Đề tài này áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn thông qua phần mềm thương mại Plaxis 3D để phân tích sự thay đổi sức chịu tải của cọc đơn và nhóm cọc khi mực nước ngầm dâng cao. Kết quả phân tích cho thấy khi mực nước ngầm dao động, thay đổi các chỉ tiêu cơ học của đất ảnh hưởng đến sức chịu tải của cọc, khi mực nước ngầm dâng cao làm giảm sức chịu tải của cọc. Mời các bạn cùng tham khảo!
PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA VI C DÂNG M C NƯỚC NG M ĐẾN SỨC CHỊU TẢI CỌC LÊ BÁ VINH V CHÍ * H N , LIÊN PH ỚC HUY PH ƠN Analyzing the Effects of Increasing Grounwater to the Pile Resistance Abstract: In this paper the finite element method through commercial software Plaxis 3D is applied to analyze the change in load bearing capacity of single pile and pile group when the groundwater level rises The analysis results show that when the groundwater level fluctuates, changes in soil mechanical parameters affect the load capacity of pile, when the groundwater level rises, the bearing capacity of the pile is reduced ĐẶT VẤN ĐỀ * Hiện nay, việc khai thác nƣớc ngầm đô thị diễn với cƣờng độ cao, vào thời điểm nhu cầu sử dụng nƣớc sinh hoạt ngƣời dân cao, giếng khoan hoạt động hết công suất d n đến m c nƣớc ngầm giảm mạnh, m c nƣớc ngầm giao động nhiều, khu v c gần sơng, rạch m c mƣớc ngầm cịn ảnh hƣởng thủy triều, m c nƣớc ngầm thay đổi theo mùa (mùa mƣa mùa khô) Việc thay đổi m c nƣớc ngầm nhƣ ảnh hƣởng lớn đến số cơng trình ngầm, kết cấu ngầm đặc biệt móng kết cấu chịu ảnh hƣởng lớn Ngồi biện pháp kiểm sốt, cấp phép c ng nhƣ quy định khai thác nƣớc ngầm đƣợc áp dụng nhiều nơi hoàn cảnh th c tế nƣớc ngầm bị khai thác cách bừa bãi cạn kiệt Với sách biện pháp trên, tƣơng lai m c nƣớc ngầm có khuynh hƣớng dâng cao cân trở lại Với quan điểm thiết kế m c nƣớc ngầm không thay đổi suốt vòng đời d án (m c nƣớc * ngầm thời điểm khảo sát) không đánh giá hết đƣợc sức chịu tải cọc m c nƣớc ngầm thay đổi Vì ta cần xem xét đến sức chịu tải cọc m c nƣớc ngầm thay đổi Paul Robert James Morrison (1994) trƣờng đại học London rằng, m c nƣớc ngầm dâng cao thành phần ma sát ứng suất theo phƣơng đứng thay đổi, chúng có ảnh hƣởng đến sức chịu tải cọc Để đánh giá cách xác họ tiến hành th c thí nghiệm với địa chất đất sét London Bảng Thơng số mơ hình thí nghiệm RW6-RW11 B ô ị Cơ - Nề g h th t Xây d g T g i học Bách h i học Q c gi Th h ph Hồ Chí Mi h Email: lebavinh@hcmut.edu.vn ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2021 20 Bảng Thơng số mơ hình thí nghiệm RW12-RW16 Từ số liệu thí nghiệm, đƣa số kết luận nhƣ sau: Sức chịu tải theo thành phần ma sát thân cọc giảm trung bình 10% ứng suất hữu hiệu trung bình giảm 36% tồn chiều dài cọc ả Hình Mơ hình thí nghiệm Sau lắp đặt xong mơ hình, tiến hành cho m c nƣớc ngầm tăng lên, chia làm giai đoạn lần lƣợc 30%, 60% cuối 87% chiều dài cọc, đầu đo đƣợc lắp đặt ghi lại ứng suất vị trí 50mm, 100mm, 150mm ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2021 21 t t RW10 RW15 iệ Sức chịu tải theo thành phần sức kháng m i giảm 20% ứng suất hữu hiệu vị trí m i cọc giảm 39% ả Hình Sơ hí ghiệ t t RW6 RW7 iệ PHÂN TÍCH ẢNH H ỞN CỦ VIỆC DÂN MỰC N ỚC N ẦM ĐẾN SỨC CHỊU TẢI CỦ CỌC 2.1 Phân t ả việ d a ự ầ đ sứ ịu tải ọ đ Tác giả sử dụng thông số địa chất Quận 2, TP.HCM để phân tích Để xác định xác thơng số địa chất, tác giả hiệu chỉnh thơng số địa chất thơng qua thí nghiệm nén tĩnh ả T ả T số ọ số địa t H h iề iệ biê ôh h ất H h h i bá Khai báo mơ hình Plasix 3D cho cọc đơn: ị chấ H h Thi cô g cọc ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2021 22 Sgh độ lún giới hạn trung bình móng nhà cơng trình cần thiết kế đƣợc quy định TCVN 9362:2012 tiêu chuẩn thiết kế nhà cơng trình, Phụ Lục E tiêu chuẩn ξ hệ số chuyển tiếp từ độ lún giới hạn trung bình sang độ lún cọc thử tải tĩnh với độ lún quy ƣớc Hệ số ξ lấy 0,2 thử cọc với độ lún ổn định quy ƣớc theo quy định TCVN 9393:2012 Sức chịu tải cọc trƣờng hợp m c nƣớc ngầm thay đổi đƣợc xác định nhƣ sau: H h Gi ải ch cọc H h Mô h h hi h c c cọc hi -42m H h Sức chị ải c c h c ớc g c c c cọc hi -24m ích Theo tiêu chuẩn TCVN 10304: 2014 Móng Cọc - Tiêu Chuẩn Thiết Kế sức chịu tải cọc đƣợc xác định theo mục xác định sức chịu tải cọc theo kết thí nghiệm trƣờng, sức chịu tải c c hạn cọc Rc,u lấy tải trọng thử cọc ứng với độ lún S đƣợc xác định theo công thức sau : S=ξSgh Trong : ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2021 23 H h Sức chị ải c c h c ớc g c H h 10 Sức chị ải c c h c ớc g c ả ả tổ ợ sứ ọ t e a độ ự c c cọc hi -6m ịu tải ự ầ Sức chịu tải c c hạn cọc đơn giảm 8% m c nƣớc ngầm dâng lên từ cao trình -42m đến -24m giảm 21% m c nƣớc ngầm dâng lên từ cao trình -24m đến mặt đất t nhiên 2.2 Phân tích nh hƣ ng c vi c m c nƣ c ng m d ng l n đ n s c ch u t i nh m cọc 2.2.1 Thô g v Tác giả sử dụng thông số địa chất cọc nhƣ trên, phân tích cho đài móng có 16 cọc, kích thƣớc đài 7,2x7,2m, chiều cao đài 2m, cọc đƣợc bố trí nhƣ hình 12 Khi m c nƣớc ngầm dâng cao làm giảm sức chịu tải cọc m c nƣớc ngầm dâng cao ứng suất hữu hiệu giảm, tiêu lý, cƣờng độ đất giảm, d n đến giảm sức chịu tải cọc H h 11 Bi ồq hệ giữ c MNN v ức chị ải cục h c cọc Hình 12 M Hình 13 M b c gb í cọc g i b í cọc g i ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2021 24 Khai báo mơ hình Plasix 3D cho nhóm cọc: Hình 17 Gi Hình 14 iề iệ biê ải ch ơh h Hình 18 Mơ h h Hình 15 h i bá hi h ích 2.2.2 ế q ả h ích ức chị ải cọc g h cọc: Sức chịu tải cọc 01 nhóm cọc cho trƣờng hợp m c nƣớc ngầm thay đổi đƣợc xác định nhƣ sau: ị chấ Hình 16 Thi g cọc v ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2021 25 i i H h 19 Sức chị c ớc g ải c c cọc 01 hi -42m H h 20 Sức chị g ải c c cọc 01 hi -24m c ớc H h 23 Sức chị ải cọc 06 v cọc hi c ớc g c -42m H h 21 Sức chị ớc g ải c c cọc 01 hi -6m c Phân tích tƣơng t nhƣ cọc đơn ta thấy m c nƣớc ngầm dâng cao làm giảm sức chịu tải cọc đài Phân tích s thay đổi sức chịu tải cọc đơn cọc nhóm cọc m c nƣớc ngầm dâng lên: H h 24 Sức chị ải cọc 15 v cọc hi c ớc g c -42m Phân tích tƣơng t cho cọc cịn lại nhóm cọc, ta có bảng tổng hợp sức chịu tải cọc nhóm cọc thay đổi theo cao độ m c nƣớc ngầm nhƣ sau: ả ả ọ đ tổ ợ sứ ịu tải ự ọ tr đài t e a độ ự ầ H h 22 Sức chị ải cọc 01 v cọc hi c ớc g c -42m ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2021 26 Khi m c nƣớc ngầm thay đổi sức chịu tải tất cọc nhóm cọc thay đổi gần nhƣ giống Sức chịu tải c c hạn cọc nhóm cọc giảm 8% m c nƣớc ngầm dâng lên từ cao trình ả ả tổ ợ sứ ịu tải ự 2.3 N ậ x t t ả uậ Khi thiết kế móng cọc nói riêng móng nói chung, ta cần xác định cao độ m c nƣớc ngầm vị trí bất lợi xảy ra, đặc biệt khu v c có m c nƣớc ngầm dao động lớn, khu v c m c đông dân cƣ m c nƣớc ngầm dao động ngày, ngồi khu v c gần sông, rạch m c mƣớc ngầm ảnh hƣởng thủy triều m c nƣớc ngầm cịn thay đổi theo mùa Do trƣớc vào thiết kế h sơ khảo sát địa chất, ngƣời thiết kế cần thu thập, tìm hiểu trình biến động m c nƣớc ngầm khứ c ng nhƣ d đoán xu hƣớng m c nƣớc ngầm tƣơng lai, từ ngƣời thiết kế l a chọn cao độ m c nƣớc ngầm hợp lý, phòng tránh đƣợc rủi ro cho cơng trình m c nƣớc ngầm dâng lên ẾT LUẬN VÀ IẾN N HỊ Sức chịu tải c c hạn cọc m c nƣớc ngầm dâng lên đƣợc phân tích trƣờng hợp cọc đơn nhóm cọc giảm Trong sức chịu tải c c hạn cọc đài giảm 8% m c nƣớc ngầm dâng lên từ cao trình -42m đến -24m giảm trung bình 32% m c nƣớc ngầm dâng lên từ cao trình -24m đến mặt đất t Ng -42m đến -24m giảm 28 7% m c nƣớc ngầm dâng lên từ cao trình -24m đến mặt đất t nhiên Ở cao trình m c nƣớc ngầm, sức chịu tải c c hạn cọc nhóm cọc giảm trung bình 36% so với cọc đơn ọ tr a độ ự ầ nhiên Sức chịu tải c c hạn cọc nhóm cọc giảm trung bình 36% so với sức chịu tải c c hạn cọc đơn cao trình m c nƣớc ngầm Vì vậy, s dâng lên m c nƣớc ngầm cần đƣợc lƣu ý trình thiết kế, để đảm bảo điều kiện làm việc bình thƣờng kết cấu an tồn suốt vịng đời d án Đối với cơng trình quan trọng, xây d ng khu v c địa chất có m c nƣớc ngầm nhiều biến động, ta cần quan trắc m c nƣớc ngầm theo thời gian để có biện pháp xử lý kịp thời m c nƣớc ngầm dâng cao, nhằm đảm bảo an tồn cho cơng trình c ng nhƣ thu thập số liệu làm sở thiết kế cho d án TÀI LIỆU TH M HẢO TCVN 10304:2014 Móng Cọc-Tiêu chuẩn thiết kế TCVN 9393:2012 - Cọc - Phƣơng pháp thử nghiệm trƣờng tải trọng tĩnh ép dọc trục Morrison, P.D.J (1994) Performance of foundations in a rising groundwater environment (Unpublished Doctoral thesis, City University London) i biệ : PGS,TS NGUYỄN HUY PHƢƠNG ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2021 27 đài t e ... giảm sức chịu tải cọc đài Phân tích s thay đổi sức chịu tải cọc đơn cọc nhóm cọc m c nƣớc ngầm dâng lên: H h 24 Sức chị ải cọc 15 v cọc hi c ớc g c -42m Phân tích tƣơng t cho cọc cịn lại nhóm cọc, ... 26 Khi m c nƣớc ngầm thay đổi sức chịu tải tất cọc nhóm cọc thay đổi gần nhƣ giống Sức chịu tải c c hạn cọc nhóm cọc giảm 8% m c nƣớc ngầm dâng lên từ cao trình ả ả tổ ợ sứ ịu tải ự 2.3 N ậ x... ngầm dâng lên đƣợc phân tích trƣờng hợp cọc đơn nhóm cọc giảm Trong sức chịu tải c c hạn cọc đài giảm 8% m c nƣớc ngầm dâng lên từ cao trình -42m đến -24m giảm trung bình 32% m c nƣớc ngầm dâng