Nghiên cứu ảnh hưởng của ma sát âm có xét đến yếu tố đầu vào ngẫu nhiên khi tính toán móng cọc

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG NGUYỄN VĂN LỘC NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MA SÁT ÂM CÓ XÉT ĐẾN CÁC YẾU TỐ ĐẦU VÀO NGẪU NHIÊN KHI TÍNH TỐN MĨNG CỌC Chun ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình DD&CN Mã ngành: 60.58.02.08 TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2016 Cơng trình hồn thành Đại Học Đà Nẵng Người hướng dẫn khoa học: TS ĐẶNG CÔNG THUẬT Phản biện 1: PGS.TS Nguyễn Xuân Toản Phản biện 2: TS Phạm Mỹ Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng cơng trình dân dụng cơng nghiệp học Đại học Đà Nẵng vào ngày 08 tháng 01 năm 2016 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng MỞ ĐẦU 1.Tính cấp thiết đề tài - Phương pháp thiết kế móng cọc phương pháp ứng dụng phổ biến thiết kế móng cho cơng trình xây dựng đất yếu - Tuy nhiên, thiết kế trước đề cập đến tương tác cọc đất nền, đặc biệt đất yếu Việc đồng nghĩa với việc bỏ qua lực ma sát âm, yếu tố làm giảm sức chịu tải cọc Đó lý có khác biệt tính tốn sức chịu tải cọc khơng xét có xét đến ảnh hưởng ma sát âm - Bên cạnh liệu đầu vào tính tốn móng cọc tiêu lý đất nền, tải trọng tác dụng …sẽ không mang giá trị cố định, mà dao động ngẫu nhiên quanh giá trị thiết kế ban đầu tuân theo qui luật phân phối xác suất định Sự dao động làm cho ứng xử đầu kết cấu dao động vượt giới hạn cho phép, dẫn đến phá hủy kết cấu móng Việc xác định xác suất phá hủy kết cấu móng xét đến yếu tố ngẫu nhiên yếu tố đầu vào quan trọng q trình tính tốn, thiết kế móng cọc để xác định rõ vấn đề ta dùng đến toán đánh giá độ tin cậy cho kết cấu móng cọc Chính yếu tố nên đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng ma sát âm có xét đến yếu tố đầu vào ngẫu nhiên tính tốn móng cọc” lựa chọn làm đề tài luận văn cao học học viên 2.Mục tiêu nghiên cứu - Xác định ảnh hưởng ma sát âm tính tốn móng cọc, đặc biệt trường hợp đất yếu (Đồng Sông Cửu Long) - Đánh giá độ tính cậy xét đến yếu tố đầu vào ngẫu nhiên tính tốn móng cọc - So sánh trường hợp khơng kể đến có kể đến ảnh hưởng ma sát âm tính tốn móng cọc Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Tính tốn móng cọc kể đến yếu tố đầu vào ngẫu nhiên - Phạm vi nghiên cứu: Ảnh hưởng tượng ma sát âm tính tốn móng Phương pháp nghiên cứu - Thu thập tài liệu; tìm hiểu lý thuyết tính tốn móng cọc có kể đến không ảnh hưởng ma sát âm - Nghiên cứu lý thuyết độ tin cậy, phương pháp mô Monte Carlo - Tính tốn áp dụng với số đất cụ thể khu vực tỉnh Vĩnh Long áp dụng mơ Monte carlo để tính xác suất phá hủy - So sánh, tổng hợp, nhận xét rút kiến nghị Bố cục luận văn Chương : Tổng quan phương pháp tính móng cọc cho cơng trình xây dựng Chương : Cơ sở khoa học tượng ma sát âm tính tốn móng cọc phương pháp mơ Monte carlo Chương : Phân tích độ tin cậy móng cọc đất yếu dựa vào mơ Monte carlo 3 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN MĨNG CỌC CHO CƠNG TRÌNH XÂY DỰNG 1.1 SƠ LƯỢC VỀ MĨNG CỌC CƠNG TRÌNH XÂY DỰNG Móng cọc sử dụng sớm từ khoảng 1200 trước, người dân thời kỳ đồ đá Thụy Sỹ biết sử dụng cọc gỗ cắm xuống hồ nông để xây dựng nhà Cũng thời kỳ này, người ta đóng cọc gỗ xuống vùng đầm lầy để chống quân xâm lược, người ta đóng cọc gỗ để làm tường chắn đất, dùng thân cây, cành để làm móng nhà… Móng cọc gồm hai phận cọc đài cọc + Cọc Cọc kết cấu có chiều dài lớn so với bề rộng tiết diện ngang, đóng hay thi cơng chỗ vào lòng đất, đá, để truyền tải trọng cơng trình xuống tầng đất, đá, sâu nhằm cho cơng trình bên đạt yêu cầu trạng thái giới hạn quy định Cọc bê tông cốt thép loại cọc đúc sẵn đưa xuống lòng đất để chịu lực đứng hay lực ngang + Đài cọc Đài cọc kết cấu dùng để liên kết cọc lại với phân bố tải trọng cơng trình lên cọc * Cấu tạo đài Đài móng cọc đơn, móng bè, móng dầm giao thoa đáy móng hình hộp phải có cấu tạo liên kết với cọc theo yêu cầu sau đây: Móng cọc sử dụng rộng rãi ngành xây dựng dân dụng công nghiệp, cầu đường, thủy lợi – thủy điện 4 1.2 QUY TRÌNH TÍNH TỐN MĨNG CỌC Quy trình tính tốn móng cọc thơng thường trải qua bước sau : 1.2.1 Sơ chọn kích thước tiết diện cọc a Chọn chiều sâu chơn móng (hm) - Chọn chiều sâu chơn móng thoả điều kiện làm việc móng cọc - Kiểm tra điều kiện móng làm việc móng cọc áp dụng theo cơng thức ϕ 2Qtt hmin = tg(450 − ) γ Bñ b Chọn vật liệu kích thước cọc 1.2.2 Xác định sức chịu tải cọc theo độ bền vật liệu làm cọc Sức chịu tải tính tốn cọc theo điều kiện làm việc xác định công thức (Theo TCXD 195 : 1997) Pvl = (RnFb + RanFa) 1.2.3 Xác định sức chịu tải cọc theo tính chất lý đất Theo TCXD 205 : 1998 – Phụ lục A Qtc = m(mR qp Ap + u∑mf fi li) 1.2.4 Xác định sức chịu tải cọc theo tiêu cường độ đất ( TCVN 205-1998) Cường độ chịu tải đất mũi cọc: Qp = Ap(c Nc + vp.Nq+ .d.) Trong đó: Nc, Nq, N γ : hệ số sức chịu tải, phụ thuộc vào góc ma sát đất 5 Chọn sức chịu tải thiết kế: Pn = min( Pvl, Qtt, Q(b)a) 1.2.5 Xác định số cọc, kích thước đài cọc 1.2.6 Tính tốn móng cọc 1.2.7 Kiểm tra sức chịu tải cọc theo điều kiện sau : tt Qmax ≤ Qtt Qmin > 1.2.8 Tính lún cho móng cọc đài đơn (theo trang thái giới hạn thứ hai) Chiều dài khối móng qui ước Lmq = L + × H × tgα Chiều rộng khối móng qui ước Bmq = B + × H × tgα Diện tích đáy khối móng qui ước: Fmq=Lmq x Bmq Trọng lượng thân hệ cọc dxΠ Nc = Σnc xL p xγ bt x Trọng lượng khối móng qui ước Nqm = Fmq-Nc x d x Π Moment tiêu chuẩn tâm đáy khối móng qui ước: Mmq = M 0tc + Qotc (Lcọc + hđ) Độ lệch tâm : e= tc M qm tc N mq Áp lực tiêu chuẩn đáy khối móng qui ước: tc N mq σ max = Fmq x(1 + σ = σ tb = 6e ) Lmq tc N mq Fmq x(1 − 6e ) Lmq σ max + σ Cường độ đất đáy khối móng qui ước R tc = m1m2 ( ABmqγ mq + BΣ1n hiγ i + DCmq ) ktc m1,m2,A,B,C : Hệ số tra bảng ktc : Hệ số tin cậy tb γ dn = γ × h1 + γ × h2 + + γ n × hn h1 + h2 + + hn Xác định ứng suất trọng lượng thân đất : σ zibt = ∑ γ i hi Xác định chiều dày tính lún Hcn theo điều kiện : σ gl ≤ 0.2σ bt Xác định ứng suất thân đất ứng suất bên ngồi Cơng thức tính lún: σ tbgl S = ∑ Si = β ∑ hi Ei i i n hi Chiều dày lớp phân tố thứ i n β = 0.8 Hệ số nở hông, lấy theo qui phạm σ zigl = k o σ gl Ứng suất gây lún lớp phân tố thứ i ko Hệ số tra bảng phụ thuộc vào tỉ số Lmq/Bmq, z/Bmq E Modun biết dạng trung bình lớp chịu nén mũi cọc 1.3 NHẬN XÉT Trong tính tốn móng cơng trình bến bệ cọc cao, việc xem xét đánh giá tương tác cọc đất bỏ qua, đặc biệt đất yếu, yếu tố định làm việc cọc có hiệu hay khơng Một yếu tố có tác động tiêu cực đến làm việc móng dạng bệ cọc cao ma sát âm Do vậy, việc xem xét bổ sung thành phần ma sát âm vào tính tốn thiết kế để tăng hệ số an tồn cho cơng trình việc làm cần thiết 1.4 KẾT LUẬN Ở Chương 1: Trình bày khái niệm sơ lược cấu tạo móng cọc cơng tình xây dựng Quy trình tính tốn thiết kế móng cọc ảnh hưởng ma sát âm móng cọc cơng trình tác nhân làm giảm khả chịu tải trọng cọc, thiết kế tính tốn móng cọc bỏ qua ma sát âm nguy hiểm cho cơng trình Tuy nhiên yếu tố ngẫu nhiên : tiêu lý đất nền, tải trọng tác động … không mang giá trị cố định, mà dao động ngẫu nhiên quanh giá trị thiết kế ban đầu tuân theo qui luật phân phối xác suất định Sự dao động làm cho ứng xử đầu kết cấu dao động vượt giới hạn cho phép, dẫn đến phá hoại kết cấu móng Để hiểu rõ vấn đề ta tìm hiểu chương lý thuyết độ tin cậy CHƯƠNG CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA HIỆN TƯỢNG MA SÁT ÂM KHI TÍNH TỐN MĨNG CỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG MONTE CARLO 2.1 TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƯỢNG MA SÁT ÂM 2.1.1 Định nghĩa tượng ma sát âm Lực ma sát âm xảy phần thân cọc phụ thuộc vào tốc độ lún đất xung quanh cọc tốc độ lún cọc Lực ma sát âm có chiều hướng thẳng đứng xuống dưới, có khuynh hướng kéo cọc xuống, làm tăng lực tác dụng lên cọc Ta so sánh phát sinh ma sát âm ma sát dương thơng qua hình sau: Thơng thường tác động tải lên cơng trình gây độ lún cọc giảm độ dịch chuyển tương đối đất cọc, phần nhiều đoạn tác động ma sát âm có nhiều khu vực gần đầu cọc 2.1.2 Ma sát âm lún tải trọng thân đắp Khi cơng trình tôn cao, gây tải trọng phụ tác dụng xuống lớp đất phía làm xảy tượng cố kết cho lớp bên dưới; thân lớp đắp tác dụng trọng lượng thân xảy trình cố kết Ta xem xét cụ thể trường hợp sau: Theo quy phạm Việt Nam Theo TCXD 205-1998, ma sát âm làm giảm khả chịu tải cọc cọc nhồi, cần xem xét khả xuất tính tốn sức chịu tải cọc trường hợp sau: + Sự cố kết chưa kết thúc trầm tích cổ đại trầm tích kiến tạo 9 + Sự tăng độ chặt đất rời tác dụng trọng lực + Tăng ứng suất hữu hiệu đất mực nước ngầm bị hạ thấp + Tôn quy hoạch có chiều dày lớn 1m + Phụ tải kho lớn 20 KN/m2 + Sự giảm thể tích đất chất hữu đất bị phá hủy 2.2 PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG MONTE CARLO 2.2.1 Phương pháp mô Monte Carlo a Lịch sử hình thành phương pháp mơ Monte Carlo Giữa kỷ 20, phát triển lĩnh vực quan trọng vật lý hạt nhân, nghiên cứu vũ trụ, lượng, chế tạo thiết bị phước tạp đòi hỏi phải tiến hành tốn lớn, phức tạp khơng thể giải kỹ thuật lúc Cùng với phát triền máy tính điện tử làm xuất khả nhận đầy đủ mô tả định lượng tượng nghiên cứu, phạm vi giải toán mở rộng Những yếu tố góp phần hình thành nên việc thực nghiệm máy tính (computing experiment) b Các phương pháp Monte Carlo c Cơ sở phương pháp Monte Carlo 2.2.2 Các dạng phân phối xác suất thường gặp a Hàm phân phối Poisson 10 P(X) 0.25 0.20 P(x) 0.15 X 0.10 Hình 2.8 Hàm phân phối xác suất Poisson 0.05 0.00 b Hàm phân phối Tất khả xảy biến ngẫu nhiên có phân phối có 2xác suất 6X có7 phân8 phối9 đều10trong 11 khoản 12 [a,b], ký hiên X~U([a,b]) x FX X Xmin Xmax Hình 2.9 Hàm phân phối xác suất c Hàm phân phối chuẩn 2.2.3 Ứng dụng mô Monte Carlo phân tích độ tin cậy Mơ Monte Carlo cơng cụ để phân tích tượng có chứa yếu tố rủi ro nhằm rút lời giải gần Nó 11 gọi phương pháp thử nghiệm thống kê 2.3 PHÂN TÍCH ĐỘ TIN CẬY CỦA KẾT CẤU Trong q trình thiết kế cơng trình xây dựng, nhiều liệu tính tốn đầu vào không mang giá trị cố định, mà dao động ngẫu nhiên quanh giá trị thiết kế ban đầu thường tuân theo qui luật phân phối xác suất cố định Những thay đổi yếu tố tự nhiên yếu tố người Điều dẫn đến ứng xử đầu kết cấu dao động theo qui luật phân phối xác suất, có số trường hợp ứng xử đầu vượt giới hạn cho phép định trước như: chuyển vị vượt chuyển vị cho phép, ứng suất vượt ứng suất cho phép,… 2.3.1 Tổng quan lý thuyết tính tốn độ tin cậy Bước việc tính tốn độ tin cậy hay xác suất phá hủy kết cấu chọn tiêu chuẩn an toàn hay phá hoại phần tử kết cấu xem xét cụ thể, tham số tải trọng hay sức bền thích hợp, gọi biến Xi, quan hệ chức chúng phù hợp với tiêu chuẩn áp dụng Về mặt tốn học, hàm cơng cho mối quan hệ mơ tả bởi: M =g(X1, X2,…., Xn) 2.3.2 Các bước toán phân tích độ tin cậy kết cấu Tổng quát, tốn phân tích độ tin cậy cho kết cấu bao gồm bước sau: b1 Xác định hàm trạng thái giới hạn b2 Lựa chọn biến ngẫu nhiên b3 Xác định thông số cần thiết biến ngẫu nhiên 2.3.3 Phương pháp mô Monte-Carlo Simulation (MCS) 12 Phương pháp mô Monte Carlo phương pháp phân tích độ tin cậy phổ biến Phương pháp dựa kết đánh giá hàm trạng thái giới hạn mẫu liệu Ưu điểm phương pháp đơn giản dễ thực đòi hỏi số lượng mẫu lớn để đảm bảo độ xác Phương pháp mô tả sau: 2.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG PHÂN TÍCH ĐỘ TIN CẬY CỦA MĨNG CỌC TRÊN NỀN ĐẤT YẾU DỰA VÀO MÔ PHỎNG MONTE CARLO 3.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Căn vào sở khoa học tính tốn móng cọc chịu ma sát âm phương pháp phân tích độ tin cậy dựa vào phương pháp mô Monte Carlo, luận văn tiến hành thực đánh giá độ tin cậy móng cọc xây dựng đất yếu, thường xuất khu vực Đồng sông Cửu Long Các bước tiến hành tính tốn sau: - Xác định tính chất lý đất dựa sở kết khảo sát đơn vị tư vấn thiết kế cung cấp tải trọng tác động truyền lên hệ móng cọc (lực dọc N, mơ men Mx, My tải trọng lớn truyền lên cọc) - Thiết kế móng cọc theo TCXDVN: 205-1998 - Phân tích ảnh hưởng ma sát âm hai trường hợp phụ tải đất đắp thay đổi mực nước ngầm - Đánh giá độ tin cậy móng cọc có khơng có ảnh hưởng ma sát âm trường hợp tham số đầu vào ngẫu nhiên Biến ngẫu nhiên chọn 13 toán tiêu lý lớp đất (c, φ, γ) 3.2 VÍ DỤ 1: Cọc BTCT đúc sẵn Trong ví dụ này, xét ảnh hưởng ma sát âm làm việc cọc đơn bê tông cốt thép (BTCT) cạnh 30x30cm, dài 30m, gồm đoạn cọc nối lại, cọc đóng vào tầng đất có thơng số địa chất sau: Bảng 3.1 Số liệu địa chất Thông số Ký hiệu Lớp Lớp Lớp Lớp Chiều dày h (m) 17.9 5.6 1.5 18 Dung trọng tự γđn 20 192 19.6 10 9.2 9.6 2000 7000 15000 17000 16 nhiên (kN/m ) Dung trọng đẩy γđn (kN/m ) Module đàn hồi E (kN/m2) Lực dính C (kN/m ) 24.5 9.1 Góc ma sát ϕ () 27.1 27 27.2 Hệ số poisson µ 0.25 0.3 0.3 0.3 o Mơ đun đàn hồi cọc E = 2.65x106 (T/m2) Lực tác dụng lên đầu cọc P = 55T, β = 0.8 3.2.1 Tính tốn ảnh hưởng ma sát âm a Xác định độ gia tăng áp lực bên Nhằm tơn tạo bãi, nâng cao trình nền, người ta đấp khối đất có chiều cao 2m, γtn = 14.0 kN/m2 Áp lực gây lún: Pgl = 14.0 × = 28.0 b Tính tốn độ lún cho lớp đất sét yếu (kN/m2) 14 Tính độ lún lớp sét yếu: S pi = n βi ∑E i =1 Pgl hi = i 0.8 × 28 × 17.9 = 0.2005 (m) 2000 c Tính tốn độ lún cọc Biến dạng đàn hồi thân cọc ∆L = P× L 55 × 30 = = 0.69 × 10−2 (m) Ap × Ec 0.3 × 0.3 × 2.65 × 106 Độ lún đất mũi cọc (không xét đất đấp) Sm = ( qp × B × ω − µ ) Ei Ứng suất hữu hiệu gây mũi cọc : σ vp' = ∑ γ i' H i ' σ vp = 16 × + × (17.9 − 5) + 10 × 5.6 + 9.2 × 1.5 + 9.6 × σ 'vp = 275.2 (kN/m2) Cường độ đất mũi cọc: ' q p = c × N c + σ vp × N q + γ × d × Nγ q p = 9.1 × 24.31 + 257.2 × 13.5 + 9.6 × 0.3 × 14.9 = 3.981 × 103 (kN/m2) 15 Bảng 3.2 Tính tốn độ lún lực thân cọc lớp đất Ư/s hữu Lớp đất hiệu theo Lực ma phương sát bên γ=16 ; H1a=5 Lớp 1b: φ=6o ; C=9 ; γ=6 ; H1b=12.9 ωbi Độ lún lực thân đứng σ vi fsi 40.0 10.06 3.42 0.0049 118.7 17.47 4.29 0.0106 185.4 23.74 3.51 0.0117 220.3 78.52 2.78 0.0085 251.2 74.08 3.42 0.0046 ' Lớp 1a: φ=6o ; C=9 ; Hệ số cọc Sbi Lớp 2: φ=27,1o ; C=24.5; γ=10 ; H2=5.6 Lớp 3: φ=27o ; C=6; γ=9.2 ; H3=1.5 Lớp 4: φ=27,2o ; C=9.1; γ=9.6 ; H4=5.0 Sb = ∑S bi = 0.0403 (m) Độ lún toàn cọc S = ∆L + Sm + Sb = 10.35 × 10−2 (m) d Xác định chiều dài cọc chịu ma sát âm e Xác định sức chịu tải cọc khơng có ma sát âm f Xác định sức chịu tải cọc có xét ma sát âm Độ giảm sức chịu tải cọc xét ma sát âm: ∆Q = Qa − QaMSÂ = 657.57 − 531.84 = 125.73 (kN) 16 Kết luận: Khi có kể đến ma sát âm, sức chịu tải cọc giảm 125.73kN (khoảng 19%) trường hợp có phụ tải đất đắp đất yếu 3.2.2 Đánh giá độ tin cậy móng cọc Như đề cập chương 2, toán đánh giá độ tin cậy cho kết cấu bao gồm thành phần : a Xác định hàm trạng thái giới hạn kết cấu b Biến ngẫu nhiên c Mô Monte Carlo Trở lại với tốn phân tích độ tin cậy móng cọc hai trường hợp có khơng xét ma sát âm Số lần mô chọn Ns = 100.000 lần Khi đó, giá trị Qa xác định có khơng xét đến ảnh hưởng tượng ma sát âm có xét ma sát âm thể hình vẽ đây: Như vậy, ta thấy móng thiết kế theo tương đối an tồn (>99%), nhiên có kể đến ma sát âm, xác suất an toàn (99.26%) móng cọc nhỏ trường hợp khơng xét ma sát âm (99.80%) 3.2.3 Khảo sát độ tin cậy móng cọc thay đổi tải trọng truyền xuống cọc, phụ tải đất đắp mực nước ngầm Nhận xét : i) Trường hợp thay đổi giá trị Pmax tác dụng vào đầu cọc (hình 3.4) thay đổi kết độ tin cậy hai trường hợp (có khơng có MSA), Pmax lớn độ tin cậy (Ps) kết cấu nhỏ ii) Trường hợp thay đổi phụ tải đất đắp (hình 3.5), nhận thấy kể đến tượng ma sát âm, độ tin cậy cho kết cấu sụt giảm nghiêm trọng (còn 94,4% Pgl = 15kN) Phụ 17 tải đất đắp tăng (áp lực gây lún lớn) sức chịu tải cọc giảm mạnh độ tin cậy kêt cấu móng giảm mạnh Trong đó, trường hợp không xét ma sát âm kết độ tin cậy gần không thay đổi, tức không phụ thuộc vào Pgl Từ kết thu được, kết luận ảnh hưởng tượng ma sát âm đến khả chịu tải móng cọc đáng kể Chính vậy, cơng trình có cơng tác san lấp việc kể đến tượng ma sát âm trình thiết kế quan trọng iii) Đối với trường hợp thay đổi chiều sâu mực nước ngầm (hình 3.6), ta nhận thấy tượng ma sát âm ảnh hưởng khoảng định thay đổi mực nước ngầm, giá trị tùy thuộc vào tốn khác Với trường hợp xét, chiều sâu mực nước ngầm sâu khoảng 6m kết hai trường hợp 3.3 VÍ DỤ 2: Cọc khoan nhồi Trong ví dụ này, tốn u cầu tính tốn thiết kế móng cọc khoan nhồi với tải trọng truyền xuống chân cột địa chất móng sau: Bảng 3.3 Tải trọng tính tốn chân cột Mx My Qx Qy (T.m) (T.m) (T) (T) 1050 210 39 25 18 913.1 182.6 33.9 21.7 15.6 Tải trọng N (T) Tải trọng tính tốn Tải trọng tiêu chuẩn Sau thiết kế móng xong, kiểm tra độ tin cậy móng cọc trường hợp có xét khơng xét ảnh hưởng 18 ma sát âm Bảng 3.4 Số liệu địa chất Tính STT Sét Bùn Cát sét, pha chảy dẻo γ T/m3 1.46 1.95 1.95 1.9 2.02 γđn T/m3 0.48 1.01 1.0 0.91 1.06 E T/m2 80.1 805.5 555.7 599.0 1287.6 C T/m2 0.57 0.9 2.65 0.88 ϕ Độ 3039’ 22020’ 10047’ 12010’ 24039’ - 0.41 0.28 0.25 0.15 0.28 m 18.5 8.2 3.9 6.7 23.5 Đơn chất Kí hiệu vị đất pha, dẻo mềm Sét nửa, cứng Cát pha,dẻo Dung trọng tự nhiên Dung trọng đẩy Module đàn hồi Lực dính Góc ma sát Hệ số µ poisson Bề dày lớp đất h 3.3.1 Thiết kế móng cọc a Sơ chọn kích thước tiết diện cọc b Xác định sức chịu tải theo tiêu cường độ đất theo 19 TCXDVN: 205 - 1998 Sức chịu tải cực hạn cọc Qu = Qs + Qp Bảng 3.5 Bảng tính fsi Lớp đất φ 1sinφ tgφ Hi σ vi' γi fsi (m) (kN/m ) (kN/m2) (kN/m) 3.65 0.94 0.06 15.5 4.8 37.2 6.21 22.33 0.62 0.41 8.2 10.1 115.8 35.79 10.78 0.81 0.19 3.9 10.0 176.7 41.36 12.17 0.79 0.22 6.7 9.1 226.7 57.12 24.65 0.58 0.46 10.2 10.6 311.25 89.41 Tính sức chịu tải cực hạn ma sát Qs Qs = u Σ fsi Hi = 4639 (kN) Sức chịu tải cực hạn kháng mũi Qp Qp = Apqp Ap = 3.14x0.82/4 = 0.5027 (m2) q p cường độ đất mũi cọc xác định theo công thức (Vesic, 1973) qp = c.Nc+ σ v' Nq+ γ d NƔ Với góc ma sát ϕ = 24.650 Tra theo bảng tra Vesic ta Nc = 20.23; Nq = 10.289; Nγ = 10.376 qp = 4024 (kN/m2) Qp = 0.5024 x 4024= 2023 (kN) 20 Sức chịu tải cực hạn cọc Qu = 4639 + 2023 =6662 (kN) c Tính tốn, chọn số lượng cọc, kích thước hình học đài cọc M ytt = M y + Qy x hđ = 39 + 18 x = 75 (T) M xtt = Mx + Qx x hđ = 210 + 25 x = 260 (T) 3.3.2 Kiểm tra móng cọc a Kiểm tra tải trọng tác dụng lên cọc b Kiểm tra ổn định khối móng quy ước Bảng 3.6 Bảng tính góc ma sát trung bình Lớp đất hi (m) φ(0) hi x φ ϕtb 15.5 3.65 56.57 13.8 8.2 22.33 183.13 3.9 10.78 42.06 6.7 12.17 81.52 10.2 24.65 251.43 Tổng 44.5 (0) 614.71 3.3.3 Khảo sát độ tin cậy móng cọc a Áp dụng phương pháp Monte Carlo đánh giá độ tin cậy Véc tơ biến ngẫu nhiên x chọn toán tiêu lý lớp đất gồm góc nội ma sát (φ), lực dính (c), dung trọng tự nhiên (γ) Giả định biến ngẫu nhiên tuân theo quy luật phân bố chuẩn (normal) với giá trị trung bình (μ) lấy từ bảng 3.4 Hệ số biến thiên (cv) biến ngẫu nhiên lấy khoảng 10% (cv = 0.1) Từ đó, độ lệch chuẩn biến ngẫu 21 nhiên σ = 10%μ.Như vậy, với tiêu lý (φ, c, γ) lớp đất nền, có tất 15 biến ngẫu nhiên Số lần mô phương pháp Monte Carlo chọn Ns = 106 lần Khi đó, độ tin cậy kết cấu xác định có xét khơng xét đến ảnh hưởng tượng ma sát âm hai trường hợp khảo sát sau b Khi thay đổi phụ tải đất đắp chiều sâu mực nước ngầm Nhận xét: Như vậy, tương tự ví dụ 1, ví dụ nhận thấy gia tăng phụ tải đất đắp lên độ tin cậy cho kết cấu sụt giảm nghiêm trọng (còn 94,3% Pgl = 80T) Trong đó, trường hợp không xét ma sát âm kết độ tin cậy gần khơng thay đổi Còn trường hợp thay đổi chiều sâu mực nước ngầm, ta nhận thấy độ tin cậy hai trường hợp nhau, điều khẳng định chiều sâu mực nước ngầm không ảnh hưởng đến sức chịu tải cọc (hình 3.10 3.11) 3.4 Kết luận Kết tính tốn cho thấy rằng, độ tin cậy thiết kế tính đến dao động ngẫu nhiên biến tiêu lý đất tương đối cao (Ps>99%) Như vậy, đưa kết luận móng theo thiết kế tương đối an toàn bỏ qua ảnh hưởng tượng ma sát âm Tuy nhiên, nhận thấy kể đến tượng ma sát âm, trường hợp có phụ tải đất đắp, độ tin cậy kết cấu giảm nghiêm trọng Chính vậy, cơng trình có cơng tác san lấp việc kể đến tượng ma sát âm trình thiết kế quan trọng 22 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Trình bày ảnh hưởng ma sát âm trường hợp có phụ tải đất đấp hạ mực nước ngầm móng cọc có xét đến yếu tố đầu vào ngẫu nhiên Từ ta nhận thấy : - Trong trường hợp Hạ mực nước ngầm ảnh hưởng ma sát âm không đáng kể - Trong trường hợp tăng phụ tải đất đấp kể đến ảnh hưởng tượng ma sát âm, độ tin cậy kết cấu giảm mạnh (94,4% Pgl = 15 KN ví dụ 1, 93,4% Pgl = 80 tấn) Phụ tải đất đấp tăng (áp lực gây lún lớn) sức chịu tải cọc giảm mạnh độ tin cậy kết cấu móng giảm mạnh KIẾN NGHỊ Các nhà Tư vấn thiết kế nên tính tốn cụ thể ảnh hưởng ma sát âm tốn móng cho cơng trình Cơ quan quản lý nhà nước nên có quy định bắt buộc thiết kế phải kể đến tải trọng ma sát âm gây nên Ngoài nên tổ chức nhiều hội thảo ảnh hưởng ma sát âm có xét đến yếu tố đầu vào ngẫu nhiên tính tốn móng cọc cơng trình, nhằm Chủ đầu tư, Nhà thầu thiết kế, Nhà thầu thi công … học tập rút kinh nghiệm để việc đầu tư xây dựng cơng trình ngày đạt chất lượng hơn, đạt hiệu cao đầu tư  ... độ tính cậy xét đến yếu tố đầu vào ngẫu nhiên tính tốn móng cọc - So sánh trường hợp không kể đến có kể đến ảnh hưởng ma sát âm tính tốn móng cọc Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên. .. cứu: Tính tốn móng cọc kể đến yếu tố đầu vào ngẫu nhiên - Phạm vi nghiên cứu: Ảnh hưởng tượng ma sát âm tính tốn móng Phương pháp nghiên cứu - Thu thập tài liệu; tìm hiểu lý thuyết tính tốn móng. .. kế móng cọc để xác định rõ vấn đề ta dùng đến toán đánh giá độ tin cậy cho kết cấu móng cọc Chính yếu tố nên đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng ma sát âm có xét đến yếu tố đầu vào ngẫu nhiên tính tốn