Phân tích ứng xử của cọc đơn và cọc trong nhóm khi chịu tải trọng ngang

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA  BÙI TRẦN ĐẠI PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CỦA CỌC ĐƠN VÀ CỌC TRONG NHÓM KHI CHỊU TẢI TRỌNG NGANG CHUYÊN NGÀNH: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG MÃ SỐ NGÀNH: 60.58.60 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 06 NĂM 2012 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 1: Cán chấm nhận xét 2: Luận văn thạc só bảo vệ tại: HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng năm 2012 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHÒNG ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC -oOo - CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc -oOo Tp HCM, ngày tháng năm 2012 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên : BÙI TRẦN ĐẠI Giới tính : Nam Ngày sinh : 08/03/1983 Nơi sinh : Quảng Ngãi Chuyên ngành : ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG MSHV : 09090295 1- TÊN ĐỀ TÀI: PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CỌC ĐƠN VÀ CỌC TRONG NHÓM DƯỚI TÁC DỤNG CỦA TẢI TRỌNG NGANG 2- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG LUẬN VĂN: Mở đầu Chương : TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ CỌC ĐƠN VÀ CỌC TRONG NHÓM KHI CHỊU TẢI TRỌNG NGANG Chương : CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ỨNG XỬ CỌC ĐƠN VÀ CỌC TRONG NHÓM KHI CHỊU TẢI TRỌNG NGANG TRÊN CƠ SỞ ĐỀ NGHỊ Chương : THÍ NGHIỆM HIỆN TRƯỜNG VÀ PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CỌC ĐƠN CHỊU TẢI TRỌNG NGANG Chương NGANG : PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CỌC TRONG NHÓM CHỊU TẢI TRONG Kết luận kiến nghị 3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : PGS TS VÕ PHÁN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Học hàm, học vị, họ - tên chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH PGS TS VÕ PHÁN PGS TS VÕ PHÁN Nội dung đề cương luận văn thạc sĩ Hội Đồng chun ngành thơng qua TRƯỞNG PHỊNG ĐT – SĐH TRƯỞNG KHOA QL CHUYÊN NGÀNH LỜI CẢM ƠN Hơn năm trôi qua, khoảng thời gian đủ dài mà em theo học cao học ngành Địa Kỹ Thuật Xây Dựng Trường Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh Hơm nay, em kết thúc tất mơn hồn thành Luận văn Thạc sĩ phần lớn nhờ giảng dạy hướng dẫn nhiệt tình đầy lương tâm trách nhiệm Thầy Cô phụ trách môn học Ngành Cuối em hoàn thành Luận văn Thạc sĩ với đề tài: Phân tích ứng xử cọc đơn cọc nhóm chịu tác dụng tải trọng ngang Luận văn tổng kết kiến thức học nổ lực thân việc nghiên cứu đề tài khoa tương đối đồng thời tảng để em em nghiên cứu tiếp sau Với lòng Kỹ sư Học viên cao học thành Thạc sĩ, em xin gởi lời nói mình:  Sự kính trọng, cảm ơn sâu sắc đến Thầy PGS TS VÕ PHÁN hướng dẫn động viên giúp đỡ em suốt trình thực luận văn Sự hướng dẫn nhiệt tình chuẩn mực Thầy mở tạo cho em hướng việc tìm tịi nghiên cứu vấn đề khoa học  Sự kính trọng biết ơn cao đến Thầy TS PHAN DŨNG người giúp cho em nhiều tài liệu bổ ích ý kiến cho công việc thực luận văn  Cảm ơn Bộ mơn Địa Nền-Móng, q Thầy Cơ Bộ môn Khoa Kỹ thuật Xây dựng tạo điều kiện để em hoàn thành tốt Luận văn Thạc sĩ  Cảm ơn Phòng Đào tạo sau Đại học Trường Đại học Bách Khoa tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn tất khoá học  Và cuối niềm động viên tinh thần lớn để tơi hồn thành tốt Luận văn Thạc sĩ gia đình, đặc biệt Ba Mẹ, khơng ngại khó khăn ni dưỡng ln hy vọng kết thành tích học tập Con xin chân thành cảm ơn Ba Mẹ, gia đình giúp đở hồn thành khóa học, Luận văn Thạc sĩ quà cao q mà xin tặng cho gia đình Với khả hiểu biết chắn không tránh sai lầm định xin quý Thầy Cô độc giả bỏ qua dẫn cho tơi việc hồn thiện vốn kiến thức Trân trọng kính chào! Bùi Trần Đại TÓM TẮT LUẬN VĂN Tên đề tài: “ Phân tích ứng xử cọc đơn cọc làm việc nhóm chịu tác dụng tải ngang” Tóm tắt: Các cơng trình cầu, cảng nhà cao tầng thường đặt hệ móng cọc Ngoài tải trọng đứng, tải trọng 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 trọng ngang Nghiên cứu thực luận văn nhằm hướng đến hiểu biết rõ ứng xử nhóm cọc chịu tải trọng ngang với điều kiện đất yếu khu vực thành phố Hồ Chí Minh, đồng thời đề xuất phương pháp dùng hiệu công tác thiết kế Kết nghiên cứu cho thấy phù hợp với thực tế phản ánh làm việc cọc đất nền, xác định mối quan hệ hệ số nhóm G khoảng cách cọc cho công tác thiết kế móng cọc SUMMARY OF THESIS Title of thesis: “Analyzing the behavior of single piles and pile work in groups when subjected to the effects of load in the horizontal” Abstract: 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 The results of sudies infer exactly the practical working condition of pile in soil foundation; it is given the correlation between piles distance and lateral group of pile efficiency G for pile design working and construction practice of engineers MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ CỌC ĐƠN VÀ CỌC TRONG NHÓM CHỊU TẢI TRỌNG NGANG 1.1 CÁC VẤN ĐỀ VỀ SỰ LÀM VIỆC CỦA CỌC ĐƠN CHỊU TẢI TRỌNG NGANG 1.1.1 Mơ hình Winkler (phương pháp hệ số nền) 1.1.2 Lời giải số tác giả 1.1.3 Phương pháp đường cong p-y 10 1.1.4 Lý thuyết đàn hồi ( Xấp xỉ côngtinum đàn hồi) 14 1.1.5 Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) 15 1.2 CÁC VẤN ĐỀ VỀ SỰ LÀM VIỆC CỦA CỌC TRONG NHÓM CHỊU TẢI TRỌNG NGANG ( Trong đất dính đất rời) 16 1.2.1 Ảnh hưởng tải trọng ngang tác dụng lên cọc nhóm 17 1.2.2 Sức chịu tải giới hạn nhóm cọc chịu tải trọng ngang (theo Davisson, Oteo-Prakash-saran) 19 1.3 CÁC NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM CHO CỌC CHỊU TẢI TRỌNG NGANG ĐÃ ĐƯỢC THỰC HIỆN 21 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ỨNG XỬ CỌC ĐƠN VÀ CỌC TRONG NHÓM KHI CHỊU TẢI TRỌNG NGANG TRÊN CƠ SỞ ĐỀ NGHỊ 2.1 PHƯƠNG PHÁP XẤP XỈ PHẢN LỰC NỀN VÀ XẤP XỈ ĐÀN HỒI 26 2.1.1 Theo phương pháp xấp xỉ phản lực nền: Reese &Matllock-1957 26 2.1.2 Theo phương pháp xấp xỉ đàn hồi: Poulos-1971 36 2.2 PHƯƠNG PHÁP ĐƯỜNG CONG p-y 44 2.2.1 Cơ sở lý thuyết tính toán 44 2.2.2 Phân tích dạng đường cong p-y cho loại đất ( theo nghiên cứu nhiều tác giả) 48 2.3 KẾT LUẬN – NHẬN XÉT VỀ PHƯƠNG PHÁP ĐƯỜNG CONG P-Y 56 2.4 PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN (PTHH) 57 2.4.1 Phần mềm Plaxis 57 2.4.2 Phần mềm FB – Pier 65 CHƯƠNG 3: THÍ NGHIỆM HIỆN TRƯỜNG VÀ PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CỌC ĐƠN CHỊU TẢI TRỌNG NGANG 3.1 THÍ NGHIỆM HIỆN TRƯỜNG CỌC CHỊU TẢI TRỌNG NGANG 69 3.1.1 Đặc điểm địa chất khu vực tiến hành thí nghiệm 69 3.1.2 Cách xác định vài thông số quan trọng phục vụ cho công tác thiết kế 70 3.1.3 Xác định đặc trưng chống cắt biến dạng 73 3.1.4 Dụng cụ thiết bị thí nghiệm 74 3.1.5 Đặc điểm cọc tiến hành thí nghiệm 75 3.1.6 Quy trình tiến hành thí nghiệm 75 3.1.7 Kết thí nghiệm 80 3.1.8 Xử lý số liệu thí nghiệm 82 3.1.9 Nhận xét kết thí nghiệm 82 3.2 PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CỌC ĐƠN CHỊU TẢI TRỌNG NGANG 82 3.2.1 Tổng quan 82 3.2.2 Kết tính tốn phân tích 86 3.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 91 CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CỌC TRONG NHĨM CHỊU TẢI TRỌNG NGANG 4.1 TỔNG QUAN 93 4.2 KẾT QUẢ TÍNH TỐN 100 4.2.1 Số liệu đầu vào quy ước tên gọi 100 4.2.2 Phân phối tải trọng ngang lên cọc nhóm cọc 101 4.3 ẢNH HƯỞNG CỦA KHOẢNG CÁCH CỌC ĐẾN ỨNG XỬ CỦA NHÓM CỌC 127 4.4 PHÂN TÍCH HỆ SỐ NHÓM CỌC 129 4.4.1 HỆ SỐ NHÓM CỌC Ge 129 4.4.2 PHÂN TÍCH HỆ SỐ fm 132 4.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 137 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 138 TÀI LIỆU THAM KHẢO 140 DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 1.1- Khái niệm Winkler dầm nằm đất đàn hồi Hình 1.2- Hệ lực đường cong biến dạng cọc Hình 1.3- Mơ hình cọc – đất kết toán 11 Hình 1.4- Quan hệ tải trọng ngang p chuyển vị ngang y (p-y) 11 Hình 1.5- Thí nghiệm lực kháng tổng (P) 12 Hình 1.6- Mơ hình cọc đơn 12 Hình 1.7- Ứng suất tác động lên (a) Cọc, (b) đất xung quanh cọc 14 Hình 1.8a- Ứng xử cọc đơn tác dụng tải trọng ngang 16 Hình 1.8b- Ứng xử nhóm cọc tác dụng tải trọng ngang 16 Hình 1.9- Vùng ứng suất nhóm cọc 17 Hình 1.10- Ứng xử nhóm cọc (vùng chập ứng xuất) Mặt bằng; b- Mặt cắt 17 Hình 1.11- Strain gages dùng để đo moment uốn cọc 21-22 Hình 1.12- Slope inclinometer dùng để đođộ nghiêng cọc 22 Hình 1.13- Mặt thí nghiệm cọc đơn nhóm cọc 22 Hình 1.14- Cọc đơn Nhóm cọc trước thí nghiệm 23 Hình 1.15- Nhóm cọc sau đào đất 23 Hình 1.16- Bê tơng cọc bị phá hoại 23 Hình 2.1a- Biểu đồ cọc chịu tải trọng ngang (a) Dầm móng đàn hồi, (b) Lý tưởng Winkler, 26 Hình 2.1b- Biểu đồ cọc chịu tải trọng ngang 27 Hình 2.2- Sơ đồ cọc chịu lực ngang biểu đồ chuyển vị - nội lực 29 Hình 2.3- Quy ước dấu dương đại lượng 29 Hình 2.4a- Hệ số cọc có đầu tự đất khơng dính (a) đầu tự 32 Hình 2.4b- Hệ số cọc có đầu tự đất khơng dính (b) đầu cố định (Ft) 33 Hình 2.5- Chuyển vị, mơ men hệ số cọc có đầu cố định (Ft) chịu tải trọng ngang: (a) Chuyển vị, (b) Mô men uốn, (c) Hệ số 34 Hình 2.6: Hệ số mơ men chuyển vị cọc có đầu tự đất với mô đun không đổi (a) Hệ số chuyển vị mơ men uốn cọc có đầu tự mang tải trọng ngang đầu mô men 0, (b) Hệ số chuyển vị mô men uốn cọc chịu mô men đầu lực ngang 36 Hình 2.7- Giá trị I’pH: đầu cọc tự với mô đun đất biến đổi 38 Hình 2.8- Giá trị I’pM: đầu cọc tự với mô đun đất biến đổi 38 Hình 2.9- Ảnh hưởng hệ số chuyển vị F’p: đầu cọc tự do, môđun đất biến đổi, ảnh hưởng phản lực đất 39 Hình 2.10- Mô men lớn đầu cọc tự với mơ đun biến đổi đất 39 Hình 2.11: (a) Giá trị I’pF (b) Hiệu suất ảnh hường hệ số F’pF với đầu cọc cố định, mô đun đất biến đổi theo độ sâu 40 Hình 2.12- Ảnh hưởng IpH, IpM IM với môđun không đổi (a) IpH so với KR cho cọc đầu tự do, (b) IpM IM so với KR cho cọc đầu tự 41 Hình 2.13- Ảnh hưởng số IM so với KR cho cọc có đầu cố định đất dính 42 Hình 2.14- Mơ ment lớn cọc có đầu tự 43 Hình 2.15- Các hệ số ảnh hưởng I F đầu cọc cố định 43 Hình 2.16- Mơ ment cố định đầu cọc có đầu cố định 44 Hình 2.17a, b- Mơ hình làm việc cọc dạng đường cong p-y 44 Hình 2.17c- Mơ hình phân chia cọc 44 Hình 2.17: Mơ hình đường cong p-y chuyển vị cọc 44 (2.17a) Hình dạng đường cong độ sâu khác x 44 (2.17b) Đường cong trục chuẩn, (2.17c) Mơ hình chuyển vị cọc 45 Hình 2.18- a) Ứng xử đất mặt cắt ngang cọc, b) Mơ hình đường cong p-y 45 Hình 2.19- Sự phân bố ứng suất cọc trước sau chuyển vị ngang 46 Hình 2.20- Đặc trưng đường cong p-y tĩnh tải đất sét mực nước ngầm 50 Hình 2.21- Giá trị không đổi As Ac 51 Hình 2.22- Đất sét mực nước ngầm 52 Hình 2.23- Quan hệ p-y đất cát 53 Hình 2.24- Đồ thị thể giá trị Bi, Ai 54 Hình 2.25- Cấu trúc chương trình Plaxis 59 Hình 2.26a- Mơ hình nhóm cọc 4x4 59 Hình 2.26b- Mơ hình nhóm cọc 4x4 60 Hình 2.27- Kết thí nghiệm ba trục nước tiêu chuẩn mơ hình đàn dẻo 61 Hình 2.28- Quan hệ ứng suất biến dạng mô hình đàn hồi - dẻo -128- nhiều vào vị trí cọc nhóm Hệ số phân phối tải trọng ngang lên cọc thể kết tính tốn Ứng với tải trọng ngang trung bình, chuyển vị ngang nhóm cọc ln lớn chuyển vị ngang cọc đơn Điều có nghĩa sức chịu tải ngang nhóm cọc bị suy giảm hệ số nhóm ln có giá trị nhỏ Hiệu ứng nhóm cọc nhỏ khoảng cách cọc lớn 5D -129- 4.4 PHÂN TÍCH HỆ SỐ NHĨM CỌC 4.4.1 HỆ SỐ NHĨM CỌC Ge: Hệ số nhóm Ge xác định theo công thức: Ge  Qu ( g ) n.Qu ( s ) Trong đó: Qu ( g ) : Sức chịu tải ngang cực hạn nhóm cọc Qu ( s ) : Sức chịu tải ngang cực hạn cọc đơn n : Số lượng cọc nhóm Các giá trị sức chịu tải cực hạn nhóm cọc sức chịu tải cực hạn cọc đơn lấy với giá trị chuyển vị ngang mà cọc bị phá hoại theo vật liệu theo đất xung quanh cọc Chuyển vị ngang giới hạn cọc đơn 140mm ứng với điều kiện phân tích cụ thể luận văn giá trị Qu ( g ) Qu ( s ) lấy ứng với chuyển vị ngang nhóm cọc cọc đơn khoảng 140mm Bảng 4.4- Kết tính tốn hệ số nhóm cọc trình bày bảng Loại nhóm cọc Cơng thức xác Khoảng cách cọc (S), đường kính cọc D định STT Số hàng x Số cột Ge, (Với x=S/D) 2D 3D 3.5D 4D 4.5D 3.5 4.5 5D Nhóm cọc 2x1 y = 0.025x + 0.87 0.92 0.94 0.96 0.975 0.985 0.99 Nhóm cọc 3x1 y = 0.025x + 0.853 0.91 0.92 0.94 0.96 0.97 0.98 Nhóm cọc 4x1 y = 0.024x + 0.841 0.9 0.91 0.92 0.94 0.95 0.975 Nhóm cọc 1x2 y = 0.054x + 0.720 0.84 0.87 0.9 Nhóm cọc 2x2 y = 0.031x + 0.754 0.825 0.84 Nhóm cọc 3x2 y = 0.031x + 0.736 0.81 0.825 0.84 0.86 0.87 0.91 Nhóm cọc 4x2 y = 0.036x + 0.705 0.78 0.81 0.835 0.85 0.865 0.89 Nhóm cọc 1x3 y = 0.027x + 0.762 0.82 0.84 0.855 0.87 0.885 0.9 0.94 0.975 0.99 0.86 0.875 0.89 0.92 -130- Nhóm cọc 2x3 y = 0.069x + 0.522 0.68 0.71 0.75 0.81 0.84 0.875 10 Nhóm cọc 3x3 y = 0.085x + 0.413 0.58 0.67 0.72 0.76 0.79 0.84 11 Nhóm cọc 4x3 y = 0.071x + 0.397 0.56 0.59 0.645 0.68 0.72 0.77 12 Nhóm cọc 1x4 y = 0.041x + 0.713 0.8 0.825 0.87 0.885 0.9 13 Nhóm cọc 2x4 y = 0.079x + 0.472 0.65 0.68 0.75 14 Nhóm cọc 3x4 y = 0.073x + 0.417 0.58 0.62 0.67 0.71 0.75 0.795 15 Nhóm cọc 4x4 y = 0.072x + 0.408 0.56 0.615 0.655 0.7 0.735 0.77 0.8 0.92 0.84 0.87 Có thể nhận thấy hệ số nhóm cọc gia tăng ứng với việc tăng số lượng cọc nhóm Khi tăng khoảng cách cọc, hệ số nhóm tăng nhanh tiến dần đến giá trị khoảng cách hai cọc lần đường kính D cọc Hình 4.58a, b, c, d- Biểu đồ cơng thức tính tốn hệ số nhóm cọc phụ thuộc vào nhóm cọc tỷ số khảng cách cọc/đường kính cọc (S/D) -131- -132- 4.4.2 PHÂN TÍCH HỆ SỐ fm Để sử dụng đường cong p-y cho nhóm cọc, Bogard & Matlock (1983) đề xuất phương pháp điều chỉnh đường cong p-y cho cọc đơn Trong phương pháp này, hệ số fm sử dụng để kể đến giảm sức kháng tải ngang đất tương tác cọc gây p Đường cong cho cọc đơn psp : áp lực ngang đất tác dụng lên cọc đơn pgp= fmx psp Đường cong cho nhóm cọc pgp: áp lực ngang đất tác dụng lên nhóm cọc y Hình 4.59- Đường cong p-y cho cọc đơn nhóm cọc -133- Theo phân tích chuyển vị ngang mơ ment cọc nhóm cọc giá trị lực ngang truyền vào hàng cọc moment hàng cọc khơng phụ thuộc nhiều vào số cọc hàng mà phụ thuộc vị trí hàng cọc nhóm cọc Do 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 tỷ số tải trọng ngang tác dụng lên hàng tải trọng ngang tác dụng lên cọc đơn chuyển vị Hệ số fmi điều chỉnh thử dần để có đường quan hệ tải trọng – chuyển vị ngang cọc đơn phù hợp tốt với đường quan hệ hàng cọc i 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 2D đến 5D Bảng 4.5- Kết phân tích hệ số điều chỉnh fmi nhóm cọc chịu tải trọng ngang, Cơng thức theo dạng đường cong ln(S/D) STT Loại nhóm cọc Vị trí Cơng thức xác Khoảng cách cọc (S), định đường kính cọc D fm, (Với x=S/D) 2D 3D 3.5D 4D 4.5D 5D 3.5 4.5 1 1 1 Nhóm cọc có hàng cọc fm = (1x1 đến 4x1) Hàng Nhóm cọc có hàng cọc (1x2 đến 4x2) Nhóm cọc có hàng cọc (1x3 đến 4x3) fm = 0.395ln(x) + Hàng 0.316 0.57 0.78 0.83 0.86 0.89 0.95 fm = 0.526ln(x) Hàng 0.015 0.36 0.55 0.65 0.7 0.76 0.86 fm = 0.544ln(x) + Hàng 0.032 0.4 0.64 0.72 0.8 0.84 0.9 fm = 0.555ln(x) Hàng 0.104 0.28 0.51 0.59 0.66 0.72 0.8 -134- fm = 0.639ln(x) Hàng 0.299 0.15 0.4 0.5 0.58 0.65 0.75 fm = 0.252ln(x) + Hàng Nhóm cọc có hàng cọc (1x4 đến 4x4) 0.514 0.68 0.8 0.84 0.87 0.89 0.91 fm = 0.362ln(x) + Hàng 0.246 0.49 0.65 0.71 0.75 0.79 0.82 fm = 0.420ln(x) + Hàng 0.016 0.31 0.48 0.54 0.59 0.65 0.7 fm = 0.500ln(x) 10 Hàng 0.152 0.2 0.4 0.46 0.54 0.59 0.67 Hình 4.60a, b, c- Biểu đồ cơng thức tính tốn hệ số fm nhóm cọc phụ thuộc vào nhóm cọc tỷ số khảng cách cọc/đường kính cọc (S/D) -135- -136- Có thể nhận thấy hệ số fm cho hàng cọc nhỏ hàng cọc hệ số tăng dần theo hàng Hệ số fm tăng tỷ lệ thuận với khoảng cách cọc Khi khoảng cách cọc lớn hệ số fm tiến dần đến giá trị Đối với 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 ta lấy hệ số fm1 Đối với nhóm cọc có hàng cọc trở lên, hệ số fm cho hàng tăng dạng tuyến tính hay dạng đường cong ln(S/D) theo khoảng cách cọc phương trình biểu diễn quan hệ thể biểu đồ tương ứng -137- 4.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG Khi nhóm cọc chịu tải trọng ngang, tải trọng ngang truyền vào cọc nhóm khác giá trị khác đáng kể để thiết kế móng cọc cần phải quan tâm Hệ số phân phối tải trọng ngang cọc nhóm lập thành bảng phần IV.3.2 Chuyển vị ngang nhóm cọc gia tăng tỷ lệ thuận với tải ngang, giá trị chuyển vị ngang lớn đạt vị trí đài cọc Chuyển vị ngang cọc tăng lên đáng kể khoảng cách cọc giảm từ 5D xuống 2D Khi khoảng cách cọc giảm từ 5D xuống 4D chuyển vị ngang nhóm tăng khoảng 33% Và giá trị 37,5% 64% cho khoảng cách cọc giảm từ 4D xuống 3D 3D xuống 2D Chuyển vị ngang cọc đạt giá trị không độ sâu 7-9m nghiên cứu Mô ment 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 Khi khoảng cách cọc lớn 5D hệ số nhóm cọc có giá trị gần Cơng thức xác định hệ số nhóm cọc thiết lập phụ thuộc vào kích thước nhóm cọc khoảng cách cọc phần 4.4 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 hay theo đường cong ln phụ thuộc vào khoảng cách cọc -138- KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Trong nhóm cọc ma sát đặt gần hoạt động cọc có phần chập lên nên phân bố tải trọng lên cọc khác khác Khoảng cách cọc S  8D theo phương song song với phương tải trọng ngang tác dụng hệ số nhóm nhóm cọc =1 Khoảng cách cọc S  3D theo phương vng góc với phương tải trọng ngang tác dụng hệ số nhóm nhóm cọc =1, phù hợp với nghiên cứu Prakash Hệ số nhóm Ge nhóm cọc có giá trị giảm dần số lượng cọc nhóm tăng lên ngược lại Hệ số nhóm cọc Ge không phụ thuộc nhiều vào thông số đàn hồi đất Chuyển vị ngang đầu cọc lớn nhất, vị trí đạt chuyển vị ngang giới hạn ( h=10mm theo 20 TCN 21-86) Chuyển vị ngang cọc đơn giảm dần theo độ sâu Chuyển vị ngang nhóm cọc lớn chuyển vị ngang cọc đơn chịu tải trọng ngang trung bình Sự khác biệt rõ rệt khoảng cách cọc tăng 3D5D Khi khoảng cách cọc 5D đường cong chuyển vị ngang nhóm cọc trùng với đường cong chuyển vị ngang cọc đơn Ứng với tải ngang tác dụng, chuyển vị ngang nhóm cọc giảm khoảng cách cọc tăng Mô men uốn lớn cọc chịu tải trọng ngang tăng dần tải trọng ngang tăng dần, vị trí mơ men uốn lớn tiến gần lên phía mặt đất Vị trí mơ men uốn lớn cọc theo phương pháp đường cong p-y phương pháp PTHH khác Theo PPPTHH vị trí nằm gần mặt đất PP đường cong p-y Do vật liệu làm cọc PPPTHH mô có độ cứng kháng uốn EI khơng phụ thuộc vào ứng suất cọc thay đổi tiết diện cọc trình cọc chịu tải Khi cọc bị uốn nhiều vị trí cọc, độ cứng kháng uốn EI bị giảm vết nứt cọc xuất lực truyền qua vị trí đến phần cọc bên bị giảm đi, đồng thời tải tác dụng lực ngang tập trung phần cọc phía -139- Sự tương tác cọc nhóm phụ thuộc vào mức độ phát triển vùng ứng suất Khi khoảng cách cọc giảm, vùng chồng chập ứng xuất lớn dẫn đến mức độ tương tác cọc gia tăng, ngược lại khoảng cách cọc tăng dần, nêm ứng xuất dần bao trùm lên cọc làm giảm tương tác cọc nhóm Phân phối tải ngang lên nhóm cọc khác nhiều so với giá trị tải trọng ngang trung bình tác dụng lên cọc đơn, có cọc lớn có cọc nhỏ Những cọc nằm phía sau so với phương tải trọng ngang chịu tải trọng lớn so với cọc trước hiệu ứng chập vùng ứng suất Từ ta tìm hệ số phân phối tải trọng ngang lên cọc nhóm Dựa vào hệ số phân phối tải trọng ngang đó, ta thiết kế hợp lý giá trị độ cứng cọc (EI - đặc biệt cọc khoang nhồi, barret…) Thiết kế an toàn, hợp lý, tiết kiệm nhiều so với xu hướng thiết kế ( lấy giá trị trung bình ), biết cọc chịu tải trọng ngang nhiều hay KIẾN NGHỊ Cần có thí nghiệm trường cho nhóm cọc để phân tích tốt ứng xử nhóm cọc Nghiên cứu dừng lại phân tích ứng xử nhóm cọc trường hợp cọc chịu tải tĩnh, trường hợp cọc chịu tải trọng động tải trọng lặp cần tiếp tục nghiên cứu Thiết kế mơ hình thí nghiệm nén ngang nhóm cọc phịng với hệ số tỷ lệ so với mơ hình thực tế, sử dụng thiết bị đầu đo khác để xác định đầy đủ thơng số cho mơ hình So sánh kết thực nghiệm mơ hình thí nghiệm phịng với mơ hình thí nghiẹm thực tế ngồi hiên trường để đưa mối tương quan hai mơ hình thí nghiệm -140- TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Châu Ngọc Ẩn: Cơ Học Đất, Nhà xuất Đại Học Quốc Gia Thành phố Hồ Chí Minh, 2004 [2] Châu Ngọc Ẩn: Nền Móng cơng trình, Nhà xuất xây dựng, Hà Nội, 2008 [3] Phan Dũng: Một số cải biến phương pháp tính cọc chịu lực ngang Dawson, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Giao thơng Vận tải, No 2/2007, Trường Đại học Giao thông Vận tải Tp Hồ Chí Minh, tr 69 – 85 [4] Phan Dũng: "Chuyển vị - nội lực cọc chịu lực ngang theo TCXD 205 : 1998 Mối liên hệ lời giải Urban với Matlock – Reese ứng dụng".Tạp chí Biển& Bờ, No 5+6/2009, Hội Cảng – Đường thủy – Thềm lục địa Việt Nam,VAPO, Hà Nội, trang 38 – 49 [5] Phan Dũng: “Chuyển vị nằm ngang chuyển vị xoay cọc mức đáy đài theo TCXD 205 : 1998 – Một dạng khác cơng thức tính ứng dụng” Tạp chí Biển& Bờ, No 3+4/2009, Hội Cảng – Đường thủy – Thềm lục địa Việt Nam, VAPO, Hà Nội, trang 50 – 58 [6] Vũ Cơng Ngữ, Nguyễn Thái: Móng cọc phân tích thiết kế, Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật, 2006 [7] Võ Phán, Hoàng Thế Thao: Phương pháp xác định môdule 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 [8] Lê Đức Thắng: Tính tốn móng cọc , Nhà xuất giao thông vận tải, 1998 [9] TCXD 205 - 1998, Móng cọc – Tiểu chuẩn thiết kế [10] Nguyễn Bá Kế, Nguyễn Văn Quang, Trịnh Việt Cường: Hướng dẫn Thiết kế Móng cọc Nhà xuất Xây dựng, Hà nội, 1993 [11] N.A Xưtôvich: Cơ học đất, Nhà xuất Nông Nghiệp Hà Nội, 1987 -141- [12] Joseph E.Bowles, P.E., S.E: Foundation analysis and design, The McGrawHill Companies, Inc., 1997 [13] H G Poulos, E H.Davis: Pile foundation analysis anh design, the University of Sydney, 1980 [14] Shamsher Prakash - Hari D.Sharma: Móng cọc thực tế xây dựng (bản dịch), Nhà xuất Xây Dựng, 1999 [15] M J Tomlinson: Foundation design and construction, Prentice Hall, 2001 LÝ LỊCH HỌC VIÊN Họ tên: BÙI TRẦN ĐẠI Ngày, tháng, năm sinh: 08-03-1983 Nơi sinh: Tư Nghĩa, Quảng Ngãi Địa liên lạc: 112 Bình Quới, Phường 27, Quận Bình Thạnh, TP Hồ Chí Minh QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: - Từ 2002 – 2007: học Đại học Trường Đại học Bách Khoa – Tp.HCM - Từ 2009 – 2012: học cao học ngành Địa kỹ thuật xây dựng Trường Đại học Bách Khoa – Tp.HCM Q TRÌNH CƠNG TÁC: - Từ 2007 : công tác Công ty Xây Dựng Lập Thành - Từ 2009 – nay: Công tác Công ty C.D.A.C ... TẢI TRỌNG NGANG Chương : CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ỨNG XỬ CỌC ĐƠN VÀ CỌC TRONG NHÓM KHI CHỊU TẢI TRỌNG NGANG TRÊN CƠ SỞ ĐỀ NGHỊ Chương : THÍ NGHIỆM HIỆN TRƯỜNG VÀ PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CỌC ĐƠN CHỊU TẢI TRỌNG... PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CỌC ĐƠN VÀ CỌC TRONG NHĨM DƯỚI TÁC DỤNG CỦA TẢI TRỌNG NGANG 2- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG LUẬN VĂN: Mở đầu Chương : TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ CỌC ĐƠN VÀ CỌC TRONG NHÓM KHI CHỊU TẢI... cứu ứng xử nhóm cọc chịu tải trọng ngang cho vùng khu vực -4- CHƯƠNG TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ CỌC ĐƠN VÀ CỌC TRONG NHÓM CHỊU TẢI TRỌNG NGANG 1.1 CÁC VẤN ĐỀ VỀ SỰ LÀM VIỆC CỦA CỌC ĐƠN CHỊU TẢI