Phân tích sự phá hoại của cọc bên trong hố đào trong nền đất yếu ở khu vực tp hcm

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA VÕ TRUNG HIẾU PHÂN TÍCH SỰ PHÁ HOẠI CỦA CỌC BÊN TRONG HỐ ĐÀO TRONG NỀN ĐẤT YẾU Ở KHU VỰC TPHCM CHUYÊN NGÀNH: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG MÃ SỐ: 60 58 60 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, Năm 2013 Cơng trình đƣợc hoàn thành tại: Trƣờng Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM Cán hƣớng dẫn khoa học : TS Lê Trọng Nghĩa Cán chấm nhận xét : TS Lê Bá Vinh Cán chấm nhận xét : TS Đinh Hoàng Nam Luận văn Thạc sĩ đƣợc bảo vệ Trƣờng Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 08 tháng 01 năm 2014 Thành phần hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: GS TSKH Nguyễn Văn Thơ TS Đỗ Thanh Hải TS Lê Bá Vinh TS Đinh Hoàng Nam TS Lê Trọng Nghĩa Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Chủ nhiệm Bộ môn quản lý chuyên ngành sau luận văn đƣợc sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG CHỦ NHIỆM BỘ MƠN -1- ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc Tp HCM, ngày tháng năm 2013 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: VÕ TRUNG HIẾU Giới tính : Nam Ngày, tháng, năm sinh : 27/05/1988 Nơi sinh : Lâm Đồng Chuyên ngành : Địa kỹ thuật xây dựng MSHV: 12090363 Khoá (Năm trúng tuyển) : 2012 I- TÊN ĐỀ TÀI: PHÂN TÍCH SỰ PHÁ HOẠI CỦA CỌC BÊN TRONG HỐ ĐÀO TRONG NỀN ĐẤT YẾU Ở KHU VỰC TPHCM NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Mở đầu: Giới thiệu nội dung nghiên cứu Chƣơng 1: Tổng quan ảnh hƣởng hố đào sâu đến cọc Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết phƣơng pháp phần tử hữu hạn mô ảnh hƣởng hố đào sâu đến cọc Chƣơng 3: Phân tích phá hoại cọc bên hố đào đất yếu khu vực TPHCM Kết luận kiến nghị II- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 24/06/2013 III- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 22/11/2013 IV- CÁN BỘ HƢỚNG DẪN: TS Lê Trọng Nghĩa CÁN BỘ HƢỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN KHOA QL CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) (Họ tên chữ ký) (Họ tên chữ ký) TS Lê Trọng Nghĩa PGS.TS Võ Phán -2- LỜI CẢM ƠN Trƣớc tiên, xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Bộ môn Địa Nền móng, Q Thầy Cơ giúp học viên trang bị tri thức, tạo môi trƣờng điều kiện thuận lợi suốt trình học tập thực Luận văn Với lịng kính trọng biết ơn, xin đƣợc bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Tiến sĩ Lê Trọng Nghĩa, ngƣời giúp đỡ, dẫn tận tình ln quan tâm, động viên tinh thần thời gian học viên thực Luận văn Trong suốt thời gian thực Luận văn, bận rộn công việc nhƣng Thầy giành nhiều thời gian tâm huyết việc hƣớng dẫn học viên Thầy cung cấp cho học viên nhiều hiểu biết truyền đạt cho học viên hiểu đƣợc phƣơng thức tiếp cận giải vấn đề khoa học, hành trang quí học viên gìn giữ cho trình học tập làm việc Cuối cùng, xin gửi lời tri ân sâu sắc đến gia đình ngƣời bạn động viên, hỗ trợ học viên nhiều suốt trình học tập, làm việc hồn thành Luận văn TP Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2013 Học viên Võ Trung Hiếu -3- TÓM TẮT LUẬN VĂN Từ trƣớc đến việc thi công hố đào đất yếu phức tạp, hay xảy trƣờng hợp cọc bị trồi gãy q trình thi cơng Các nghiên cứu ảnh hƣởng hố đào sâu đến cọc bên đất yếu cịn hạn chế, với lý luận văn tập trung vào nghiên cứu phân tích chuyển vị cọc hố đào sâu đất yếu nói chung khu vực Thành phố Hồ Chí Minh nói riêng Cơng trình đƣợc nghiên cứu luận văn cơng trình Quận 8, theo khảo sát địa chất cơng trình có lớp đất yếu dày 25m (từ cao độ -1m đến -26m so với mặt đất tự nhiên) lớp đất có số NSPT nhỏ Cơng trình sử dụng cọc ống ly tâm ứng suất trƣớc để chống đỡ kết cấu bên Khi tiến hành đào đất đến cao trình đáy để thi cơng đài móng gặp tƣợng đất bị đẩy trồi làm cọc chuyển vị gây mômen uốn cho cọc, kết cọc bị nghiêng lệch gãy Sử dụng phần mềm PLAXIS 3D Foundation để phân tích ứng xử cọc suốt trình thi cơng hố đào Kết dự đốn ứng xử cọc suốt trình đào đƣợc so sánh với kết quan trắc trƣờng Ngồi ra, luận văn cịn mở rộng phân tích cho trƣờng hợp khác, nhƣ phân tích ảnh hƣởng cọc bên hố đào trƣờng hợp khơng có khối đất đắp hay dời khối đất đắp xa; phân tích ảnh hƣởng cọc bên hố đào trƣờng hợp thay đổi chiều dài tƣờng Từ kết ta xác định đƣợc vùng ảnh hƣởng tải khối đất đắp lân cận hố đào đến chuyển vị cọc bên hố, giá trị chuyển vị cọc dời khối đất đắp xa; giá trị chuyển vị cọc sau tăng chiều dài ngàm tƣờng Những kết quan trọng hữu ích, đặc biệt thực trƣớc tiến hành thi cơng hố đào Bằng phƣơng pháp giúp đỡ việc lập kế hoạch phối hợp cơng tác đào đắp ngồi trƣờng nhƣ biện pháp phòng tránh cọc bị phá hoại -4- SUMMARY OF THESIS Up to now, the pit excavation in weak soil has been a rather complicated problem, the uplift piles and broken piles usually happened during construction Research of effect of pit excavation on piles in weak soil is limited Therefore, the thesis aimed at studying the displacement of piles in pit excavation in general and especially in Ho Chi Minh City area The case study is located in District Based on the geotechnical site investigation, the weak soil layer is 25 m from the EL -1.0m to the EL -26.0m with the SPT test N is very low Precast pile is used for foundation structure Uplift force which happened at the excavation to the design depth caused the displacement and the bending moment Hence, piles were incline and broken PLAXIS 3D Foundation is applied to analyze the behavior of piles during construction stages of pit excavation Expected results of pile behavior during construction 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 of backfill soil and without backfill soil, analyzing the effects of piles in hole in case the length of wall changed From these results, the effect area of load due to adjacent backfill soil to the pile displacement, the pile displacement without the backfill soil, the pile displacement due to the increase of wall length, etc These results are very important and valuable, especially before conducting the pit excavation This method can support making the plan and cooperate the construction stage on site as well as prevent the damages to piles -5- MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN TÓM TẮT LUẬN VĂN MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG 11 MỞ ĐẦU 12 Tính cấp thiết đề tài 12 Mục đích nghiên cứu đề tài 12 Ý nghĩa giá trị thực tiễn đề tài 13 Phƣơng pháp nghiên cứu 13 Nội dung nghiên cứu 13 Hạn chế đề tài 13 Chƣơng TỔNG QUAN 14 1.1 Sự cố cọc bị nghiêng lệch q trình thi cơng hố đào sâu 14 1.2 Các trạng thái ứng xử cọc đất yếu 20 1.3 Ảnh hƣởng hố đào sâu đến cọc bên hố đào 28 Chƣơng CƠ SỞ LÝ THUYẾT 35 2.1 Phân tích phần tử hữu hạn PLAXIS 35 2.1.1 PLAXIS 3D Foundation 35 2.1.2 Mơ hình 36 2.1.3 Tính tốn 36 2.1.4 Xuất kết 37 2.2 Tạo mơ hình 37 2.3 Chia lƣới phần tử 38 2.4 Mơ hình ứng xử đất 40 2.4.1 Mơ hình Mohr – Coulumb (MC) 40 2.4.2 Mơ hình Hardening Soil (HS) 42 2.4.3 Thông số đầu vào đất 44 Thông số E, ν : 44 2.5 Đặc trƣng vật liệu tƣờng vây cừ Larsen (Sheet pile wall) 46 2.6 Đặc trƣng vật liệu phần tử dầm (wailing beam) 49 2.7 Đặc trƣng vật liệu phần tử cọc (Pile) 50 -6- 2.8 Phần tử lò xo (Spring) 50 2.9 Các lỗi thƣờng gặp với mô hình Plaxis 3D foundation 51 Chƣơng PHÂN TÍCH SỰ PHÁ HOẠI CỦA CỌC BÊN TRONG HỐ ĐÀO TRONG NỀN ĐẤT YẾU Ở KHU VỰC TPHCM 56 3.1 Phƣơng pháp tính tốn 56 3.2 Phân tích ảnh hƣởng cọc bên hố đào ứng với công trình thực tế 58 3.2.1 Các đặc điểm cơng trình 58 3.2.2 Các thơng số mơ hình vật liệu 63 3.2.3 Phân tích ảnh hƣởng cọc bên hố đào ứng với trƣờng hợp thức tế 71 3.2.4 Phân tích ảnh hƣởng cọc bên hố đào trƣờng hợp dời dần khối đất xa 82 3.3 Phân tích mở rộng xem xét ảnh hƣởng cọc bên hố đào trƣờng hợp thay đổi chiều dài ngàm tƣờng ứng với cơng trình thực tế 92 3.3.1 Mơ hình PLAXIS 3D Foundation 93 3.3.2 Phân tích kết tính tốn 94 KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ 98 TÀI LIỆU THAM KHẢO 100 LÝ LỊCH KHOA HỌC 102 -7- DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 - Các cọc ống bị nghiêng lệch - Trạm phân phối xi măng Hiệp Phƣớc 14 Hình 1.2 - Tồn cảnh cố cọc ống bị nghiêng lệch gãy Cao ốc Phƣờng Thảo Điền, Quận 2, TP Hồ Chí Minh 15 Hình 1.3 - Sự cố cọc bị nghiêng lệch – Nhà máy xử lý nƣớc thải Bình Chánh 15 Hình 1.4 - Sự cố cọc ống bị nghiêng lệch gãy - Cao ốc Khu đô thị Phú Mỹ Hƣng, Quận 7, TP Hồ Chí Minh 16 Hình 1.5 - Cơng trình móng trụ cầu sử dụng cọc ống bê tơng ly tâm ứng suất trƣớc 17 Hình 1.6 - Cơng trình 13 tầng Khu Phú Mỹ Hƣng, Quận 7, TP Hồ Chí Minh 17 Hình 1.7 - Khu vực cọc bị nghiêng lệch – Cơng trình 13 tầng Khu thị Phú Mỹ Hƣng, Quận 7, TP Hồ Chí Mình 18 Hình 1.8 - Tồn cảnh hố đào – Cơng trình 15 tầng, Quận 8, TP Hồ Chí Mình 18 Hình 1.9 - Tƣờng cừ Larsen bị chuyển dịch – Cơng trình 15 tầng, Quận 8, TP Hồ Chí Minh 19 Hình 1.10 - Cọc bị nghiêng lệch tiến hành đào đến cao độ đáy đài - Cơng trình 15 tầng, Quận 8, TP Hồ Chí Mình 19 Hình 1.11 - Mặt mặt cắt mơ hình tính tốn (Bransby Springman,1995) 20 Hình 1.12 - Chuyển vị nhóm cọc dƣới tác dụng tải tăng cƣờng 21 Hình 1.13 - Áp lực bên cọc dƣới tác dụng tải tăng cƣờng (chỉ phân tích theo phƣơng pháp PTHH) 21 Hình 1.14 - So sánh theo biểu đồ p-δ độ sâu 3.15m phía trƣớc sau hàng cọc21 Hình 1.15 - Bài tốn Poulos-Chen (1996) 22 Hình 1.16 - Mặt cắt ngang hố đào (Goh, 2003) 23 Hình 1.17 - Mặt bố trí cọc máy đo chuyển vị (Goh, 2003) 24 Hình 1.18 - Kết đo chuyển vị ngang cọc đất (Goh, 2003) 24 Hình 1.19 - Kết quan trắc dự đoán BCPILE chuyển vị mômen uốn cọc (Goh, 2003) 25 Hình 1.20 - Thiết lập mơ hình máy ly tâm (kích thƣớc nguyên mẫu ngoặc) Leung (2003) 26 Hình 1.21 - Thiết lập mơ hình máy ly tâm (tất kích thƣớc mm) Ong (2006) 26 Hình 1.22 - Mơ hình trƣờng hợp I – Tạo mái dốc đào (Thasnanipan, 1998) 28 Hình 1.23 - Mơ hình trƣờng hợp II – Sử dụng cọc có chống chắn giữ hố đào (Thasnanipan, 1998) 29 -8- Hình 1.24 - Mơ hình trƣờng hợp III – Sử dụng cọc có hai tầng chống tạm chắn giữ hố đào (Thasnanipan, 1998) 29 Hình 1.25 - Mơ hình trƣờng hợp IV – Sử dụng cọc có tầng chống tạm chắn giữ hố đào (Thasnanipan, 1998) 30 Hình 1.26 - Kết tính tốn mơmen uốn chuyển vị cọc gần tƣờng cọc Trƣờng hợp IV 31 Hình 1.27 - Mơ hình 3D lớp địa chất (Kok, 2009) 31 Hình 1.29 - Hình ảnh cọc bị gãy (Kok, 2009) 33 Hình 1.30 - Hình ảnh nhóm cọc bị gãy (Kok, 2009) 33 Hình 2.1 - Yêu cầu tối thiểu mơ hình hố đào (Bakker, 2005)[13] 38 Hình 2.2 - Các phần tử nút mơ hình 2D Mỗi nút có hai bậc tự do, đƣợc mơ tả mũi tên hình nhỏ hơn, (Wiberg, 1974) 38 Hình 2.3 - Các bƣớc phân tích phần tử hữu hạn (Wiberg, 1974) 39 Hình 2.4 - Kết chuyển vị với số nút tăng dần mô hình 3D, (Hannes Daniel, 2010) [14] 40 Hình 2.5 - Mơ hình dẻo lý tƣởng 41 Hình 2.6 - Xác định Eo E50 qua thí nghiệm nén trục thoát nƣớc 41 Hình 2.7 - Xác định Eoedref qua thí nghiệm nén cố kết (Oedometer) 43 Hình 2.8 - Xác định E50ref qua thí nghiệm nén trục nƣớc 43 Hình 2.9 - Hệ trục địa phƣơng phần tử tƣờng đại lƣợng khác 47 Hình 2.10 - Các đại lƣợng tƣờng cừ Larsen 47 Hình 2.11 - Thơng số tƣờng cừ Larsen 48 Hình 2.12 - Hệ trục địa phƣơng phần tử dầm 50 Hình 2.13 - Lỗi giới hạn Plaxis số phần tử 52 Hình 2.14 - Lỗi phần tử xấu Mesh lƣới phần tử 53 Hình 2.15 - Lỗi Phân kỳ hội tụ 53 Hình 2.16 - Thơng số kích thƣớc phân bố phần tử địa phƣơng 54 Hình 3.1 - Quy trình phân tích 57 Hình 3.2 – Mặt tổng thể thi công hố đào Hình 3.3 - Mặt thi cơng hố đào Hình 3.4 - Chi tiết cáp neo đầu cừ 61 Hình 3.5 - Mặt cắt sau thi cơng cọc tƣờng cừ Larsen 61 Hình 3.6 - Mặt cắt sau thi cơng đào đến độ sâu -1.8m so với MĐTN 61 Hình 3.7 - Mặt cắt sau thi cơng đào đến độ sâu -3.8m so với MĐTN 62 Hình 3.8 - Chi tiết chống xiên hầm neo cáp hầm 62 - 88 Giai đoạn 2: Đào đất đến cao độ -3.8m (so với MĐTN): Chiều dài cọc (m) Chuyển vị cọc (cm) Cọc 150 4,547 Cọc 153 7,147 Cọc 155 10,647 Khoảng cách cọc đến tƣờng (m) Cọc 158 13,247 Hình 3.34 - Biểu đồ thể hình dáng chuyển vị ngang cọc trường hợp dời khối đất đắp xa hố đào trường hợp không khối đất đắp đào -3,8m Cọc 153 Chuyển vị lớn cọc (cm) Cọc 150 Các trƣờng hợp đặt khối đất đắp - 89 - Cọc 158 Chuyển vị lớn cọc (cm) Cọc 155 Các trƣờng hợp đặt khối đất đắp Hình 3.35 - Biểu đồ so sánh kết chuyển vị ngang lớn cọc trường hợp dời khối đất đắp xa hố đào trường hợp không khối đất đắp đào -3,8m Từ hình 3.34 ta thấy với trƣờng hợp thực tế (tải đất đắp cách tƣờng 3H) cọc có chuyển vị lớn đỉnh cọc, dời khối đất đắp xa chuyển vị cọc có xu hƣớng giảm lại với cọc có xu bị uốn cong vị trí dƣới chân tƣờng chắn Từ hình 3.35 ta thấy giai đoạn đào chuyển vị lớn, chuyển vị lớn cọc trƣờng hợp khối đất cách tƣờng 3H (theo trƣờng hợp thực tế, H ≈ 4m chiều sâu hố đào) cọc 150, cọc 153, cọc 155, cọc 158 lần lƣợt có giá trị 57,9cm; 37,1cm; 24,9cm; 23,6cm Trong lần xét khối đất vị trí 5H chuyển vị giảm xuống nhiều, giá trị lớn 29,5cm (tƣơng đƣơng 50% giá trị chuyển vị cọc khối đất đắp cách tƣờng 3H) nhƣng giá trị cao Chúng ta tiếp tục xét đến khối đất đắp vị trí 7H, 9H giá trị chuyển vị tiếp tục giảm xuống với giá trị chuyển vị lớn cọc 150 lần lƣợt 25,5cm 22,7cm (tƣơng đƣơng 44% 41% giá trị chuyển vị lớn tải vị trí 3H) xét 11H giá trị chuyển vị xấp xỉ với trƣờng hợp không xét đến khối đất đắp xung quanh hố đào - 90 b) Phân tích Moment cọc Moment uốn lớn cọc (KN.m) Giai đoạn 1: Đào đất đến cao độ -1.8m (so với MĐTN): Cọc 150 Cọc 153 Moment uốn lớn cọc (KN.m) Các trƣờng hợp đặt khối đất đắp Cọc 155 Cọc 158 Các trƣờng hợp đặt khối đất đắp Hình 3.36 - Biểu đồ so sánh kết moment uốn cọc trường hợp dời khối đất đắp xa hố đào đào -1,8m Trong giai đoạn ta thấy nội lực cọc phát sinh không lớn, moment uốn lớn cọc trƣờng hợp khối đất cách tƣờng 3H (theo trƣờng hợp thực tế, H ≈ 4m chiều sâu hố đào) cọc 150, cọc 153, cọc 155, cọc 158 lần lƣợt có giá trị 61,2 KN.m; 47,8 KN.m; 37,1 KN.m; 24,7 KN.m nên nhỏ moment kháng uốn cọc (Mcr = 166,8 KN.m) Khi xét trƣờng hợp dời khối đất đắp xa dần hố đào 11H (tức cách tƣờng chắn 44m) moment cọc giảm - 91 xuống khơng đáng kể giá trị lúc xấp xỉ moment cọc không xét tới tải đất đắp xung quanh hố đào Giai đoạn 2: Đào đất đến cao độ -3.8m (so với MĐTN): Cọc 153 Moment uốn lớn cọc (KN.m) Cọc 150 Các trƣờng hợp đặt khối đất đắp Cọc 158 Moment uốn lớn cọc (KN.m) Cọc 155 Các trƣờng hợp đặt khối đất đắp Hình 3.37 - Biểu đồ so sánh kết moment uốn cọc trường hợp dời khối đất đắp xa hố đào đào -3,8m Trong giai đoạn ta thấy nội lực cọc phát sinh lớn, moment uốn lớn cọc trƣờng hợp khối đất cách tƣờng 3H (theo trƣờng hợp thực tế, H ≈ 4m chiều sâu hố đào) cọc 150, cọc 153, cọc 155, cọc 158 lần lƣợt có giá trị 339,26 KN.m; 125 KN.m; 67,21 KN.m 43,65 KN.m Giá trị cọc 150 vƣợt qua moment kháng uốn cọc 166,8 KN.m (chiếm 203%) làm cho cọc bị phá - 92 hoại cọc cịn lại gần với 80% giá trị moment kháng uốn cọc, nằm trạng thái giới hạn cọc Nhƣng xét trƣờng hợp khối đất đắp đặt cách tƣờng 5H giá trị moment uốn cọc giảm xuống đột ngột khoảng 72,2% moment kháng uốn cọc Khi xét trƣờng hợp dời khối đất đắp xa dần hố đào 11H (tức cách tƣờng chắn 44m) moment cọc giảm xuống không đáng kể giá trị lúc xấp xỉ giá trị moment cọc không xét tới khối đất đắp xung quanh hố đào Kết luận:  Ứng với trƣờng hợp không xét tải đất đắp lân cận hố đào cho kết mômen uốn lớn cọc khoảng 60% mômen kháng uốn cọc nên cọc nguyên vẹn  Việc di chuyển khối đất đắp xa hố đào làm giảm ảnh hƣởng nhiều đến kết chuyển vị moment uốn cọc bên hố đào: + Chuyển vị lớn giảm xuống lần dời khối đất từ 3H lên 5H, giảm xuống 2,5 lần dời khối đất từ 3H lên 11H + Moment giảm xuống lần dời khối đất từ 3H lên 5H, giảm xuống 3,5 lần dời khối đất từ 3H lên 11H (H chiều sâu hố đào)  Phạm vi ảnh hƣởng lớn khối đất đắp đến chuyển vị moment uốn cọc bên hố đào khoảng 3H ảnh hƣởng nhỏ kéo dài phạm vi lớn khoảng 11H  Việc phân tích giúp ích cho việc bố trí vật liệu, máy móc thiết bị với khoảng cách hợp lý để giảm ảnh hƣởng đến cơng trình 3.3 Phân tích mở rộng xem xét ảnh hƣởng cọc bên hố đào trƣờng hợp thay đổi chiều dài ngàm tƣờng ứng với cơng trình thực tế Trong phần tác giả tiến hành mơ tốn ứng với chiều sâu ngàm tƣờng khác Nhằm mục đích xem xét khả tăng chiều sâu ngàm tƣờng để giảm chuyển vị cọc bên hố đào có hiệu hay khơng Theo số liệu cơng trình thực tế tƣờng cừ Larsen có chiều dài 6m, ta tiến hành mô thêm trƣờng hợp chiều sâu ngàm tƣờng dài 9m; 12m; 18m - 93 - Hình 3.38 - Mặt cắt hố đào cơng trình thực tế 3.3.1 Mơ hình PLAXIS 3D Foundation Ta tiến hành xây dựng mơ hình PLAXIS 3D Foundation với chiều dài tƣờng lần lƣợt 6m, 9m, 12m, 18m nhƣ Hình 3.39 mơ hình cọc tƣờng PLAXIS 3D Foundation thay đổi chiều dài tƣờng Hình 3.39 - Mơ hình cọc tường có chiều sâu ngàm vào đất thay đổi a) Tường ngàm dài 6m; c)Tường ngàm dài 12m; b) Tường ngàm dài 9m; c) Tường ngàm dài 18m - 94 3.3.2 Phân tích kết tính tốn Từ kết tính tốn PLAXIS 3D Foundation theo mơ hình Hardening Soil ta vẽ đƣợc biểu đồ chuyển vị ngang lớn mômen uốn lớn cọc với khoảng cách cọc đến tƣờng khác thay đổi chiều dài tƣờng lần lƣợt 6m, 9m, 12m, 18m Tƣơng tự chọn hàng cọc nhƣ hình 3.24 để phân tích.Từ bảng kết chuyển vị cọc PLAXIS ta vẽ đƣợc biểu đồ chuyển vị ngang moment uốn hàng cọc (số 150, 153, 155, 158) với khoảng cách từ tim cọc đến tƣờng theo giai đoạn thi công Giai đoạn 1: Đào đất đến cao độ -1.8m (so với MĐTN): - Từ Hình 3.40 ta thấy lần lƣợt tăng chiều dài tƣờng theo trƣờng hợp nêu chuyển vị ngang cọc giảm nhỏ, cọc có xu vị uốn cong dịch chuyển ngang Giá trị chuyển vị cọc giảm khoảng cách từ cọc đến tƣờng tăng Chuyển vị lớn cọc (cm) Cọc 150 Cọc 153 Cọc 155 Cọc 158 Hình 3.40 - Kết chuyển vị ngang cọc với gia tăng khoảng cách cọc đến tường, trường hợp thực tế, giai đoạn đào đến -1.8m - 95 - Hình 3.41 - Biểu đồ so sánh chuyển vị ngang lớn cọc trường hợp tăng chiều sâu tường chắn đào đất đến cao độ -1,8m Giai đoạn 2: Đào đất đến cao độ -3.8m (so với MĐTN): - Từ Hình 3.41 ta thấy tăng chiều dài ngàm tƣờng lên chuyển vị ngang cọc giảm đáng kể Các cọc có xu hƣớng bị uốn cong, chuyển vị cọc gần tƣờng (cọc 150, 153) có giá trị chuyển vị lớn cọc xa tƣờng (cọc 155,158) Cọc 150 Cọc 153 Cọc 155 Cọc 158 Hình 3.42 - Kết chuyển vị ngang cọc với gia tăng khoảng cách cọc đến tường, trường hợp thực tế, giai đoạn đào đến -3.8m Chuyển vị lớn cọc (cm) - 96 - Hình 3.43 - Biểu đồ so sánh chuyển vị ngang lớn cọc trường hợp tăng chiều sâu tường chắn đào đất đến cao độ -3,8m - Trƣờng hợp đầu tăng chiều dài ngàm tƣờng từ 6m lên 9m chuyển vị ngang cọc giảm, giá trị chuyển vị cọc 150 (48,2cm - giảm 14% so với giá trị chuyển vị tƣờng sâu 6m ta xét cọc gần tƣờng 150) Khi ta tiếp tục tăng lên 12m chuyển vị ngang cọc giảm nhiều, giá trị chuyển vị cọc 150 (43,7cm - giảm 24% so với giá trị chuyển vị tƣờng sâu 6m ta xét cọc gần tƣờng 150) Tƣơng tự với cọc xa tƣờng giá trị chuyển vị giảm Trƣờng hợp cuối ta tăng chiều dài ngàm tƣờng từ 6m lên 18m ta thấy kết chuyển vị nhóm cọc khơng sai lệch nhiều với trƣờng hợp tăng chiều dài ngàm tƣờng lên 12m Khoảng cách từ cọc đến tƣờng Hình 3.44 - Biểu đồ Mơmen uốn lớn cọc thay đổi chiều sâu ngàm tường vào đất, giai đoạn đào -3.8m - 97 - Đối với moment uốn cọc vị trí cách tƣờng 4,547m (cọc 150) tăng chiều sâu ngàm tƣờng 9m moment uốn cọc 263,3kN.m lớn nhiều moment chống uốn cọc Mcr = 166,8kN.m nên cọc có khả bị gãy Khi tăng chiều sâu ngàm tƣờng 12m, 18m mơmen uốn lớn cọc 150 (cách tƣờng 4,547m) lớn moment chống uốn Mcr, cọc bị nứt, cọc có vị trí cách tƣờng 7,147m có moment cọc xấp xỉ với moment chống uốn M cr Mặc dù ta tăng chiều sâu ngàm tƣờng lên 18m nhƣng giá trị moment uốn cọc gần tƣờng lớn Phƣơng án tăng chiều sâu ngàm tƣờng để giảm ảnh hƣởng đến cọc bên hố đào không phù hợp Kết luận:  Khi hố đào sâu 1,8m việc tăng chiều sâu ngàm tƣờng chắn không ảnh hƣởng nhiều đến kết chuyển vị cọc hố đào  Khi tăng chiều sâu ngàm tƣờng 6m lên 9m chuyển vị ngang cọc giảm, giá trị chuyển vị lớn cọc cách tƣờng 4,547 giảm 14% so với giá trị chuyển vị tƣờng sâu 6m ta xét cọc gần tƣờng Khi tiếp tục tăng chiều dài tƣờng lên 12m chuyển vị ngang cọc giảm nhiều, giá trị chuyển vị ngang cọc gần tƣờng giảm 24% giá trị chuyển vị tƣờng sâu 6m xét cọc gần tƣờng, tƣơng tự giá trị chuyển vị cọc xa tƣờng khoảng cách 7,147m 10,647m 13,247m giảm Trƣờng hợp cuối tăng chiều dài ngàm tƣờng 6m đến 18m kết chuyển vị nhóm cọc không thay đổi nhiều với trƣờng hợp tăng 12m nên trƣờng hợp tƣờng dài 18m không kinh tế  Việc phân tích giúp cho tiết kiệm đƣợc không gian sử dụng để thi công công trình Chúng ta bố trí đất đào vật liệu, máy móc thiết bị xung quanh hố đào mà khơng làm ảnh hƣởng đến cơng trình - 98 - KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Khi sử dụng thông số đầu vào mục 3.2.2 để mô phần mềm PLAXIS 3D Foundation theo mô hình Hardening Soil cho kết chuyển vị ngang mômen uốn cọc xấp xỉ với giá trị quan trắc ngồi trƣờng Nhƣ ta thấy thơng số đầu vào hợp lý, qua sử dụng thơng số để mở rộng phân tích cho trƣờng hợp khác Với lớp đất yếu dày (bùn sét – trạng thái chảy – 25m) với tác động phụ tải khối đất đắp lớn (70kN/m2) cách mép hố đào khoảng cách 10,5m phụ tải máy thi công cơng trình lân cận (10kN/m2) cách mép hố đào 2,6m nên dẫn đến chuyển vị moment uốn cọc phát sinh lớn, vƣợt moment kháng uốn cọc Vùng ảnh hƣởng chuyển vị cọc bên hố đào phân tích theo mơ hình thực tế khoảng 5,5H (H chiều sâu hố đào) Việc di chuyển khối đất đắp xa hố đào làm giảm ảnh hƣởng nhiều đến kết chuyển vị moment uốn cọc bên hố đào: + Chuyển vị lớn giảm xuống lần dời khối đất từ 3H lên 5H, giảm xuống 2,5 lần dời khối đất từ 3H lên 11H + Moment giảm xuống lần dời khối đất từ 3H lên 5H, giảm xuống 3,5 lần dời khối đất từ 3H lên 11H (H chiều sâu hố đào) Phạm vi ảnh hƣởng lớn khối đất đắp đến chuyển vị moment uốn cọc bên hố đào khoảng 3H ảnh hƣởng nhỏ kéo dài phạm vi lớn khoảng 11H Khi hố đào sâu 1,8m việc tăng chiều sâu ngàm tƣờng chắn không ảnh hƣởng nhiều đến kết chuyển vị cọc hố đào Khi tăng chiều sâu ngàm tƣờng 6m lên 9m chuyển vị ngang cọc giảm, giá trị chuyển vị lớn cọc cách tƣờng 4,547m giảm 14% so với giá trị chuyển vị lớn cọc gần tƣờng trƣờng hợp tƣờng dài 6m Khi tiếp tục tăng chiều dài tƣờng lên 12m chuyển vị ngang cọc giảm nhiều, giá trị - 99 chuyển vị ngang lớn cọc cách tƣờng 4,547m giảm 24% giá trị chuyển vị cọc gần tƣờng trƣờng hợp tƣờng dài 6m, tƣơng tự giá trị chuyển vị cọc xa tƣờng khoảng cách 7,147m 10,647m 13,247m giảm Trƣờng hợp cuối tăng chiều dài ngàm tƣờng 6m đến 18m kết chuyển vị nhóm cọc khơng thay đổi nhiều với trƣờng hợp tăng 12m nên trƣờng hợp tƣờng dài 18m không kinh tế Phƣơng án tăng chiều sâu ngàm tƣờng không phù hợp với trƣờng hợp hố đào có lớp đất yếu dày (trong cơng trình bề dày lớp đất yếu 25m) KIẾN NGHỊ  Khi thi công hố đào sâu đất yếu cần xem xét ảnh hƣởng q trình thi cơng đến cọc bên hố đào  Hạn chế chất tải xung quanh hố đào có lớp đất yếu dày  Có biện pháp hạn chế chuyển vị ngang tƣờng chắn nhƣ sử dụng biện pháp gia cố cọc xi măng đất đáy hố đào  Sẽ tiến hành phân tích ảnh hƣởng cọc bên hố đào thay đổi loại cọc có đƣờng kính, chiều dài thay đổi  Sẽ tiến hành phân tích với loại tƣờng chắn hố đào khác  Sẽ tiến hành phân tích cho nhiều cơng trình hố đào sâu để rút biểu thức quan hệ đại lƣợng để từ dự tính đƣợc phạm vi ảnh hƣởng thi cơng hố đào (đặc biệt đất yếu) gây cho cọc bên hố đào  Sẽ phân tích thêm yếu tố ảnh hƣởng đến chuyển vị tƣờng đất xung quanh Từ đƣa giải pháp nhằm giảm thiểu ảnh hƣởng thi công hố đào gây cho cọc bên hố đào  Tiếp tục tìm hiểu thêm thơng số đầu vào mơ hình Hardening Soil để tính tốn đƣợc xác ứng dụng cho nhiều cơng trình khác - 100 - TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] MF Bransby, SM Springman, 1996 3-D finite element modelling of pile groups adjacent to surcharge loads Computers and Geotechnics [2] HG Poulos, LT Chen., 1996 Piles response due to unsupported excavationinduced lateral soil movement Canadian geotechnical journal [3] Goh, A.T.C, Wong, K.S., The, C.I and Wen, D., 2003 Pile response adjacent to braced excavation Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, Vol 129, No 4, pp 383-386 [4] Leung, C.F., Lim, J.K., Shen, R.F and Chow, Y.K., 2003 Behaviour of pile groups subject to excavation-induced soil movement Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering Vol 129, No 1, pp 58-65 [5] Leung, C.F., Chow, Y.K and Shen R.F., 2000 Behaviour of pile subject to excavation-induced soil movement Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering Vol 126, No 11, pp 947-2000 [6] Leung, C.E., Ong, D.E.L and Chow, Y.K., 2006 Pile behaviour due to excavation-induced soil movement in clay II: Collapsed Wall Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering Vol 132, No 1, pp 45-43 [7] Ong, D.E.L., Leung, C.E and Chow, Y.K., 2006 Pile behaviour due to excavation-induced soil movement in clay I: Stablewall Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering Vol 132, No 1, pp 36-44 [8] Kok, S.T., Bujang, B.K.H., Jamoloddin, N., Mohd Saleh, J., and Gue, S.S , 2009 Modeling of Passive Piles – An Overview EJGE Journal, Vol 14 [9] Thasnanipan, N., Maung, A.W and Tanseng, P., 1998 Damages to Piles Associated with Excavation Works in Bangkok Soft Clay In The Sixth International Conference on Problems of Pile Foundations Building, Russia, September 14-18th [10] Kok, S.T., Bujang, B.K.H., Jamoloddin, N., Mohd Saleh, J., and Gue, S.S (2009-Accepted for publication) A case study of passive piles failure in open excavation DFI Journal, Vol 3, No 2, pp 50-57 [11] PLAXIS 3D FOUNDATION Material Models Manual version 1.6 - 101 [12] Brinkgreve, R.B.J., 2007 PLAXIS, Finite Element Code for Soil and Rock Analyses [13] K.J Bakker, 2005 A 3D FEM model for Excavation Analysis Delft University of Technology & Plaxis BV, Delft, Netherlands [14] Hannes Persson & Daniel Sigström, 2010 Staged excavation in soft clay supported by a cantilever sheet pile wall Master‟s Thesis Chalmers University Of Technology, 2010 [15] Malcolm Puller, Deep Excavation – A practice manual, 2nd Edition, Thomas Telford, London,2003 [16] Bùi Trƣờng Sơn, 2009 Địa chất cơng trình NXB Đại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh [17] Châu Ngọc Ẩn, Cơ học đất, NXB Đại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh, 2009 [18] Trần Quang Hộ, Cơng trình đất yếu, NXB Đại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh [19] Look, B., 2007 Handbook of geotechnical investigation and design tables Taylor & Francis [20] Hồng Xn Hƣng, 2011 Phân tích ảnh hƣởng hố đào sâu với cọc ống Luận văn Thạc sĩ Trƣờng Đại học Bách Khoa – ĐHQG Tp Hồ Chí Minh - 102 - LÝ LỊCH KHOA HỌC Họ tên Ngày sinh Nơi sinh Địa liên lạc Điện thoại Email : : : : : : Võ Trung Hiếu 27/05/1988 Lâm Đồng Lê Hồng Phong, Phƣờng 4, Tp Đà Lạt, Tỉnh Lâm Đồng 0919.321.246 votrunghieubk@gmail.com QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO  2006 – 2011 : Sinh viên Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh  2012 – Nay : Học viên Cao học Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh Q TRÌNH CƠNG TÁC  2011 – 2012 : Công ty cổ phần xây dựng môi trƣờng Việt Nam  2012 – Nay : Công ty cổ phần cấp nƣớc Nhà Bè ... TÀI: PHÂN TÍCH SỰ PHÁ HOẠI CỦA CỌC BÊN TRONG HỐ ĐÀO TRONG NỀN ĐẤT YẾU Ở KHU VỰC TPHCM NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Mở đầu: Giới thiệu nội dung nghiên cứu Chƣơng 1: Tổng quan ảnh hƣởng hố đào sâu đến cọc. .. suất cọc hay chí gây gãy cọc Các nghiên cứu ảnh hƣởng hố đào sâu đến cọc bên hố đào đất yếu cịn hạn chế Với lý đó, luận văn tập trung vào “ Phân tích phá hoại cọc bên hố đào đất yếu khu vực TPHCM”... đào sâu đến cọc Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết phƣơng pháp phần tử hữu hạn mô ảnh hƣởng hố đào sâu đến cọc Chƣơng 3: Phân tích phá hoại cọc bên hố đào đất yếu khu vực TPHCM Kết luận kiến nghị II- NGÀY