(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 Chƣơng TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGỒI NƢỚC Tổng quan lĩnh vực nghiên cứu, kết nghiên cứu 1.1 ngồi nƣớc cơng bố 1.1.1 Giới thiệu chung Theo tiến trình phát triển cơng nghiệp xây dựng, cơng trình có quy mơ, có kích thƣớc, chiều cao, tải trọng ngày lớn Ở thành phố Hồ Chí Minh khu vực lân cận với địa chất phức tạp, chủ yếu đất yếu giải pháp móng cho cơng trình nhà cao tầng phức tạp địi hỏi ngƣời thiết kế phải đƣa phƣơng án móng an tồn đảm bảo đƣợc khả chịu lực kinh tế Hiện nay, móng bè - cọc giải pháp móng cho nhà cao tầng địa chất yếu đáp ứng đƣợc yêu cầu nói Tuy nhiên, việc tính tốn thiết kế móng bè cọc cịn gặp nhiều khó khăn, phƣơng pháp tính tốn cịn phức tạp cần phải xem xét tƣơng tác đồng thời bè – cọc – đất Do đó, luận văn nghiên cứu “Phân tích ứng xử móng bè-cọc đất yếu nhiều lớp” từ đƣa phƣơng pháp tính tốn thiết kế đơn giản hóa nhƣng đạt đƣợc độ xác cao 1.1.2 Tình hình nghiên cứu ngồi nƣớc - Helen Sze Wai Chow, B.E, M.E.,M.B.A., 2007 “Analysis of piled-raft foundations with piles of different lengths and diameters” [11], phân tích làm việc hiệu móng bè cọc chịu tải cơng trình thay đổi đƣờng kính, chiều dài cọc làm việc hiệu bè cọc tải trọng thay đổi Hạn chế tác giả chƣa so sánh với kết chuẩn hay kết tác giả trƣớc nghiên cứu công bố - Reza ZIAIE_MOAYED, Meysam SAFAVIAN, 2007 “Pile raft foundation behavior with different pile diameters” [12], phân tích đánh giá làm việc đồng thời bè cọc hiệu so với bè cọc chịu tải hồn tồn Bên cạnh đó, tác giả phân tích đƣờng kính thay đổi phân phối tải trọng khác đem lại kết tốt so với mơ hình móng bè cọc đƣờng kính cọc khơng thay đổi Hạn chế tác giả chƣa đánh giá so sánh với kết từ mơ hình chuẩn đƣợc phân tích phần mềm đáng tin cậy 1.1.3 Tình hình nghiên cứu nƣớc - Phạm Tuấn Anh (2011),” Tính tốn móng bè cọc theo mơ hình hệ số có xét tới độ tin cậy số liệu đất” [1], phân tích móng bè cọc thay đổi tăng chiều dày bè trình truyền tải lên cọc đồng đều, hiệu ứng làm việc nhóm cọc giảm khoảng cách lớn 6d ( đƣờng kính cọc) tính tốn nội lực móng có xét đến độ tin cậy đất số lƣợng giá trị ngẫu nhiên đƣa vào tính tốn nhiều, kết xác, hạn chế tác giả tính tốn nội lực phát sinh móng dựa vào phần mềm Sap chƣa đánh giá hay so sánh với kết chuẩn - Trần Quang Hộ, (2007),“ Hiệu kinh tế móng bè - cọc” [2], phân tích tính hiệu kinh tế móng bè cọc so với móng cọc khoan nhồi Hạn chế tác giả chƣa kiểm tra đƣợc mô hình cách mơ móng bè cọc so với mơ hình chuẩn đƣợc tính tốn - Nguyễn Thanh Sơn (2013), “ Móng bè - cọc (CPRF) - giải pháp hiệu cho thiết kế nhà cao tầng siêu cao tầng Việt Nam” [3], phân tích phân phối tải trọng lên bè cọc dựa hệ số phân bố tải trọng (CPRF) Hạn chế tác giả chƣa kiểm chứng lại kết phân phối tải trọng bè cọc phần mềm khác với mơ hình chuẩn để so sánh tính hiệu hệ số phân bố tải trọng ( CPRF) 1.2 Mục đích nghiên cứu đề tài Mục đích nghiên cứu đề tài 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 không gian đàn hồi Các phần mềm dùng để phân tích, tính tốn có mức độ phức tạp độ xác khác Trong luận văn, kết phân tích từ phần mềm phần tử hữu hạn Plaxis 3D Foundation đƣợc dùng làm chuẩn Phần mềm Plaxis phần mềm chuyên dùng để thiết kế móng với độ xác cao Tuy nhiên, mơ hình Plaxis khơng phải kỹ sƣ làm đƣợc, đạt độ xác cao thông số đầu vào phải đúng, lựa chọn xác mơ hình ứng xử đất nền, khai báo thuộc tính móng phải xác, điều kiện biên, thời gian tính tốn lớn….Bên cạnh đó, giải pháp tính tốn đơn giản hóa dựa việc xem xét ứng xử nhiều lớp đƣợc nghiên cứu nhằm tính tốn, thiết kế móng bè cọc phần mềm Sap 2000 Kết tính tốn đƣợc so sánh với kết thu đƣợc từ phần mềm Plaxis nhằm đánh giá tính xác tính đắn phƣơng pháp Từ đó, giúp cho kỹ sƣ thiết kế móng bè cọc phƣơng pháp đơn giản hóa sử dụng mơ hình đàn hồi cục nhƣng đảm bảo độ xác cao đáng tin cậy Ý nghĩa giá trị thực tiễn đề tài 1.3 Đề tài nghiên cứu nhằm mục đích xây dựng phƣơng pháp đơn giản hóa mơ tính tốn móng bè cọc đất yếu nhiều lớp nhƣng đảm bảo độ xác cao Từ tiết kiệm chi phí, thời gian tính tốn thiết kế đồng thời tăng tính ứng dụng phƣơng pháp thực tiễn thiết kế Phƣơng pháp nhiên cứu 1.4 Để nghiên cứu nội dung học viên sử dụng phƣơng pháp nghiên cứu sau: - Sử dụng lý thuyết học đất tính tốn, lựa chọn thơng số đầu vào mơ hình nền, mơ hình ứng xử đất hợp lý để xây dựng mơ hình tính tốn số - Ứng dụng mơ hình tính tốn số để mơ thực tế phần mềm tính tốn Sap 2000 Plaxis 3D Foundation Từ so sánh đánh giá kết thu đƣợc 1.5 Nội dung nghiên cứu Luận văn tập trung nghiên cứu nội dung sau: - Phân tích ứng xử móng bè cọc đất yếu nhiều lớp - Xây dựng phƣơng pháp tính tốn đơn giản hóa theo mơ hình đàn hồi cục có kể đến ảnh hƣởng nhiều lớp - Ứng dụng phƣơng pháp đơn giản hóa để mơ ứng xử móng bè cọc phần mềm Sap, kết đƣợc so sánh với kết thu đƣợc từ việc mơ móng bè cọc theo mơ hình bán khơng gian đàn hồi Plaxis - Đánh giá so sánh kết nhận xét tính xác phƣơng pháp tính tốn 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 lò 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 lò 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 ( mô 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 mơ đun tổng nhiều lớp theo lý thuyết vật liệu composite xây dựng Mở rộng qui mô 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 Hồng (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