Nghiên cứu chuyển vị ngang của cọc btct trong điều kiện đất yếu khu vực tp hồ chí minh

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -   - VŨ THANH SƠN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU CHUYỂN VỊ NGANG CỦA CỌC BTCT TRONG ĐIỀU KIỆN ĐẤT YẾU KHU VỰC TP HỒ CHÍ MINH CHUYÊN NGÀNH: XÂY DỰNG ĐƯỜNG ÔTÔ VÀ ĐƯỜNG THÀNH PHỐ LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 12 NĂM 2008 CÔNG TRÌNH ĐƯC THỰC HIỆN TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM -  -  Cán hướng dẫn khoa học: PGS TS CHÂU NGỌC ẨN Cán chấm nhận xét 1: Cán chấm nhận xét 2: Luận văn thạc só bảo vệ tại: HĐ CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM, ngày …… tháng ……năm 2008 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHÒNG ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC  CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC  Tp.HCM, ngày 01 tháng 12 năm 2008 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: VŨ THANH SƠN Phái: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 07-11-1976 Nơi sinh: Tp Ninh Bình Chuyên ngành: Xây dựng đường ôtô đường thành phố MSHV: 00106017 I TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu chuyển vị ngang cọc BTCT điều kiện đất yếu khu vực TP Hồ Chí Minh II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG LUẬN VĂN NHIỆM VỤ Phân tích tượng chuyển vị ngang đất, cọc BTCT yếu tố liên quan đào đất đất yếu khu vực Tp HCM NỘI DUNG ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU Mở đầu Chương 1: Giới thiệu đặc điểm địa chất khu vực Tp HCM số tượng chuyển vị ngang cọc thực tế Chương 2: Cơ sở lý thuyết tính toán cọc chịu tải trọng ngang Chương 3: Lựa chọn phương pháp tính toán mô hình đất phục vụ cho công tác nghiên cứu Chương 4: Một số toán điển hình nhằm nghiên cứu chuyển vị ngang cọc BTCT đất yếu khu vực Tp HCM Kết luận kiến nghị III NGÀY GIAO NHIIỆM VU:Ï IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VU: V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS TS CHÂU NGỌC ẨN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH PGS TS CHÂU NGỌC ẨN TS LÊ BÁ KHÁNH Nội dung đề cương Luận văn Thạc só Hội đồng Chuyên Ngành thông qua Ngày tháng năm 2008 TRƯỞNG PHÒNG ĐT-SĐH TRƯỞNG KHOA QUẢN LÝ NGÀNH LỜI CẢM ƠN Sau thời gian học tập nghiên cứu Trường Đại học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh, tiếp thu lượng kiến thức vô q báu Tôi tin tưởng kiến thức q báu học giúp đỡ nhiều công tác sau này, để đóng góp nhiều cho xã hội Trên cở sở đó, với nỗ lực thân, hướng dẫn nhiệt tình q thầy cô động viên giúp đỡ gia đình, bạn bè đồng nghiệp, hoàn thành tốt Luận Văn Thạc só Tôi xin chân thành biết ơn sâu sắc đến thầy PGS TS Châu Ngọc Ẩn tận tình giúp đỡ, dẫn cặn kẽ thời gian thực luận văn, giúp cho tác giả có nhiều kiến thức, phương pháp luận q báu làm tảng cho công việc học tập, nghiên cứu Xin chân thành cám ơn q thầy cô Bộ môn Cầu Đường nhiệt tình dạy bảo thời gian qua Xin chân thành cám ơn bố mẹ, gia đình đặc biệt vợ động viên, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi để hoàn thành luận văn tiến độ Xin chân thành cám ơn bạn bè đồng nghiệp ủng hộ, động viên giúp đỡ để hoàn thành tốt luận văn Vì kiến thức thời gian thực luận văn có hạn nên không tránh khỏi hạn chế, thiếu sót Tôi mong nhận đóng góp quý báu quý thày cô giáo, bạn bè đồng nghiệp để đề tài nghiên cứu hoàn thiện Tp.Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2008 VŨ THANH SƠN TÓM TẮT LUẬN VĂN Tại Tp HCM, đặc biệt số khu vực có tầng đất bùn sét yếu mặt dày quận 2, 7, 8, 9, huyện Bình Chánh, Nhà Bè, hầu hết công trình xây dựng phải sử dụng kết cấu móng cọc Gần đây, với tăng trưởng công tác xây dựng công trình nơi đây, xảy nhiều cố liên quan đến tượng chuyển vị ngang cọc đào hố móng đất yếu Hiện tượng trước ghi nhận nên không quan tâm cách đầy đủ thời gian qua Do vậy, tác giả lựa chọn tượng cố để nghiên cứu nội dung luận văn tốt nghiệp thạc sỹ Trong luận văn, tác giả tiến hành phân tích năm toán điển hình liên quan đến dịch chuyển ngang đất, cọc ảnh hưởng đặc trưng biến dạng đất cọc đến chuyển vị ngang cọc đào hố móng phạm vi lân cận Từ kết tìm được, tác giả rút số kết luận tượng cố Luận văn đưa số kiến nghị thiết thực mang tính chất cảnh báo, nâng cao nhận thức tầm quan trọng việc nghiên cứu cách kỹ lưỡng điều kiện thực tế trước tiến hành thi công đào hố móng khu vực có đất yếu ABSTRACT In HCM city, especially at some areas such as at districts 2, 7, 8, 9, Binh Chanh and Nha Be, almost structures are constructed on pile foundations Recently, along with the development in construction at those areas, there have been many accidents occurred related to lateral movement of pile during excavation This occurrence was rarely recognized before so is has not been duly studied so far Therefore, this type of accident was selected to study in my thesis In the thesis, five typical matters in relation of lateral movement of soil, pile and the effect of their representative factors during excavation will be studied and based on the findings, some conclusions will be taken out The thesis also presents some realistic recommendations in order to give a warning and increase awareness of the need to review carefully actual construction conditions before starting any excavation activity in the soft soil areas i MỤC LỤC MỞ ĐẦU Đặt vấn đề .1 Phương pháp nghiên cứu Phạm vi áp duïng .3 Tính thực tiễn đề tài CHƯƠNG GIỚI THIỆU ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT KHU VỰC TP HCM VÀ MỘT SỐ HIỆN TƯNG CHUYỂN VỊ NGANG CỌC THỰC TẾ 1.1 TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT KHU VỰC TP HCM 1.2 GIỚI THIỆU MỘT SỐ SỰ CỐ CHUYỂN VỊ NGANG CỌC THỰC TẾ .14 1.2.1 Trụ T5 cầu Loâi Giang 14 1.2.2 Trụ T5 cầu Rạch Lá 16 1.2.3 Công trình xây dựng Nhà máy xử lý nước thải 17 1.2.4 Cầu tàu tạm công trình Cảng Công ten nơ quốc tế Sài gòn (SPCT) 18 1.2.5 Cọc móng xi lô xi măng nhà máy xi măng Thăng Long 19 1.2.6 Công trình xây dựng Cảng Công ten nơ Thị Vải 20 1.2.7 Công trình xây dựng tòa nhà River Garden 21 1.2.8 Công trình xây dựng khu chung cư Phú Mỹ 23 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN CỌC CHỊU TẢI TROÏNG NGANG 24 2.1 KHÁI NIỆM CHUNG 24 2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN CỌC CHỊU TẢI TRỌNG NGANG .25 2.2.1 Phương pháp Winkler 25 2.2.2 Phương pháp đường cong p-y 28 ii 2.2.2.1 Khái niệm đường cong p-y 28 2.2.2.2 Hoï đường cong p-y cho đất sét yếu 32 2.2.2.3 Đường cong p-y cho đất sét cứng mực nước ngầm 34 2.2.2.4 Đường cong p-y cho đất sét cứng nằm mực nước ngầm 36 2.2.2.5 Đường cong p-y cho đất cát theo Reese 37 2.2.2.6 Đường cong p-y cho đất cát theo Robertson 39 2.2.2.7 Đường cong p-y cho đất nhiều lớp 40 2.2.3 Phương pháp nêm biến dạng 42 2.2.4 Phương pháp phần tử hữu hạn 45 2.2.4.1 Giới thiệu chung phương pháp PTHH 45 2.2.4.2 Các mô hình tính toán sử dụng phương pháp PTHH 46 2.2.4.2.1 Mô hình đất Mohr – Coulomb (MC) 46 2.2.4.2.2 Mô hình Hardening – Soil (HS) 48 2.2.4.2.3 Mô hình Soft – Soil (SS) 50 2.2.4.2.4 Moâ hình Soft – Soil – Creep (SSC) 54 2.3 GIỚI THIỆU VỀ HIỆU ỨNG NHÓM CỌC 55 2.3.1 Khái quát hiệu ứng nhóm cọc 55 2.3.2 Phân tích ứng xử nhóm cọc 57 2.3.2.1 Nhóm phương pháp hiệu chỉnh 58 2.3.2.2 Nhóm phương pháp đàn hồi 58 2.3.2.3 Nhóm phương pháp hỗn hợp 59 2.3.2.4 Nhoùm phương pháp phần tử hữu hạn 59 CHƯƠNG LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÀ MÔ HÌNH NỀN ĐẤT PHỤC VỤ CHO CÔNG TÁC NGHIÊN CỨU 60 3.1 Nội dung nghiên cứu 60 3.2 Lựa chọn phương pháp tính toán 60 iii 3.3 Giới thiệu phương pháp thi công cọc phổ biến điều kiện đất yếu thành phố hồ chí minh 61 3.4 Thiết lập mô hình tính toán 64 3.5 Lựa chọn thông số tính toán đất 65 CHƯƠNG MỘT SỐ BÀI TOÁN ĐIỂN HÌNH NHẰM NGHIÊN CỨU CHUYỂN VỊ NGANG CỦA CỌC BTCT TRONG ĐẤT YẾU KHU VỰC TPHCM 68 4.1 XEM XÉT CHUYỂN VỊ NGANG CỦA NỀN ĐẤT YẾU KHI ĐÀO HỐ MÓNG 69 4.1.1 Mô hình toán: 70 4.1.2 Xem xét chuyển vị ngang đất hố móng 72 4.1.3 Xem xét chuyển vị ngang đất hố móng (phạm vi công trình lân cận) 78 4.2 XEM XÉT QUAN HỆ GIỮA CHIỀU SÂU HỐ ĐÀO VỚI CHUYỂN VỊ NGANG CỦA NỀN ĐẤT VÀ BÁN KÍNH VÙNG ẢNH HƯỞNG 83 4.2.1 Xem xét quan hệ chiều sâu hố đào chuyển vị ngang lớn đất 85 4.2.2 Xem xét quan hệ chiều sâu hố đào bán kính vùng ảnh hưởng phạm vi hố móng 87 4.2.3 Xem xét quan hệ chiều sâu hố đào bán kính vùng ảnh hưởng phạm vi hố móng 90 4.3 XEM XÉT CHUYỂN VỊ NGANG CỦA CỌC KHI ĐÀO ĐẤT 92 4.3.1 Xem xét chuyển vị ngang cọc hố móng 92 4.3.2 Xem xét chuyển vị ngang cọc hố móng (cọc công trình hữu lân cận) 98 4.4 XEM XÉT ẢNH HƯỞNG CỦA KÍCH THƯỚC TIẾT DIỆN NGANG CỌC ĐẾN CHUYỂN VỊ NGANG CỦA CỌC 103 iv 4.4.1 Xem xét ảnh hưởng tiết diện ngang cọc đến chuyển vị ngang cọc hố móng 104 4.4.2 Xem xeùt ảnh hưởng tiết diện cọc đến chuyển vị ngang cọc hố móng 107 4.5 XEM XÉT ẢNH HƯỞNG CỦA MÔ ĐUN BIẾN DẠNG NỀN ĐẤT ĐẾN CHUYỂN VỊ NGANG CỌC 110 4.5.1 Xem xét ảnh hưởng mô đun biến dạng đất (Edn) đến chuyển vị ngang cọc hố móng 110 4.5.2 Xem xét ảnh hưởng mô đun biến dạng đất đến chuyển vị ngang cọc hố móng 113 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 117 KẾT LUẬN 117 KIEÁN NGHÒ 119 TÀI LIỆU THAM KHẢO 120 v DANH MỤC BẢNG Bảng 1-1 Đặc tính địa chất công trình lớp A Bảng 1-2 Đặc tính địa chất công trình lớp B Bảng 1-3 Đặc tính địa chất công trình lớp C Bảng 1-4 Đặc tính địa chất công trình lớp D Bảng 1-5 Đặc tính địa chất công trình lớp E 11 Bảng 1-6 Tổng hợp kết khảo sát dịch chuyển ngang cọc công trình xây dựng Nhà máy xử lý nước thải 17 Bảng 1-7 Tổng hợp kết khảo sát dịch chuyển ngang cọc công trình xây dựng tòa nhà River Garden 21 Bảng 2-1 Giá trị 50 cho đất sét .34 Bảng 2-2 Phương pháp xây dựng đường cong p-y cho đất sét cứng nằm mực nước ngầm (theo Reese et al., 1975) 35 Bảng 2-3 Giaù trị k (N/cm3) đất cát 39 Bảng 3-1 Tổng hợp thông số tính toán đất 67 Bảng 4-1 Chuyển vị ngang lớn đất hố móng 76 Bảng 4-2 Chuyển vị ngang lớn đất hố móng 82 Bảng 4-3 Chuyển vị ngang lớn đất theo chiều sâu hố đào 86 Bảng 4-4 Bán kính ảnh hưởng chuyển vị đất phạm vi hố móng 88 Bảng 4-5 Bán kính ảnh hưởng chuyển vị đất phạm vi hố móng 90 Bảng 4-6 Chuyển vị ngang lớn cọc hố móng 97 Bảng 4-7 Chuyển vị ngang lớn cọc hố móng 102 Bảng 4-8 Các thông số tính toán cọc 103 Bảng 4-9 Chuyển vị ngang lớn cọc hố móng theo tiết diện ngang cọc 106 116  Khi môđun biến dạng đất nhỏ (Edn < 6000KN/m2), chuyển vị ngang cọc BTCT hố móng tác dụng áp lực đẩy ngang lớn thay đổi phụ thuộc nhiều vào môđun biến dạng đất  Khi môđun biến dạng đất lớn (Edn > 6000KN/m2), chuyển vị ngang cọc BTCT hố móng tác dụng áp lực đẩy ngang giảm đáng kể, có biên độ thay đổi không nhiều theo thay đổi Edn 117 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Tại khu vực có đất yếu, đào hố móng gây dịch chuyển khối đất xung quanh (trong hố móng) theo hướng từ vào hố móng Chuyển vị ngang đất phụ thuộc vào chiều sâu hố đào khoảng cách đến taluy đào Khi mái taluy đào bị ổn định (phá hoại trượt), chuyển vị ngang đất phạm vi cung trượt tăng lên đột ngột phía hố đào Khi mái taluy đào chưa bị phá hoại, quan hệ chiều sâu đào hố móng (x) chuyển vị ngang lớn đất (y) gần quan hệ tuyến tính, biểu thị qua phương trình: y=51,2x (mm) Phạm vi ảnh hưởng dịch chuyển đất đến công trình lân cận (trong hố móng) gây việc đào hố móng lớn (có thể tới 80m chiều sâu hố đào 4m) thay đổi tỷ lệ thuận với chiều sâu hố đào Quan hệ chiều sâu đào H phạm vi ảnh hưởng đến kết cấu bên hố móng R (thể qua tỉ số H/R) quan hệ tuyến tính, thể qua phương trình y=0.012x (trong x chiều sâu hố đào, y tỉ số H/R) Khi đào hố móng đất yếu, cọc hữu nằm vùng ảnh hưởng bị chuyển vị ngang theo hướng dịch chuyển đất Cọc nằm gần vị trí taluy đào chuyển vị ngang cọc lớn Khi ta luy đào bị ổn định (bị trượt) chuyển vị ngang cọc nằm phạm vi cung trượt tăng lên đột ngột 118 Phần thân cọc nằm tầng đất yếu phía nơi bị uốn cong nhiều nhất, đầu cọc bị đẩy xa bị trí ban đầu phần cọc nằm tầng đất tốt bên chuyển vị không nhiều, gây nên tượng gãy cọc Kích thước tiết diện ngang cọc có ảnh hưởng đến chuyển vị ngang cọc hố móng đào nhiên mức độ ảnh hưởng không nhiều Khi đào hố móng, mô đun biến dạng đất có ảnh hưởng đến chuyển vị ngang cọc BTCT (trong hố móng)  Khi môđun biến dạng đất nhỏ (Edn6000KN/m2), chuyển vị ngang cọc BTCT tác dụng áp lực đẩy ngang giảm đáng kể, có biên độ thay đổi không nhiều theo thay đổi môđun biến dạng đất 119 KIẾN NGHỊ Trước tiến hành công tác đào hố móng công trình khu vực có đất yếu, cần phải tiến hành phân tích kỹ lưỡng điều kiện thi công thực tế khu vực thi công, có xét đến tượng dịch chuyển đất vị trí công trình hữu lân cận phạm vi khoảng 80m từ vị trí đào Trong trình đào hố móng khu vực có đất yếu, cần phải cảnh giác tương dịch chuyển đất Phải tiến hành theo dõi, quan trắc dịch chuyển đất cọc suốt trình đào đất Phải kiểm soát chặt chẽ biện pháp thi công thiết kế ổn định hố đào Nếu không kiểm soát dịch chuyển đất định không đào hố móng đất yếu 120 TÀI LIỆU THAM KHẢO Châu Ngọc n (2004), Cơ học đất, NXB Đại học quốc gia Tp.HCM Cao Văn Chí (2003), Cơ học đất, NXB Xây dựng Trần Quang Hộ (2005), Công trình đất yếu, NXB Đại học quốc gia Tp.HCM Vũ Công Ngữ, Nguyễn Thái (2004), Móng cọc, phân tích thiết kế, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Phan Hồng Quân (2007), Nền Móng, NXB Giáo dục Lê Anh Hoàng (2004), Nền Móng, NXB Xây dựng Bùi Anh Định, Nguyễn Sỹ Ngọc (2000), Nền Móng công trình cầu đường, NXB Giao Thông Vận Tải R Whitlow (1999), Cơ học đất Châu Ngọc Ẩn (2008), Một vài điểm cần lưu ý thiết kế ổn định thi công phần tầng hầm, Hội thảo chuyên để “Sự cố công trình xây dựng có phần ngầm – học kinh nghiệm” 10 Trần Đình Ngọc (2006), Báo cáo nguyên nhân cố chuyển dịch cọc biện pháp xử lý, Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng 11 Nguyễn Minh Tâm (2007), Báo cáo kiểm định công trình khu hộ cao cấp River Garden, Trung tâm nghiên cứu ứng dụng công nghệ xây dựng (REACTEC) – Trường đại học Bách Khoa – ĐHQG Tp HCM 12 Phạm Minh Tiến (2007), Luận văn thạc só, Trường Đại Học Bách Khoa – ĐHQG Tp.HCM 13 Nguyễn Ngọc Ân (2007), Luận văn thạc só, Trường Đại Học Bách Khoa – ĐHQG Tp.HCM 121 14 Lê Thanh Hiền (2007), Luận văn thạc só, Trường Đại Học Bách Khoa – ĐHQG Tp.HCM 15 Hoàng Thế Thao (2005), Luận văn thạc só, Trường Đại Học Bách Khoa – ĐHQG Tp.HCM 16 R.B.J Brinkgreve, Plaxis 2D – Version 8, Delft University of Technology & Plaxis b.v., Neitherlands 17 N Thasnanipan, Maung A W and Tanseng P (1998), Damages to piles associated with excavation works in Bankok soft clay, the 6th International Conference on Problems of Pile Foundations Building, Russia, September 14-18, 1998 18 Yung-Tsang Chen (2004), Lateral Load Analysis of Single Piles, University of California 19 Teerawut Juirnarongrit Scott A Ashford (2005), Effect of pile diameter on the modulus of sub-grade reaction, Final Report Submitted to Caltrans under Contract No 59A0051 20 Reed L Mosher and William P Dawkins (2000), Theoretical Manual for Pile Foundations, US Army Corps of Engineer, Engineer Research and Development Center 21 Gustavo E Pacheco-Crosetti (2007), Dynamic Lateral Response of Single Piles Considering Soil Inertia Contribution, University of Puerto Rico 22 Robert L Mokwa (1999), Investigation of the Resistance of Pile Caps to Lateral Loading, Virginia Polytechnic Institute and State University 122 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG I TÓM TẮT - Họ tên: VŨ THANH SƠN - Phái : Nam - Ngày sinh: 07-11-1976 - Nơi sinh: Tp Ninh Bình II ĐỊA CHỈ LIÊN LẠC - Địa nơi ở: A208, C/C Nhiêu Tứ 1, P.7, Q Phú Nhuận, TP HCM - Cơ quan công tác: Công ty Crawford Vietnam - Số điện thoại liên lạc: 093 930 1976 III QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO - Từ 1994-1999: Sinh viên trường Đại học giao thông vận tải Hà nội - Tốt nghiệp: năm 1999 - Hệ đào tạo: Chính qui dài hạn năm - Chuyên ngành: Cầu đường - Trúng tuyển cao học: 2006 trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG Tp HCM - Khoá đào tạo: K2006 - Mã số học viên: 00106017 IV - QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC Từ năm 1999 đến năm 2006: công tác Công ty Tư vấn xây dựng quốc tế Châu Á Thái Bình Dương (APECO) - Từ năm 2006 đến nay: công tác công ty Crawford Vietnam ... tượng chuyển vị ngang đất, cọc BTCT yếu tố liên quan đào đất đất yếu khu vực Tp HCM NỘI DUNG ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU Mở đầu Chương 1: Giới thiệu đặc điểm địa chất khu vực Tp HCM số tượng chuyển vị ngang. .. NGANG CỦA CỌC BTCT TRONG ĐẤT YẾU KHU VỰC TPHCM 68 4.1 XEM XÉT CHUYỂN VỊ NGANG CỦA NỀN ĐẤT YẾU KHI ĐÀO HỐ MÓNG 69 4.1.1 Mô hình toán: 70 4.1.2 Xem xét chuyển vị ngang đất hố... 07-11-1976 Nơi sinh: Tp Ninh Bình Chuyên ngành: Xây dựng đường ôtô đường thành phố MSHV: 00106017 I TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu chuyển vị ngang cọc BTCT điều kiện đất yếu khu vực TP Hồ Chí Minh II NHIỆM