2 20707070777 a 81Hình 3.28 - Mặt bang mô hình trong phân tích phan tử hữu han 2D;, 82Hình 3.29 - Mặt bang mô hình trong phân tích phan tử hữu han 3D; 83Hình 3.30 - Các trường hợp chuyén Vị; ccccecesesceescsesssesesssessssesessssssesesessseseeen 84Hình 3.31 - Các trường hop Moment uốn ¿- + - 2 2 2+s+£+£££££+E£E+£z££szezseẻ 85Hình 3.32 - Biểu đồ thé hiện hình dáng chuyền vị ngang của cọc trong trường hợpđời khôi dat dap ra xa hồ đào và trường hợp không khôi dat dap khi đào -1,8m S6Hình 3.33 - Biểu đồ so sánh kết quả chuyển vị ngang lớn nhất của cọc trong cáctrường hợp doi khôi dat dap ra xa hồ dao và trường hợp không khôi dat dap khi đào

-10-Hình 3.34 - Biểu đỗ thé hiện hình dáng chuyền vị ngang của cọc trong trường hợpđời khôi dat dap ra xa hồ đào và trường hợp không khôi dat dap khi đào -3,Sm S8Hình 3.35 - Biểu đồ so sánh kết quả chuyển vị ngang lớn nhất của cọc trong cáctrường hợp doi khôi dat dap ra xa hồ dao và trường hợp không khôi dat dap khi đào3S ma 89Hình 3.36 - Biểu đồ so sánh kết qua moment uốn của coc trong các trường hop dờikhôi dat dap ra xa hô đào khi đào -1 8M (<1 ng ke 90Hình 3.37 - Biểu do so sánh kết qua moment uốn của cọc trong các trường hop dờikhôi dat dap ra xa hô đào khi đào -3 8M - cv ke 91Hình 3.38 - Mặt cat hỗ dao của công trình thực An 93Hình 3.39 - Mô hình coc va tường có chiều sâu ngàm vào đất thay đồi 93Hình 3.40 - Kết quả chuyển vị ngang của cọc với sự gia tăng khoảng cách cọc đếntường, trường hợp thực tê, giai đoạn đào đên - Ï Sm 5555 *sssss2 94Hình 3.41 - Biéu đồ so sánh chuyển vị ngang lớn nhất của coc trong các trường hoptăng chiêu sâu tường chăn khi dao dat dén cao độ - Ï,3m - -+<<<<<<+ 95Hình 3.42 - Kết quả chuyền vị ngang của cọc với sự gia tăng khoảng cách cọc đếntường, trường hợp thực tê, giai đoạn đào đên -3.Sm - 55 5S s2 95Hình 3.43 - Biểu đồ so sánh chuyển vị ngang lớn nhất của cọc trong các trường hợptăng chiêu sâu tường chăn khi dao dat dén cao độ -3,3m - c+<<<<<+ 96Hình 3.44 - Biểu đồ Mômen uốn lớn nhất của cọc khi thay đổi chiều sâu ngamtường vào dat, giai đoạn dao -3.Sm - - - Ăcc Q1 10000033111 999 111v vn ng và 96

-11-DANH MỤC BANG

Bang 1.1 - Kha năng chịu mômen của cọc và mômen gây ra trong cọc gân biên hôdao do thi công hố đào (Thasnanipan, 1998) - + 2522222 EE£E£EzErrxrerree 30Bang 2.1 - Đặc trưng vật liệu đất trong mô hình Mohr — Coulumb 41Bang 2.2 - Dac trung vat liéu dat trong mô hình Hardening Soil 43Bảng 2.3 - Miền giá tri của mô đun E ứng với các loại đất khác nhau (Bowles, 1988)¬— 44Bang 2.4 - Cac gia tri điển hình của mô đun E [15] - 52s +s+s+e£+E+ese£+esesez 45Bang 2.5 - Các giá trị điển hình của hệ số Poisson [ L5] 5555+<5<e: 45Bảng 2.6 - Góc ma sát trong của cát theo chỉ SỐ Nopr cesecesessecscececessevevscececeeeevacsceceees 45Bang 2.7 - Các giá trị điển hình của @ ,e€ và Cy [ I5] 55-cc< << s+szcecee 46Bảng 2.8 - Đặc trưng vật liệu của tường cir Larsen với ứng xử đàn hồi tuyến tính 48Bang 2.9 - Đặc trưng vật liệu của dầm (wailing beam) - + 5555 scc+cscee 49Bang 2.10 - Đặc trưng vat liỆu CỦa COC (c1 11H 1 1 ven 50Bảng 3.1 - Thông số đất nên sử dụng mô hình tính toán Plaxis 3D foundation 64Bảng 3.2 - Các thông số của ctr Larsen từ nha sản Xuất - 5-5-5 2 +s+<+escs2 66Bang 3.3 - Thông số cir Larsen FSP —IV dùng trong mô hình - - 67Bang 3.4 - Đặc trưng vật liệu của thanh chống xiên va gang dau cừ 67Bang 3.5 - Đặc trưng vật liệu cua cọc sử dung trong mô hình 69Bảng 3.6 - Moment uốn lớn nhất của cọc từ mô hình phần tử hữu hạn 3D và kết quảkiêm tra độ dong nhat của cọc băng phương pháp biên dạng nhỏ (PLT) 77Bảng 3.7 - Số liệu quan trắc của nhóm COC - - - + + +E+E2EEEEE£E£E+k£krErkrkeeeree 78

-

12-MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tàiNgày nay, nhu câu về việc sử dụng không gian ngầm như tầng hầm kỹ thuật

hoặc dịch vụ dưới các nhà cao tầng, bãi đậu xe ngâm, hệ thống giao thông ngâm, hệ

thống xử lý nước thai , ngày cảng gia tăng trong các khu đô thị va ngày càng mở rộngra các khu lân cận khác Trong đó có không ít công trình được xây dựng trên nên đấtyếu, và trường hợp các cọc bên trong hố đào mở bị phá hoại là sự cỗ hay xuất hiện.Các sự cô này có điểm chung là, sau khi thi công phần cọc xong tiễn hành công tácđào đất hỗ dao thì xảy ra sự cố cọc bị nghiêng lệch hay phá hoại Một số nước trênthế giới tiến hành thi công hố dao trước khi thi công cọc để bảo vệ cọc 6n định,nhưng nó lại không phù hợp trong điều kiện không gian thi công chật hẹp và khôngcho phép đào mở Đặc biệt là công trình có nhiều tầng hầm Việc thi công hé daotrong đất yếu là rất phức tap, khi đất yếu chuyển vị ngang sẽ tạo ra phụ tải trên cọcvà khi chuyển vị quá mức sẽ gây mômen uốn lớn hon mômen kháng nứt của cọc,kết quả là cọc bị gãy

Đã có nhiều nghiên cứu tập trung chuyển vị ngang của tường chắn va dự đoánchuyển vị ngang của đất nên Khi công trình sử dụng móng cọc, thì liên quan đếnchuyền vị ngang của đất nền có thé gây phá hoại cọc khi đào đất Coc thường đượcthiết kế dé chống đỡ tải trọng đứng nên khi đất chuyển vị ngang sẽ gây mômen uốntrong cọc, làm thay đôi ứng suất trong cọc hay thậm chí là gây gãy cọc

Các nghiên cứu về ảnh hưởng của hồ đào sâu đến cọc bên trong hồ đảo trongđất yếu còn khá hạn chế Với lý do đó, luận văn nay tập trung vào “ Phân tich sựphá hoại của cọc bên trong hỗ đào trong nên đất yếu ở khu vực TPHCM”

2 Mục đích nghiên cứu của đề tàiMục đích luận văn này là làm tăng thêm von kiến thức va sự hiểu biết về sựảnh hưởng của việc thi công hỗ đào sâu trong đất yếu sé tac động như thế nao đếncọc bên trong hố đào chưa có tải trọng dọc trục Tải trọng ngang do chuyền vị củađất gây ra mômen uốn và chuyền vị có làm thay đổi ứng suất cũng như phá hoại cockhông?

-13-3 Y nghĩa và giá trị thực tiễn của đề tai- Thiết lập biểu đồ chuyển vị ngang và mômen uốn của cọc bên trong hồ dao.Từ đó xác định vùng cọc sẽ bị ảnh hưởng bên trong hồ đảo sâu

- Thiết lập quan hệ giữa chiều sâu tường với chuyển vị và mômen uốn của cọcbên trong hồ đào Dua ra giải pháp hạn chế ảnh hưởng của hồ dao sâu đến cọc bêntrong hồ đảo

4 Phương pháp nghiên cứuĐề nghiên cứu các nội dung nêu trên, tác giả đã lựa chọn phương pháp nghiênCỨU sau:

1 Nghiên cứu về lý thuyết: Cơ sở lý thuyết về tính toán lựa chọn thông số đầuvào từ các thí nghiệm trong phân tích bài toán hé đào sâu

2 Mô phỏng: sử dụng phần mềm Plaxis 3D Foundation để phân tích ảnhhưởng của quá trình thi công hố đào sâu trong đất yếu đến cọc bên trong hé dao;xác định phạm vi và mức độ ảnh hưởng do hồ đào sâu gây ra cho cọc bên trong hỗđào.

5 Nội dung nghiên cứuNội dung luận văn chỉ tập trung nghiên cứu vào các van dé sau:- Phân tích ứng xử của cọc bên trong hỗ đào khi thi công hố đào sâu trong đấtyếu

- Phân tích ảnh hưởng của tải trọng xung quanh hỗ đào đến cọc bên trong hỗdao bằng phương pháp phan tử hữu hạn có xét đến chiều dài ngàm tường va khoảngcách cọc đến tường hồ dao

6 Hạn chế của đề tài

Trong đê tài này, chỉ tập trung nghiên cứu những vân đê của hô đào sâu đượcchắn giữ bằng tường cir larsen (sheet pile wall)

Hình 1.1 - Các cọc ống bị nghiêng lệch - Tram phân phối xi măng Hiệp Phước- Công trình trạm phân phối xi măng Hiệp Phước — Công ty cỗ phần xi măngThang Long (khu công nghiệp Hiệp Phước- TP.HCM) Công trình sử dụng cọc ốngBTCT chiều dài 33- 35m cho | tim cọc do Công ty Phan Vũ thiết kế Đặc biệt địatang khu vực xây dựng có lớp bùn nhão dày đến 21m tính từ mặt đất tự nhiên Công

Hình 1.2 - Toàn cảnh sự cô các cọc ống bị nghiêng lệch và gãy Cao ốc Phường

Thao Dién, Quán 2, TP Hô Chi Minh

Hình 1.3 - Sự cô cọc bị nghiêng lệch — Nhà máy xử lý nước thai Bình Chánh- Công trình xử ly nước thai Bình Chánh (dự án cải thiện môi trường nướcTP.HCM): sự cố xảy ra với khoảng 2664 cọc bị nghiêng lệch trong số 7474 cọc đãđóng và có khoảng 1970 bị nghiêng lệch vượt quá giới hạn cho phép, thiệt hại ướctính lúc bay giờ là khoảng 60 tỷ đồng Ngay khi xảy ra sự cô Ban quan lý dự án đãchỉ đạo nhà thầu là liên doanh N.E.S.JV (Nhật Bản) giữ nguyên hiện trạng cọc tại

_16-hiện trường và tiếp tục quan trac theo dõi dé có các dư liệu chính xác phục vu việctìm giải pháp xử lý Và trong quá trình đào đất dé thi công bé xử lý nước thải thìChủ đầu tư, tư vẫn PCI và nhà thầu đã phát hiện một số cọc bị dịch chuyển theophương ngang, Hình 1.3.

Hình 1.4 - Sự cô các cọc ống bị nghiêng lệch và gay - Cao ốc Khu đô thị mới Phú

Mỹ Hưng, Quán 7, TP Hô Chi Minh- Một số công trình móng cọc BTCT thi công tại huyện Cần Giò- TP.HCMxảy ra hiện tượng dau coc bị chuyển vị ngang sau khi thi công hạ coc băng phươngpháp búa đóng và tiêu biểu là sự cố cọc của móng trụ cầu Lôi Giang, Rach Lá trênđường Rừng Sác-Huyện Cần Giờ Công trình cầu Rạch Lá sử dụng cọc BTCTA0cmx40cm dai từ 30-35m, đóng qua vùng dat sét nhão day khoảng 20m rồi đếnlớp đất sét dẻo mém, đất tự nhiên là bờ sông thoải Coc sau khi đóng được 1 thángthì phát hiện sự cố cọc bị dich chuyền khoảng 3m

- Một công trình xây dựng cao ốc ở khu Phú Mỹ Hưng - Quận 7 khi đi thicông phan móng cọc thi đã xảy ra hiện tượng coc bị xô lệch, lam sat một phanđường đi Theo nhận định của CONINCO thi nguyên nhân là do phương án chốngđỡ không tốt trong lúc thi công cọc BTCT đã làm xảy ra hiện tượng sạt cọc Ướctính số tiền thiệt hại do sự có này khoảng 3-4 ty đồng

- Một số công trình cau, khi thi công cọc cho móng trụ cầu nằm ngay ganmép bờ sông cũng đã xảy ra sự cô cọc bị nghiêng lệch quá giới hạn cho phép, Hình

1.5.

=Hình 1.5 - Công trình móng tru câu sử dung cọc Ống bê tông ly tâm ứng suất trước

- Công trình tai Quận 7- Phú Mỹ Hưng- TP.HCM áp dụng phương phápmóng coc ly tâm BTCT dự ứng lực — D500 thi công bang phương pháp ép thủy lực(ép đỉnh) đã xảy ra sự cố coc bị dịch chuyển ngang Sự cố được phát hiện sau khiđơn vi thi công phần móng và ham tiến hành dao đất, khoảng cách sai lệch so vớithiết kế ban đầu có tim lên đến hơn 0,6m va vượt qua ngoài phạm vi cho phép củaquy trình thi công.

Hình 1.6 - Công trình 13 tang tại Khu Phú Mỹ Hưng, Quận 7, TP Hô Chi Minh

Hình 1.7 - Khu vực coc bị nghiêng lệch — Cong trình 13 tang Khu do thi moi Phu

Mỹ Hưng, Quán 7, TP Hô Chi MinhVà gan đây trong năm 2011, công trình 15 tầng, Quận 8, TP Hồ Chí Minh.Trong quá trình tiễn hành thi công dao đất dé thi công đài móng thi gặp sự cố cọc bịnghiêng lệch và gãy tại 2 móng MI & M2, cọc bị chuyển vị lớn nhất lên đếnkhoảng 60cm Nguyên nhân ban đầu được xác định do đơn vị thi công đã vậnchuyển đất trong hé dao và tập kết gần mép hé đào khoảng 12m, cao 4m Đặc biệtđịa chất ở đây rất yếu có lớp sét yếu dày khoảng 25m

Hình 1.8 - Toàn cảnh hồ đào — Công trình 15 tang, Quận 8, TP Hô Chi Mình

Hình 1.9 - Tường cu Larsen bi chuyén dich — Công trình 15 tang,

Quan 6, TP Hồ Chi Minh

Hình 1.10 Coc bi nghiêng léch khi tiễn hành đào đến cao độ đáy đài

-Công trình 15 táng, Quan 8, TP Hồ Chi Minh

-

20-Hiện tượng chuyển vị ngang dau cọc xảy ra sau khi thi công dẫn đến tọa độcác cọc thay đôi Việc xác định chất lượng cọc và khả năng mang tải còn lại của cọccũng như dé ra các biện pháp xử lý khắc phục và cấp thiết để giảm bớt chi phí vàthời gian cũng như làm giảm bớt sự chậm trễ tiễn độ thi công và tính hiệu quả củadự án Do đó, cần phân tích đánh giá ảnh hưởng của hồ dao sâu, đặc biệt công trìnhcó lớp đất yếu dày

1.2 Các trang thái ứng xử của cọc trong nên đất yếu

PETE ET || m«œ

—Toöp sand layer — 1—- I

Clay layer 6m

PileSand layer

13m

:| Bm |:

_‡V VA-A

coc với đường kính 1,27m và dai 19m, được cắm vào trong đất, (Hình 1.11) được

nghiên cứu Mô hình này cũng được sử dụng trong mô hình thí nghiệm máy ly tâmcủa Bransby Khoảng cách giữa các cọc là 6,67m dọc theo hàng cọc, bệ cọc cóchiều dai 9m và dày Im dé đảm bảo độ cứng Trên bề mặt lớp sét được phủ thêmIm lớp cát có tải trọng 17kPa Tải tăng cường được đắp vào bề mặt lớp đất cáchcạnh bệ cọc là Im [1]

Surcharge load, kPa.

Hình 1.12 - Chuyên vị của nhóm cọc dưới sự tác dụng cua tai tang cường

150 L Front: 3-d F.E centrifuge.

& back: prototype 1.= _.@

S406 Front: prototype 2 ee

$ ơ eS Back: 3-d FE centrifuge

a - = oo o*

5 0 ““ z1" -.e+~' 7`” Back: prototype 2.

0 50 100 150 200

Surcharge load, kPa.

Hình 1.13 - Ap lực bên của cọc dưới tac dung cua tải tăng cường (chi phân tích

* toi see aie Back: 3-d F.E Front: prototype 1.

2 ° awe Back: prototype 1.

lateral pile displacement 6 , m.

Hình 1.14 - So sánh theo biểu đồ p-6 tại độ sâu 3.15m phía trước và sau hang cọcKết quả tìm được của 2 phương pháp phần tử hữu hạn và phương pháp máy lytâm là tương đương Nghiên cứu này đề nghị sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn3D trong mô hình hóa các van đề liên quan đến tải trọng bên của cọc và nhóm cọc,có thê hữu dung trong thiệt kê và hiêu sâu hơn về ứng xử của nên dat.

_22-Poulos và Chen (1996) đã làm một phân tích hai giai đoạn băng cách sử dụngphương pháp phan tử hữu hạn và phương pháp phan tử biên dé phân tích ứng xửcủa cọc cạnh hồ đào không được chống đỡ, gây chuyền vị bên của lớp đất trong nềnđất sét Ban dau, lộ trình bién dang theo phương pháp phan tử hữu han được dùngđể mô phỏng quá trình thi công hố dao và phát sinh chuyển vị của nền đất, khi đóchuyền vị nền đất có thể xảy ra Những dữ liệu về chuyển vị đất mới phát sinh đóđược dùng dé nhập vào mô hình phan tử biên dé phân tích ứng xử của cọc như Hình1.15 [2]:

Trong đó:

B: nửa chiều rộng hồ daoH: chiều dày lớp đấtX: khoảng cách từ cọc đến hé đàocy: sức chống cắt không thoát nước của đấtE,: module Young của đất

y: trọng lượng riêng của đấtL,: chiéu dai coc

d: duong kinh cocE,: module Young cua coch„a„: chiêu sâu dao tôi đa

Y =20kNm3

| Lp =22m

d =0.5m| E, =30000MPa

G6 WfWŒf((&ŒŒWŒ(ŒŒŒWGŒGŒGG&GŒWŒđŒa

Hình 1.15 - Bài toán cơ ban của Poulos-Chen (1996)

_23-Bai báo cung cấp phương pháp phân tích ứng xử của cọc đối với hỗ đào gâychuyển vị bên cho lớp đất, tiêu biểu là hỗ dao không được chống đỡ trong lớp đấtsét Nhân tố quyết định ảnh hưởng đến ứng xử của cọc đơn bao gốm hồ đảo sâu,thông số địa chất, thông số cọc và điều kiện trạng thái của phan dau coc

Đối với bai toán biến dạng phang của hồ đào thì sử dung phương pháp phan tửhữu hạn hai chiều còn phân tích ứng xử của cọc thì sử dụng phương pháp phần tửbién.

Ngược lai, Goh (2003) đã sử dung máy đo chuyển vi dé đo chuyển vị theophương ngang của đất thực tế ngoài hiện trường và nghiên cứu ứng xử của cọc hiệnhữu do hồ đào lân cận sâu 16m gây ra, Hình 1.16 [3]

_24-vị lắp đặt trong tường vây đã bị hư vì thế đã không so sánh được ứng xử của tườngvà cọc Kết quả chuyển vị của đất va cọc phía sau tường vây thể hiện trong hình1.18 Chuyển vị của cọc tăng theo độ sâu đào và chuyển vị ngang lớn nhất của cọclà 15mm ở giai đoạn A và 28mm ở giai đoạn B Còn chuyển vị của đất thì khôngđều như chuyến vị của cọc, chuyển vị ngang lớn nhất của đất là 24mm ở giai đoạnA và 39mm ở giai đoạn B Nói chung từ 17m trở lên thì đất chuyển vị nhiều hơn

Tuong vay day 0.8m

MAT BANG (Không tỉ lệ)Hình 1.17 - Mặt bằng bố trí cọc và máy do chuyển vị (Goh, 2003)

Chuyén vị (m)

-0.01 0 0.01 0.02 003 0.04 005

a = 4À4

10 ¬

Độ

sâu 20 + Cọc (Giai đoạn A)

(m) Coe (Giai đoạn B)

Đất (Giai đoạn A)Đất (Giai đoạn B)

Nhã

3040

«<<vw

Hinh 1.18 - Két qua do chuyén vi ngang cua coc va dat (Goh, 2003)Goh (2003) đã sử dung chương trình BCPILE để dùng phân tích ứng xử củacọc Trong đó, cọc được mô phỏng là phân tử dâm và liên kêt với đât băng các lò xo

-25-năm ngang Chuyên vi va momen uôn cua coc giữa quan trac và dự đoán băngchương trình BCPILE thể hiện trong

Hình 1.18 và Hình 1.19 Hình dạng chuyển vị do được do quan trắc va kết quả

dự đoán khá tương đồng Đối với cả hai giai đoạn A và B, dự đoán chuyển VỊ của

cọc lớn hơn quan trắc ngoài hiện trường trong 12m dau Hình dạng và độ lớn củamomen uôn trong cọc từ quan trac và dự tinh rat tương đồng.

Quan trắcBCPILE

——— QuantrácBCPILE

Giai đoạn A Giai đoạn AChuyên vị (m) Mômen uôn (kNm)

-0.01 0 0.01 0.02 0.03 -500 -250 0 250 500

Đụ 10 Độ 10

-xen sâu- m

Hình 1.19 - Kết qua quan trắc và dự đoán bằng BCPILE về chuyển vị và mômen

uốn trong coc (Goh, 2003)Những kết qua dat được gan đây khi sử dung mô hình máy ly tâm nghiên cứuứng xử của cọc chịu chuyển vị ngang của đất do thi công hố dao lân cận khôngchống đỡ bởi Leung (2000), Leung (2003), Ong (2006), Leung (2006) và Ong(2009) Ban đầu, Leung (2000) đã trình bảy kết quả thí nghiệm máy ly tâm của cọcđơn lân cận phía sau tường chăn hỗ đào sâu không được chống đỡ trong đất cát chặtcho hai trường hợp tường Ổn định và tường bi phá hoại Tham chiếu Hình 1.20 dướiđây Nghiên cứu cũng xem xét ảnh hưởng của việc có định đầu cọc cho cọc phía sautường vây ôn định, chuyển vị đầu cọc và mômen uốn lớn nhất đối với đầu cọc tự dogiảm theo hàm mũ với sự gia tăng khoảng cách đến hé dao Về sau Leung (2003) đã

Side wall _ :_ — Retaining wall

Zine chloride © pile

-_- 27

-Nghiên cứu của Leung (2000) sau đó đã được tiếp tục với hai trường hợp, đốivới cọc đơn phía sau tường vây 6n định (Ong, 2006) và tường mất 6n định (Leung,2006) trong đất sét

Phân tích số dựa trên một mô hình đơn giản (Chow và Yong, 1996) làm phântích ngược dé nghiên cứu ứng xử của cọc đơn chịu chuyển vị ngang trong đất sét.Trong mô hình này cọc được mô hình là một loạt các phần tử dầm đản hồi tuyếntính còn đất được mô hình hóa bằng các module hệ số nền Phương pháp số nàycũng đã được áp dụng thành công vào phân tích ngược cho mô hình thí nghiệm máyly tâm đối với cọc đơn trong đất cát trong báo cáo trước đó của Leung (2000).Phương pháp này cũng tương tự như hai nghiên cứu trước đó bởi Goh và cộng sự(1997) và Poulos và Chen (1996), ở đó vùng đất tự do chuyền vị đã được thiết lập,ngoại trừ trường hợp của Poulos và Chen (1996) đất được mô hình hóa là miền đànhoi liên tục.

1 Phương pháp phan tử hữu han

> - Poulos va Chen, 1996- Chow va Young 1996

Nghiên cứu anh

hướng của hồ dao 2 Phương pháp thí nghiệm hiện trường

Thasnanipan (1998) đã trình bày bốn trường hợp cọc liên kết với các côngtrình hố dao sâu ở Bangkok trong đất sét mềm bị phá hoại Kiểm tra cọc bị phá hoạibăng thí nghiệm thử động biến dạng lớn (high strain dynamic load test) và cũng môphỏng băng phương pháp phan tử hữu han hai chiều để dự đoán Từ đó tìm ra mốitương quan giữa vị trí của vết nứt và mômen uốn trong cọc vượt quá mômen uốncho phép Khi sử phương pháp phần tử hữu hạn 2D để phân tích, Thasnanipan(1998) đã sử dụng phan mém PLAXIS 2D version 6 va str dung mo hinh Mohr —Coulumb dé mô phỏng các giai đoạn thi công hồ đào, chuyền vị của dat/coc va phântích ứng suất uốn trong cọc cho cả bốn trường hợp Kết quả mô hình cho thấy rằngmômen uốn trong cọc do thi công hé đào lớn hơn khả năng chịu mômen gây nứt cọctrong tất cả trường hợp Kết quả phân tích được trình bay tóm tắt trong Bang 1.1.

5.0 +10.0 +15.0 +

,

20.0 +25.0

WeatheredCLAY

Soft to VerySoft CLAY

MediumCLAY

Stiff to HardCLAY

Hình 1.23 - Mô hình trường hop II — Sử dung coc bản có chống chan giữ hồ đào

H HHH H

Sheet pile ———— _ a1mm | ƑR N

Soft CLAY

b

Medium CLAY

Very StiffCLAY

dMedium CLAY ~~

Hard CLAY >

Hình 1.24 - Mô hình trường hop UI — Sử dung cọc bản có hai tang chống tạm chan

giữ ho đào (Thasnanipan, 1998)

SPT (Blows/ft)

0 0

H—_ Sheet pile

Crust

Soft to VsoftCLAY

Medium CLAY L_

OF

Stiff to VstiffCLAY

Hình 1.25 - Mô hình trường hợp IV — Sie dung coc bản có một tang chong tam chanBang 1.1 - Kha năng chịu momen cua cọc va momen gáy ra trong coc gan biên hô

giữ hồ đào (Thasnanipan, 1998)đào do thi công hồ đào (Thasnanipan, 1998)

` ` R Mômen | Mômen khi m6

` Đường | Hàm lượng | Mômen , `

Trường kính cọc |_ cốt thép gây nứt cực hạn phỏng bănghợp (m) (%) (Lm) (Whitney) PLAXIS 2D

: (t.m) (t.m)

86.4| 1.0 1.0 30 100 109.5%II 1.0 0.75 30 79 149.7

117.2IH 1.5 0.5 102 188 255 71IV 0.6 0.35 6.5 92 13.3Lưu ý: (*) mômen trong cọc tại những vị trí có dap dat ở bên ngoài tường cọc bảnhoặc mdi doc.

Trong trường hop I va III cọc tại những vi trí có đất dap bên ngoài thi mômen uốntrong cọc lớn hơn 10% và 36% khả năng chịu mômen uôn cực hạn của cọc.

Trong trường hợp II thì mômen uốn trong cọc gần tường cọc bản nhất và cọc ởhàng thứ 2 lớn hơn 89% và 27% khả năng chịu momen uốn cực hạn của cọc thínghiệm siêu âm kiêm tra sự đông nhât của cọc đã phát hiện vét nứt trong 35% cáccọc hàng thứ nhất và thứ 2

Trong trường hợp IV kết quả mô hình cho thay rằng mômen uốn trong cọc doquá trình thi công hô đào vượt quá khả năng chịu mômen uôn cực hạn của cọc.

- 3]

-Từ kết quả phân tích phần tử hữuhạn (Thasnanipan, 1996) thay rangmômen uốn lớn nhất trong cọc nằm tạivị trí tiếp giáp giữa lớp đất sét yếu vàsét cứng [9]

Ngoài ra Kok (2009) đã trình bàynghiên cứu về một trường hợp ở phíaTây Malaysia về sự phá hoại của cọctrong hỗ đào mở trong đất sét biến dochuyển vị ngang của đất Trong trườnghợp này, độ dày của lớp đất sét biển rấtmềm là 5m đến 7m tính từ mặt đất tựnhiên Theo báo cáo khảo sát địa chấtthì đất này có chỉ số SPT N =0.Móng cọc được thiết kế để chống đỡ kếtcau bên trên Thiết kế đã không xét ảnhhưởng của ho dao mở dén cọc nên trong

Depth (m)

Bending Moment (T-m) Displacement (mm)-20 -10 0 10 20 40 20 00.00 a an

Interfacebetween Softand Stiff Clay20.00

Hard silt with N.,.=30

Hình 1.27 - Mô hình 3D của các lớp dia chat (Kok, 2009)

-_- 32

-mômen uốn trong cọc va kết qua là một số cọc bị nứt và bị gãy Kok (2009) đã dùngphần mém PLAXIS 3D Foudation để phân tích ngược Mô hình Hardening soilđược dùng trong phân tích Kết quả phân tích trong các giai đoạn đào được so sánhvới khả năng chịu mômen gây nứt của cọc là 20.4 kNm (cọc ly tâm ứng suất trướccó đường kính 300mm và môđun đàn hồi của bê tông cọc là 30000 MPa) Kok(2009) đã chỉ ra rằng 70% coc trong mô hình có mômen uốn doc trục trong cọc gâyra bởi thi công hố đào đều vượt quá kha năng chịu mômen uốn gây nứt cọc và kếtquả là các cọc déu bị nứt Vi trí nứt tại mặt tiếp giáp giữa lớp đất sét yếu và sétcứng [10]

360M : Ề ' 3¥ ode — fc RN at eens

SPT ONE PPT T TOT TE (1624066666 (á ki PETRI TIFF IOI TPHARG - :

Lâ†E ` ẫ+ % `

bên trong hồ đảo là do:

- _ Tiến hành đào trước khi lắp đặt hệ chống đỡ.- Lua chọn hệ thống tường chắn không phù hợp dé khống chế chuyến vị

của đất.- Khong xét tới tải thi công trên công trường.

= Phuong pháp PTHH có khả năng phân tích bài toán 2 chiều và 3 chiều.= Phuong pháp PTHH có thé kết hợp dé dang ứng xử phi tuyến của dat.Phương pháp phần tử hữu hạn có nhiều ứng dụng, với nhiều gói phần mềm vớicông cụ phương pháp phan tử hữu hạn như: Abaqus, ACTRAN, ADNIA, FLAC vàPlaxis

2.1 Phân tích phan tử hữu han trong PLAXISSự phát triển của phan mềm phan tử hữu hạn có tính thương mại trong phântích địa kỹ thuật được bắt đầu vào cuối những năm 80, và ngày nay đã phố biếnrộng rãi Có nhiều cách khác nhau dé ứng dụng phan tử hữu hạn vào các ngành kỹthuật khác nhau, và van dé phân tích bai toán địa kỹ thuật cũng có những đặc trưngriêng và thường rất phức tap (Potts, 2002)

Trong chương này sẽ giới thiệu về phần mềm Plaxis 3D Foundation Nó cũngbao gồm giới thiệu cách thức tạo mô hình, sau đó sẽ đi tìm các đặc trưng trongPlaxis 3D foundation của vật liệu.

2.1.1.PLAXIS 3D FoundationPlaxis được nghiên cứu tại Dai hoc Delft vào năm 1987, là phần mềm sử dungphương pháp phần tử hữu hạn để phân tích khu vực ven sông ở Hà Lan Mãi đếnnăm 2001 mới có mô hình 2D và khi đó PLAXIS 3D Tunnel đã được phát hành Banăm sau, PLAXIS 3D Foundation được tạo ra, nó được phát tiền nhăm phục vụ tính

2.1.2.M6 hình

Trong chế độ mô hình thì hình dang của mô hình được xây dựng Biên của cáclớp đất và đặc trưng vật liệu được thiết lập Xây dựng các phần tử như tường vàdầm tại các vị trí trong mô hình và đặc trưng tiếp xúc được định nghĩa Cuối cùnglưới được tạo ra và đạt một độ mịn thích hợp Trong đó việc lựa chọn mô hình đất làrat quan trọng, va sẽ được trình bày trong phan sau

2.1.3 Tính toánTrong chế độ tính toán, một số bước tính toán có thể được tạo ra Khác nhautrường hop tai và hình dang được thiết lập dé mô phỏng trình tự xây dựng côngtrình thực tế Đối với mỗi bước có thé thiết lập các điều kiện mực nước ngầm khácnhau, các bộ phận công trình có thể được kích hoạt Hỗ đào được mô phỏng băngcách cham dứt hoạt động của các tập hợp Các loại tính toán phải được định nghĩacó thé là tinh déo (Plastic) hoặc cố kết (consolidation) Phân tích cố kết(consolidation) được sử dụng khi mô hình các ứng xử phụ thuộc vào thời gian nhưsự phát triển và tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng hay khi yêu cầu tính toán độ lún do từbiến Tính toán tich đéo (Plastic) được dùng dé phân tích biến dạng dan — đẻo(elastic-plastic) theo lý thuyết biến dạng nhỏ (Brinkgreve, 2007) Ứng suất và biéndạng được tính toán cho tất cả các nút còn trong trạng thái giới hạn

-37-2.1.4 Xuat kết quaTrong phan chính thứ ba của Plaxis là chế độ xuất kết qua tính toán va đượcdùng xử lý kêt quả tính toán Biên dạng, ứng xuât và áp lực nước lô rông sẽ đượcthê hiện trong môi bước tính toán, còn đôi với các câu kiện công trình ta có thé xemđược mômen uôn và lực cat.

2.2 Tạo mô hình

Đề phân tích phan tử hữu hạn trên phần mềm PLAXIS 3D Foundation thì điềuquan trọng đầu tiên là phải tạo mô hình hình học cho bài toán Mô hình này mô tảcấu trúc của công trình trong không gian 3 chiều được chương trình định nghĩathông qua các mặt phăng làm việc và các hình trụ hỗ khoan địa chất Mô hình baogồm các lớp địa tầng, kết cau của công trình và các loại tải trọng Mô hình phải đủlớn để biên bài toán không ảnh hưởng đến kết quả phân tích

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

Điểm và đường thang (Geometry line): dùng dé tạo mô hình hình học cho bàitoán.

Phan tử dam (Beam): dùng dé mô hình cho kết cầu thanh mảnh chịu uốn valực đọc trục như dầm móng

Phan tử sàn (Floor): dùng mô phỏng cho kết cấu có chiều day nhỏ theophương ngang và chịu uốn như bản móng

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

Phan tử cọc (Pile): dùng mô hình cho các loại cọc.Phan tử lò xo (Spring): dùng dé gắn kết vào một mặt của kết cau và khốngchế mặt đó so với mặt khác Phần tử nảy thường dùng mô phỏng sự làm việccủa cọc đơn.

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

Hình 2.2 - Các phân tue và nut trong một mô hình 2D Mỗi nút có hai bậc tự do,

4

| Phan tử~ Nút —.

được mô ta boi các mũi tên trong hình nhỏ hơn, (Wiberg, 1974)