Đánh giá độ lún của móng cọc có xét đến ma sát giữa đất và cọc

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN THỊ THU TRANG ĐÁNH GIÁ ĐỘ LÚN CỦA MÓNG CỌC CÓ XÉT ĐẾN MA SÁT GIỮA ĐẤT VÀ CỌC Chuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2010 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 BÙI TRƢỜNG SƠN 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 TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc _ Tp HCM, ngày 05 tháng 12 năm 2010 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGUYỄN THỊ THU TRANG Phái: NỮ Ngày, tháng, năm sinh: 19-10-1983 Nơi sinh: PHÚ THỌ Chuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG MSHV: 09090311 I- TÊN ĐỀ TÀI: ĐÁNH GIÁ ĐỘ LÚN CỦA MÓNG CỌC CÓ XÉT ĐẾN MA SÁT GIỮA ĐẤT VÀ CỌC II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Tổng hợp phương pháp xác định độ lún móng cọc - Trình bày sở lý thuyết phương pháp xác định độ lún cho móng cọc có xét đến thành phần ma sát đất cọc - Sử dụng phương pháp Bartolomei, phương pháp móng khối quy ước số phương pháp thực nghiệm để xác định độ lún móng cọc, từ nêu lên nhận xét trình thực kết tính thu - Phân tích đánh giá kết luận, kiến nghị III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 06-12-2010 V- CÁN BỘ HƢỚNG DẪN: TS BÙI TRƢỜNG SƠN CÁN BỘ HƢỚNG DẪN TS Bùi Trƣờng Sơn CHỦ NHIỆM BỘ MÔN KHOA QL CHUYÊN NGÀNH QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH PGS.TS Võ Phán LỜI CẢM ƠN Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến người thầy tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, động viên tơi suốt q trình thực luận văn truyền cho tơi lịng đam mê nghiên cứu khoa học: TS Bùi Trƣờng Sơn Tôi xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô mơn Địa Cơ Nền Móng, người truyền cho tơi kiến thức q giá q trình học tập trường cơng tác ngồi xã hội Xin gửi lời cảm ơn đến học viên lớp Địa Kỹ thuật Xây dựng khóa 2009; người bạn, đồng nghiệp giúp đỡ nhiều suốt trình thực luận văn Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn đến ông Nguyễn Tiến Nam, Cha, Mẹ người thân gia đình động viên, giúp đỡ, tạo điều kiện tốt để tơi tham gia hồn thành khóa học Với hạn chế số liệu thời gian thực hiện, chắn luận văn khơng tránh khỏi thiếu sót Rất mong đóng góp ý kiến từ q thầy cơ, đồng nghiệp bạn bè để luận văn thêm hoàn thiện Trân trọng! Học viên Nguyễn Thị Thu Trang ĐÁNH GIÁ ĐỘ LÚN CỦA MÓNG CỌC CÓ XÉT ĐẾN MA SÁT GIỮA ĐẤT VÀ CỌC Tóm tắt: Nội dung luận văn tập trung vào việc đánh giá độ lún móng cọc có xét đến yếu tố ma sát đất cọc Phương pháp Bartolomei sử dụng làm cơng cụ để đánh giá Kết tính tốn so sánh với kết dự tính độ lún theo phương pháp móng khối qui ước phương pháp kinh nghiệm từ kết thí nghiệm nén tĩnh trường THE EVALUATION OF THE PILES FOUNDATION’S SETTLEMENT CONSIDERING ABOUT THE FRICTION FACTOR OF SOIL AND PILES Abstract: The contents of the thesis focus on evaluation of the settlement of pile foundation consider the friction factor of soils and piles Bartolomei method is used as a tool to assess The final result is compared with the results of estimateing the settlement of piles foundation which are given by the equivalent raft method and empirical method, using results of static load test MỤC LỤC MỞ ĐẦU 01 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ƯỚC LƯỢNG ĐỘ LÚN CHO MÓNG CỌC 04 1.1 Phƣơng pháp xác định độ lún cọc đơn 06 1.2 Các phƣơng pháp tính xác định độ lún nhóm cọc 17 1.3 Nhận xét chƣơng 35 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐỘ LÚN CỦA MÓNG CỌC CÓ XÉT ĐẾN MA SÁT GIỮA ĐẤT VÀ CỌC 36 2.1 Các kiện phục vụ toán 36 2.2 Phƣơng pháp giải tích xác định độ lún nhóm cọc 42 2.3 Nhận xét chƣơng 49 CHƯƠNG ĐÁNH GIÁ ĐỘ LÚN CỦA MÓNG CỌC CÓ XÉT ĐẾN MA SÁT GIỮA ĐẤT VÀ CỌC 50 3.1 Điều kiện địa chất cơng trình cấu tạo móng cọc 50 3.2 Độ lún móng cọc có xét đến ma sát đất cọc 56 3.3 Nhận xét chƣơng 76 KẾT LUẬN 77 KIẾN NGHỊ 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO 79 PHỤ LỤC PHỤ LỤC A: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM NẼN TĨNH CỌC TP3 PHỤ LỤC B: BẢNG TỔNG HỢP CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA ĐẤT NỀN PHỤ LỤC C: KẾT QUẢ TÍNH LÚN THEO PHƢƠNG PHÁP BARTOLOMEI PHỤ LỤC D: KẾT QUẢ TÍNH LÚN THEO PP MĨNG KHỐI QUY ƢỚC LÝ LỊCH TRÍCH NGANG -1- MỞ ĐẦU Mục đích ý nghĩa đề tài Trong thiết kế móng cho cơng trình xây dựng (bao gồm móng cọc móng nơng), hai vấn đề quan trọng cần quan tâm hàng đầu ảnh hưởng trực tiếp đến làm việc ổn định kết cấu móng sức chịu tải biến dạng (lún) đất đáy móng Đối với móng cọc, đặc biệt cọc ma sát, biến dạng lún thường xảy sau q trình thi cơng nên khó kiểm sốt khắc phục xảy tượng độ lún vượt giới hạn cho phép Cũng đưa thiết kế thiên an toàn, giảm tối đa độ lún cơng trình mà gây lãng phí mặt kinh tế Điều địi hỏi người thiết kế cần có cơng cụ hữu hiệu để dự đốn cách xác độ lún móng cọc Trên thực tế, từ liệu quan trắc lún số cơng trình sử dụng móng cọc, nhận thấy tồn khác biệt độ lún thiết kế độ lún thu từ quan trắc thực tế, độ lún cọc đơn độ lún nhóm cọc Nguyên nhân gây khác biệt độ lún cọc đơn nhóm cọc chứng minh hiệu ứng nhóm Cịn nguyên nhân gây khác biệt độ lún thiết kế quan trắc yếu tố: mức độ xác hợp lý cơng tác khảo sát địa chất – cơng trình khu vực xây dựng, tượng địa chất động lực cơng trình xảy phạm vi móng cơng trình, cách lựa chọn phương pháp tính lún cho móng cọc Theo quy phạm thiết kế hành, phương pháp xác định độ lún móng cọc khuyến cáo sử dụng thường dựa mơ hình móng khối quy ước cho nhóm cọc, lý thuyết tốn phẳng cho băng cọc, lớp biến dạng tuyến tính cho bè cọc, tốn khơng gian biến dạng dựa vào kết nén tĩnh dùng cho cọc đơn Trong phương pháp móng khối quy ước sử dụng nhiều -2- Việc lựa chọn kích thước móng khối quy ước phụ thuộc vào số lượng khoảng cách cọc bố trí móng đặc trưng lý đất chiều dài cọc Theo điều kiện địa chất khu vực, chiều dài cọc thường có giá trị lớn nên kích thước móng khối quy ước lớn tương ứng Trong trường hợp việc bỏ qua thành phần ma sát đất cọc (hoặc xét đến cách tổng thể) ngun nhân làm kết tính tốn thiết kế khác biệt so với thực tế Do đó, đề tài thực với mục đích: đánh giá độ lún móng cọc có xét đến ma sát đất cọc Phương pháp nghiên cứu - Tổng hợp phương pháp xác định độ lún cho móng cọc sử dụng phổ biến thiết kế - Trình bày sở lý thuyết phương pháp tính tốn độ lún móng cọc có xét đến ma sát đất cọc đề nghị Bartolomei - Sử dụng phương pháp Bartolomei để tính tốn độ lún cho móng cọc cụ thể So sánh kết với kết tính có từ: phương pháp móng khối quy ước, phương pháp bán kinh nghiệm phương pháp kinh nghiệm sử dụng tương quan độ lún cọc đơn (trong thí nghiệm nén tĩnh) nhóm cọc để đưa nhận xét kết luận phương pháp tính Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu thực kết cấu móng cọc bê tơng đúc sẵn cơng trình tháp TW3-TW4 (Zone B) cụm cơng trình nhà cao tầng thuộc dự án Diamond Island, quận 2, Tp Hồ Chí Minh Hạn chế đề tài Các quan trắc lún cho cơng trình dân dụng chủ yếu tập trung cho móng cọc khoan nhồi đài bè, có cơng trình tiến hành quan trắc cho móng cọc bê tơng cốt thép sử dụng đài đơn Do hạn chế mặt số liệu quan trắc nên kết -3- tính tốn đề tài so sánh với độ lún móng tính theo phương pháp kinh nghiệm sử dụng kết nén tĩnh cọc Ảnh hưởng yếu tố ma sát đất cọc xem xét điều kiện giả thiết ma sát đất cọc phân bố mà chưa xét đến ứng xử thực tế chúng Việc tính tốn thực cọc bê tông cốt thép đúc sẵn, chưa thực cọc khoan nhồi số loại cọc khác -81- 27 Bengt H.Fellinius (2006) Basic of Foundation Design Electronic Edition 28 Mu Feng (2007) Analysis and prediction of the axial capacity and settlement of displacement piles in sandy soil Thesis, University of Hong Kong 29 W.G.K Fleming (1992) A new method for single pile settlement prediction and analysis Géotechnique 42, No.3, 411-425 30 S.R Gandhi (1994) Settlement behavior of pile raft foundation Seminar on Design of pile group and pile cap Indian Geotechnical Society 31 Manjriker Gunaratne (2006) The foundation engineering hand book Taylor and Francis 32 J.A Hemsley (2000) Design applications of raft foundation Thomas Telford 33 Meyerhof (1976) Bearing Capacity and Settlement of Pile Foundations The Eleventh Terzaghi Lecture, Journal of Geotechnical Engineering Division, ASCE, Vol 102, No GT3 34 H.G.Poulos, E.H.Davis (1980) Pile foundation analysis and design John Wiley and Sons 35 H.G Poulos (2000), Foundation settlement analysis – Practice versus research The Eighth Spencer J Buchanan Lecture 36 H.G Poulos (2007), Pile Group Settlement Estimation – Research To Practice 37 M.J Tomlinson (1994) Pile design and construction practice E & FN Spon 38 M.J Tomlinson (2001) Foundation design and construction Pearsons Education Limited 39 А.А Бартоломей, И.М Омельчак, Б.С Юшков (1994) Прогноз осадок свайных фундаментов Москва Стройиздат PHẦN PHỤ LỤC Phụ lục A: BÁO CÁO THÍ NGHIỆM NÉN TĨNH Phụ lục B: BẢNG TỔNG HỢP CHỈ TIÊU CƠ LÝ ĐẤT NỀN Phụ lục C: KẾT QUẢ TÍNH LÚN THEO PP BARTOLOMEI Phụ lục D: KẾT QUẢ TÍNH LÚN THEO PP MĨNG KHỐI QUY ƯỚC -1- Phụ lục A: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM NÉN TĨNH CỌC -2- Chu kỳ Chu kỳ Chu kỳ Tải trọng (%TK) 25 50 75 100 125 150 100 50 100 125 150 175 200 150 100 50 (Tấn) 40 80 120 160 200 240 160 80 160 200 240 280 320 240 160 80 Thời gian giữ tải phút 60 60 60 60 60 60 60 60 60 360 60 60 60 1440 60 60 60 1440 Độ lún (mm) 0,66 1,46 2,61 4,34 6,42 9,31 8,11 6,48 4,41 10,7 12,49 14,27 16,36 20,55 18,2 15,11 12,36 9,03 -3- -4- -5- BẢNG TỔNG HỢP CHỈ TIÊU CƠ LÝ CÁC LỚP ĐẤT NỀN Phụ lục B: Tên lớp Các tiêu lý + Lớp Lớp Lớp Lớp Lớp Lớp Lớp Lớp Lớp Lớp Lớp Lớp Lớp 4-I 7-1 8-I 10 0,0 0,0 0,9 1,1 1,3 0,1 0,0 0,4 0,0 1,7 2,4 1,5 0,9 Thành phần hạt: - Hạt sỏi sạn % - Hạt cát % 4,8 31,1 35,4 77,3 78,8 25,1 42,7 78,7 70,0 80,4 77,8 22,3 22,4 - Hạt bụi % 34,1 35,8 30,7 13,4 12,5 31,6 30,5 12,2 21,0 10,8 13,2 39,2 44,5 - Hạt sét % 61,7 33,1 33,0 8,6 7,4 43,2 27,2 8,7 8,9 7,1 6,6 37,0 32,2 % 77,06 19,11 24,65 16,36 15,37 18,19 18,03 17,98 19,18 15,98 15,19 14,52 17,45 + Dung trọng tự nhiên w g/cm3 1,440 1,99 1,90 2,01 2,02 1,98 1,97 1,97 1,94 1,90 2,01 2,00 2,01 + Dung trọng khô d g/cm3 0,81 1,67 1,52 1,73 1,75 1,68 1,67 1,67 1,63 1,64 1,74 1,75 1,71 + Khối lượng rieâng  g/cm3 2,62 2,66 2,67 2,66 2,67 2,68 2,67 2,67 2,66 2,66 2,67 2,70 2,70 + Hệ số rỗng  2,240 0,595 0,755 0,539 0,523 0,605 0,598 0,599 0,633 0,510 0,534 0,544 0,576 + Độ bão hòa G 90 85 86 81 78 81 80 80 81 83 76 72 82 + Giới hạn Atterberg: 62,2 31,23 36,1 36,80 30,9 30,7 30,1 33,0 15,33 19,7 17,40 17,4 17,1 16,3 29,2 15,90 16,4 19,40 13,5 13,6 13,8 1,52 0,24 0,30 0,04 0,05