Nghiên cứu sự làm việc của móng bè cọc trong điều kiện địa chất công trình thành phố sóc trăng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI - - PHẠM QUỐC TUẤN NGHIÊN CỨU SỰ LÀM VIỆC CỦA MÓNG BÈ – CỌC TRONG ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT CƠNG TRÌNH THÀNH PHỐ SĨC TRĂNG Chun ngành: Địa kỹ thuật xây dựng Mã số: 60-58-02-04 LUẬN VĂN THẠC SỸ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN QUANG TUẤN HÀ NỘI – 2017 LỜI CAM ĐOAN Trong thời gian học tập trường với định hướng thầy cô, đồng thời với kinh nghiệm làm việc quan, giúp đỡ bạn bè đồng nghiệp đặc biệt giúp đỡ hướng dẫn thầy TS Nguyễn Quang Tuấn Việc thực đề tài luận văn cao học “Nghiên cứu làm việc móng bè – cọc điều kiện địa chất cơng trình thành phố Sóc Trăng” tơi xin cam đoan số liệu, kết tính tốn nêu luận văn trung thực chưa sử dụng cơng trình khác Mọi giúp đỡ cho việc thực luận văn cảm ơn thơng tin trích dẫn luận văn ghi gõ nguồn gốc Tác giả luận văn Phạm Quốc Tuấn i LỜI CẢM ƠN Trong trình học tập, nghiên cứu thực Luận văn Thạc sĩ, nhận giúp đỡ, tạo điều kiện nhiệt tình quý báo nhiều cá nhân, tập thể Trước tiên xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến tồn thể Q Thầy, Cô Trường Đại học Thủy Lợi Hà Nội Thầy, Cô Bộ môn Địa kỹ thuật trường tận tình giúp đỡ tơi suốt thời gian qua Tơi xin cảm ơn kiến thức cần thiết, bổ ích kinh nghiệm mà Thầy, Cơ tận tình truyền giảng lại cho để vận dụng vào công việc thực tiễn, góp vào hành trang bước đường tương lai sống, hồn thành luận văn tốt nghiệp Tiếp đến, tơi xin gởi lời cảm ơn đến Thầy TS Nguyễn Quang Tuấn tận tình hướng dẫn, dạy ân cần, truyền đạt cho kiến thức, kinh nghiệm quý báu, cung cấp đề định hướng suốt trình làm luận văn tốt nghiệp Tôi xin chân thành cảm ơn thầy Tơi xin trân trọng cảm ơn Phịng Đào tạo Đại học sau Đại học - Trường Đại học Thủy Lợi tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành luận văn tiến độ Tơi xin gởi lời cảm ơn đến tất anh chị, bạn học lớp Cao học 24ĐKT12 cung cấp tài liệu, giúp đỡ đóng góp cho tơi kiến thức bổ ích để tơi hồn thành luận văn cách tốt Do thời gian thực đề tài có hạn lượng kiến thức bao la vô tận nên tránh khỏi thiếu xót định Tơi mong đóng góp ý kiến q báu Q Thầy, Cơ bạn bè để ngày hồn thiện Tơi xin chân thành cám ơn! ii MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH v DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU viii MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÓNG BÈ - CỌC 1.1 Tổng quan móng bè - cọc 1.2 Các quan điểm thiết kế móng cọc 1.2.1 Quan điểm cọc chịu tải trọng hoàn toàn 1.2.2 Quan điểm bè chịu tải trọng hoàn toàn 1.2.3 Quan điểm móng bè - cọc đồng thời chịu tải trọng cơng trình 1.3 Cấu tạo ứng dụng móng bè - cọc 1.3.1 Cấu tạo móng bè - cọc 1.3.2 Ứng dụng móng bè - cọc 1.4 Cơ chế làm việc móng bè - cọc 1.5 Các phương pháp phân tích móng bè - cọc 12 1.5.1 Các phương pháp đơn giản 12 1.5.2 Các phương pháp có kể đến tương tác cọc - đất bè - đất 19 1.6 Lựa chọn cơng trình áp dụng thành phố Sóc Trăng, tỉnh Sóc Trăng 24 1.7 Điều kiện địa chất cơng trình vị trí nghiên cứu 24 1.7.1 Đặc điểm chung địa hình khu vực nghiên cứu 24 1.7.2 Đặc điểm chung địa chất khu vực nghiên cứu 25 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH TÍNH TỐN MĨNG BÈ - CỌC 29 2.1 Phân tích tính tốn theo phương pháp thông thường 29 2.1.1 Cơ sở lý thuyết 29 2.1.2 Trình tự thiết kế móng cọc 30 2.1.3 Tính toán sức chịu tải cọc 31 2.1.4 Cọc chịu tải trọng ngang cọc chịu uốn dọc 36 2.1.5 Mô tốn móng cọc chịu tải trọng tồn chương trình Plaxis 37 2.2 Phân tích tính tốn theo phương pháp số sử dụng phần mềm Plaxis 38 2.2.1 Cọc đất 38 iii 2.2.2 Sức chịu tải móng bè cọc 42 2.2.3 Độ lún móng bè cọc 42 2.2.4 Mô tốn móng cọc bè chương trình Plaxis 48 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ PHÂN TÍCH TÍNH TỐN MĨNG BÈ CỌC CHO CƠNG TRÌNH TẠI THÀNH PHỐ SÓC TRĂNG 51 3.1 Giới thiệu khái quát cơng trình 51 3.2 Điều kiện địa chất cơng trình vị trí xây dựng 51 3.3 Các thông số đất vị trí xây dựng cơng trình 53 3.4 Số liệu đầu vào sử dụng tính tốn kết cấu cơng trình 57 3.5 Kết phân tích tính tốn theo phương pháp 59 3.6 Phân tích ảnh hưởng yếu tố đất tới hiệu việc sử dụng giải pháp móng bè - cọc 72 3.7 So sánh kết theo phương pháp 73 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 81 PHỤ LỤC: HỒ SƠ ĐỊA CHẤT KHU VỰC NGHIÊN CỨU LUẬN VĂN 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO 97 iv DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình - 1: Các phương án bố trí cọc đài Hình - 2: Cấu tạo móng bè cọc Hình - 3: Sự tương tác làm việc móng bè cọc (Poulos, 2000) Hình - 4: Hiệu ứng nhóm cọc 11 Hình - 5: Sơ đồ tính móng tuyệt đối cứng 14 Hình - 6: Sơ đồ tính móng mềm theo giả thiết E Winkler 14 Hình - 7: Mơ hình thí nghiệm Terzaghi 15 Hình - 8: Mơ hình phân tích móng bè - cọc 20 Hình - 9: Mặt tổng thể địa hình khu vực thành phố Sóc Trăng 25 Hình - 10: Mặt tổng thể vị trí khoan địa chất khu vực 25 Hình - 1: Mặt cọc chịu tải hồn tồn mơ Plaxis 37 Hình - 2: Phase Initial - Chương trình tự động phân tích 37 Hình - 3: Phase - Vật liệu: Tất phần tử cọc, đài kích hoạt 38 Hình - 4: Phase - Tải trọng: Gắn tải tập trung lên đài cọc 38 Hình - 5: Rời rạc hóa phần tử dầm đất tượng trưng đường đậm nét Các vòng tròn tượng trưng cho nút ảo phần tử đất 38 Hình - 6: Quan hệ độ lún khơng nước với tải trọng 43 Hình - 7: Hệ số ảnh hưởng lún I 45 Hình - 8: Hệ số hiệu chỉnh tính nén lún, R K 45 Hình - 9: Hệ số hiệu chỉnh theo độ sâu, R h 46 Hình - 10: Hệ số hiệu chỉnh hệ số Poisson, R v 46 Hình - 11: Hệ số giảm lún với L/d = 10 móng tuyệt đối cứng 47 Hình - 12: Hệ số giảm lún với L/d = 25 móng tuyệt đối cứng 47 Hình - 13: Hệ số giảm lún với L/d = 100 móng tuyệt đối cứng 47 Hình - 14: Hệ số giảm lún áp dụng cho móng mềm, trường hợp tâm 47 Hình - 15: Hệ số giảm lún áp dụng cho móng mềm, trường hợp góc 48 Hình - 16: Tỉ số R G0 / R G0.5 cho L/d =25 48 Hình - 17: Tỉ số R G0 / R G0.5 cho L/d =100 48 Hình - 18: Mặt mơ Plaxis 49 v Hình - 19: Phase Initial - Chương trình tự động phân tích 49 Hình - 20: Phase - Vật liệu: Tất phần tử cọc, đài kích hoạt 49 Hình - 21: Phase - Tải trọng: Gắn tải tập trung lên bè cọc 49 Hình - 1: Mặt bố trí cột tầng hầm 58 Hình - 2: Mơ hình 3D phân tích kết cấu cơng trình phần mềm Etabs 58 Hình - 3: Mặt mơ Plaxis vị trí chân cột 61 Hình - 4: Phase Initial - Chương trình tự động phân tích 61 Hình - 5: Phase - Vật liệu: Tất phần tử cọc, đài kích hoạt 62 Hình - 6: Phase - Tải trọng: Gắn tải tập trung lên đài cọc 62 Hình - 7: Mặt mô Plaxis vị trí chân cột biên 63 Hình - 8: Phase Initial - Chương trình tự động phân tích 63 Hình - 9: Phase - Vật liệu: Tất phần tử cọc, đài kích hoạt 63 Hình - 10: Phase - Tải trọng: Gắn tải tập trung lên đài cọc 63 Hình - 11: Mặt mơ Plaxis 64 Hình - 12: Phase Initial - Chương trình tự động phân tích 64 Hình - 13: Phase - Vật liệu: Tất phần tử cọc, đài kích hoạt 65 Hình - 14: Phase - Tải trọng: Gắn tải tập trung lên bè cọc 65 Hình - 15: Mặt mơ Plaxis vị trí chân cột biên 65 Hình - 16: Phase Initial - Chương trình tự động phân tích 65 Hình - 17: Phase - Vật liệu: Tất phần tử cọc, đài kích hoạt 66 Hình - 18: Phase - Tải trọng: Gắn tải tập trung lên bè cọc 66 Hình - 19: Kết chuyển vị đứng 66 Hình - 20: Kết chuyển vị ngang theo phương x 67 Hình - 21: Kết chuyển vị ngang theo phương z 67 Hình - 22: Ứng suất xung quanh đầu cọc y = - 4.80 67 Hình - 23: Ứng suất xung quanh mũi cọc y = - 40.0 67 Hình - 24: Kết chuyển vị đứng 68 Hình - 25: Kết chuyển vị ngang theo phương x 68 Hình - 26: Kết chuyển vị ngang theo phương z 68 Hình - 27: Ứng suất xung quanh đầu cọc y = - 4.80 69 Hình - 28: Ứng suất xung quanh mũi cọc y = - 40.0 69 vi Hình - 29: Kết chuyển vị đứng 69 Hình - 30: Kết chuyển vị ngang theo phương x 70 Hình - 31: Kết chuyển vị ngang theo phương z 70 Hình - 32: Ứng suất xung quanh đầu cọc y = - 4.50 70 Hình - 33: Ứng suất xung quanh mũi cọc y = - 30.0 70 Hình - 34: Kết chuyển vị đứng 71 Hình - 35: Kết chuyển vị ngang theo phương x 71 Hình - 36: Kết chuyển vị ngang theo phương z 71 Hình - 37: Ứng suất xung quanh đầu cọc y = -4.50 72 Hình - 38: Ứng suất xung quanh mũi cọc y = -30.0 72 vii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng - 1: Bảng tổng hợp tiêu lý đặc trưng lớp đất khu vực I 26 Bảng - 2: Bảng tổng hợp tiêu lý đặc trưng lớp đất khu vực II 27 Bảng - 3: Bảng tổng hợp tiêu lý đặc trưng lớp đất khu vực III 27 Bảng - 1: Hệ số uốn dọc φ 32 Bảng - 1: Bảng tổng hợp tiêu lý đặc trưng lớp đất vị trí xây dựng 52 Bảng - 2: Bảng tổng hợp tiêu lý đặc trưng lớp đất 53 Bảng - 3: Bảng tổng hợp tiêu lý đặc trưng lớp đất 54 Bảng - 4: Bảng tổng hợp tiêu lý đặc trưng lớp đất 55 Bảng - 5: Bảng tổng hợp tiêu lý đặc trưng lớp đất 56 Bảng - 6: Bảng tổng hợp tiêu lý đặc trưng lớp đất 57 Bảng - 7: Bảng nội lực phân tích cơng trình, chân cột có nội lực lớn 59 Bảng - 8: Bảng thông số vật liệu đầu vào mô hình Plaxis 60 Bảng - 9: Bảng so sánh kết phân tích trường hợp chiều dài cọc L=16,0m 73 Bảng - 10: Bảng so sánh kết phân tích trường hợp chiều dài cọc L=21,0m 74 Bảng - 11: Bảng so sánh kết phân tích trường hợp chiều dài cọc L=27,0m 75 Bảng - 12: Bảng so sánh kết phân tích trường hợp chiều dài cọc L=30,0m móng bè cọc L=36,0m móng cọc 76 Bảng - 13: Bảng so sánh kết phân tích trường hợp chiều dài cọc L=30,0m móng bè cọc L=40,0m móng cọc 77 viii PHỤ LỤC: HỒ SƠ ĐỊA CHẤT KHU VỰC NGHIÊN CỨU LUẬN VĂN Vị trí xây dựng cơng trình Cao ốc Siêu thị tổng hợp Ánh Quang Plaza xây dựng vị trí khoan thăm dị địa chất cơng trình Bưu điện tỉnh Sóc Trăng khu đất nằm vị trí đắc địa, có diện tích lớn phù hợp quan trọng địa chất tốt để áp dụng giải pháp móng bè cọc 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phùng Đức Long (2010), Piled raft – a cost effective foundation method for highrises Geotechnical Journal of the SEAGS&AGSEA Vol.41 No.3 September 2010 ISSN 0046-5828 [2] R Katzenbach et al (2005) Combined pile raft foundations (CPRF): An appropriate solution for the foundations of high-rise buildings 2005 pages 19-29 [3] Nguyễn Thanh Sơn (2013) Móng bè – cọc (CPRF) – Giải pháp hiệu cho thiết kế nhà cao tầng siêu cao tầng Việt Nam Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây Dựng Số 17- 2013 [4] Phạm Tuấn Anh (2011) Tính tốn móng bè cọc theo mơ hình hệ số có xét đến độ tin cậy số liệu đất Luận văn thạc sĩ trường Đại học Kiến trúc Hà nội, 2011 [5] Trần Quang Hộ (2015), " Giải pháp móng cho nhà cao tầng", NXB Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh [6] Y.C Tan, C.M Chow & S.S Gue " Piled raft with different pile length for medium-rise buildings on very soft clay" Gue and partners Sdn Bhd, Kuala Lumpur, Malaysia, pp 1-4 [7] GS.TS Vũ Cơng Ngữ, Ths Nguyễn Thái (2006), "Móng cọc - Phân tích thiết kế", NXB Khoa học Kỹ thuật, tr 35 [8] Đỗ Văn Đệ (2012), " Phần mềm Plaxis 3D Foundation - Ứng dụng vào tính tốn móng - Cơng trình ngầm", NXB Xây dựng 97 ... dụng móng bè - cọc 1.3.1 Cấu tạo móng bè - cọc Móng bè - cọc loại móng cọc, cho phép phát huy tối đa khả chịu lực cọc tận dụng phần sức chịu tải đất đáy bè Móng bè cọc cịn gọi móng bè cọc Móng bè. .. vực thành phố Sóc Trăng - Nghiên cứu ảnh hưởng thông số đất tới làm việc hệ móng bè cọc Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu 4.1 Cách tiếp cận Giới thiệu nghiên cứu làm việc đồng thời móng bè móng. .. trăng, từ đưa phương án thiết kế tối ưu cho kỹ sư Mục đích Đề tài Nghiên cứu áp dụng phương án móng bè - cọc cho điều kiện đại chất thành phố Sóc Trăng Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu điều kiện