(Luận văn thạc sĩ) phân tích ứng xử móng bè cọc trên nền đất yếu nhiều lớp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN KIM SƠN PHÂN TÍCH ỨNG XỬ MĨNG BÈ CỌC TRÊN NỀN ĐẤT YẾU NHIỀU LỚP NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CƠNG NGHIỆP - 60580208 S K C0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN KIM SƠN PHÂN TÍCH ỨNG XỬ MĨNG BÈ CỌC TRÊN NỀN ĐẤT YẾU NHIỀU LỚP NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CƠNG NGHIỆP - 60580208 Hướng dẫn khoa học: TS TRẦN VĂN TIẾNG TP Hồ Chí Minh, tháng 10/2015 LÝ LỊCH KHOA HỌC (Dùng cho nghiên cứu sinh & học viên cao học) I LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Dán hình 3x4 & đóng mộc giáp lại hình Họ & tên: Trần Kim Sơn Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 20/01/1990 Nơi sinh: Phú Yên Quê quán: Tuy Hòa, Phú Yên Dân tộc: Kinh Chức vụ, đơn vị công tác trước học tập, nghiên cứu: Giám sát kỹ thuật công ty cổ phần xây dựng công nghiệp Descon Chỗ riêng địa liên lạc: Phú Mỹ, Hòa Đồng, Tuy Hòa, Phú Yên Điện thoại nhà riêng: 0939371949 E-mail: Kimsonktct@gmail.com II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Nơi học (trường, thành phố): Ngành học: Thời gian đào tạo từ ……/…… đến ……/ …… Đại học: Hệ đào tạo: Chính Quy Thời gian đào tạo từ ……/…… đến ……/ …… Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại Học Lạc Hồng Ngành học: Xây Dựng Dân Dụng Công Nghiệp Tên đồ án, luận án môn thi tốt nghiệp: Phân tích ảnh hưởng hố đào sâu đất yếu đến cọc bên hố đào Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án thi tốt nghiệp: 12/2012, Trường Đại Học Lạc Hồng Người hướng dẫn: TS Lê Trọng Nghĩa Thạc sĩ: Hệ đào tạo: Chính Quy Thời gian đào tạo từ 9/2013 đến 9/2015 Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Ngành học: Kỹ Thuật Xây Dựng Cơng Trình Dân Dụng Cơng Nghiệp Tên luận văn: Phân tích ứng xử móng bè cọc đất yếu nhiều lớp Ngày & nơi bảo vệ luận văn: 24/10/2015, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Người hướng dẫn: TS Trần Văn Tiếng Tiến sĩ: Hệ đào tạo: Tại (trường, viện, nước): Tên luận án: Người hướng dẫn: Ngày & nơi bảo vệ: Thời gian đào tạo từ ……/…… đến ……/ …… Trình độ ngoại ngữ (biết ngoại ngữ gì, mức độ): Tiếng Anh, trung bình Học vị, học hàm, chức vụ kỹ thuật đƣợc thức cấp; số bằng, ngày & nơi cấp: III Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian 2013-2015 2015 - trở Nơi công tác Công ty TNHH xây dựng Hùng Khang Công ty cổ phần xây dựng công nghiệp Descon Công việc đảm nhiệm Giám sát kỹ thuật Giám sát kỹ thuật IV CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CƠNG BỐ: XÁC NHẬN CỦA CƠ QUAN CỬ ĐI HỌC (Ký tên, đóng dấu) Ngày 24 tháng 11 năm 2015 Ngƣời khai ký tên i LỜI CẢM ƠN Trong trình thực luận văn, học viên gặp nhiều khó khăn việc tiếp cận kiến thức hƣớng giải cho đề tài Nhờ hƣớng dẫn tận tình TS Trần Văn Tiếng, nắm bắt đƣợc nhiều kiến thức, hồn thành đề tài Tơi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật khoa Xây dựng Cơ học ứng dụng truyền đạt cho kiến thức bổ ích q trình học tập trƣờng nhƣ q trình hồn thành luận văn Xin cảm ơn gia đình bạn bè động viên tiếp nghị lực để tơi hồn thành tốt luận văn Kí tên ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn tự thực chƣa đƣợc công bố dƣới hình thức Tp Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng năm 2015 Kí tên iii MỤC LỤC Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƢỚC 1.1.Tổng quan lĩnh vực nghiên cứu, kết nghiên cứu ngồi nƣớc cơng bố 1.1.1.Giới thiệu chung .1 1.1.2.Tình hình nghiên cứu nƣớc 1.1.3.Tình hình nghiên cứu nƣớc .2 1.2 Mục đích nghiên cứu đề tài .2 1.3 Ý nghĩa giá trị thực tiễn đề tài .3 1.4 Phƣơng pháp nhiên cứu 1.5 Nội dung nghiên cứu .3 Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1.Tổng quan móng bè-cọc 2.1.1 Cấu tạo móng bè cọc 2.1.2 Ứng dụng móng bè cọc 2.2 Cơ chế làm việc móng bè cọc 2.3 Các quan điểm thiết kế 11 2.3.1 Quan điểm cọc chịu tải hoàn toàn .11 2.3.2 Quan điểm bè chịu tải hoàn toàn 12 2.3.3 Quan điểm bè - cọc đồng thời chịu tải 12 2.4 Mơ hình 13 2.4.1 Mơ hình Winkler 14 2.4.2 Mơ hình bán khơng gian đàn hồi tuyến tính 15 2.5 Mơ hình ứng xử đất .16 iv 2.5.1 Mơ hình Mohr-Coulomb (MC) .16 2.6 Phƣơng pháp xác định độ cứng lò xo đất .17 2.6.1 Quan hệ cọc .18 2.6.2 Phƣơng pháp sử dụng công thức thực nghiệm 20 2.6.3 Phƣơng pháp tính theo số SPT 22 2.6.4 Phƣơng pháp xác định độ cứng lò xo cọc từ độ lún cọc đơn 23 Chƣơng 3:MƠ PHỎNG TÍNH TỐN SỐ 30 3.1 Mô thí nghiệm nén tĩnh phần mềm Plaxis 3D Foundation .30 3.2 Mơ móng bè - cọc phần mềm Plaxis 3D Foundation .32 3.2.1 Quy trình thực tính tốn Plaxis 32 3.2.2 Quy trình mơ móng bè cọc 34 3.2.3 Các thông số đầu vào mô hình .35 3.3 Mơ tính tốn phần mềm Sap 2000v10.1 45 3.3.3 Thông số đầu vào cho mơ hình đƣợc mơ phần mềm Sap 47 Chƣơng 4:KẾT QUẢ MÔ PHỎNG SỐ 53 4.1.Kết mô hình chuẩn phần mềm Plaxis 3D Foundation 53 4.1.1 Ứng suất cọc móng bè cọc 53 4.2 Kết mơ hình 59 4.3 Kết mơ hình 62 4.4 Kết mơ hình 68 4.5 Kết mô hình 71 Chƣơng 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO 78 PHỤ LỤC 789 v DANH MỤC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ Hình 2.1 : Cấu tạo móng bè cọc Hình 2.2 : Mặt kết cấu móng tịa nhà 97- Láng Hạ Hình 2.3 : Mặt đứng kết cấu tháp đơi Petronas – Malaysia Hình 2.4 : Mơ hình tƣơng tác bè -cọc [3] Hình 2.5 : Các đƣờng đẳng ứng suất cọc đơn nhóm cọc [4],[5] 10 Hình 2.6 : Biểu đồ quan hệ tải trọng độ lún theo quan điểm thiết kế [1] 12 Hình 2.7 : Mơ hình Winkler 14 Hình 2.8 : Đặc tính phân phối đất 14 Hình 2.9 : Mơ hình dẻo lý tƣởng 17 Hình 2.10 : Mơ hình cọc-đất kết tính tốn 18 Hình 2.11 : Phƣơng tác dụng lên cọc theo độ cứng K 20 Hình 2.12 : Mơ hình đất nhiều lớp 27 Hình 3.1 : Mặt cọc nén tĩnh 30 Hình 3.2 : Mặt cắt chuyển vị cọc 30 Hình 3.3 : Thí nghiệm nén tĩnh cọc 31 Hình 3.4 : Quy trình phân tích 32 Hình 3.5 : Mặt thi công hố đào 33 Hình 3.6 : Mơ hình 3D lớp địa chất 34 Hình 3.7 : Kích thƣớc cừ Larsen loại IV 37 Hình 3.8 : Chuyển vị giai đoạn thi công đào cọc rỗng cọc đặc 41 a) Chuyển vị cọc đào đến cao độ -1,2m b) Chuyển vị cọc đào đến cao độ -2,4m Hình 3.9 : Kết chuyển vị cọc rỗng cọc đặc có độ cứng tƣơng đƣơng 41 Hình 3.10 : Mặt mơ hình phân tích phần tử hữu hạn 43 Hình 3.11 : a) chia lƣới 2D; b) chia lƣới 3D 43 Hình 3.12 : Mơ hình cọc, tƣờng, bè hệ giằng 44 Hình 3.13 : Các giai đoạn thi công 44 vi a) Giai đoạn -1.8m b) Giai đoạn -3m Hình 3.14 : Mơ hình 45 Hình 3.15 : Mơ hình 46 Hình 3.16 : Mặt bố trí cọc 47 Hình 4.1 : Biến dạng hố đào dƣới tải trọng cơng trình 53 Hình 4.2 : Vùng biến dạng dẻo 54 Hình 4.3 : Chuyển vị cọc 54 Hình 4.4 : Moment cọc dƣới tác dụng tải công trình 55 Hình 4.5 : Lực dọc tác dụng lên cọc dƣới tác dụng tải cơng trình 56 Hình 4.6 : Phản lực đầu cọc 56 Hình 4.7 : Chuyển vị bè 57 Hình 4.8 : Moment bè 57 Hình 4.9 : Lực tác dụng lên bè 58 Hình 4.10 : Sơ đồ bố trí cọc phản lực đất 59 Hình 4.11 : Moment M11 bè 59 Hình 4.12 : Phản lực gối tựa lò xo 60 Hình 4.13 : Phản lực đầu cọc 60 Hình 4.14 : Moment cực đại bè chịu 61 Hình 4.15 : Độ lún bè 61 Hình 4.16 : Vị trí cọc móng 62 Hình 4.17 : Mơ hình 3D móng bè cọc 63 Hình 4.18 : Mơ hình móng bè cọc 63 Hình 4.19 : Biến dạng bè móng 64 Hình 4.20 : Moment M11 64 Hình 4.21 : Momnet lớn bè 65 Hình 4.22 : Tải trọng tác dụng xuống cọc 65 Hình 4.23 : Phản lực đầu cọc 66 Hình 4.24 : Moment M33 cọc 66 Hình 4.25 : Sơ đồ bố trí cọc phản lực đất 68 70 Phản lực đầu cọc Phản lực (kN) 910 905.02 900 890 880 888.82 887.34 888.82 887.34 871.38 869.77 869.77 868.54 870 860 850 Cọc Cọc Cọc Cọc Cọc Cọc Cọc Cọc Cọc Hình 4.29: Phản lực đầu cọc Tải trọng phân bố đối xứng phản lực đầu cọc phân bố đối xứng qua hàng cọc bè Phản lực đầu cọc lớn vị trí cọc biên với giá trị 905,02 kN Hình 4.30: Độ lún bè 71  Nhận xét: - Kết phản lực gối tựa lò xo cọc:  Phản lực đầu cọc lớn nhất: Pmax=905,02 kN  Phản lực đầu cọc nhỏ nhất: Pmin=868,54 kN - Kết phản lực gối tựa lị xo đất: Pmax=19,05 kN diện tích lƣới 1m2 Hay ứng suất đất dƣới đáy bè là: ζmax=19,05 /1=19,05 kN/m2=19,05 T/m2 - Tải trọng phân chia cho đất cọc:  Tổng tải trọng đất cọc phải chịu: 2353 T=25350 kN  Tổng tải trọng đất chịu: 373,38 T=3733,8 kN, chiếm 16,06% tổng tải trọng  Tổng tải trọng cọc chịu: 1951,62 T=19516,2 kN, chiếm 83,94% tổng tải trọng 4.5 Kết mơ hình Hình 4.31: Phản lực gối lò xo 72 Phản lực đầu cọc 955.8 Phản lực(kN) 956 954 952.67 952.67 951.92 952 950 951.92 950.28 949.44 949.44 948.8 948 946 944 Cọc Cọc Cọc Cọc Cọc Cọc Cọc Cọc Cọc Hình 4.32: Phản lực đầu cọc Tải trọng phân bố đối xứng phản lực đầu cọc phân bố đối xứng qua hàng cọc bè Phản lực đầu cọc lớn vị trí cọc biên với giá trị 955,8 kN Hình 4.33: Moment M11 bè chịu 73 Hình 4.34: Moment Mmax bè chịu Hình 4.35: Độ lún bè 74  Nhận xét: - Kết phản lực gối tựa lò xo cọc:  Phản lực đầu cọc lớn nhất: Pmax=955,8 kN  Phản lực đầu cọc nhỏ nhất: Pmin=948,8 kN - Kết phản lực gối tựa lị xo đất: Pmax=9,09 kN diện tích lƣới 1m2 Hay ứng suất đất dƣới đáy bè là:ζmax=9,09 /1=9,09 kN/m2=0,909 T/m2 - Tải trọng phân chia cho đất cọc:  Tổng tải trọng đất cọc phải chịu: 2353 T=25350 kN  Tổng tải trọng đất chịu: 178,164 T=1781,64 kN, chiếm 7,7% tổng tải trọng  Tổng tải trọng cọc chịu: 2146,836 T=21468,36 kN, chiếm 96,3% tổng tải trọng 75 So sánh kết tính tốn Tỉ lệ phản lực đầu cọc so với mơ hình chuản (%) Phản lực đầu cọc( max) 120% 100% 96.50% 100% 99.40% 104.90% 85.20% 80% 60% 40% 20% 0% Plaxis MH1 MH2 MH3 MH4 Hình 4.36: Phản lực đầu cọc trường hợp Dƣới tác dụng tải trọng cơng trình phản lực vị trí đầu cọc có chênh lệch so với mơ hình chuẩn lần lƣợt là: Mơ hình 4,9%, mơ hình 0,6%, mơ hình 14,8% mơ hình 3,5% Kết cho thấy, mơ hình có phản lực đầu cọc gần xác so với mơ hình chuẩn Tỉ lệ moment so với mơ hình chuẩn (%) Moment M11( max) 120% 100% 99.80% 97.70% 106.65% 100% 80% 60% 40% 8.05% 20% 0% Plaxis MH1 MH2 MH3 MH4 Hình 4.37:Moment lớn bè trường hợp 76 Moment bè phụ thuộc nhiều vào tải trọng tác dụng, cách bố trí cọc, vật liệu làm móng lớp đất bên dƣới đáy bè Cụ thể so với mơ hình chuẩn thì: Mơ hình 2,3%, mơ hình 91,95%, mơ hình 0,2%, mơ hình 6,65% Tỉ lệ chuyển vị so với mơ hình chuẩn (%) Chuyển vị bè 195.30% 200% 142.70% 150% 100% 100% 93.90% 60.80% 50% 0% Plaxis MH1 MH2 MH3 MH4 Hình 4.38: Độ lún bè trường hợp Độ lún bè phụ thuộc nhiều vào tải trọng tác dụng cơng trình lớp đất bên dƣới đáy bè Trong bốn mơ hình mơ hình cho kết gần xác với mơ hình chuẩn Sự sai lệch mơ hình cụ thể, mơ hình 39,2%, mơ hình 42,7%, mơ hình 6,1%, mơ hình 95,3% Kết luận: - Trong mơ hình đƣợc mơ tính tốn phần mềm Sap kết chuyển vị, moment, phản lực đầu cọc phân chia tải trọng cho bè, cọc phục thuộc lớn vào cách xác định mô đun tổng đất - Mơ hình có Etổng=9011,9 kN/m3, mơ hình có Etổng=4497,82 kN/m3, mơ hình có Etổng=1153,5 kN/m3 Mơ hình mơ đun tổng theo vật liệu phân lớp chức 0,5 so với mô đun biến dạng tổng đƣợc xác định theo tiêu chuẩn Việt Nam - Mơ móng bè - cọc phần mềm Sap qua bốn mơ hình: Mơ hình 1, mơ hình 2, mơ hình mơ hình để so sánh với kết từ mơ hình chuẩn Plaxis mơ hình cho kết chuyển vị, moment bè phản lực đầu cọc gần xác so với kết Plaxis Độ chênh lệch nằm giới hạn cho phép từ 0,2% - 6,1% 77 Chƣơng KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận: Trong thực tế kết cấu móng cọc móng bè – cọc, đất dƣới đáy bè tham gia vào q trình chịu tải trọng cơng trình Sự làm việc móng bè cọc tƣơng tác bè –cọc - đất Kết chuyển vị, moment, phản lực đầu cọc phân chia tải trọng cho bè, cọc phụ thuộc vào tính chất đất ( mơ đun biến dạng,…) Khi xét đến làm việc đất dƣới đáy bè, tỷ lệ phân tải cho bè đạt từ 10- 30 % Đề tài đƣa đƣợc mơ hình tính tốn đơn giản theo mơ hình đàn hồi cục với hệ số độ cứng lò xo đất, cọc đƣợc xác định từ lý thuyết vật liệu phân lớp chức đem lại hiệu cao cho việc tính tốn móng Kiến nghị: Có thể áp dụng cơng thức tính mơ đun biến dạng vật liệu phân lớp chức vào tính tốn mơ đun biến dạng đất yếu nhiều lớp Cần mở rộng tính tốn cho nhiều loại hình địa chất khác so sánh đánh giá với kết thu đƣợc từ quan trắc thực tế kết mô phần mềm plaxis để đánh giá khả ứng dụng độ xác mơ hình tính tốn đơn giản dựa việc xác định mô đun tổng nhiều lớp theo lý thuyết vật liệu composite xây dựng Mở rộng qui mơ tính tốn mơ cho móng bè nhiều loại cọc với nhiều qui mơ cơng trình khác 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phạm Tuấn Anh(2011),” Tính tốn móng bè cọc theo mơ hình hệ số có xét tới độ tin cậy số liệu đất”, Trƣờng Đại Học Kiến Trúc Hà Nội Trang 3-13, 3036 [2] Trần Quang Hộ, (3/2007),“ Hiệu kinh tế móng bè - cọc”.Tạp chí KHCN xây dựng [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 [4] Lê Anh Hoàng (2004), “ Nền Móng”, NXB Xây dựng [5] Châu Ngọc Ẩn, 2011 Nền móng NXB đại học quốc gia thành phố Hồ Chí Minh [6] TCVN 10304-2014, “Móng cọc tiêu chuẩn thiết kế” Trang 41- 45 [7] Nguyễn Trung Kiên (2013), “Cơ học vật liệu composite”, Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Trang 36-54 [8] Trần Huy Thanh (2013),” Ứng dụng phƣơng pháp số tính tốn sức chịu tải cọc khoan nhồi”, tạp chí khoa học cơng nghệ hàng hải [9] Trần Văn Tiếng (2014), “ Nền móng nhà cao tầng”, Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật [10] Tiêu chuẩn việt nam 205-1998, “Thiết kế móng cọc” Trang 55-60 [11] Helen Sze Wai Chow, B.E, M.E.,M.B.A.,august 2007 Analysis of piled-raft foundations with piles of different lengths and diameters The University of Sydney School of Civil Engineering [12] Reza ZIAIE_MOAYED, Meysam SAFAVIAN,2007.”Pile raft foundation behavior with different pile diameters”.Department of Civil Engineering, Imam Khomeini International University Qazvin, Iran [13] T.Schanz, 2000.’’ Laboratory of Soil Mechanics”, Bauhaus-University Weimar, Germany Trang 1-16 79 PHỤ LỤC Địa chất khu chợ Văn Thánh , Điện Biên Phủ, phƣờng 25 , quận Bình Thạnh, tp.HCM 80 81 82 83 ... LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN KIM SƠN PHÂN TÍCH ỨNG XỬ MĨNG BÈ CỌC TRÊN NỀN ĐẤT YẾU NHIỀU LỚP NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CƠNG NGHIỆP - 60580208 Hướng dẫn khoa học: TS TRẦN VĂN TIẾNG... phân tích ứng xử móng bè - cọc đất yếu nhiều lớp nhƣ ứng suất phát sinh bè, cọc phần mềm tính tốn móng theo mơ hình đàn hồi cục mơ hình bán khơng gian đàn hồi Các phần mềm dùng để phân tích, tính... nhƣ loại cọc khác 2.1.2 Ứng dụng móng bè cọc Móng bè cọc thƣờng đƣợc sử dụng tƣơng đối nhiều cơng trình xây dựng nhà cao tầng Sở dĩ phải làm móng bè cọc trƣờng hợp đất yếu dày, bố trí cọc theo