Ước lượng hệ số điều chỉnh độ cứng của hệ móng bè-cọc-tường vây

Hệ móng bè cọc - tường vây có ba thành phần chính là bè, các cọc và tường vây cùng tham gia mang tải. Các phân tích phần tử hữu hạn Plaxis 3D được thực hiện với các trường hợp thay đổi kích thước bè, số lượng cọc, khoảng cách cọc và chiều dài tường vây khác nhau. Khả năng mang tải của bè, các cọc và tường vây khi được kết hợp thành hệ móng bè cọc - tường vây, trở nên khác hoàn toàn với bè không cọc, nhóm cọc và tường vây làm việc độc lập.

ƯỚC LƯỢNG HỆ SỐ ĐIỀU CHỈNH ĐỘ CỨNG CỦA HỆ MÓNG BÈ - CỌC - TƯỜNG VÂY LÊ BÁ VINH * NGUYỄN NHỰT NHỨT, NGUYỄN VĂN NHÂN Estimating the adjusting coefficient of stiffness of piled raft foundation – diaphragm wall system Abstract: The piled raft foundation - diaphragm wall has three main components: rafts, piles and diaphragm walls that join the load Plaxis 3D finite element analysis is performed with cases of varying raft size, number of piles, pile distance and length of the diaphragm wall Load carrying capacity of rafts, piles and diaphragm walls that incorporated into a system becomes completely different from the raft, pile and diaphragm walls independently The interaction analysis model is given with a coefficient of stiffness correction of the raft δr, the stiffness modulus of the pile group δp, the coefficient of stiffness of the diaphragm wall δw ĐẶT VẤN ĐỀ * Hệ móng bè cọc - tường vây có ba thành phần bè, cọc tường vây tham gia mang tải Các phân tích phần tử hữu hạn Plaxis 3D thực với trường hợp thay đổi kích thước bè, số lượng cọc, khoảng cách cọc chiều dài tường vây khác Khả mang tải bè, cọc tường vây kết hợp thành hệ móng bè cọc - tường vây, trở nên khác hồn tồn với bè khơng cọc, nhóm cọc tường vây làm việc độc lập Mơ hình phân tích tương tác đưa với hệ số hiệu chỉnh độ cứng bè δr, hệ số hiệu chỉnh độ cứng nhóm cọc δp, hệ số hiệu chỉnh độ cứng tường vây δw Các công trình nhà cao tầng có tầng hầm xây dựng ngày nhiều giới, với cơng trình có tải trọng lớn phải có sàn hầm phương án móng bè cọc lựa chọn hàng đầu cho kết cấu móng cơng trình * 20 Bộ mơn Địa - Nền móng, khoa Kỹ Thuật Xây Dựng, Trường Đại Học Bách Khoa - Đại Học Quốc Gia Thành Phố Hồ Chí Minh Email: lebavinh@hcmut.edu.vn Móng bè cọc loại móng kết hợp khả mang tải bè nhóm cọc [1,2,3] Một số trường hợp ví dụ báo cáo cho việc áp dụng móng bè cọc vào tòa nhà cao tầng [4,5,6] Trong cơng trình nhà cao tầng có tầng hầm, tường vây cọc barrette thi công cắm sâu vào đất đáy móng để chắn giữ áp lực đất theo phương ngang xung quanh hố đào sâu q trình thi cơng móng bè cọc tầng hầm, tường vây liên kết với bè, sàn tầng hầm tạo thành hệ thống móng bè cọc - tường vây Trong nghiên cứu, xem xét khả nang tải hệ bè cọc mà chưa xem xét đến khả mang tải đứng tường vây, ảnh hưởng tương tác tường vây bè cọc mơ hình làm việc chung hệ móng bè cọc kết hợp tường vây [7,8,9] Trong nghiên cứu này, loạt mô phân tích phần tử hữu hạn phần mềm Plaxis 3D thực phương án móng khác về: Kích thước móng, số lượng cọc, khoảng cách cọc chiều dài tường vây Mục đích để khảo sát ảnh hưởng số lượng cọc, khoảng cách ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1+2 - 2019 cọc, chiều dài tường vây đến tương tác phân chia tải cho bè, cọc tường vây, suy giảm độ cứng bè, nhóm cọc độ cứng tường vây chúng làm việc hệ bè - cọc - tường vây Kết nghiên cứu giúp cho kỹ sư có định hướng việc lựa chọn số lượng cọc, khoảng cách cọc chiều dài tường vây để tải trọng chia cho tường vây bè lớn nhất, qua giảm bớt tối đa số lượng cọc khơng cần thiết hướng đến phương án móng bè kết hợp tường vây hệ số hiệu chỉnh nhóm cọc δp ≤ 0.1 ỨNG XỬ TƯƠNG TÁC CỦA HỆ MÓNG BÈ CỌC KẾT HỢP TƯỜNG VÂY  Tương tác cọc – đất;  Tương tác cọc – cọc;  Tương tác bè – đất;  Tương tác bè – cọc; Hình Hiệu ứng tương tác đất cấu trúc móng cọc đài bè Katzenbach et al (1998) and Katzenbach et al (2000) Móng bè cọc hệ móng kết hợp từ ba thành phần chịu lực là: cọc, bè đất bên hình Tổng phản lực móng cọc đài bè Rtotal: Rtotal  Rraft   Rpile,i  Stot (1) Ứng xử phân chia tải bè – nhóm cọc – tường vây phức tạp ảnh hưởng ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1+2 - 2019 tương tác thay đổi theo độ lún chiều dài tường vây hình diaphragm wall raft pile  Tương tác cọc – đất;  Tương tác bè – đất;  Tương tác tường vây – đất;  Tương tác cọc – cọc  Tương tác bè – cọc;  Tương tác tường vây – cọc;  Tương tác tường vây – bè Hình Ứng xử tương tác hệ móng bè cọc - tường vây Khả mang tải hệ móng bè cọc tường vây bao gồm ba thành phần là: bè, nhóm cọc, tường vây Qrpw  Qr  Q p  Qw (2) Qrpw = khả mang tải hệ móng bè cọc - tường vây; Qr = khả mang tải bè; Qp = khả mang tải nhóm cọc; Qw = khả mang tải tường vây Khả mang tải Qr Qp Qw hệ móng bè cọc - tường vây khác với khả mang tải bè khơng cọc nhóm cọc tường vây mơ hình làm việc riêng lẽ (Hình b; c; d) Cơng thức (2) viết lại sau: Qrpw   r Qur   p Qgp   w Quw (3) Qur = khả mang tải bè không cọc làm việc độc lập; Qgp = khả mang tải nhóm cọc làm việc độc lập; Quw = khả mang tải tường vây làm việc độc lập; η r = hệ số mang tải bè = Qr/Qur; η p = hệ số mang tải nhóm cọc = Qp /Qgp ; η w = hệ số mang tải tường vây = Qw/ Q uw 21 Q rpw = Q r + Q p + Q w Q gp  S rpw  Qr Qw Qp (a) (c) Q ur Q uw (b) (d) Hình Mơ hình làm việc (a) hệ móng bè cọc - tường vây; (b) bè khơng cọc; (c) nhóm cọc; (d) tường vây Thực tế tương tác bè, cọc tường vây thay đổi theo chiều dài tường vây, đường kính cọc, khoảng cách cọc, số lượng cọc độ lún hệ móng Độ cứng hệ móng bè cọc - tường vây tính sau: k rpw   r k r   p k p   w k w (4) krpw = độ cứng hệ móng bè cọc – tường vây; k r = độ cứng bè; kp = độ cứng nhóm cọc; k w = độ cứng tường vây; δr = hệ số điều chỉnh độ cứng bè tương tác cọc tường vây; δp = hệ số điều chỉnh độ cứng nhóm cọc tương tác bè tường vây; δw = hệ số điều chỉnh độ cứng tường vây tương tác bè cọc Giả thuyết cao độ đài bè, bè cọc, tường vây có độ lún Srpw Khi quan hệ cấp tải P độ lún S giai đoạn đàn hồi tuyến tính, hệ số điều chỉnh độ cứng hệ số điều chỉnh độ lún S rpw  S r  S p  S w 22 S ur r  S gp p  S dw w (5) với Sr = độ lún bè hệ bè - cọc tường vây; Sp = độ lún nhóm cọc hệ bè - cọc - tường vây; Sw = độ lún tường vây hệ bè - cọc - tường vây; Srpw = độ lún hệ bè - cọc - tường vây; Sur = độ lún bè không cọc làm việc độc lập; Sgp = độ lún nhóm cọc làm việc độc lập; Sdw = độ lún tường vây làm việc độc lập Tải phân chia cho bè, nhóm cọc tường vây xác định sau: Pr  Pp   r kr krpw Prpw  pkp krpw (6) Prpw (7) Pw  Prpw  Pr  Pp   k  pk p  1  r r   k rpw k rpw    Prpw   (8) Để xác định hệ số hiệu chỉnh cần xác định tải phân chia cho bè P r , tải phân chia cho nhóm cọc Pp , độ cứng bè k r , độ cứng nhóm cọc k p , độ cứng tường vây k w độ cứng hệ móng bè cọc - tường vây k rpw cho trường hợp Sau đó, giá trị δr xác định từ công thức (6) Lấy giá trị δp xác định từ công thức (7) Giá trị δw xác định từ cơng thức (8) PHÂN TÍCH SỐ MĨNG BÈ CỌC KẾT HỢP TƯỜNG VÂY 3.1 Mơ hình phần tử hữu hạn Phần mềm Plaxis 3D sử dụng phân tích, ứng xử phân chia tải hệ móng Các mơ xem xét bao gồm móng bè cọc kết hợp tường vây, nhóm cọc, bè khơng cọc, tường vây hình ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1+2 - 2019 GP RPW Lw 0.05m Lp móng bè cọc kết hợp tường vây Mơ hình điển hình Plaxis 3D sử dụng để mơ bè - cọc - tường vây hình Lp (a) (b) DW UW Lw 0.05m (c) (d) Hình Mơ hình làm việc (a) hệ bè – cọc – tường vây; (b) nhóm cọc; (c) bè khơng cọc; (d) tường vây Bè - cọc - tường vây mô hình Plaxis 3D bao gồm nhóm cọc sau: 4x4; 6x6 8x8 Đường kính cọc dp = 0.5m bê tơng có cấp độ bền B50 cho tất cọc, chiều dài cọc Lp = 40m Khoảng cách cọc nhóm xem xét: 3dp; 6dp; 9dp Tường vây dày 0.6m bê tơng có cấp độ bền B50, chiều dài tường vây xem xét: Lw = 6m; Lw = 16m; Lw = 26m; Lw = 36m; Lw = 46m Các kính thước bè khơng cọc, nhóm cọc tường vây tương tự Hình Mơ hình phân tích phần tử hữu hạn móng bè cọc kết hợp tường vây 3.2 Các thông số đất mô hình phân tích phần tử hữu hạn Đất vật liệu phức tạp, có ứng xử khác giai đoạn gia tải ban đầu, dỡ tải gia tải lại Trong nghiên cứu, lớp đất mô với mơ hình Hardening Soil Chi tiết thơng số mơ hình dẫn PLAXIS 3D manuals Tóm tắc thông số vật liệu đất sử dụng phân tích phần tử hữu hạn bảng Bảng Thơng số lớp đất mơ hình Hardening Soil sử dụng phân tích Lớp đất Lớp cát γunsat (kN/m3) Trọng lượng riêng tự nhiên Trọng lượng riêng đất no nước ref Mô đun cát tuyến xác định từ nén trục, áp lực buồng p 18 γsat (kN/m ) 19 E50ref (kN/m2) 18000 Mô đun tiếp luyến xác định từ nén trục không nở hông Eoed (kN/m ) 18000 Mô đun đường dỡ tải, gia tải Eur (kN/m2) 54000 m 0.5 Lực dính đơn vị c’ (kN/m2) Góc nội ma sát φ’ (o) 28 Góc nở ψ (o) Hệ số mũ Hệ số poisson giai đoạn làm việc dỡ tải - gia tải Áp lực buồng thí nghiệm 0.2 p (kN/m ) Độ đáy lớp (m) ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1+2 - 2019 υur ref 100 100 23 HỆ SỐ TƯƠNG TÁC CỦA BÈ NHÓM CỌC - TƯỜNG VÂY (a) Bè (b) Nhóm cọc (c) Tường vây Hình Quan hệ hệ số tương tác bè δr, nhóm cọc δp, tường vây δw cự ly cọc theo nhóm cọc chiều dài tường vây Theo hình 6, hệ số hiệu chỉnh độ cứng bè, nhóm cọc, tường vây thay đổi theo khoảng cách cọc, đường kính, số lượng cọc chiều dài tường vây Hệ số hiệu chỉnh độ cứng bè tăng khoảng cách cọc tăng hệ số hiệu chỉnh độ cứng bè tăng nhanh chiều dài tường vây giảm, số lượng cọc Theo (Hình a) nhóm 4x4 cọc, chiều dài tường vây Lw = 6m, khoảng cách cọc 24 tăng từ 3D lên 9D có hệ số hiệu chỉnh độ cứng bè tăng 35% Nhóm 4x4 cọc, khoảng cách cọc 3D chiều dài tường vây tăng từ L w = 6m lên L w = 46m có hệ số hiệu chỉnh độ cứng bè giảm 44% Chiều dài tường vây Lw = 6m, khoảng cách cọc 3D, nhóm cọc tăng từ 4x4 cọc lên 8x8 cọc có hệ số hiệu chỉnh độ cứng bè giảm 56% Vậy tăng khoảng cách cọc hệ số điều chỉnh độ cứng bè tăng Khi tăng chiều dài tường vây, tăng số lượng cọc hệ số điều chỉnh độ cứng bè giảm Theo (Hình b) nhóm 4x4 cọc, chiều dài tường vây L w = 6m, khoảng cách cọc tăng từ 3D lên 9D có hệ số hiệu chỉnh độ cứng nhóm cọc giảm 39% Nhóm 4x4 cọc, khoảng cách cọc 3D chiều dài tường vây tăng từ L w = 6m lên L w = 46m có hệ số hiệu chỉnh độ cứng nhóm cọc giảm 82% Chiều dài tường vây L w = 6m, khoảng cách cọc 9D, nhóm cọc tăng từ 4x4 cọc lên 8x8 cọc có hệ số hiệu chỉnh độ cứng nhóm cọc tăng 23% Vậy tăng số lượng cọc hệ số điều chỉnh độ cứng nhóm cọc tăng Khi tăng chiều dài tường vây, tăng khoảng cách cọc hệ số điều chỉnh độ cứng nhóm cọc giảm Theo (Hình c) nhóm 8x8 cọc, chiều dài tường vây L w = 6m, khoảng cách cọc tăng từ 3D lên 9D có hệ số hiệu chỉnh độ cứng tường vây tăng 67% Nhóm 8x8 cọc, khoảng cách cọc 3D chiều dài tường vây tăng từ L w = 6m lên L w = 46m có hệ số hiệu chỉnh độ cứng tường vây tăng 89% Chiều dài tường vây L w = 6m, khoảng cách cọc 9D, nhóm cọc tăng từ 4x4 cọc lên 8x8 cọc có hệ số hiệu chỉnh độ cứng độ cứng tường vây tăng 42% Vậy tăng chiều dài tường vây, tăng khoảng cách cọc hệ số điều chỉnh độ cứng tường vây tăng Khi tăng số lượng cọc hệ số điều chỉnh độ cứng tường vây tăng, chu vi tường vây tăng lên ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1+2 - 2019 vi tường vây, xét khoảng cách cọc 9D, chiều dài tường vây Lw = 6m (a) Bè (a) Tường vây (b) Nhóm cọc (b) Nhóm cọc (c) Tường vây Hình Quan hệ hệ số tương tác bè δr, nhóm cọc δp, tường vây δw số lượng cọc theo cự ly cọc chiều dài tường vây Theo (Hình a), hệ số điều chỉnh độ cứng bè giảm nhanh tăng số lượng cọc, xét khoảng cách cọc 9D, chiều dài tường vây Lw = 6m Theo (Hình b), Hệ số điều chỉnh độ cứng nhóm cọc tăng nhanh tăng số lượng cọc, xét khoảng cách cọc 9D, chiều dài tường vây L w = 6m Theo (Hình c), Hệ số điều chỉnh độ cứng tường vây tăng tăng số lượng cọc làm tăng chu ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1+2 - 2019 (c) Bè Hình Hệ số hiệu chỉnh độ cứng (a) tường vây theo tỷ số kw/krpw; (b) nhóm cọc theo tỷ số kp/krpw; (c) bè theo tỷ số kr/krpw Theo hình 8, hệ số hiệu chỉnh độ cứng tường vây, nhóm cọc bè thay đổi phức tạp (Hình a) hệ số hiệu chỉnh độ cứng tường vây thay đổi từ 0.07 đến 0.88 (Hình b) 25 hệ số hiệu chỉnh độ cứng nhóm cọc thay đổi từ 0.01 đến 0.9 (Hình c) hệ số hiệu chỉnh độ cứng bè thay đổi từ 0.1 đến Ta thấy hệ số hiệu chỉnh độ cứng tường vây, nhóm cọc bè thay đổi rộng, tương tác nhóm cọc, tường vây bè có tương quan tương đối theo đường bậc hai hệ số hiệu chỉnh độ cứng tỷ số độ cứng k w/krpw, kp/ krpw, kr/ krpw KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Móng bè cọc kết hợp tường vây gồm có nhóm cọc, bè, tường vây tham gia chịu tải tương tác với nhau, tương tác với đất Theo quan niệm thiết kế tập trung vào khả mang tải nhóm cọc bè mà bỏ qua khả mang tải tường vây trường hợp chiều dài tường vây lớn nằm lớp đất tốt, khơng phù hợp với mơ hình làm việc chung đồng thời, nên số lượng cọc bố trí nhiều Trong thiết kế sơ độ cứng móng bè cọc kết hợp tường vây krpw tính tốn ước lượng ban đầu từ độ cứng bè, nhóm cọc tường vây riêng biệt thơng qua hệ số điều chỉnh δr, δp, δw hình TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Randolph MF Design methods for pile groups and piled rafts In: Proc 13th international conference on soil mechanics and foundation engineering, vol 5, New Delhi, India; 1994 p 61–82 [2] Clancy P, Randolph MF Simple design tools for piled raft foundations Geotechnique 1996;46(2):313–28 [3] Poulos HG Piled raft foundations: design and applications Geotechnique 2001;51(2): 95–113 [4] Horikoshi K, Randolph MF Centrifuge modelling of piled raft foundations on clay Geotechnique 1996;46(4):741–52 [5] Katzenbach R, Arslan U, Moormann C Piled raft foundation projects in Germany Design Applications of Raft Foundations, Hemsley Thomas Telford, London; 2000 p 323–91 [6] Yamashita K, Hamada J, Soga Y Settlement and load sharing of piled raft of a 162m high residential tower In: Proc international conference on deep foundations and geotechnical in situ testing, Shanghai, China; 2010 p 26–33 [7] Conte G, Mandolini A, Randolph MF Centrifuge modeling to investigate the performance of piled rafts In: Van Impe, editor Proc 4th international geotechnical seminar on deep foundation on bored and auger piles Ghent: Millpress; 2003 p 359–66 [8] Liu JL, Yuan ZL, Shang KP Cap-pilesoil interaction of bored pile groups In: Proc 11th 482 ICSMFE, San Francisco, vol 3; 1985 p 1433–6 [9] Cooke RW Piled raft foundations on stiff clays: a contribution to design philosophy Geotechnique 1986;36(2):169-203 Người phản biện: PGS,TS NGUYỄN VĂN DŨNG 26 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1+2 - 2019 ... krpw = độ cứng hệ móng bè cọc – tường vây; k r = độ cứng bè; kp = độ cứng nhóm cọc; k w = độ cứng tường vây; δr = hệ số điều chỉnh độ cứng bè tương tác cọc tường vây; δp = hệ số điều chỉnh độ cứng. .. 8x8 cọc có hệ số hiệu chỉnh độ cứng nhóm cọc tăng 23% Vậy tăng số lượng cọc hệ số điều chỉnh độ cứng nhóm cọc tăng Khi tăng chiều dài tường vây, tăng khoảng cách cọc hệ số điều chỉnh độ cứng nhóm... chiều dài tường vây, tăng khoảng cách cọc hệ số điều chỉnh độ cứng tường vây tăng Khi tăng số lượng cọc hệ số điều chỉnh độ cứng tường vây tăng, chu vi tường vây tăng lên ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1+2 - 2019