Nghiên cứu đánh giá giải pháp móng cọc trên nền đất yếu cho công trình xây dựng có xét đến độ tin cậy của số liệu nền đất trên địa bàn tp quảng ngãi

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TÔN LONG MỸ NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ GIẢI PHÁP MÓNG CỌC TRÊN NỀN ĐẤT YẾU CHO CƠNG TRÌNH XÂY DỰNG CĨ XÉT ĐẾN ĐỘ TIN CẬY CỦA SỐ LIỆU NỀN ĐẤT TRÊN ĐỊA BÀN TP QUẢNG NGÃI Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình dân dụng cơng nghiệp Mã số: 60.58.02.08 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS ĐẶNG CÔNG THUẬT Đà Nẵng - Năm 2019 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tác giả Các số liệu kết tính tốn đưa luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tác giả luận văn Tơn Long Mỹ TRANG TĨM TẮT LUẬN VĂN NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ GIẢI PHÁP MÓNG CỌC TRÊN NỀN ĐẤT YẾU CHO CƠNG TRÌNH XÂY DỰNG CĨ XÉT ĐẾN ĐỘ TIN CẬY CỦA SỐ LIỆU NỀN ĐẤT TRÊN ĐỊA BÀN TP QUẢNG NGÃI Học viên: Tôn Long Mỹ Chung ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình dân dụng cơng nghiệp Mã số: 60.58.02.08 - Lớp: K34.XDD.QNg Tóm tắt: Điều kiện địa chất có lớp đất yếu dày nông so với mặt đất tự nhiên, xu sử dụng móng cọc bê tơng cốt thép cơng trình xây dựng khu vực Quảng Ngãi trở nên phổ biến Bên cạnh đó, khu dân cư khu cụm công nghiệp đầu tư xây dựng ngày nhiều khơng trường hợp phải hình thành trước vùng trũng (ruộng lúa thấp, ao mương…) cần san lấp để đạt cao độ quy hoạch hay tôn để vượt lũ Sự cố kết đất yếu đắp làm gây ma sát âm tác dụng lên móng cọc cơng trình xây dựng khu Hiện tượng làm giảm sức chịu tải cọc, làm tăng tải trọng tác dụng vào cọc gây ổn định cho cơng trình Ở khía cạnh khác, móng cọc có khả chịu tải lớn giá thành lại cao chiếm tỷ trọng lớn tổng giá thành cơng trình Chính vậy, sử dụng móng cọc cần phải có thiết kế hợp lý Chính vậy, luận văn tác giả thực toán đánh giá giải pháp móng cọc đất yếu có xét đến độ tin cậy số liệu đất Quảng Ngãi với ba toán: - Bài toán (mục 3.2): Tính tốn móng cọc cơng trình xây dựng đất yếu, độ lún sức chịu tải cọc thay đổi có ảnh hưởng tượng ma sát âm - Bài toán (mục 3.3): Xác định đặc trưng thống kê (giá trị trung bình độ lệch chuẩn) sức chịu tải cọc xét đến độ tin cậy số liệu đất (c, φ, γ), bên cạnh đó, so với giá trị tới hạn Pmax, xác định độ tin cậy móng cọc có xét khơng xét đến ảnh hưởng tượng ma sát âm - Bài tốn (mục 3.4: Móng cọc có khả chịu tải lớn giá thành lại cao chiếm tỷ trọng lớn tổng giá thành công trình Chính vậy, sử dụng móng cọc cần phải có thiết kế hợp lý Trong tốn này, tác giả tiến hành phân tích tốn tối ưu kết cấu móng cọc, hàm mục tiêu bao gồm cực tiểu thể tích móng cọc (gồm cọc đài cọc) độ lún móng cọc Biến thiết kế bao gồm chiều dài cọc Lc đường kính cọc Dc Ràng buộc giới hạn khả chịu tải Pmax ràng buộc giới hạn độ lún Smax Từ khóa: Nền đất yếu, móng cọc bê tơng cốt thép RESEARCH AND EVALUATE THE SOLUTION OF PILE FOUNDATION ON SOFT GROUND FOR CONSTRUCTION CONSIDERING THE RELIABILITY OF THE GROUND DATA IN THE CITY AREA QUANG NGAI Summary: The geological condition has a thick layer of soft soil in the shallow compared to the natural ground, the trend of using reinforced concrete pile foundation under construction works in Quang Ngai area becomes popular In addition, new residential areas and industrial complexes have been built and more and more cases have to be formed in the past as low-lying areas (low rice fields, ditches ) to be leveled to reach the planning level or to build the foundation to overcome flood The consolidation of soft soil under the embankment causes negative friction on pile foundation under construction works in these areas This phenomenon reduces the load capacity of the pile, increasing the load applied to the pile and can cause instability for the building On the other hand, pile foundation has a large load capacity but the price is quite high and accounts for a large proportion in the total cost of the project Therefore, when using pile foundation, there should be reasonable design - Herefore, in this dissertation, the author has performed the problems of assessing pile foundation solutions on soft ground considering the reliability of the ground data in Quang Ngai with three problems: - Problem (Section 3.2): Calculating pile foundation of the construction when building on soft ground, then the settlement and load capacity of the pile will change when there is influence of negative friction phenomenon - Problem (Section 3.3): Determine the statistical characteristics (average value and standard deviation) of pile bearing capacity when considering the reliability of ground ground data (c, φ, γ) Besides, when comparing with the critical value Pmax, we can also determine the reliability of pile foundation when considering and not consider the effect of negative friction phenomenon - Problem (Section 3.4: The pile foundation has a large load capacity but the cost is quite high and accounts for a large proportion of the total cost of construction Therefore, when using pile foundation, it is necessary to have a suitable design In this problem, the author analyzes the optimal problem of pile foundation structure, in which the objective function consists of minimum volume of pile foundation (including pile and pile station) and settlement of pile foundation The design includes Lc pile length and pile diameter Dc Constraints on limiting load capacity Pmax and binding on settlement limit Smax Keywords: Soft soil foundation, reinforced concrete pile foundation MỤC LỤC TRANG BÌA LỜI CAM ĐOAN TRANG TĨM TẮT LUẬN VĂN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU 1 Sự cần thiết đề tài Mục tiêu nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Cấu trúc luận văn CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ GIẢI PHÁP MĨNG CỌC CHO CƠNG TRÌNH XÂY DỰNG DÂN DỤNG TRÊN NỀN ĐẤT YẾU Ở ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ QUẢNG NGÃI 1.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ NỀN, MÓNG 1.1.1 Khái niệm nền, móng 1.1.2 Phân loại nền, móng 1.2 SƠ LƯỢC VỀ MÓNG CỌC CƠNG TRÌNH XÂY DỰNG [16] 1.3 NHẬN XÉT SƠ BỘ VỀ NỀN ĐẤT Ở THÀNH PHỐ QUẢNG NGÃI 14 1.4 ẾT LUẬN 15 CHƯƠNG CƠ SỞ HOA HỌC THIẾT Ế, LỰA CHỌN GIẢI PHÁP MÓNG CỌCTRÊN NỀN ĐẤT YẾU CHO CƠNG TRÌNH XÂY DỰNG TẠI THÀNH PHỐ QUẢNG NGÃI 16 2.1 YÊU CẦU CHUNG VỀ CÔNG TÁC THIÊT Ê NỀN MÓNG 16 2.1.1 Ý nghĩa cơng tác thiết kế móng 16 2.1.2 Nội dung công tác thiết kế móng 16 2.2 CÔNG TÁC HẢO SÁT ĐỊA Ỹ THUẬT PHỤC VỤ CƠNG TÁC THIẾT Ế NỀN MĨNG 17 2.3 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA HÌNH, ĐỊA CHẤT HU VỰC THÀNH PHỐ QUẢNG NGÃI 17 2.3.1 Đặc điểm địa hình 17 2.3.2 Đặc tính địa chất cơng trình 17 2.3.3 Phân vùng địa chất khu vực thành phố Quảng Ngãi 17 2.4 QUY TRÌNH TÍNH TỐN MĨNG CỌC 17 2.4.1 Sơ chọn kích thước tiết diện cọc 18 2.4.2 Xác định sức chịu tải cọc theo độ bền vật liệu làm cọc 18 2.4.3 Xác định sức chịu tải cọc theo tính chất lý đất 19 2.4.4 Xác định sức chịu tải cọc theo tiêu cường độ đất 19 2.4.5 Xác định số cọc, kích thước đài cọc 20 2.4.6 Tính tốn móng cọc 21 2.4.7 iểm tra sức chịu tải cọc theo điều kiện sau : 21 2.4.8 Tính lún cho móng cọc đài đơn (theo trang thái giới hạn thứ hai) 21 2.4.9 Tính tốn móng cọc đất yếu có ảnh hưởng tượng ma sát âm 23 2.10 PHÂN TÍCH ĐỘ TIN CẬY CỦA ẾT CẤU DỰA VÀO PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG MONTE CARLO 28 2.10.1 Tổng quan lý thuyết tính tốn độ tin cậy 28 2.10.2 Các bước tốn phân tích độ tin cậy kết cấu 30 2.10.3 Phương pháp mô Monte-Carlo Simulation (MCS) 32 2.11 ẾT LUẬN 33 CHƯƠNG ĐÁNH GIÁ GIẢI PHÁP MÓNG CỌC TRÊN NỀN ĐẤT YẾU Ở THÀNH PHỐ QUẢNG NGÃI HI XÉT ĐẾN ĐỘ TIN CẬY CỦA SỐ LIỆU NỀN ĐẤT 34 3.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 34 3.2 BÀI TOÁN 1: Phân tích móng cọc đất yếu - ảnh hưởng tượng ma sát âm 35 3.3 BÀI TỐN : Phân tích đặc trưng thống kê sức chịu tải móng cọc đất yếu xét đến độ tin cậy số liệu đất 37 3.3.1 Cơ sở lý thuyết 37 3.3.2 Các bước tính tốn 37 3.3.3 ết tính tốn đặc trưng thống kê sức chịu tải độ tin cậy móng cọc đất yếu 39 3.3.4 hảo sát độ tin cậy móng cọc thay đổi tải trọng truyền xuống cọc, phụ tải đất đắp mực nước ngầm 40 3.4 BÀI TOÁN : Đánh giá hiệu giải pháp móng cọc thơng qua tốn tối ưu đa mục tiêu 42 3.4.1 Đặt vấn đề 42 3.4.2 Mô tả toán 43 3.4.3 Thiết kế sơ móng cọc 44 3.4.4 Đánh giá giải pháp móng cọc thơng qua tốn tối ưu chi phí khả chịu lực móng cọc 44 ẾT LUẬN VÀ IẾN NGHỊ 47 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM HẢO 49 PHỤ LỤC 50 BẢN SAO ẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC PHẢN BIỆN DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1 Số liệu địa chất 35 Bảng 3.2 Đặc trưng thống kê sức chịu tải cọc 39 Bảng 3.3 Tải trọng tính tốn chân cột 43 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Nền móng Hình 1.2 Cột đất trộn xi măng để gia cố thành hố đào móng Hình 1.3 Móng băng giao thoa Hình 1.4 Thi cơng móng đơn Hình 1.5 Thi cơng móng cọc ép Hình 1.6 Một đài cọc sau đổ bê tông xong Hình 1.7 Thi cơng móng cọc khoan nhồi Hình 1.8 Móng cọc 10 Hình 1.9 Cấu tạo cọc bê tông cốt thép .11 Hình 2.1 Cọc đất mềm chống vào lớp đất tốt .24 Hình 2.2 Sự phát sinh ma sát dương .24 Hình 2.3 Ma sát âm có lớp đất đắp xảy cố kết trọng lượng thân 25 Hình 2.4 Ma sát âm lớp đất sét xốp cố kết nước có thêm lớp đất đắp 25 Hình 2.5 Các trường hợp xuất ma sát âm đất đắp 26 Hình 2.6 Các trạng thái kết cấu 30 Hình 3.1 Cấu tạo địa chất đất đặt móng cọc .36 Hình 3.2 Sơ đồ khối phương pháp Monte Carlo .38 Hình 3.3 Biểu đồ tần suất xuất giá trị sức chịu tải cọc với trường hợp có xét khơng xét đến ảnh hưởng đất yếu tượng ma sát âm 39 Hình 3.4 hảo sát ảnh hưởng Pmax đến độ tin cậy kết cấu 40 Hình 3.5 hảo sát ảnh hưởng Pgl đến độ tin cậy kết cấu 41 Hình 3.6 hảo sát ảnh hưởng MNN đến độ tin cậy kết cấu 41 Hình 3.7 Mặt móng cọc 44 Hình 3.8 Sơ đồ khối tính tốn tối ưu 45 MỞ ĐẦU Sự cần thiết đề tài Với điều kiện địa chất có lớp đất yếu dày nông so với mặt đất tự nhiên, xu sử dụng móng cọc bê tơng cốt thép cơng trình xây dựng khu vực thành phố Quảng Ngãi trở nên phổ biến Cùng với phát triển kinh tế xã hội, khu dân cư khu cụm công nghiệp đầu tư xây dựng ngày nhiều khơng trường hợp phải hình thành trước vùng trũng (ruộng lúa thấp, ao mương…) cần san lấp để đạt cao độ quy hoạch hay tôn để vượt lũ Sự cố kết đất yếu đắp làm gây ma sát âm tác dụng lên móng cọc cơng trình xây dựng khu Hiện tượng làm giảm sức chịu tải cọc, làm tăng tải trọng tác dụng vào cọc gây ổn định cho cơng trình Bên cạnh đó, liệu đầu vào tính tốn móng cọc tiêu lý đất nền, tải trọng tác dụng …sẽ không mang giá trị tất định, mà dao động ngẫu nhiên quanh giá trị thiết kế ban đầu tuân theo qui luật phân phối xác suất định Sự dao động làm cho ứng xử đầu kết cấu dao động vượt giới hạn cho phép, dẫn đến phá hủy kết cấu móng Vì vậy, việc xác định xác suất phá hủy kết cấu móng xét đến yếu tố ngẫu nhiên quan trọng trình tính tốn, thiết kế móng cọc Để xác định rõ vấn đề ta dùng đến toán đánh giá độ tin cậy cho kết cấu móng cọc Ở khía cạnh khác, ưu điểm kết cấu móng cọc khả chịu tải lớn, so với loại móng khác móng nơng Ngồi ra, độ ổn định sử dụng móng cọc tốt so với móng nơng Tuy nhiên, nhược điểm kết cấu móng cọc có giá thành xây dựng cao, chiếm tỷ trọng lớn tổng giá thành cơng trình Vì thực tế, để việc thiết kế thi cơng móng cọc vừa đảm bảo độ bền, độ ổn định, đảm bảo giá thành cạnh tranh, việc thiết lập giải toán tối ưu thiết kế cho kết cấu móng cọc vấn đề quan trọng cần quan tâm nghiên cứu Vì vậy, nghiên cứu giải toán thiết kế tối ưu đa mục tiêu cho kết cấu móng cọc, hàm mục tiêu bao gồm cực tiểu thể tích móng cọc (gồm cọc đài cọc) độ lún móng cọc Biến thiết kế bao gồm chiều 54 Gocmasat_phi(i,:) = [normrnd(mu_phi(1),sigma_phi(1)) normrnd(mu_phi(2),sigma_phi(2)) normrnd(mu_phi(3),sigma_phi(3)) normrnd(mu_phi(4),sigma_phi(4))]; Dungtrong_tn(i,:) = [normrnd(mu_gamma(1),sigma_gamma(1)) normrnd(mu_gamma(2),sigma_gamma(2)) normrnd(mu_gamma(3),sigma_gamma(3)) normrnd(mu_gamma(4),sigma_gamma(4))]; end; %Tinh toan cac gia tri Qa va Qa_MSA Kqua = zeros(Ns,3); for i=1:Ns [Kqua(i,1) Kqua(i,2) Kqua(i,3)] = fun_example2(Lucdinh_C(i,:),Gocmasat_phi(i,:),Dungtrong_tn(i,:),P,p_gl,MNN); end; Qa = Kqua(:,1); Qa_MSA = Kqua(:,2)/1.1; Zms = Kqua(:,3); Taux1 = zeros(Ns,1);Taux2 = zeros(Ns,1); Taux1(Qa