Phân tích các tham số ảnh hưởng của hệ cọc và đất nền đến chiều dày bè trong móng bè - cọc

Nội dung chính của bài báo là phân tích định lượng các yếu tố ảnh hưởng đến thiết kế chiều dày bè trong móng bè - cọc, như: Hệ cọc, độ cứng của bè và mô đun đàn hồi của đất nền. Mục tiêu cuối cùng là lựa chọn những yếu tố quan trọng nhất, loại bớt những yếu tố ít quan trọng hơn, để đơn giản khi phân tích chiều dày hợp lý.

ĐỊA KỸ THUẬT – TRẮC ĐỊA PHÂN TÍCH CÁC THAM SỐ ẢNH HƯỞNG CỦA HỆ CỌC VÀ ĐẤT NỀN ĐẾN CHIỀU DÀY BÈ TRONG MÓNG BÈ - CỌC KS CAO VĂN HÓA Trường Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh Tóm tắt: Nội dung báo phân tích định lượng yếu tố ảnh hưởng đến thiết kế chiều dày bè móng bè - cọc, như: hệ cọc, độ cứng bè mô đun đàn hồi đất Mục tiêu cuối lựa chọn yếu tố quan trọng nhất, loại bớt yếu tố quan trọng hơn, để đơn giản phân tích chiều dày hợp lý Đặt vấn đề Westergaard (1925) giới thiệu biểu thức tốn học để phân tích ứng suất bê tông mặt đường Cơ sở biểu thức lời giải phương trình vi phân chuyển vị (w) chịu uốn Bản đàn hồi chịu tải trọng (q) phản lực có cường độ (p) vị trí bản, (p) giả thiết tỷ lệ với biến dạng điểm cho p=k.w, k hệ số phản lực (tương tự độ cứng lò xo Winkler) Cho đến nay, biểu thức Westergaard biến thể sở để thiết kế chiều dày bê tông đất Việc sử dụng hệ cọc để truyền tải trọng tác dụng phía xuống tầng đất tốt bên dưới, giải pháp mang lại hiệu cao hơn, nhằm đáp ứng nhu cầu ngày lớn xây dựng đất yếu (Beckett, 2000) Theo quan điểm thi công, việc truyền tải trực tiếp từ xuống cọc không thơng qua hệ dầm có lợi Khi thường thiết kế phẳng, tiêu chí quan trọng để thiết kế khả chống xuyên thủng, mà hàm số mác bê tơng, kích thước cọc, chiều dày bản, cốt thép mô men âm đỉnh cọc Trong thực tiễn thiết kế chiều dày bè [1], kỹ sư quan niệm thiết kế cho đảm bảo khả chống xuyên thủng khả chống uốn Diep T.T (1995) cho chiều dày bè tỷ lệ với số lượng tầng, chiều dày bè (t) xác định theo số tầng (n) chiều dày trung bình sàn (t0), tức là: t = n.t0 GB 50007 - 2002 cho chiều dày bè móng thiết kế chủ yếu theo tiêu chí đảm bảo khả chịu uốn, chống xuyên thủng thường phụ thuộc vào kết cấu bên Đối với đài cọc lớn, Tomlinson (1994) cho bè thiết kế Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2015 cứng chịu tải tập trung từ cọc Bản (bè) thiết kế theo lý thuyết phần tử chịu uốn đơn giản, dàn ảo, ứng suất nén dọc trục bê tông chịu ứng suất kéo cốt thép chịu Chiều dày bè thường xác định khả chịu cắt [2] Khác với móng bè hay móng cọc, móng bè - cọc định nghĩa phần tải trọng từ kết cấu bên truyền trực tiếp qua đất phần lại truyền qua cọc [3, 4] Rất nhiều tác giả để cập đến ảnh hưởng chiều dày bè đến chuyển vị đặc biệt chuyển vị lệch Poulos (2001), Reul & Randolph (2004), Moyer et al (2005), Naher Hassan (2006), Oh et al (2006), Rabiei (2009), Thangaraj & Illamparuthi (2009), Ryltenius (2011) Có thể nhận thấy chuyển vị lệch tiêu chí quan trọng thiết kế móng (hoặc bè) [5] Từ nghiên cứu ghi nhận, chiều dày bè thiết kế dựa tiêu chí ứng suất biến dạng kết cấu bè Nhưng tiêu chí lại phụ thuộc vào yếu tố như: tải trọng từ kết cấu bên trên, hệ cọc, độ cứng bè tính chất chịu lực đất Bài báo tiến hành phân tích mức độ ảnh hưởng trực tiếp của yếu tố nêu đến tiêu chí thiết kế bè, gián tiếp đến chiều dày bè Phương pháp nghiên cứu Có nhiều phương pháp sử dụng để phân tích móng bè - cọc Poulos et al liệt kê nhóm phương pháp bao gồm [5]: i) Các phương pháp tính tốn giản lược, ví dụ: phương pháp Poulos - Davis - Randolph (PDR), phương pháp Burland (1995); ii) Các phương pháp số gần ứng dụng máy tính, ví dụ: phương pháp dải móng lò xo, (GASP - Poulos, 1991), phương pháp lò xo (GARP - Poulos, 1994; Clancy & Randolph, 1993; Kitiyodom & Matsumoto, 2002 - 2003; etc.); iii) Các phương pháp xác hơn, ví dụ: 61 ĐỊA KỸ THUẬT – TRẮC ĐỊA phương phần tử biên (Butterfield & Banerjee, 1971), hạn giản lược (Desai, 1974), phương pháp sai phân phương pháp kết hợp phần tử biên phần tử hữu hạn (Hein & Lee, 1978), phương pháp phân tử hữu hữu hạn (FLAC - Hewitt & Gue, 1994), phương pháp phần tử hữu hạn 3D (Kazenbach, 1998) Hình Cơng trình ngun mẫu (Treptower) Hình Mơ móng bè cọc (Kitiyodom & Matsumoto, 2002, 2004) Bài báo sử dụng chương trình PRAB lập Kitiyodom & Matsumoto [3, 4] phát triển sở mơ hình O’Neil at al (1977), Chow (1987), Clancy & Randolph (1993) Hình thể mơ hình tương tác bè, cọc nền, bè rời rạc hóa phần tử hữu hạn tứ giác, cọc rời rạc phần tử hữu hạn dạng đất mô lò xo tương tác Mỗi nút bè cọc liên kết với lò xo nền: lò xo theo phương đứng (z) hai lò xo theo phương ngang (x) (y) Mơ hình coi kết hợp phương pháp phần tử hữu hạn lý thuyết đàn hồi mô ứng xử đất nền, để phân tích ứng xử tồn hệ móng bè - cọc Ứng xử đất nút cọc bè, mô lò xo cục (Winkler, 1867) theo phương Lực cắt lò xo phương, mô Bảng Các đặc trưng mô hình Các đặc trưng H 40 t (m) 2-8 Lc (m) Dp (m) 1.0, 2.0 Lp (m) Xem bảng n (cọc) Xem bảng Es (MPa) 15 Scp 62 (tầng) Giá trị (%) sở lời giải Mindlin (1936) cho lực tập trung tác dụng theo phương đứng phương ngang bán không gian vô hạn Các tương tác thể hình Mơ hình nghiên cứu Mục tiêu việc chọn cơng trình ngun mẫu để xây dựng mơ hình cơng trình phải có hệ kết cấu đơn giản, thiết kế theo kiểu móng bè - cọc, đồng thời phải cơng trình có liên quan đến điều kiện Việt Nam Sự đơn giản mơ hình nhằm loại bỏ ảnh hưởng không cần thiết, nhiên kết từ nghiên cứu mơ hình đơn giản mở rộng cho mơ hình phức tạp khác cần thiết Để đáp ứng phần mục tiêu đặt trên, ngun mẫu chọn cơng trình Treptower Berlin, Đức [6], thể hình Bảng Tính tốn tham số móng Mơ hình 7,8 Dp (m) 1 1 2 Lp (m) 45 43 40 30 45 34 31 n 81 88 97 169 25 40 49 P/Pult (%) 0.98 0.96 0.96 0.81 1.00 1.00 0.93 P (MN) 14.5 13.6 12.4 8.4 42.2 28.7 25.2 P (MN) 1151 1154 1155 1150 1150 1158 1149 Sơ đồ 2,3 0.05% 0.2% Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2015 ĐỊA KỸ THUẬT – TRẮC ĐỊA Ghi chú: H - số lượng tầng, t - chiều dày bè, Lc – khoảng cách cột, Dp - đường kính cọc, Lp - chiều dài cọc, n - số lượng cọc, Es - mô đun đàn hồi đất nền, Scp - chuyển vị cho phép, P - sức chịu tải cọc, Pult - sức chịu tải cực hạn cọc Cơng trình ngun mẫu (hình 2) có chiều cao 121 m (32 tầng), kích thước móng (37,1 x 37,1) m, nằm cát Berlin, có chiều dày 40m Hệ cọc gồm 54 cọc khoan nhồi đường kính 0,88 m dài từ 12,5 - 16 m Bè thiết kế có chiều dày lớn 3m, tâm bè khu vực hầm thang, cao độ đáy bè hạ xuống 5,5 m, chiều dày bè khu vực 2m Mơ hình nghiên cứu bảng thể đặc trưng mơ hình nghiên cứu, thiết kế lại sở nguyên mẫu, điều kiện cát TPHCM Mặt cắt địa chất dựa theo kết khảo sát địa chất số 36 Mạc Đỉnh Chi, Q1 (hình 3) sau: từ cao độ mặt đất đến độ sâu - 9,0 m lớp đất cát xen kẹp Từ cao độ - 9,0 m đến cao độ - 45,0 m lớp cát chặt vừa Dưới lớp cát lớp đất sét có độ dẻo trung bình, trạng thái rắn Cao độ đặt móng - 9,0 m Nội lực từ kết cấu bên xác định từ chương trình ETABS non-linear 9.7.1 Hình Kết thí nghiệm SPT, 36 Mạc Đĩnh chi, Quận 1, TP Hồ Chí Minh Hình Sơ đồ bố trí cọc bè lưới PTHH Tính tốn tham số mơ hình Rabiei [7], Randolph [8] phân tích ảnh hưởng sơ đồ bố trí cọc khác đến chuyển vị mô men uốn bè, báo đề xuất sơ đồ tương tự (hình 4) để kiểm chứng Nguyên tắc thiết kế Từ mô hình xây dựng trên, báo sử dụng PRAB để tính tốn nội lực kết cấu móng, chuyển vị, ứng suất tỷ lệ tải trọng bè gánh chịu Từ phân tích ảnh hưởng yếu tố (sự san nội lực, tải trọng chân cột, ứng mơ hình thỏa mãn giả thiết : i) Chuyển vị cọc đất bè; ii) pr/Kr = rp/Kp tính suất nền, sơ đồ bố trí cọc, đất nền) đến chiều dày bè thuận nghịch Trong Kp: độ cứng hệ cọc, Kr: độ cứng bè, rp: hệ số tương tác đến chuyển vị Kết bình luận bè lực tác dụng cọc, pr: hệ số tương tác đến chuyển vị cọc lực tác dụng bè Sức chịu tải phối tải trọng hệ cọc cực hạn cọc mơ hình khác tính tốn từ giá trị trung bình sức chịu tải tiêu chuẩn bốn phương pháp (TCVN 205-1998, 195-1997): thống kê, theo tính chất lý đất nền, phương pháp Mayerhof phương pháp Nhật Các kết sau đối chiếu với phương pháp  (Fellenius, 2011), cho thấy chúng tương đối trùng khớp có độ tin cậy cao Các thơng số tính toán hệ cọc thể bảng kết tính tốn kiểm tra phương pháp PDR Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2015 4.1 Mối quan hệ chiều dày bè phân Bảng thể ảnh hưởng chiều dày bè sơ đồ bố trí cọc đến tỷ lệ tải trọng bè chịu, chuyển vị trung bình móng Có thể nhận thấy: i) Các sơ đồ sử dụng cọc có đường kính m, cho chuyển vị nhỏ từ 20 - 140mm, tỷ lệ tải trọng bè gánh chịu từ 7,5 - 13% Riêng sơ đồ 4, tải trọng truyền qua cọc, không truyền trực tiếp từ bè xuống nền, chuyển vị trung bình hệ móng khoảng 20 mm Lý chuyển vị nhỏ tất sơ đồ móng sử dụng cọc có đường kính 1m 63 ĐỊA KỸ THUẬT – TRẮC ĐỊA độ cứng mơ hình móng lớn, khoảng 8186 ~ 8343 MN/m (xác định theo phương pháp PDR) Các sơ đồ sử dụng cọc có đường kính 2m, chuyển vị trung bình từ 147 - 255mm, tỷ lệ tải trọng bè gánh chịu từ 25,5 - 50% Độ cứng tất sơ đồ móng sử dụng cọc có đường kính 2m từ 5619 6124MN/m Có thể nhận thấy tham gia chịu lực bè lớn so với trường hợp 1, lý độ cứng móng nhỏ (và chuyển vị lớn hơn) Kết luận 1: Tỷ lệ tải trọng gánh chịu bè lớn chuyển vị trung bình móng tăng Sơ đồ cọc có đường kính nhỏ (1 m), chiều dài phù hợp, có khả giảm chuyển vị trung bình tốt Sơ đồ 3, (kể đường kính 1m 2m) xem thiết kế hợp lý, chiều dày bè không ảnh hưởng nhiều đến phân phối tải trọng cọc bè, phù hợp với kết luận Rabei [7] Khi chiều dày bè tăng, chuyển vị trung bình giảm 2,8 ~ 42 %, tùy theo sơ đồ bố trí cọc, sơ đồ hợp lý (sơ đồ 4) mức giảm nhỏ, sơ đồ khơng hợp lý (sơ đồ 1) mức giảm lớn Nhìn chung, chiều dày bè khơng ảnh hưởng đáng kể đến chuyển vị trung bình tương tự kết luận Poulos [5] ii) Với sơ đồ đường kính cọc, chiều dày bè tăng, chuyển vị trung bình giảm không đáng kể, đồng thời tỷ lệ tải trọng bè gánh chịu trực tiếp giảm - 27% Điều lý giải bè có độ cứng lớn, tải phân bố cho cọc nhiều, phần tải trọng truyền trực tiếp từ bè xuống giảm Bảng Ảnh hưởng chiều dày bè đến chuyển vị trung bình tỷ lệ tải trọng bè – chịu Chiều dày bè (m) Sơ đồ Stb (mm) 90 84 98 81 81 81 Pr (%) 7.5 7.5 7.5 7.5 249 193 168 157 151 147 38 34 32 30 30 29.5 Đường kính cọc 1m Sơ đồ Sơ đồ Stb Pr Stb Pr (mm) (%) (mm) (%) 140 13 99 11 145 13 95 10.5 95 13 91 10.4 87.5 13 90 10 85 13 84 9.5 81.5 13 80 Đường kính cọc 2m 211 28 252 52 198 27 249 51 191 26.5 247 51 186 26 246 50 183 26 245 50 181 25.5 245 50 Sơ đồ Stb Pr (mm) (%) 21.5 20.5 20.5 255 249 248 247 247 246 41 39 39 38.5 38 37.5 Ghi chú: Stb: chuyển vị trung bình, Pr: tỷ lệ tải trọng bè gánh chịu 4.2 Mối quan hệ chiều dày bè phân phối nội lực đỉnh cọc, phân phối nội lực cọc, ứng suất theo chiều sâu suất theo độ sâu Cụ thể chiều dày bè tăng từ - m: Ảnh hưởng chiều dày bè đến phân phối lực dọc tác dụng đỉnh cọc thể Hình Khi chiều dày bè tăng từ - 8m lực dọc tác dụng lên đỉnh cọc tâm bè (cọc 37) giảm khoảng 12%, cọc mép bè (cọc 22) tăng tới 55 %, lực dọc tác dụng lên cọc khác tăng giảm theo xu hướng giảm chênh lệch cọc Cả lực nén lực nhổ tác dụng lên đầu cọc giảm, có lợi cho làm việc đồng cọc Hình thể phân bố nội lực cọc ứng suất dọc chiều dài cọc chiều dày bè thay đổi Cho thấy, chiều dày bè có ảnh hưởng đáng kể tới phân bố nội lực cọc ứng 64 Hình Mối quan hệ chiều dày bè tải trọng đỉnh cọc(Mơ hình 9) Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2015 ĐỊA KỸ THUẬT – TRẮC ĐỊA a) b) d) e) c) f) Hình Ảnh hưởng chiều dày bè đến nội lực cọc ứng suất i) Lực dọc lớn đỉnh cọc tâm bè (cọc 37) giảm 12% (hình 6a, b) lực dọc bé phía mũi tăng 52% Chiều dày bè khơng ảnh hưởng nhiều đến lực dọc lớn cọc qua góc bè (cọc 1), lực dọc lớn đỉnh tăng 6%, lực dọc bé mũi giảm 4% Lực dọc đỉnh cọc cọc 37 chênh lệch tương đối lớn (4 - 5) lần ii) Lực cắt theo phương ngang cọc tâm bè có giá trị gần khơng, lực cắt cọc góc bè có giá trị lớn đỉnh, giảm 18 % có giá trị bé mũi, giảm 24 % (hình 6c) iii) Mơ men uốn cọc góc bè có giá trị lớn nằm mặt phẳng trung hòa, giảm 35% Mơ men uốn đỉnh giảm hơn, khoảng 3% (hình 6d) Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2015 iv) Ứng suất theo phương z đất xung quanh đỉnh cọc nằm tâm bè có giá trị lớn nhất, giảm 24% tăng 27% mũi (hình 6f) Ứng suất theo phương x đỉnh cọc góc bè, có giá trị lớn bè dày 2m giảm đến 18% bè dày m, ứng suất mũi cọc tăng 3% Kết luận 2: Tùy thuộc vào sơ đồ bố trí cọc, chiều dày bè lớn làm giảm chênh lệch nội lực tác dụng đỉnh cọc nhiều ít, cho dù tồn chênh lệch lớn nội lực đỉnh cọc khác bè Chiều dày bè lớn, khả san nội lực cọc, ứng suất phát sinh đồng tiết diện cọc Các giá trị cực đại có xu hướng giảm xuống, giá trị cực tiểu có xu hướng tăng lên 65 ĐỊA KỸ THUẬT – TRẮC ĐỊA 4.3 Mối quan hệ chiều dày bè phân bố phần mô men uốn mà bè phải gánh chịu nút mô men & biến dạng bè biên tăng 3%, nút tâm tăng 8% Có thể nhận thấy sơ đồ hợp lý mơ men uốn phát Mô men uốn mặt cắt qua tâm bè mơ hình móng khác đề cập mục 3, bảng bảng 2, kết tính tốn PRAB, thể hình Hình 7a cho thấy sơ đồ bố trí cọc, sơ đồ phát sinh mô men âm lớn nhất, sơ đồ phát sinh mô men dương lớn nhất, sơ đồ 3, 4, mô men phát sinh bè nhỏ Sơ đồ 3, xem hợp lý cho mơ hình nghiên cứu Sơ đồ bố trí cọc (hình 7b), cho khơng hợp lý vừa phân tích trên, bè phải gánh chịu mơ men uốn lớn Vì việc tăng chiều dày tăng bè để gánh chịu mô men uốn cần thiết Nếu chiều dày bè tăng từ - 8m, phần mô men mà bè phải gánh chịu nút biên tăng 4,2 lần, nút tâm tăng 2,8 lần Sơ đồ hình 7c đánh giá sinh bè nhỏ, khơng cần thiết phải thiết kế bè dày để để gánh chịu mơ men uốn Hình 7d, thể biểu đồ mô men gánh chịu bè cho mơ hình móng khác nhau, cọc bố trí theo sơ đồ Cho thấy mơ hình với 169 cọc đường kính 1m, mơ men uốn phân bố bè nhỏ Mơ hình với 49 cọc đường kính 2,5 m, mơ men uốn mang dấu âm, bè chịu kéo thớ Mơ hình với 25 cọc đường kính 2,5 m, mô men mang dấu dương, bè chịu kéo thớ Có thể nhận thấy, số lượng cọc mơ men uốn bè có giá trị dương, bè chịu kéo thớ dưới; số lượng cọc lớn mô men uốn bè giảm, có giá trị xung quanh giá trị “0”; với số lượng cọc lớn mô men uốn bè trở nên nhỏ tương đối hợp lý, tăng chiều dày bè từ - 8m, b) a) c) d) Hình Sự phân bố mơ men bè sơ đồ khác 66 Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2015 ĐỊA KỸ THUẬT – TRẮC ĐỊA Kết luận 3: Khi sơ đồ bố trí cọc khơng hợp lý (ví dụ sơ đồ sơ đồ 2) cần thiết phải thiết kế bè dày để gánh chịu mô men lớn Dễ dàng nhận thấy, để giảm mô men uốn giải pháp chọn sơ đồ bố trí cọc hợp lý, kết hợp việc tăng giảm cục chiều dài số cọc vị trí trọng yếu (ví dụ sơ đồ 5) Nhưng kể việc lựa chọn sơ đồ bố trí cọc việc điều chỉnh chiều dài cọc triệt tiêu mô men uốn bè, bè nên thiết kế đủ dày để dự phòng cho khơng hợp lý Việc lựa chọn sơ đồ bố trí cọc chiều dài cọc để đạt yêu cầu chống uốn bè nhỏ khó, chiều dày bè yếu tố quan trọng để giảm mô men uốn bè (giảm biến dạng bè hay chuyển vị lệch móng) 4.4 Mối quan hệ chiều dày bè đất bên Giá trị mô đun đàn hồi đất khu vực quận 1, TP Hồ Chí Minh vị trí đáy bè (- 9.0 m) nhiều khu vực khác Việt Nam thường khoảng 15MPa Tuy nhiên, mô đun đàn hồi đất vị trí đặt bè cơng trình thống kê có giá trị lớn, ví dụ 50 ~ 100MPa Franfurt hay 1500MPa Dubai Trường hợp khác, cọc thường thi công ngầm vào đất tốt chưa tới độ sâu đất tốt Do đánh giá ảnh hưởng lớp đất bè lớp đất mũi cọc đến chuyển vị lệch cần thiết Ảnh hưởng mơ đun đàn hồi trung bình lớp đất bè, đến chuyển vị trung bình, chuyển vị lệch chiều dày bè, thể hình Hình 8b cho thấy lớp đất có mơ đun đàn hồi lớn nằm bè, có chiều dày tương đối nhỏ (khoảng 3,1m tương ứng với 10% chiều rộng bè), chuyển vị lệch giảm mạnh hơn, so với chiều dày lớp đất lớn (khoảng 6,2m 9,3m) Hình 8a cho thấy, chiều dày lớp đất có mơ đun đàn hồi lớn nằm bè > 20% bề rộng bè, giảm chuyển vị trung bình Có thể ghi nhận dị thường, ảnh hưởng mô đun đàn hồi lớp đất bè đến chuyển vị trung bình, giá trị 40 60MPa chiều dày lớp đất tốt nhỏ (khoảng 10% bề rộng bè) Sự dị thường bàn dịp khác Hình 8c thể ảnh hưởng mô đun đàn hồi lớp đất bè đến chiều dày bè Có thể thấy mô đun đàn hồi tăng từ 30 - 175 MPa chiều dày bè giảm đến - lần tùy vào mức chuyển vị lệch cho phép Hình Ảnh hưởng mơ đun đàn hồi lớp đất bè đến chuyển vị Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2015 67 ĐỊA KỸ THUẬT – TRẮC ĐỊA Hình Ảnh hưởng lớp đất cứng mũi cọc đến chuyển vị trung bình chuyển vị lệch Hình 9b cho thấy mũi cọc vừa chạm mặt lớp đất tốt chịu lực, có E = 200MPa, chuyển vị trung bình chuyển vị lệch có giá trị lớn (~ 60mm); khoảng cách mũi cọc cách mặt lớp đất từ đến 2m, chuyển vị trung bình giảm, chuyển vị lệch tăng; khoảng cách tiếp tục tăng chuyển vị trung bình tăng chuyển vị lệch giảm Khác với trường hợp lớp đất tựa cọc có E = 200MPa, hình 9a cho thấy mô đun đàn hồi lớp đất lớn (E = 1000 ~ 1500MPa), khoảng cách từ mũi cọc đến tầng đất cứng từ đến 2m, chuyển vị trung bình tăng mạnh chuyển vị lệch tăng từ ~ 0mm đến giá trị cực đại; khoảng cách tiếp tục tăng, chuyển vị trung bình tiếp tục tăng, chuyển vị lệch giảm Kết luận 4: Mơ đun đàn hồi trung bình lớn lớp đất nằm bè, có chiều dày khoảng 10% 20% chiều dài cọc (chiều rộng bè, Vasudev & Unnikrisnan, 2009), có khả làm giảm chuyển vị trung bình (khi mơ đun đàn hồi lớn 50 - 60MPa chuyển vị lệch Mô đun đàn hồi lớn chuyển vị giảm Khi cọc chống vào đất (đá) cứng có mơ đun đàn hồi lớn (E = 1000 ~ 1500MPa), chuyển vị lệch chuyển vị trung bình có giá trị nhỏ (~ 0mm), cọc chịu lực hoàn toàn Nhưng cọc chống vào đất tốt có mơ đun đàn hồi nhỏ (E = 200MPa), chuyển vị trung bình chuyển vị lệch lớn Khi khoảng cách mũi cọc tầng đất cứng đủ lớn (> 2m), chuyển vị lệch giảm chuyển vị trung bình tăng Có thể nhận thấy 68 phạm vi từ đến 2m kể từ mặt đất chịu lực tốt, chuyển vị hệ móng khó kiểm sốt 4.5 Mối quan hệ chiều dày bè chuyển vị lệch Sơ đồ bố trí cọc khơng hợp lý, mơ đun đàn hồi lớp đất bè nhỏ, bề mặt đất/đá mũi cọc không phẳng, nguyên nhân làm cho chuyển vị lệch lớn Vai trò chiều dày bè làm giảm thiểu chuyển vị lệch sơ đồ bố trí, chiều dài, đường kính, số lượng cọc khác nhau, thể hình 10 Hình 10a, b cho thấy tất sơ đồ bố trí cọc, chiều dày bè tăng từ 2m lên 8m, chuyển vị trung bình giảm giá trị tương ứng với độ cứng sơ đồ đó, chuyển vị lệch giảm giá trị “0” Có thể thấy chiều dày bè lớn giải pháp chủ động hữu hiệu dự phòng cho việc lựa chọn sơ đồ bố trí cọc không hợp lý, làm việc không đồng cọc hay đất không đồng Kết luận 5: Chiều dày bè không ảnh hưởng nhiều đến chuyển vị trung bình, việc chuyển vị trung bình giảm tăng chiều dày bè hậu việc giảm chuyển vị lệch (tương tự nhận xét Poulos [5]) Nhưng, chiều dày lớn bè giảm chuyển vị lệch mạnh mẽ (hình 10b), hỗ trợ cho thiếu sót chọn sơ đồ bố trí cọc, lựa chọn cọc nguyên nhân khác đất [9], cố cọc Tomlinson [2] Sự bố trí cọc hợp lý, đất đồng nhất, chiều dày bè khơng ảnh hưởng nhiều đến chuyển vị lệch Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2015 ĐỊA KỸ THUẬT – TRẮC ĐỊA a) b) Hình 10 Mối quan hệ chuyển vị chiều dày bè khác Kết luận Thiết kế chiều dày bè móng bè - cọc chủ yếu dựa vào tiêu chí lực cắt, mô men uốn, biến dạng bè (hay chuyển vị lệch hệ móng) Có thể đúc kết yếu tố ảnh hưởng đến nội lực biến dạng bè sau: Thứ nhất, bỏ qua ảnh hưởng đến san nội lực kết cấu móng ứng suất bè, bè thiết kế đủ dày Thứ hai, tiêu chí mơ men uốn, chuyển vị lệch (hay biến dạng bè) điều chỉnh sơ đồ bố trí cọc hợp lý, tăng giảm chiều dài cọc cục nơi giá trị lớn Khi bè khơng cần phải thiết kế dày Kết luận phù hợp với Rabiei [7], Randolph [8] Thứ ba, việc lựa chọn sơ đồ bố trí cọc hợp lý (bao gồm chiều dài cọc) để triệt tiêu mô men uốn bè hay chuyển vị lệch hệ móng, thực tế khó, việc tăng chiều dày bè giải pháp bổ sung cần thiết Chiều dày bè đủ lớn, sơ đồ bố trí cọc có hợp lý hay khơng, làm giảm chuyển vị lệch giá trị không Thứ tư, mô đun đàn hồi lớn đất bè, làm giảm chiều dày bè đáng kể Tóm lại sơ đồ bố trí cọc, mơ đun đàn hồi đất chiều dày bè ba yếu tố quan trọng để làm giảm mô men uốn biến dạng bè, phù hợp với nhận xét Poulos [5] Thangaraj & Illamparuthi (2009) Phân tích hợp lý chiều dày bè Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2015 dựa đánh giá nội dung báo Lời cảm tạ: Trong báo này, tác giả sử dụng chương trình PRAB, GS TS Matsumoto T tặng Khoa xây dựng, Trường đại học Kiến trúc TP HCM Bài báo hoàn thành hướng dẫn khoa học PGS TS Châu Ngọc Ẩn Tác giả báo chân thành cảm ơn góp ý q báu thầy môn Địa - Nền móng, Khoa xây dựng, Trường đại học Bách khoa TP HCM Tác giả đặc biệt cảm ơn PGS TS Nguyễn Bá Kế góp nhiều ý phản biện sâu sắc, để báo hoàn thành TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Bá Kế et al (2008), “ Móng nhà cao tầng, kinh nghiệm nước ngoài” Nhà xuất xây dựng, Hanoi Tomlinson M J (1994), “Pile design and construction practice”, Fourth edi London: E & F N SPON Kitiyodom P and Matsumoto T (2002), “A simplified analysis method for piled raft and pile group foundations with batter piles,” International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics, vol 1369, no February, pp 1349-1369 69 ĐỊA KỸ THUẬT – TRẮC ĐỊA Kitiyodom P and Matsumoto T (2003), “A Rabiei M (2009), “Parametric Study for Piled Raft simplified analysis method for piled raft foundations in non-homogeneous soils”, in Int J Foundations,” EDGE vol 1, Bund A, no 1980, pp 1-11 Numer Anal Meth Geomechanics Poulos H G (2001), “METHODS OF ANALYSIS OF PILED RAFT FOUNDATIONS,” A Report Prepared on Behalf of Technical Committee TC18 on Piled Foundations Randolph M F (1994), “Design Methods for Pile Groups and Piled Rafts,” XIII ICSMMFE, New Delhi, India Niandou H and Breysse D (2005), Katzenbach et al (1998), “Piled Raft Foundation - “Consequences of soil variability and soil-structure interaction on the reliability of a piled raft,” Interaction between Piles and Raft,” Int Conf SSI in Urban Civil Eng 8-9Oct 1998 ICOSAR 2005,Millpress, Roterdam, IBSN 90 5966 040 4, pp 917-924 Ngày nhận bài: 06/3/2015 Ngày nhận sửa lần cuối: 29/8/2015 70 Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2015 ... dựng - số 3/2015 ĐỊA KỸ THUẬT – TRẮC ĐỊA Ghi chú: H - số lượng tầng, t - chiều dày bè, Lc – khoảng cách cột, Dp - đường kính cọc, Lp - chiều dài cọc, n - số lượng cọc, Es - mô đun đàn hồi đất nền, ... bè gánh chịu 4.2 Mối quan hệ chiều dày bè phân phối nội lực đỉnh cọc, phân phối nội lực cọc, ứng suất theo chiều sâu suất theo độ sâu Cụ thể chiều dày bè tăng từ - m: Ảnh hưởng chiều dày bè đến. .. suất nền, sơ đồ bố trí cọc, đất nền) đến chiều dày bè thuận nghịch Trong Kp: độ cứng hệ cọc, Kr: độ cứng bè, rp: hệ số tương tác đến chuyển vị Kết bình luận bè lực tác dụng cọc, pr: hệ số tương