Phân tích sự làm việc của hệ móng bè cọc - tường vây tầng hầm

Trong nghiên cứu này, các phân tích mô phỏng 3D bằng phương pháp phần tử hữu hạn được thực hiện trên công trình cụ thể. Mục đích để khảo sát sự ảnh hưởng của tường vây đến khả năng mang tải và phân chia tải trong hệ thống móng bè cọc kết hợp tường vây.

PHÂN TÍCH SỰ LÀM VIỆC CỦA HỆ MĨNG BÈ CỌC - TƯỜNG VÂY TẦNG HẦM LÊ BÁ VINH * NGUYỄN NHỰT NHỨT, NGUYỄN VĂN NHÂN An analysis of the piled raft foundation - diaphragm wall system Abstract: In designing and calculating the solution of piled raft foundations for tall buildings, many calculations not take into account the participation of the diaphragm walls The load - bearing capacity of the diaphragm wall system is significant when the diaphragm wall is inserted into the hard ground In this paper, the involvement of the diaphragm wall system together with the piled raft foundation was analyzed and evaluated by the PLAXIS 3D software for specific projects With the piled raft foundation, the distribution of load on the raft is 20%, and the piles group is 80% When the piled raft foundation is combined with the diaphragm wall, the percentage of load on the raft is 20%, the percentage of the load on the pile group is 50%, and the diaphragm wall is 30% As a result, the percentage of load on the piles group decreases by 30% when the piled raft foundation is combined with the diaphragm This shows the significant contribution of the diaphragm wall system, which can be designed to optimize the number of piles and save the pile foundation’s cost ĐẶT VẤN ĐỀ* Móng bè cọc ngày đƣợc áp dụng phổ biến cơng trình nhà cao tầng có tầng hầm giới [4,5,6], tƣờng vây cọc barrette đƣợc thi công cắm sâu vào đất dƣới đáy móng để chắn giữ áp lực đất theo phƣơng ngang xung quanh hố đào sâu q trình thi cơng móng bè cọc tầng hầm Trong quan niệm thiết kế móng cơng trình nhà cao tầng có tầng hầm thiết kế tƣờng vây với yêu cầu chịu tải theo phƣơng ngang q trình thi cơng móng tầng hầm mà chƣa xét đến khả mang tải đứng tƣờng vây [1,2,3] Điều dẫn đến thiết kế khơng hợp lý cho hệ móng bè cọc * Bộ mơn Địa - Nền móng, khoa Kỹ Thuật Xây Dựng, Tr ng Đ i H c Bách Khoa - Đ i H c u c Gia Thành Ph Hồ Chí Minh Email: lebavinh@hcmut.edu.vn 40 Trong nghiên cứu này, phân tích mơ 3D phƣơng pháp phần tử hữu hạn đƣợc thực cơng trình cụ thể Mục đích để khảo sát ảnh hƣởng tƣờng vây đến khả mang tải phân chia tải hệ thống móng bè cọc kết hợp tƣờng vây Trong báo phân tích, tính toán đƣợc thực theo trƣờng hợp: * Trƣờng hợp 1: Tƣờng vây cọc barrette có chức chịu tải ngang áp lực đất xung quanh hố đào sâu Toàn tải trọng đứng cơng trình hệ móng bè cọc chịu, nhƣ hệ móng bè cọc tƣờng vây cọc barrette đƣợc tính tốn làm việc độc lập với nhau, nhƣ hình * Trƣờng hợp 2: Tƣờng vây cọc barrette có hai chức chịu tải ngang áp lực đất xung quanh hố đào sâu tham gia chịu tải đứng cơng trình bên với hệ móng bè cọc Khi hệ kết cấu móng móng bè cọc kết hợp tƣờng vây nhƣ hình ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018 Qrp= Qr +Qp 29 m 7m Raft 7m Wall Pile Raft 7m 51 m 7m Hình Móng bè c c t ng vây Q Qr +Q làm việc độcp+Q lập.w rpw= 7m Wall 7m Pile THIẾT KẾ KẾT CẤU MÓNG CHO CƠNG TRÌNH CỤ THỂ 2.1 Xác định sơ số lƣợng cọc 7m Hình Móng bè c c t ng vây tham gia chịu lực 9m 9m 9m 58 m Hình Mặt kích th ớc móng 56.0 27.0 8.0 50 m Hình Mặt cắt ngang cơng trình ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018 Cơng trình đƣợc phân tích nhà cao tầng, có 15 tầng tầng hầm nhƣ hình 3, với tổng tải tác dụng lên móng FZtt = 439430 kN Kích thƣớc mặt móng 29m x 51m nhƣ hình Cơng trình đƣợc nghiên cứu với điều kiện địa chất điển hình khu vực Phƣờng 25, Quận Bình Thạnh, Thành Phố Hồ Chí Minh Nền đất gồm có lớp: Lớp 1: Cát đắp, cát mịn lẫn bột, chặt vừa(SM); Lớp 2: Bùn sét, bùn sét, trạng thái chảy (OH); Lớp 3: Sét, sét màu xám đen, dẻo chảy đến nửa cứng (CH); Lớp 4: Thấu kính cát mịn, chặt vừa (SM); Lớp 5: Sét, sét màu xám đen, dẻo chảy đến nửa cứng (CH); Lớp 6: Cát mịn, sét, trạng thái chặt đến chặt 3a (SM); Lớp 7: Cát mịn, sét, trạng thái chặt vừa 3b (SM); Lớp 8: Cát mịn, sét, trạng thái chặt đến chặt 3a (SM); Lớp 9: Sét lẫn cát mịn, trạng thái cứng (CH), nhƣ bảng 41 Bảng Thông số lớp đất khai báo mô hình Plaxis Đơn vị Lớp 1: (SM) Lớp 2: (OH) Lớp 3: (CH) Lớp 4: (SM) Lớp 5: (CH) Lớp 6: (SM) Lớp 7: (SM) Lớp 8: (SM) m 19 49 kN/m3 kN/m3 HS 18.63 19.16 kx m/day 1.368 ky m/day 0.684 HS 14.25 15.03 4.72 E-8 2.36 E-8 HS 18.02 18.24 1.374 E-7 6.87 E-8 HS 19.07 19.80 3.04 E-7 1.52 E-7 HS 18.02 18.24 1.37 4E-7 6.87 E-8 HS 19.87 20.52 3.34 E-7 1.67 E-7 HS 19.65 20.27 2.02 E-7 1.01 E-7 HS 19.87 20.52 3.34 E-7 1.67 E-7 E50ref kN/m2 5368 19057 20979 21497 34972 56040 38892 56040 Eeodref 5368 19057 20979 21497 34972 56040 38892 56040 kN/m 16105 57172 62936 64490 104916 168119 116675 168119 m - 0.5 1 0.5 0.5 0.5 0.5 C‟ref kN/m2 4.5 17.8 32 18 32 18.4 5.4 18.4 φ' độ 26.6 18.45 23.5 31.73 23.5 33.1 30.23 33.1 Ψ độ 0 1.73 3.1 0.23 3.1 υur - 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 kN/m 50 200 200 200 400 400 400 400 - 0.552 0.684 0.601 0.474 0.601 0.454 0.497 0.454 - 0.778 2.23 1.063 0.702 1.063 0.579 0.621 0.579 Thông số Chiều dày Type γunsat γsat Eur ref pref K0 nc e0 kN/m Hình Sự thay đổi sức chịu tải Rcp theo độ sâu vl Chọn cọc có đƣờng kính D = 800 mm, bê 42 tơng cọc B50 Qua tính toán sức chịu tải cọc theo đất theo vật liệu làm cọc, chiều dài làm việc cọc tối ƣu mũi cọc nằm độ sâu Z = 65m nhƣ hình Sức chịu tải cho phép Rcp = 6690 kN Kiểm tra lại sức chịu tải cọc D800 mũi cọc độ sâu Z = 65m phần mềm Plaxis 2D, toán đối xứng trục vẽ đƣờng cong quan hệ cấp tải độ lún nhƣ hình Xác định đƣợc sức chịu tải giới hạn P gh = 16250 kN, sức chịu tải cho phép P cp = 16250/2.5 = 6500 kN Từ đó, chọn sức chịu tải thiết kế P tk = min(Rcp; Pcp) = 6500 kN Xác định số lƣợng cọc bố trí nc= (ΣFZtt/Ptk).β = (439430/6500).1,5 = 101 cọc Chọn số lƣợng cọc bố trí đài 105 cọc ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018 Hình uan hệ tải tr ng P độ lún S c c D800, mũi c c độ sâu Z=65m 2.2 Kích thƣớc tƣờng vây cọc barrette Yêu cầu tƣờng vây phải đủ khả chắn giữ đất xung quanh hố đào, chuyển vị ngang cho phép tƣờng vây theo qui định để đảm bảo ổn định cho cơng trình lân cận Ngồi phải ngăn chặn đƣợc dòng thấm dƣới đáy hố đào Hình Mô kiểm tra chuyển vị t vây c c barrette Plaxis 2D 35 m, chân tƣờng vây cắm vào lớp đất thứ (Sét, sét màu xám đen, dẻo đến nửa cứng) nhƣ hình Chuyển vị ngang lớn vách tƣờng vây cọc barrette giai đoạn thi cơng tầng hầm nhƣ hình U x = 27.54 mm < [∆] = 8000/200 = 40 mm thỏa điều kiện chuyển vị ngang vách tƣờng vây 2.3 Chiều dày đài bè Sức chịu tải tƣờng vây có chiều dày 600 mm đƣợc xác định nhƣ hình 9, chiều dài tƣờng vây L = 35 m có sức chịu tải Vtk = 590 kN/m Từ biểu đồ quan hệ chiều dày bè H tải F truyền lên tƣờng vây nhƣ hình 10, chiều cao đài bè đƣợc giới hạn từ chiều cao đài bè theo điều kiện xuyên thủng đài bè Hxt = m đến chiều cao đài bè theo sức chịu tải tƣờng vây Hgh = m Để huy động tối đa khả mang tải tƣờng vây, đƣờng cong quan hệ F-H nhƣ hình 10 vẽ tiếp tuyến qua hai đƣờng cong tuyến tính giao giống xuống, xác định đƣợc chiều cao thiết kế bè Htk = m với Hxt ≤ Htk < Hgh ng Hình Sự thay đổi sức chịu tải Vtk theo độ sâu Hình Chuyển vị ngang t ng vây c c barrette giai đo n thi công Chọn tƣờng vây cọc barrette có bề dày d = 600 mm, bê tông B50 Chiều dài tƣờng vây L = ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018 vl Hình 10 uan hệ chiều dày bè H tải F truyền lên t ng vây 43 PHÂN TÍCH SỰ LÀM VIỆC CỦA HỆ MÓNG BÈ CỌC - TƢỜNG VÂY BẰNG PHẦN MỀM PLAXIS 3D Trong phân tích chiều dày bè H = m bê tơng B50, đƣờng kính cọc khoan nhồi D = 800 mm bê tông B50 chiều sâu mũi cọc Z = 65 m, vách tƣờng vây cọc barrette dày d = 600 mm bê tông B40 chiều sâu mũi tƣờng vây Z = 35 m Trƣờng hợp 1, tƣờng vây cọc barrette bè cọc làm việc độc lập với theo phƣơng đứng Khi liên kết bè tƣờng vây liên kết ngàm trƣợt, đƣợc thay bè có mơ đun đàn hồi trƣợt G12=G13=G23=0 nhƣ hình 11 Hình 13 Mơ hình phần tử c c, bè, t ng vây phần mềm Plaxis 3D Hình 11 Liên kết ngàm tr ợt bè t ng vây Trƣờng hợp 2, tƣờng vây cọc barrette bè cọc làm việc đồng thời với nhau, tƣờng vây tham gia chịu tải cơng trình, liên kết bè tƣờng vây liên kết ngàm 51m 29 m Hình 14 Mặt bè c c, t ng vây đánh s vị trí khảo sát Hình 12 Mơ hình phần tử lớp đất phần mềm Plaxis 3D 44 Khi xem xét tƣờng vây cọc barrette tham gia vào chịu tải đứng hệ móng bè cọc nhƣ bảng 2, tải trọng tác dụng lên cọc biên gần vách tƣờng vây giảm 51% đến 62% tải tác dụng lên vách tƣờng vây (Hình 15 b) ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018 tăng trung bình 58% đến 69%, tải trọng tác dụng lên cọc giảm dần từ tƣờng vây vào bè 22% đến 9% Độ lún bè giảm không nhiều Bảng Tải tác dụng độ lún cọc, tƣờng vây vị trí khảo sát hình 14 Liên kết bè tƣờng vây Cọc khảo sát 10 Tƣờng vây V1 khảo sát V2 Liên kết ngàm trƣợt Liên kết ngàm Phần trăm chênh lệch N (kN) 4332 1995 54% S (mm) 47.76 46.64 2% N (kN) 3629 1786 51% S (mm) 48.24 46.87 3% N (kN) 4147 1575 62% S (mm) 49.54 46.96 5% N (kN) 2926 2416 17% S (mm) 48.46 47.05 3% N (kN) 2580 2144 17% S (mm) 48.82 47.39 3% N (kN) 2299 1803 22% S (mm) 49.94 47.76 4% N (kN) 2409 1951 19% S (mm) 49.91 47.91 4% N (kN) 1976 1793 9% S (mm) 50.41 48.68 3% N (kN) 1928 1688 12% S (mm) 50.30 48.37 4% N (kN) 1810 1641 9% S (mm) 50.40 48.56 4% N (kN/m) 237.56 770.63 69% S (mm) 44.53 47.02 5% N (kN/m) 245.13 577.44 58% S (mm) 44.54 46.76 5% Khi xem xét tƣờng vây cọc barrette tham gia vào chịu tải đứng hệ móng bè cọc nhƣ bảng 2, tải trọng tác dụng lên cọc biên gần vách tƣờng vây giảm 51% đến 62% tải tác ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018 dụng lên vách tƣờng vây (Hình 15.b) tăng trung bình 58% đến 69%, tải trọng tác dụng lên cọc giảm dần từ tƣờng vây vào bè 22% đến 9% Độ lún bè giảm khơng nhiều 45 (a) Móng bè cọc (b) Móng bè cọc - tƣờng vây Hình 15 Mặt cắt khảo sát 1-1, lực d c N2 t ng vây bè Nhƣ vậy, móng bè cọc kết hợp tƣờng vây, tƣờng vây ảnh hƣởng nhiều đến phân chia tải nhóm cọc, đặc biệt tải trọng tác dụng lên cọc biên gần tƣờng vây giảm mạnh Để huy động nhiều sức chịu tải vách tƣờng vây ta tiến hành bỏ hết cọc biên gần tƣờng vây so sánh ba phƣơng án móng bè cọc, móng bè cọc kết hợp tƣờng vây, móng bè cọc kết hợp tƣờng vây bỏ hàng cọc biên nhƣ bảng Độ lún ba phƣơng án móng gần khoảng 5cm, nhƣng phân chia tải nhóm cọc tƣờng vây chênh lệch nhiều phƣơng án móng bè cọc với móng bè cọc kết hợp tƣờng vây, khoảng 30% tải trọng cơng trình tác dụng lên nhóm cọc đƣợc chia qua cho tƣờng vây gánh chịu Bảng Phân chia tải cho bè, nhóm cọc tƣờng vây phƣơng án móng Phân chia tải Nhóm cọc Đài bè Tƣờng vây Độ lún bè Móng Móng bè cọc kết hợp Móng bè cọc kết hợp tƣờng bè cọc tƣờng vây vây, bỏ hàng cọc biên 1, 2, 302931 194116 208299 kN kN kN 79% 51% 54% 79179 77796 78882 kN kN kN 21% 20% 21% 110198 94929 kN kN 0% 29% 25% 49 mm 47 mm 54 mm kN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Trong móng bè cọc phần trăm chia tải lên bè khoảng 20%, 80% trăm tải lại nhóm cọc gánh chịu Khi móng bè cọc có kết hợp với tƣờng vây, phần trăm chia tải lên bè 46 20%, phần trăm chia tải lên nhóm cọc 50%, lên tƣờng vây 30% Nhƣ vậy, phần trăm chia tải lên nhóm cọc giảm 30% có xét đến tham gia chịu lực hệ tƣờng vây Qua cho thấy tham gia chịu lực ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018 đáng kể hệ tƣờng vây, từ thiết kế số lƣợng cọc tối ƣu tiết kiệm cho hệ móng bè cọc Trong móng bè cọc kết hợp tƣờng vây bỏ hàng cọc biên gần vách tƣờng vây, phần trăm chia tải lên bè khoảng 20%, vách tƣờng vây 25%, nhóm cọc 55% Với phƣơng án móng bè cọc kết hợp tƣờng vây, giảm bớt đƣợc 40 cọc tổng số 105 cọc khoan nhồi tiết kiệm đƣợc 38% khối lƣợng bê tông cọc Khi thiết kế phƣơng án móng bè cọc cho cơng trình dân dụng có từ hai tầng hầm trở lên, tƣờng vây đƣợc bố trí với yêu cầu ban đầu chống đỡ áp lực đất theo phƣơng ngang thi cơng kết cấu móng tầng hầm Nếu tƣờng vây đƣợc cắm vào tầng đất tốt, ngƣời thiết kế cần phải kiểm tra thêm khả chịu tải đứng tƣờng vây tham gia chịu tải với cọc để từ bố trí lại số lƣợng cọc phù hợp nhất, để có phƣơng án móng hiệu tiết kiệm Để đánh giá phân chia tải cho vách tƣờng vây cọc ta cần phải xét đầy đủ yếu tố Phân tích 3D phƣơng pháp phần tử hữu hạn đáp ứng đƣợc yêu cầu nêu Ng 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 i phản biện: PGS.TS NGUYỄN VĂN DŨNG ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018 47 ... chia tải cho bè, nhóm cọc tƣờng vây phƣơng án móng Phân chia tải Nhóm cọc Đài bè Tƣờng vây Độ lún bè Móng Móng bè cọc kết hợp Móng bè cọc kết hợp tƣờng bè cọc tƣờng vây vây, bỏ hàng cọc biên 1,... lên cọc giảm dần từ tƣờng vây vào bè 22% đến 9% Độ lún bè giảm khơng nhiều 45 (a) Móng bè cọc (b) Móng bè cọc - tƣờng vây Hình 15 Mặt cắt khảo sát 1-1 , lực d c N2 t ng vây bè Nhƣ vậy, móng bè cọc. .. H tải F truyền lên t ng vây 43 PHÂN TÍCH SỰ LÀM VIỆC CỦA HỆ MĨNG BÈ CỌC - TƢỜNG VÂY BẰNG PHẦN MỀM PLAXIS 3D Trong phân tích chiều dày bè H = m bê tơng B50, đƣờng kính cọc khoan nhồi D = 800 mm