Nghiên cứu sự làm việc của nhóm cọc chịu tải trọng ngang trong điều kiện đất yếu khu vực thành phố hồ chí minh

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - - TRẦN ĐỨC HỒNG VIỆT NGHIÊN CỨU SỰ LÀM VIỆC CỦA NHĨM CỌC CHỊU TẢI TRỌNG NGANG TRONG ĐIỀU KIỆN ĐẤT YẾU KHU VỰC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Chuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG Mã số ngành: 60 58 60 LUẬN VĂN THẠC SĨ Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2010 CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - - - - - -  - - - - - - Cán hướng dẫn khoa học : PGS TS VÕ PHÁN Cán chấm nhận xét : Cán chấm nhận xét : Luaän Văn Thạc Só bảo vệ tại: HĐ CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng năm 2010 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc -oOo Tp HCM, ngày 28 tháng 06 năm 2010 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: TRẦN ĐỨC HOÀNG VIỆT Phái: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 23/02/1985 Nơi sinh: Pleiku, Gia Lai Chuyên ngành: Địa Kỹ Thuật Xây Dựng MSHV: 00908704 1- TÊN ĐỀ TÀI: “Nghiên cứu làm việc nhóm cọc chịu tải trọng ngang điều kiện đất yếu khu vực thành phố Hồ Chí Minh.” 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: Mở đầu Chương I - Tổng quan cọc nhóm cọc chịu tải trọng ngang Chương II - Ứng xử cọc đơn chịu tải trọng ngang sử dụng phương pháp đường cong p-y phương pháp phần tử hữu hạn Chương III - Thí nghiệm cọc đơn chịu tải trọng ngang ngồi trường Chương IV - Phân tích ứng xử cọc đơn chịu tải trọng ngang Chương V - Phân tích ứng xử nhóm cọc chịu tải trọng ngang Kết luận kiến nghị 3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 23/12/2009 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 28/06/2010 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS TS VÕ PHÁN Nội dung đề cương Luận văn thạc sĩ Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) PGS TS VÕ PHÁN BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) PGS TS VÕ PHÁN LỜI CẢM ƠN Qua luận văn thạc só này, tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến các thầy, cô khoa Kỹ Thuật Xây Dựng, trường Đại Học Bách Khoa tận tình hướng dẫn, trang bị nhiều kiến thức sâu rộng góp ý nhiều ý kiến quý báu giúp tác giả hoàn thành luận văn Em xin cảm ơn thầy PGS TS Võ Phán hướng dẫn, động viên giúp đỡ em suốt trình thực luận văn Em xin cảm ơn TS Trần Xuân Thọ TS Nguyễn Minh Tâm giúp đỡ em nhiều trình thực luận văn Xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến môn Địa Cơ – Nền Móng tạo điều kiện cho em hoàn thành tốt luận văn Cảm ơn Phòng đào tạo sau Đại học trường Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh tạo điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn tất khóa học cao học Cuối cùng, xin cảm ơn người gia đình động viên kỳ vọng nơi tác giả Trần Đức Hoàng Việt TĨM TẮT LUẬN VĂN Tên đề tài: “Nghiên cứu làm việc nhóm cọc chịu tải trọng ngang điều kiện đất yếu khu vực thành phố Hồ Chí Minh.” Các cơng trình cầu, cảng nhà cao tầng thường được đặt hệ móng cọc Ngoài tải trọng đứng, tải ngang tác dụng lên cọc đóng vai trị quan trọng cần xét đến trình thiết kế Thực tế nghiên cứu cho thấy, ứng xử cọc làm việc nhóm khơng giống phụ thuộc vào vị trí cọc nhóm, kích thước nhóm cọc hướng tác dụng tải ngang Nghiên cứu thực luận văn nhằm hướng đến hiểu biết rõ ứng xử nhóm cọc chịu tải trọng ngang điều kiện đất yếu khu vực thành phố Hồ Chí Minh, đồng thời đề xuất phương pháp dùng hiệu cơng tác thiết kế Luận văn bao gồm nội dung sau: Chương I: Tổng quan vấn đề chung cọc nhóm cọc chịu tải trọng ngang, lý thuyết tính tốn phương pháp phân tích cọc đơn nhóm cọc chịu tải trọng ngang kết thu đáng ý từ nghiên cứu trước Chương II: Cơ sở lý thuyết phân tích cọc chịu tải trọng ngang sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn phương pháp đường cong p-y: mơ hình tương tác cọc – đất nền, thông số đất cần xác định trình phân tích Chương III: Thí nghiệm trường cho cọc đơn chịu tải trọng ngang: điều kiện địa chất khu vực thí nghiệm, thiết bị trình tự thí nghiệm, kết nhận từ thí nghiệm Chương IV: Phân tích ứng xử cọc đơn chịu tải trọng ngang, so sánh kết phương pháp phần tử hữu hạn phương pháp đường cong p-y với kết thí nghiệm trường Chương V: Phân tích ứng xử nhóm chịu tải trọng ngang: ứng xử cọc khác nhóm, ứng xử tồn hệ nhóm cọc hệ số nhóm cọc, phân tích ứng xử nhóm cọc sử dụng phương đường cong p-y SUMMARY OF THESIS Title of thesis: “Study on behavior of pile groups under lateral load in soft soil condition of Ho Chi Minh City region.” Offshore structures, bridges and buildings are often supported on deep foundations In addition to vertical load, lateral load acting on piles is also a significant factor that needs careful consideration during design processes Recent studies on laterally- loaded pile groups provide evidence that piles in group behave differently than others depending on their positions in pile group, group size, as well as direction of lateral load Study in this thesis is aimed at improving our understanding of the behavior of pile groups under lateral load in soft soil condition of Ho Chi Minh City region, and suggest an analytical method that can be used effectively by practicing engineers This study was undertaken to accomplish the following objectives: Chapter I: Evaluate the state of knowledge with respect to the lateral load resistance of piles and pile groups, analysis methods as well as important conclusion from previous studies Chapter II: Theories of Finite Element Method and p-y curve method to evaluate the behavior of laterally loaded single pile: soil – pile interaction models and soil parameters used in analysis Chapter III: Perform field load tests on single piles subjected to lateral load: investigate soil conditions at test site, test facility and procedure, as well as obtained results from the field load tests Chapter IV: Behavior of single pile under lateral load, compare results from Finite Element Method and p-y curve method with the behavior of actual pile Chapter V: Behavior of different piles in groups and behavior of the whole groups to lateral load, group efficiency factors and application the p-y method for analyzing laterally loaded pile groups behavior MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG I TỔNG QUAN CỌC VÀ NHÓM CỌC CHỊU TẢI TRỌNG NGANG I.1 CỌC ĐƠN CHỊU TẢI TRỌNG NGANG I.1.1 Mơ hình Winkler I.1.2 Phương pháp đường cong p-y I.1.3 Lý thuyết đàn hồi I.1.4 Phương pháp phần tử hữu hạn I.2 NHÓM CỌC CHỊU TẢI TRỌNG NGANG I.3 CÁC NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM CHO CỌC CHỊU TẢI TRỌNG NGANG ĐÃ ĐƯỢC THỰC HIỆN CHƯƠNG II ỨNG XỬ CỦA CỌC ĐƠN CHỊU TẢI TRỌNG NGANG SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐƯỜNG CONG P-Y VÀ PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN II.1 PHƯƠNG PHÁP ĐƯỜNG CONG P-Y 15 II.1.1 Lý thuyết tính tốn 15 II.1.2 Phân tích dạng đường cong p-y cho loại đất 17 II.1.2.1 Đường cong p-y đất sét yếu/dẻo MNN chịu tải tĩnh 17 II.1.2.2 Đường cong p-y đất sét cứng MNN chịu tải tĩnh 19 II.1.2.3 Đường cong p-y đất đất cát theo Robertson 21 II.1.2.4 Đường cong p-y đất đất cát theo Garb & Borden 22 II.1.3 Nhận xét phương pháp đường cong p-y 23 II.2 PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN 23 II.2.1 Trình tự phân tích 23 II.2.2 Các chương trình Plaxis 23 II.2.3 Các mơ hình vật liệu 25 II.2.3.1 Các định nghĩa tổng quát ứng suất biến dạng 25 II.2.3.2 Mơ hình đất thơng số 26 II.2.3.2.1 Mơ hình Mohr – Coulomb (dẻo lý tưởng) 26 II.2.3.2.2 Mơ hình Hardening Soil (HS) 31 II.2.3.3 Nhận xét 34 CHƯƠNG III THÍ NGHIỆM CỌC ĐƠN CHỊU TẢI TRỌNG NGANG Ở HIỆN TRƯỜNG III.1 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT KHU VỰC TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM 35 III.1.1 Xác định module nén ngang - thí nghiệm nén ngang (PMT) 35 II.1.1.1 Thiết bị thí nghiệm 35 II.1.1.2 Trình tự thí nghiệm 36 II.1.1.3 Xử lý kết thí nghiệm 36 III.1.2 Xác định đặc trưng chống cắt biến dạng 40 III.2 THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM 44 III.2.1 Bộ phận gia tải 44 III.2.2 Hệ phản lực 44 III.2.3 Thiết bị quan trắc chuyển vị 44 III.3 ĐẶC ĐIỂM CỌC THÍ NGHIỆM 45 III.4 QUY TRÌNH THÍ NGHIỆM 45 III.5 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 49 III.6 NHẬN XÉT VỀ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 53 CHƯƠNG IV PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CỦA CỌC ĐƠN CHỊU TẢI TRỌNG NGANG IV.1 MÔ PHỎNG CỌC ĐƠN CHỊU TẢI TRỌNG NGANG 54 III.1.1 Mô cọc đơn chịu tải trọng ngang PP đường cong p -y 54 III.1.2 Mô cọc đơn chịu tải trọng ngang PP PTHH 56 IV.2 PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CỦA CỌC ĐƠN CHỊU TẢI NGANG 58 IV.3 CỌC ĐƠN CHỊỤ TẢI NGANG CÓ XÉT ĐẾN TẢI ĐỨNG 64 IV.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG IV 66 CHƯƠNG V PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CỦA NHÓM CỌC CHỊU TẢI TRỌNG NGANG V.1 ỨNG XỬ CỦA CÁC CỌC TRONG NHÓM SỬ DỤNG PP PTHH 68 V.1.1 Mơ nhóm cọc PP PTHH 68 V.1.2 Phân phối tải ngang cọc nhóm 71 V.1.2.1 Nhóm cọc từ 1x1 đến 4x1 71 V.1.2.2 Nhóm cọc từ 1x2 đến 4x2 73 V.1.2.3 Nhóm cọc từ 1x3 đến 4x3 76 V.1.2.4 Nhóm cọc từ 1x4 đến 4x4 79 V.1.3 Chuyển vị ngang moment nhóm cọc 82 V.2 PHÂN TÍCH HỆ SỐ NHĨM CỌC 92 V.3 PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CỦA NHĨM CỌC CHỊU TẢI TRỌNG NGANG DỰA VÀO PP ĐƯỜNG CONG P-Y 99 V.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG V 103 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 105 TÀI LIỆU THAM KHẢO 107 DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 1.1 – Đường cong p-y cho cọc đơn Hình 1.2 – Vùng ứng suất nhóm cọc Hình 1.3 – Đường cong p-y cho cọc đơn nhóm cọc Hình 1.4 – Strain gages dùng để đo moment uốn cọc 10 Hình 1.5 – Slope inclinometer dùng để đo độ nghiêng cọc 10 Hình 1.6 – Thí nghiệm nhóm cọc chịu tải trọng ngang 11 Hình 1.7 – Thí nghiệm cọc đơn chịu tải trọng ngang 11 Hình 1.8 – Cọc bị phá hoại sau thí nghiệm 12 Hình 2.1 – Ứng suất tác dụng lên cọc trước sau chịu tải ngang 15 Hình 2.2 – Mơ hình làm việc cọc dạng đường cong p-y 16 Hình 2.3 – Mơ hình phân chia cọc 16 Hình 2.4 – Đường cong p-y đất sét yếu/mềm MNN chịu tải tĩnh 18 Hình 2.5 – Đường cong p-y đất sét cứng MNN chịu tải tĩnh 20 Hình 2.6 – Giá trị As Ac 20 Hình 2.7 – Cấu trúc chương trình Plaxis 24 Hình 2.8 – Hệ trục tổng quát quy ước dấu 25 Hình 2.9 – Khơng gian ứng suất 25 Hình 2.10 – Quan hệ ứng suất - biến dạng mơ hình đàn dẻo 27 Hình 2.11 – Mặt giới hạn Mohr-Coulomb KG ứng suất 28 Hình 2.12 – Xác định E0 E50 từ kết thí nghiệm nén ba trục 30 Hình 2.13 – Quan hệ ứng suất biến dạng Hyperbol 32 Hình 3.1 – Quan hệ áp lực biến thiên thể tích TN PMT 36 Hình 3.2 – Biểu đồ kết thí nghiệm nén ngang lớp bùn sét 38 Hình 3.3 – Biểu đồ kết thí nghiệm nén ngang lớp sét dẻo mềm 39 Hình 3.4 – Sơ đồ xác định module biến dạng E50ref TN trục 40 ref 40 Hình 3.5 – Sơ đồ xác định module biến dạng Eoed b Nhóm cọc có hai hàng cọc: y = 0.007x + 0.948 Hệ số nhóm Ge 0.95 0.9 y = 0.041x + 0.737 0.85 y = 0.064x + 0.622 Nhóm cọc 1x2 0.8 Nhóm cọc 2x2 y = 0.068x + 0.574 Nhóm cọc 3x2 0.75 Nhóm cọc 4x2 0.7 3.5 4.5 S/D Hình 5.37 – Hệ số nhóm nhóm cọc có hai hàng cọc Ta có bảng xác định cơng thức biểu diễn hệ số nhóm cọc theo số lượng cọc hàng sau: Bảng 5.6 – Công thức biểu diễn hệ số nhóm cọc (nhóm cọc từ 1x2 đến 4x2) S Nhóm cọc có hàng: y = A2 ( ) + B2 D Số cọc hàng Công thức A2 B2 R2 Ge= 0.007(S/D)+0.948 0.007 0.948 0.965 Ge= 0.041(S/D)+0.737 0.041 0.737 0.952 Ge= 0.064(S/D)+0.622 0.064 0.622 0.969 Ge= 0.068(S/D)+0.574 0.068 0.574 0.978 Biểu đồ diễn tả mối quan hệ A2 B2 theo số cọc hàng cho hình 5.38: 94    0.9 y = ‐0.27ln(x) + 0.939 R² = 0.991 Giá trị A2 và B2 0.8 0.7 0.6 Hệ số A2 0.5 Hệ số B2 0.4 0.3 y = 0.046ln(x) + 0.008 R² = 0.980 0.2 0.1 0 Số cọc hàng (L) Hình 5.38 – Quan hệ A2 B2 theo số cọc hàng Đường quan hệ A2 B2 theo số cọc hàng có dạng đường cong nên chọn đường biểu diễn xấp xỉ có dạng logarithm sau: A2 = 0.046ln(L)+0.008, R2 = 0.980 B2 = -0.27ln(L)+0.939, R2 = 0.991 Với: L – số cọc hàng Vậy công thức xác định hệ số nhóm cọc nhóm cọc có hàng cọc sau: S Ge = (0.046 ln( L ) + 0.008)( ) + ( −0.27 ln( L ) + 0.939) D (5.3) c Nhóm cọc có ba hàng cọc: 0.95 y = 0.021x + 0.813 Hệ số nhóm Ge 0.9 0.85 0.8 y = 0.102x + 0.416 0.75 Nhóm cọc 1x3 0.7 y = 0.122x + 0.288 Nhóm cọc 2x3 0.65 0.6 Nhóm cọc 3x3 y = 0.126x + 0.216 Nhóm cọc 4x3 0.55 0.5 3.5 S/D 4.5 Hình 5.39 – Hệ số nhóm nhóm cọc có ba hàng cọc 95    Ta có bảng xác định cơng thức biểu diễn hệ số nhóm cọc theo số lượng cọc hàng sau: Bảng 5.7 – Công thức biểu diễn hệ số nhóm cọc (cọc từ 1x3 đến 4x3) S Nhóm cọc có hàng: y = A3 ( ) + B3 D Công thức Số cọc hàng A3 B3 R2 Ge= 0.021(S/D)+0.813 0.021 0.813 0.945 Ge= 0.102(S/D)+0.416 0.102 0.416 0.985 Ge= 0.122(S/D)+0.288 0.122 0.288 0.994 Ge= 0.126(S/D)+0.216 0.126 0.216 0.995 Biểu đồ diễn tả mối quan hệ A3 B3 theo số cọc hàng cho hình 5.40: 0.9 0.8 Giá trị A3 và B3 0.7 0.6 Hệ số A3 0.5 y = ‐0.43ln(x) + 0.779 R² = 0.968 Hệ số B3 0.4 0.3 y = 0.078ln(x) + 0.030 R² = 0.918 0.2 0.1 0 Số cọc trong hàng (L) Hình 5.40 – Quan hệ A3 B3 theo số cọc hàng Đường quan hệ A3 B3 biểu diễn theo dạng logarithm sau: A3 = 0.078ln(L)+0.030, R2 = 0.918 B3 = -0.43ln(L)+0.779, R2 = 0.968 Công thức xác định hệ số nhóm cọc nhóm cọc có hàng cọc sau: S Ge = (0.078 ln( L) + 0.03)( ) + ( −0.43ln( L ) + 0.779) D (5.4) 96    d Nhóm cọc có bốn hàng cọc: 0.95 y = 0.036x + 0.756 Hệ số nhóm Ge 0.9 0.85 y = 0.112x + 0.382 0.8 0.75 Nhóm cọc 1x4 y = 0.13x + 0.272 0.7 Nhóm cọc 2x4 0.65 y = 0.146x + 0.17 0.6 Nhóm cọc 3x4 Nhóm cọc 4x4 0.55 0.5 3.5 S/D 4.5 Hình 5.41 – Hệ số nhóm nhóm cọc có bốn hàng cọc Bảng 5.8 trình bày cơng thức biểu diễn hệ số nhóm cọc theo số lượng cọc hàng: Bảng 5.8 – Công thức biểu diễn hệ số nhóm cọc (cọc từ 1x4 đến 4x4) S Nhóm cọc có hàng: y = A4 ( ) + B4 D Số cọc hàng Công thức A4 B4 R2 Ge= 0.036(S/D)+0.756 0.036 0.756 0.975 Ge= 0.112(S/D)+0.382 0.112 0.382 0.979 Ge= 0.13(S/D)+0.272 0.13 0.272 0.993 Ge= 0.146(S/D)+0.17 0.146 0.17 0.993 Biểu đồ diễn tả mối quan hệ A4 B4 theo số cọc hàng cho hình 5.41: 97    0.8 0.7 Giá trị A4 và B4 0.6 Hệ số A4 0.5 y = ‐0.42ln(x) + 0.729 R² = 0.977 Hệ số B4 0.4 0.3 y = 0.079ln(x) + 0.043 R² = 0.958 0.2 0.1 0 Số cọc hàng (L) Hình 5.42 – Quan hệ A4 B4 theo số cọc hàng Đường quan hệ A4 B4 biểu diễn theo dạng logarithm sau: A4 = 0.079ln(L)+0.043, R2 = 0.958 B3 = -0.42ln(L)+0.729, R2 = 0.977 Cơng thức xác định hệ số nhóm cọc nhóm cọc có hàng sau: S Ge = (0.079 ln( L ) + 0.043)( ) + ( −0.42 ln( L ) + 0.729) D (5.5) Như vậy, hệ số nhóm cọc chịu tải trọng ngang xác định tùy theo số hàng cọc nhóm số cọc hàng, tổng hợp công thức xác định hệ số nhóm trình bày bảng dưới: Bảng 5.9 – Công thức xác định hệ số nhóm cọc Loại nhóm cọc Cơng thức xác định hệ số nhóm cọc Nhóm cọc có hàng cọc S Ge = (0.032)( ) + (0.812) D Nhóm cọc có hàng cọc S Ge = (0.046 ln( L ) + 0.008)( ) + ( −0.27 ln( L ) + 0.939) D Nhóm cọc có hàng cọc S Ge = (0.078 ln( L) + 0.03)( ) + ( −0.43ln( L ) + 0.779) D Nhóm cọc có hàng cọc S Ge = (0.079 ln( L ) + 0.043)( ) + ( −0.42 ln( L ) + 0.729) D 98    V.3 PHÂN TÍÍCH ỨNG G XỬ CỦA A NHÓM CỌC C CHỊỊU TẢI TR RỌNG NG GANG DỰA A VÀO PH HƯƠNG PHÁP P ĐƯ ƯỜNG CON NG P-Y Để có thhể sử dụngg phương pháp p đườn ng cong p – y cho nnhóm cọc, Bogard & Matllock (19833) đề xuất phương pháp điều chỉnnh đường cong p-y y cho cọcc đơn.Trong phư ương pháp này, hệ sốố fm sử s dụng đểể kể đến ự giảm sứcc kháng tảii ơng tác giữ ữa cọc gây Giá trị psp chho cọc đơn điềuu nganng đất tươ chỉnh giá trịị pgp cho trư ường hợp nhóm n cọc theo công thức sau: pgp = fmpsp (5.6) ( Trong đó: psg – áp lự ực ngang c đất tác dụng lên nhóm n cọc psp - áp lự ực ngang c đất tác dụng lên cọc c đơn H Hình 5.43 – Đường cong p-y cho cọc đơn đ nhó óm cọc Trình tự tính t tốn nhóm n cọc chhịu tải trọn ng ngang sử dụng phư ương pháp đường congg p –y sau: Bước 1: Tính tốn đường đ conng p-y cho m cọc ơn chịu tải trọng trung bình pđơn = Pnhóm /N n Trong đó: đ P nhóm m – tải nganng tác dụng g lên nhóm m cọc N – số cọọc nhhóm Bước 2: Xác X định đường đ congg p-y cho cọc c đơn Bước 3: Xác X định hệ h số điều chỉnh c fmi ch ho hànng nhhóm cọc Bước 4: Phân tích b tốn nhhư cọc đơn chịu tải nggang 99 9    Như phân tích mục V.1.3, giá trị lực ngang truyền vào hàng cọc moment hàng cọc khơng phụ thuộc nhiều vào số cọc hàng mà phụ thuộc vào vị trí hàng cọc nhóm cọc; để phân tích cho nhóm cọc ta cần xác định hệ số điều chỉnh fmi cho hàng cọc nhóm Hệ số fmi ban đầu cho hàng cọc thứ i lấy tỉ số tải trọng ngang tác dụng lên hàng tải trọng ngang tác dụng lên cọc đơn chuyển vị Hệ số fmi sau điều chỉnh cách thử dần để có đường quan hệ tải – chuyển vị ngang cọc đơn phù hợp tốt với đường quan hệ hàng cọc i Hình 5.43 biểu diễn cách xác định hệ số fm cho hàng cọc thứ nhóm cọc có hàng cọc: 500 450 400 Tải ngang (kN) 350 300 250 200 Cọc đơn (fm = 1) fm = 0.8 150 fm = 0.6 fm = 0.5 100 fm = 0.4 50 Hàng cọc 0 20 40 60 80 100 Chuyển vị ngang (mm) 120 140 160 Hình 5.44 – Xác định hệ số fm cách thử dần Trong luận văn này, hệ số fm phân tích với nhóm cọc có số hàng cọc thay đổi từ đến khoảng cách cọc thay đổi từ 3D đến 6D, tóm tắt bảng dưới: 100    Bảng 5.10 – Hệ số điều chỉnh fmi nhóm cọc chịu tải ngang Loại nhóm cọc Vị trí Nhóm cọc có hàng cọc (1x1 đến 4x1) Nhóm cọc có hàng cọc (1x2 đến 4x2) Nhóm cọc có hàng cọc (1x3 đến 4x3) Nhóm cọc có hàng cọc (1x4 đến 4x4) Khoảng cách cọc (S) S = 3.5D S = 4D S = 4.5D S = 3D Hàng 1 1 Hàng Hàng Hàng Hàng Hàng Hàng Hàng Hàng Hàng 0.5 0.8 0.35 0.45 0.6 0.35 0.4 0.65 0.8 0.58 0.82 0.46 0.54 0.72 0.44 0.47 0.71 0.83 0.64 0.85 0.55 0.6 0.8 0.52 0.55 0.75 0.85 0.78 0.89 0.68 0.72 0.84 0.59 0.63 0.79 0.89 S = 5D 0.85 0.95 0.75 0.8 0.9 0.65 0.7 0.85 0.92 Có thể nhận thấy hệ số fm cho hàng cọc nhỏ hàng cọc hệ số tăng dần theo hàng Hệ số fm tăng tỉ lệ thuận với khoảng cách cọc, khoảng cách cọc 6D hệ số nhóm hàng tiến gần đến giá trị Dễ thấy nhóm cọc có hàng cọc, hiệu ứng nhóm khơng đáng kể, hệ số nhóm Ge xấp xỉ chứng tỏ nhóm cọc ứng xử gần cọc đơn chịu tải trung bình Do đó, ta lấy hệ số fm1 Đối với nhóm cọc có hai hàng cọc trở lên, hệ số fm cho hàng tăng dạng tuyến tính theo khoảng cách cọc phương trình đường thẳng biểu diễn quan hệ cho hình dưới: 0.9 y = 0.074x + 0.566 0.8 Hệ số fm2 0.7 0.6 0.5 y = 0.18x ‐ 0.05 0.4 Hàng 0.3 Hàng 0.2 0.1 3.5 S/D 4.5 Hình 5.45 – Hệ số fm2 nhóm cọc có hai hàng cọc 101    0.9 0.8 y = 0.144x + 0.196 Hệ số fm3 0.7 0.6 y = 0.176x ‐ 0.082 0.5 0.4 Hàng y = 0.204x ‐ 0.258 0.3 Hàng 0.2 Hàng 0.1 3.5 S/D 4.5 Hình 5.46 – Hệ số fm3 nhóm cọc có ba hàng cọc 0.9 y = 0.06x + 0.618 0.8 Hệ số fm4 0.7 y = 0.096x + 0.366 0.6 0.5 y = 0.152x ‐ 0.058 Hàng 0.4 Hàng y = 0.15x ‐ 0.09 0.3 Hàng 0.2 Hàng 0.1 3.5 S/D 4.5 Hình 5.47 – Hệ số fm4 nhóm cọc có bốn hàng cọc Bảng tổng hợp công thức xác định hệ số điều chỉnh fmi trình bày bảng dưới: 102    Bảng 5.11 – Công thức xác định hệ số điều chỉnh fmi Loại nhóm cọc Nhóm cọc có hàng cọc (1x1 đến 4x1) Nhóm cọc có hàng cọc (1x2 đến 4x2)  Nhóm cọc có hàng cọc (1x3 đến 4x3)  Nhóm cọc có hàng cọc (1x3 đến 4x3)  Vị trí Cơng thức xác định fmi Hàng fm1 = 1  Hàng fm1 = 0.18(S/D) ‐ 0.05  Hàng fm2 = 0.074(S/D) + 0.566  Hàng Hàng fm1 = 0.204(S/D) ‐ 0.258  fm2 = 0.176(S/D) ‐ 0.082  Hàng fm3 = 0.144(S/D) + 0.196  Hàng Hàng fm1 = 0.15(S/D) ‐ 0.09  fm2 = 0.152(S/D) ‐ 0.058  Hàng fm3 = 0.096(S/D) + 0.366  Hàng fm4 = 0.06(S/D) + 0.618  103    V.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG V Khi nhóm cọc chịu tải trọng ngang, tải ngang truyền vào cọc hàng gần Giá trị lực ngang truyền vào hàng cọc không phụ thuộc nhiều vào số cọc hàng mà phụ thuộc vào vị trí hàng cọc, theo phương tác dụng tải ngang, hàng cọc chịu tải ngang tăng Chuyển vị ngang nhóm cọc gia tăng tỉ lệ thuận với tải ngang, giá trị chuyển vị ngang lớn đạt vị trí đài cọc Moment uốn hàng cọc đạt giá trị lớn vị trí đầu cọc Biểu đồ moment uốn hàng cọc khác nhiều cọc hàng, khác biệt nhỏ Chuyển vị ngang nhóm cọc lớn chuyển vị ngang cọc đơn chịu tải ngang tải trung bình tác dụng lên cọc nhóm, sức kháng tải ngang nhóm cọc nhỏ tổng sức kháng tải ngang cọc nhóm cọc làm việc độc lập Khi khoảng cách cọc giảm, tương tác cọc gia tăng, ngược lại khoảng cách cọc tăng dần, tương tác cọc nhóm giảm Khi khoảng cách cọc nhóm lớn 5D, tương tác cọc Hệ số nhóm cọc tăng tăng kích thước nhóm cọc khoảng cách cọc, khoảng cách cọc lớn 5D, hệ số nhóm cọc có giá trị gần Công thức xác định hệ số nhóm cọc thiết lập phụ thuộc vào kích thước nhóm cọc khoảng cách cọc bảng (5.9) Phương pháp đường cong p-y dùng để phân tích nhóm cọc chịu tải trọng ngang cách sử dụng hệ số điều chỉnh fmi cho hàng cọc Đối với hàng cọc, hệ số thay đổi tuyến tính phụ thuộc vào khoảng cách cọc 104    KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN CỌC ĐƠN: Chuyển vị ngang cọc đơn giảm dần theo độ sâu cọc gần không bị chuyển vị ngang từ khoảng độ sâu 33m trở xuống với cấp tải trọng ngang: chuyển vị ngang cọc xuất lớp đất yếu bùn sét lớp sét dẻo mềm đến độ sâu -29.6m, cọc qua lớp cát pha, chuyển vị ngang cọc nhỏ tắt nhanh Phương pháp đường cong p-y cho kết phù hợp tốt với ứng xử thực tế cọc Phân tích sử dụng phương pháp PTHH cho kết chuyển vị ngang, xét cho cấp tải trọng, lớn chuyển vị ngang thực tế cọc khoảng 18% Cả phương pháp PTHH phương pháp đường cong p-y cho hình dạng biểu đồ chuyển vị ngang moment uốn giống Phương pháp đường cong p-y dùng để phân tích cọc đơn chịu tải trọng ngang điều kiện địa chất gồm nhiều lớp đất có lớp bùn sét dày, kết tính theo phương pháp phù hợp tốt với kết thực nghiệm trường Trong trường hợp có tham gia làm việc chung lực dọc, chuyển vị ngang lớn đầu cọc giảm so với cọc làm việc chịu tác dụng tải ngang, nhiên suy giảm không đáng kể đạt tối đa 18% cấp lực dọc lớn NHĨM CỌC: Khi nhóm cọc chịu tải trọng ngang, tải ngang truyền vào cọc hàng gần Giá trị lực ngang truyền vào hàng cọc không phụ thuộc nhiều vào số cọc hàng mà phụ thuộc vào vị trí hàng cọc, theo phương tác dụng tải ngang hàng cọc chịu tải ngang tăng 105    Chuyển vị ngang nhóm cọc gia tăng tỉ lệ thuận với tải ngang, giá trị chuyển vị ngang lớn đạt vị trí đài cọc Moment uốn hàng cọc đạt giá trị lớn vị trí đầu cọc Biểu đồ moment uốn hàng cọc khác nhiều cọc hàng, khác biệt nhỏ Chuyển vị ngang nhóm cọc lớn chuyển vị ngang cọc đơn chịu tải ngang tải trung bình tác dụng lên cọc nhóm, sức kháng tải ngang nhóm cọc nhỏ tổng sức kháng tải ngang cọc nhóm cọc làm việc độc lập Khi khoảng cách cọc giảm, tương tác cọc gia tăng, ngược lại khoảng cách cọc tăng dần, tương tác cọc nhóm giảm Khi khoảng cách cọc nhóm lớn 6D, tương tác cọc không đáng kể Hệ số nhóm cọc tăng tăng kích thước nhóm cọc khoảng cách cọc, khoảng cách cọc lớn 6D, hệ số nhóm cọc có giá trị xấp xỉ Công thức xác định hệ số nhóm cọc thiết lập phụ thuộc vào kích thước nhóm cọc khoảng cách cọc bảng (5.9) 10 Phương pháp đường cong p-y dùng để phân tích nhóm cọc chịu tải trọng ngang cách sử dụng hệ số điều chỉnh fmi cho hàng cọc Đối với hàng cọc, hệ số thay đổi tuyến tính phụ thuộc vào khoảng cách cọc KIẾN NGHỊ Cần có thí nghiệm trường cho nhóm cọc để phân tích tốt ứng xử nhóm cọc khu vực có bề dày lớp đất yếu lớn địa chất phức tạp.Nghiên cứu tiến hành vùng địa chất nhỏ, chưa đại diện toàn địa chất khu vực thành phố Hồ Chí Minh; cần mở rộng nghiên cứu ứng xử nhóm cọc chịu tải trọng ngang cho vùng khu vực Nghiên cứu dừng lại phân tích ứng xử nhóm cọc trường hợp chịu tải tĩnh, trường hợp cọc chịu tải trọng động tải trọng lặp cần tiếp tục nghiên cứu 106    TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Vũ Công Ngữ, Nguyễn Thái, Móng cọc phân tích thiết kế, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2006 [2] Võ Phán, Hoàng Thế Thao, Phương pháp xác định module biến dạng theo phương ngang trường dựa vào kết xuyên tiêu chuẩn (SPT), Tuyển tập kết khoa học công nghệ, Viện Khoa học Thủy lợi Miền Nam, số 11, 2008 [3] J B Anderson, F C Townsend, and B Grajales, Case history evaluation of laterally loaded piles, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, Vol 129, No 3, March, 2003 [4] M Ashour, P Pilling, and G Norris, Lateral behavior of pile groups in layered soils, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, Vol 130, No 6, June, 2003 [5] M Ashour, G Norris, Lateral loaded pile response in liquefitable soil, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, Vol 129, No 6, June, 2003 [6] Brown, D A, and Reese, L C, Lateral behavior of pile group in sand, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, Vol 114, 1988 [7] L Chen, H.G Poulos, Analysis of soil – pile interaction under lateral loading using infinite and finite elements, Computers and Geotechnics,No 15, 1993 [8] Shailesh R Gandhi, S Selvam, Group effect on driven piles under lateral load, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, Vol 123, No 8, August, 1997 [9] S Karthigeyan, V.V.G.S.T Ramakrishna, and K Rajagopal, Influence of vertical load on the lateral response of piles in sand, Computers and Geotechnics,No 33, May, 2006 [10] Lymon C Reese, William M Isenhower, and Shin-Tower Whang, Analysis and design of shallow and deep foundations, John Wiley & Sons, INC., 2006 [11] Charles W W Ng, Limin Zhang, Response of laterally loaded large - diameter bored pile groups, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, Vol 127, No 8, August, 2001 [12] Nihar Ranjan Patra, Prabhakar Jagannath Pise, Ultimate lateral resistance of pile groups in sand, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, Vol 127, No 6, June, 2001 [13] Kyle M Rollins, Kris T Peterson, and Thomas J Weaver, Lateral behavior of full – scale pile group in clay, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, Vol 124, No 6, June, 1998 107    [14] Kyle M Rollins, J Dusty Lane, and Tranvis M Gerber, Measured and computed lateral response of a pile group in sand, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, Vol 131, No 1, January, 2005 [15] Pedro F Ruesta, Frank C Townsend, Evaluation of laterally loaded pile group at Roosevelt Bridge, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, Vol 123, No 12, December, 1997 [16] Zamri H Chik, Jasim M Abbas, Mohd Raihan Taha, and Qassun S Mohammed Shafiqu, Lateral behavior of single pile in cohesionless soil subjected to both vertical and horizontal loads, European Journal of Scientific Research, Vol 29, No 2, 2009 [17] L M Zang, Behaviour of laterally loaded large-section barrettes, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, Vol 129, No 7, July, 2003 [18] Limin Zhang, Michael C McVay, and Peter Lai, Numerical analysis of laterally loaded 3x3 to 7x3 pile groups in sands, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, Vol 125, No 11, November, 1999 108    ... TÀI: ? ?Nghiên cứu làm việc nhóm cọc chịu tải trọng ngang điều kiện đất yếu khu vực thành phố Hồ Chí Minh. ” 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: Mở đầu Chương I - Tổng quan cọc nhóm cọc chịu tải trọng ngang Chương... tài: ? ?Nghiên cứu làm việc nhóm cọc chịu tải trọng ngang điều kiện đất yếu khu vực thành phố Hồ Chí Minh. ” Các cơng trình cầu, cảng nhà cao tầng thường được đặt hệ móng cọc Ngồi tải trọng đứng, tải. .. nghiệm trường điều kiện địa chất có lớp bùn sét dày khu vực Hồ Chí Minh Nghiên cứu thực luận văn phân tích ứng xử cọc nhóm cọc điều kiện địa chất đất yếu khu vực thành phố Hồ Chí Minh, đồng thời