Nghiên cứu tính toán sức chịu tải cọc trên cơ sở so sánh với thí nghiệm pda và thí nghiệm nén tĩnh hiện trường

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -[ \ - NGUYỄN ĐÌNH THANH NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN SỨC CHỊU TẢI CỌC TRÊN CƠ SỞ SO SÁNH VỚI THÍ NGHIỆM PDA VÀ THÍ NGHIỆM NÉN TĨNH HIỆN TRƯỜNG Chuyên ngành : ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG Mã số ngành : 60.58.60 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 07 NĂM 2011 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: TS Trần Tuấn Anh Cán chấm nhận xét 1: Cán chấm nhận xét 2: Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày tháng năm Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Bộ môn quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Bộ môn quản lý chuyên ngành TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc -oOo Tp Hồ Chí Minh, ngày 01 tháng 07 năm 2011 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGUYỄN ĐÌNH THANH Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh : 20 /06 /1986 Nơi sinh: Bình Phước Chuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG MSHV: 09090912 TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN SỨC CHỊU TẢI CỌC TRÊN CƠ SỞ SO SÁNH VỚI THÍ NGHIỆM PDA VÀ THÍ NGHIỆM NÉN TĨNH HIỆN TRƯỜNG NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: So sánh sức chịu tải cọc từ kết thí nghiệm nén tĩnh trường thí nghiệm PDA số cơng trình Việt Nam Tính tốn sức chịu tải cọc từ số liệu thí nghiệm phịng theo tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam, với địa chất xung quanh cọc thí nghiệm Dựa sở kết thí nghiệm trường; so sánh, đánh giá phương pháp tính tốn sức chịu tải cọc dựa số liệu thí nghiệm phịng Mơ thí nghiệm nén tĩnh trường phần mềm Plaxis NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: ngày 05 tháng 07 năm 2010 NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: ngày 01 tháng 07 năm 2011 HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS TRẦN TUẤN ANH Nội dung đề cương Luận văn Thạc sĩ Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH TS TRẦN TUẤN ANH PSG TS VÕ PHÁN KHOA QL CHUYÊN NGÀNH LỜI CẢM ƠN Qua thời gian dài học tập nghiên cứu, em thật thấy trưởng thành kiến thức khoa học, đặc biệt lĩnh vực địa kỹ thuật xây dựng Điều có từ kiến thức mới, sâu rộng mà thầy, đem lại cho em nói riêng tất học viên cao học nói chung qua giảng suốt hai năm qua Đó kiến thức khơng thể thiếu giúp em hồn thành luận văn thạc sĩ Với lòng tri ân sâu sắc, em xin cảm chân thành cảm ơn quý thầy Bộ Mơn Địa Cơ Nền móng nhiệt tình truyền đạt kiến thức quý báu quan tâm, tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ học viên hoàn thành Luận văn thạc sĩ Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Tiến sĩ Trần Tuấn Anh, người giúp đỡ, dẫn tận tình ln quan tâm, động viên tinh thần thời gian em thực luận văn Thầy truyền đạt cho em nhiều kiến thức quí báu khoa học sống Xin cảm ơn đến Tổng Công Ty Cổ Phần Tư Vấn Thiết Kế Dầu Khí, nơi tơi làm việc, tạo điều kiện cao cho tơi theo học chương trình thạc sĩ hoàn thành luận văn Đặc biệt số anh Nguyễn Thành Sơn, anh Nguyễn Trường Sơn anh Nguyễn Cơng Chí, ln hỗ trợ tơi mặt thời gian xếp công việc cách hợp lý Cuối cùng, xin cảm ơn gia đình bạn bè thân hữu động viên, giúp đỡ học viên thời gian học tập thực Luận văn Học viên Nguyễn Đình Thanh TĨM TẮT LUẬN VĂN Hiện nay, việc thiết kế móng cọc phương pháp dùng số liệu thí nghiệm phịng để tính tốn thường áp dụng Tuy nhiên, phương pháp dùng số liệu thí nghiệm phịng để tính tốn sức chịu tải cọc cịn tồn nhiều hạn chế kết phân tán Phương pháp thí nghiệm nén tĩnh trường phương pháp thí nghiệm sức chịu tải cọc truyền thống, sử dụng rộng rãi cơng trình xây dựng Phương pháp thí nghiệm có nhược điểm chi phí cao nhiều thời gian Tuy nhiên, kết phương pháp xem xác phương pháp nay, làm sở để kiểm chứng phương pháp khác Phương pháp thí nghiệm PDA ngày sử dụng nhiều ngày sử dụng rộng rãi phương pháp có nhiều ưu điểm: chi phí thấp, tiết kiệm thời gian dễ dàng thực Với ưu điểm so với phương pháp thí nghiệm nén tĩnh trường phương pháp thí nghiệm PDA cho ta số lượng mẫu thí nghiệm cọc lớn nhiều Tuy nhiên, tính xác từ kết thí nghiệm PDA bị nghi ngờ kết phụ thuộc vào đồng cọc, lượng truyền vào cọc lúc thí nghiệm Phương pháp dùng Phần Tử Hữu Hạn mô sử dụng rộng rãi nghiên cứu đem lại nhiều thành tựu lớn Phương pháp có ưu điểm so với phương pháp xác định sức chịu tải cọc khác phân tích ứng xuất biến dạng đất xung quanh cọc Áp dụng phương pháp dùng Phần Tử Hữu Hạn, luận văn tác giả ứng dụng phần mềm Plaxis để mô thí nghiệm nén tĩnh trường Luận văn tác giả thực nhằm đánh giá tương quan phương pháp xác định sức chịu tải cọc ABSTRACT At present, the most frequently used method is analytical method in design pile foundation Several pile design methods are being proposed Between one method and another, result differences are still questionable Static Load Test has been traditionally used to test piles in static condition Most projects require a certain number piles to be selected and tested by the Static Load Test method The Static Load Test test method is well known to be cumbersome due to the test set and testing process It is a very costly test method and the long duration required for testing makes it undesirable Unfortunately, the Static Load Test is one of the most direct methods of testing piles and if procedures are strictly followed, the results are extremely reliable and the settlement of piles can be accurately determined Testing using PDA has gained popularity in recent years due to it being relatively cost-efficient, timesaving and easy to perform Due to its cost which is much less compared to Static Load Test, PDA can be performed on more piles thus providing a bigger sample of tested piles However, accuracy of data from PDA testing can sometimes be in doubt due to the uncertainties in the energy transmitted to the pile during testing and wave stress propagation theories The finite element method (FEM) was used to carry out the research This method has the advantage over traditional analysis techniques as more realistic test condition can be taken into account and displacements and stresses within the soil body and pile are coupled, thus more realistic pile-soil interaction behaviour can be represented with more realistic assumptions The commercial finite element code PLAXIS were used for the numerical simulation of pile load test that will be studied in the following In this thesis, result differences of several pile design methods are detarmined LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu khoa học độc lập Các số liệu luận án trung thực có nguồn gốc rõ ràng Các kết luận án chưa công bố cơng trình khoa học Tác giả hồn tồn chịu trách nhiệm tính xác thực nguyên luận án Học viên Nguyễn Đình Thanh   MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU Giới thiệu………………………………………………………………………… Mục đích đề tài…………………………………………………………………… Phương pháp thực hiện…………………………………………………………….3 Ý nghĩa khoa học đề tài……………………………………………………… Giá trị thực tiễn đề tài………………………………………………………… Phạm vi nghiên cứu……………………………………………………… CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ THÍ NGHIỆM NÉN TĨNH HIỆN TRƯỜNG VÀ THÍ NGHIỆM THỬ ĐỘNG BIẾN DẠNG LỚN (PDA) 1.1 Thí nghiệm nén tĩnh trường……………………………………………… 1.1.1 Giới thiệu………………………………………………………………… 1.1.2 Thiết bị thí nghiệm……………………………………………………… 1.1.2.1 Hệ gia tải………………………………………………………… 1.1.2.2 Hệ phản lực……………………………………………………… 1.1.2.3 Hệ đo đạc quan trắc……………………………………………… 1.1.3 Qui trình thí nghiệm…………………………………………………… 1.1.3.1 Chuẩn bị thí nghiệm……………………………………………… 1.1.3.2 Qui trình gia tải…………………………………………………… 10 1.1.3.3 Xử lý kết trình bày kết thí nghiệm…………………… 12 1.2 Thí nghiệm thử động biến dạng lớn (PDA)………………………………… 14 1.2.1 Giới thiệu……………………………………………………………… 14 1.2.2 Thí nghiệm thí nghiệm………………………………………………… 14 1.2.2.1 Búa đóng………………………………………………………… 14 1.2.2.2 Thiết bị phân tích cọc PDA……………………………………… 15 1.2.2.3 Thiết bị quan trắc………………………………………………… 16 1.2.2.4 Chương trình xử lý kết quả……………………………………… 16   1.2.3 Qui trình thí nghiệm…………………………………………………… 16 1.2.3.1 Công tác chuẩn bị………………………………………………… 16 1.2.3.2 Phương pháp thí nghiệm………………………………………… 16 1.2.3.3 Xử lý kết trình bày kết thí nghiệm…………………… 17 1.3 Ưu điểm nhược điểm thí nghiệm nén tĩnh thí nghiệm PDA……… 18 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỌC 2.1 Cơ sở lý thuyết tính tốn sức chịu tải cọc từ liệu thí nghiệm phòng… 19 2.1.1 Xác định sức chịu tải cọc theo tiêu cường độ đất (Phụ Lục B TCVN 205-1998)…………………………………………………………… 19 2.1.1.1 Sức chịu tải cực hạn cọc tính theo cơng thức………………… 19 2.1.1.1 Sức chịu tải cho phép cọc tính theo cơng thức……………… 19 2.1.1.2 Cường độ chịu tải đất mũi cọc………………………… 20 2.1.1.3 Cơng thức chung tính tốn ma sát bên tác dụng lên cọc………… 20 2.1.2 Sức chịu tải cọc theo kết thí nghiệm SPT……………………… 21 2.1.2.1 Sức chịu tải cọc theo công thức Nhật Bản TCVN 2051998……………………………………………………………………… 21 2.1.2.2 Sức chịu tải cọc theo công thức TCVN 195-1997…………… 21 2.2 Cơ sở lý thuyết tính tốn sức chịu tải cọc từ liệu thí nghiệm nén tĩnh trường…………………………………………………………………………… 22 2.2.1 Xác định sức chịu tải giới hạn theo phương pháp SNIP2.02.03.85…… 22 2.2.2 Xác định sức chịu tải giới hạn theo phương pháp đồ thị…………………23 2.2.3 Xác định sức chịu tải giới hạn theo chuyển vị giới hạn quy ước……… 26 2.3 Cơ sở lý thuyết tính tốn sức chịu tải cọc từ liệu thí nghiệm thử động biến dạng lớn (PDA)…………………………………………………………………… 27 2.3.1 Cơ sở lý thuyết truyền sóng cọc (cơ học sóng – Wave Mechanics)………………………………………………………………… 27 2.3.2 Các phương pháp phân tích PDA……………………………………… 28 2.3.2.1 Phương pháp truyền sóng………………………………………… 28   2.3.2.2 Phương pháp CASE……………………………………………… 29 2.2.2.3 Phương pháp CAPWAP………………………………………… 30 2.4 Nhận xét chương……………………………………………………………… 31 CHƯƠNG SO SÁNH KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM NÉN TĨNH HIỆN TRƯỜNG, KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM PDA VÀ KẾT QUẢ TÍNH TỐN SỨC CHỊU TẢI CỌC TỪ SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM TRONG PHỊNG 3.1 Cơng trình Đường Trượt Giàn Khoan, Vũng Tàu…………………………… 35 3.2 Cơng trình Chung Cư Hạnh Phúc, Thành Phố Hồ Chí Minh……………… 37 3.3 Cơng trình Kho Lạnh LPG Thị Vải, Vũng Tàu …………………………… 40 3.4 Cơng trình City Gate Tower, Thành Phố Hồ Chí Minh………………………42 3.5 Cơng trình Nhà Máy Lọc Dầu Dung Quất, Quãng Ngãi…………………… 48 3.6 So sánh kết sức chịu tải cọc…………………………………………… 49 3.6.1 So sánh kết sức chịu tải cọc theo thí nghiệm PDA thí nghiệm nén tĩnh trường……………………………………………………………… 49 3.6.2 So sánh kết tính tốn sức chịu tải cọc từ số liệu thí nghiệm phịng thí nghiệm nén tĩnh trường…………………………………………… 50 3.6.2.1 So sánh kết tính toán sức chịu tải cọc theo Phụ Lục B TCVN 2051998 thí nghiệm nén tĩnh trường………………………………… 50 3.6.2.2 So sánh kết tính tốn sức chịu tải cọc theo số SPT cơng thức TCVN 195-1997 thí nghiệm nén tĩnh trường…………………… 52 3.6.2.3 So sánh kết tính tốn sức chịu tải cọc theo số SPT cơng thức Nhật Bản TCVN 205-1998 thí nghiệm nén tĩnh trường………… 54 3.6.3 So sánh kết tính tốn sức chịu tải cọc từ số liệu thí nghiệm phịng thí nghiệm PDA…………………………………………………………… 56 3.6.3.1 So sánh kết tính tốn sức chịu tải cọc theo Phụ Lục B TCVN 2051998 thí nghiệm PDA………………………………………………… 56 3.6.3.2 So sánh kết tính tốn sức chịu tải cọc theo số SPT công thức TCVN 195-1997 thí nghiệm PDA…………………………………… 58 SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC Tên Cơng Trình: Địa điểm: CITY GATE POWER QUẬN 8, TPHCM Thơng số cọc Đường Kính Cọc Chiều dài cọc Chiều sâu chôn đài Chiều dài cọc đài d L Df Lng Số Liệu Đại Chất Hố Khoan: Lớp Đất Loại Đất Cát Sét Cát Sét Cát Sét Cát = = = = 1.2 57.6 0 m m m m HK1 Đặc tính đất lớp mặt, cát san lấp bùn sét, Xám xanh, xám đen cát hạt trung xám trắng bùn sét, Xám xanh, xám đen cát trung thô hồng sét nâu đỏ, nâu vàng cát hạt trung xám xanh l (m) g (T/m 3) 2.1 21 11.9 5.7 9.2 16 1.8 1.476 1.9 1.803 1.997 2.011 2.033 N (SPT) 0 10 18 49 38 Sức chịu tải cho phép cọc theo TCXDVN 195-1997: Q a = 1.5 N AP + (0.15 N c Lc + 0.43 N s L s )U − W N Ns Nc Ls Lc U W số SPT trung bình đất khoảng 1d mũi cọc 4d mũi cọc số SPT trung bình lớp đất dính số SPT trung bình lớp đất rời chiều dài cọc đất dính chiều dài cọc đất rời chu vi tiết diện cọc hiệu số trọng lượng cọc trọng lượng đất cọc thay N 49 N c Lc 263.00 Sức chịu tải cực hạn cọc: N s Ls 470.30 Qu = U (m) 3.77 Ap (m2) 1.13 2838.64 T W (T) 48.02 Qa (T) 946.21 (FS = 3) Sức chịu tải cựn hạn cọc theo công thức Nhật Bản: Qa = Ls = Lc = Na = Ns = Ap = a= { N a A p + (0 N s L s + C L c ) d } Chiều dài cọc đất cát, m Chiều dài cọc đất sét, m Chỉ số SPT đất mũi cọc (