Phân tích khả năng chịu tải của cọc từ các phương pháp giải tích và các thí nghiệm ngoài hiện trường

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN PHÂN TÍCH KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA CỌC TỪ CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI TÍCH VÀ CÁC THÍ NGHIỆM NGỒI HIỆN TRƯỜNG MÃ SỐ: SV2020-52 SKC 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN PHÂN TÍCH KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA CỌC TỪ CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI TÍCH VÀ CÁC THÍ NGHIỆM NGỒI HIỆN TRƯỜNG SV2020 – 52 Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Lê Anh Nhật TP Hồ Chí Minh, 10/2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN PHÂN TÍCH KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA CỌC TỪ CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI TÍCH VÀ CÁC THÍ NGHIỆM NGỒI HIỆN TRƯỜNG SV2020 – 52 Thuộc nhóm ngành khoa học: Xây dựng SV thực hiện: Nguyễn Lê Anh Nhật Dân tộc: Kinh Lớp, khoa: 179490A, khoa Xây dựng Ngành học: CNKT Cơng trình Xây dựng Nam, Nữ: Nam Năm thứ: 4/Số năm đào tạo: 4.5 Người hướng dẫn: ThS Nguyễn Tổng TP Hồ Chí Minh, 10/2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI Thơng tin chung: - Tên đề tài: Phân tích khả chịu tải cọc từ phương pháp giải tích thí nghiệm ngồi trường - Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Lê Anh Nhật - Lớp: 179490A Mã số SV: 17149234 Khoa: Xây dựng - Thành viên đề tài: Stt Họ tên Lớp MSSV Khoa Nguyễn Thanh Đạt 17149193 171492B Xây dựng Nguyễn Quốc Võ 17149297 171492B Xây dựng - Người hướng dẫn: ThS Nguyễn Tổng Mục tiêu đề tài: - Phân tích chế chịu tải cọc dựa mơ hình phân tích ngược kết thí nghiệm trường thơng qua mơ hình phần tử hữu hạn - Lựa chọn phương pháp phù hợp để xác định sức chịu tải cọc từ kết thí nghiệm cọc trường - Cải tiến phương pháp thiết kế cọc cách kết hợp kết thí nghiệm cọc ngồi trường, mơ hình phần tử hữu hạn phương pháp thiết kế thống Fellenius Tính sáng tạo: - Xây dựng cách thức phân tích ngược thí nghiệm trường (nén tĩnh, PDA, Osterberg) thơng qua mơ hình tương tác cọc – đất phần mềm Plaxis 2D cách hiệu chỉnh thơng số như: mơ – đun đất, góc ma sát đất đặc biệt mô – đun cọc - Đề xuất phương pháp thiết kế cọc trường ứng suất xung quanh cọc thay đổi cách kết hợp mơ hình số phương pháp thiết kế thống Fellenius Kết nghiên cứu: - Việc dự báo SCT cọc theo TCVN 10304 – 2014 diễn tả sức kháng ma sát cọc thực tế Tuy nhiên việc dự báo SCT cọc theo TCVN 10304 – 2014 còn hạn chế đất bùn cọc dài 35 m Đối với dự báo sức kháng mũi cọc theo TCVN 10304 – 2014 còn có bất định biến động lớn Nguyên nhân biến động đến từ việc phân loại đất, sai lệch tra bảng theo TCVN - Khi cọc chịu tải trọng, cọc đồng thời huy động sức kháng mũi sức kháng ma sát Khi cọc chịu tải trọng nhỏ, cọc huy động chủ yếu sức kháng ma sát, sức kháng mũi xuất không đáng kể Khi tải trọng tăng lên, sức kháng ma sát sức kháng mũi đồng thời cũng tăng Tuy nhiên sức kháng ma sát tăng lên nhiều đáng kể còn sức kháng mũi không tăng nhiều Khi tải tiếp tục tăng đến độ lớn đó, độ tăng sức kháng ma sát giảm, chuyển vị mũi cọc tăng nhanh sức kháng mũi cũng bắt đầu tăng nhanh Vậy cọc chịu tải trọng, cọc bắt đầu huy động chủ yếu sức kháng ma sát Khi huy động lực ma sát thêm nhiều cọc bắt đầu huy động thêm sức kháng mũi - Khi mơ thí nghiệm, có yếu tố ảnh hưởng đến kết mô góc ma sát , lực dính c, giá trị mô đun đất, giá trị mô đun cọc Góc ma sát  lực dính c có ảnh hưởng đến sức kháng ma sát Khi góc ma sát  lực dính c lớn sức kháng ma sát lớn ngược lại Giá trị mô đun đất giá trị mô đun cọc ảnh hưởng đến sức kháng mũi Khi giá trị mô đun đất cọc lớn sức kháng mũi lớn ngược lại Tất yếu tố có ảnh hưởng đến chuyển vị cọc - Với ứng xử cọc giải thích trên, việc cọc đạt sức kháng cực hạn đòi hỏi mức độ dự báo thơng qua thí nghiệm nén tĩnh với độ tin cậy phù hợp phức tạp Hiện có nhiều phương pháp khác để dự báo sức kháng cực hạn Đề tài tiến hành số khảo sát đến kết luận rằng: Hai phương pháp Chin – Kondner Hyperbolic Hansen 80% có độ tin cậy hẳn khoảng lựa chọn thông số lựa chọn hai phương pháp nhỏ Trường hợp cọc không bị tuột, phương pháp Hansen 80% không xác định SCT cực hạn, lúc dùng phương pháp Chin – Kondner Hyperbolic để xác định Tuy nhiên cần cẩn thận sử dụng phương pháp Chin – Kodner Hyperbolic cho trường hợp cọc không tuột trường hợp đồ thị khơng có điểm gãy, phương pháp Chin – Kodner Hyperbolic ngoại suy giá trị SCT cực hạn, mà việc ngoại suy độ tin cậy không chắn Lúc này, phương pháp khác nên dùng để đối chứng cho hai phương pháp Ngồi ra, kết tìm từ hai phương pháp có chênh lệch lớn, ta cũng nên dùng phương pháp khác để đối chứng, phương pháp Zhang cũng phương pháp có độ tin cậy cao nên sử dụng - Khi thiết kế cọc, việc quan tâm tới SCT cọc chưa đủ Khi cọc chịu tải, đặc biệt môi trường đất xung quanh chịu thay đổi ứng suất như: trình đắp, thay đổi mực nước ngầm, trình đào,… đòi hỏi mức độ phân tích ứng xử cọc cao Phương pháp Fellenius mà đề tài lựa chọn đặt số phân tích để đánh giá ứng xử cọc trình chịu tải Khi đất thay đổi trạng thái ứng suất, vị trí ứng suất lớn cọc không còn đầu cọc Lúc này, cọc chia làm hai phần: phần trục trung hòa phần chuyển vị đất lớn chuyển vị cọc, phần ứng suất thân cọc tăng dần từ đầu cọc đến vị trí trục trung hòa (do đất chuyển vị nhiều cọc, kéo cọc xuống, gây ma sát âm làm tăng ứng suất cọc); phần trục trung hòa phần đất chuyển vị cọc, lúc ma sát dương bắt đầu xuất làm ứng suất giảm dần từ đường trung hòa đến mũi cọc Khi tải tác động lên cọc thay đổi, vị trí trục trung hòa cọc thay đổi theo chiều hướng: giảm tải vị trí trục trung hòa gần mũi cọc ngược lại Đóng góp mặt giáo dục đào tạo, kinh tế - xã hội, an ninh, quốc phòng khả áp dụng đề tài: - Trên thực tế, việc thí nghiệm trường thực số vị trí định cơng trình khơng thể thực tồn cơng trình Tuy nhiên, địa chất cơng trình phức tạp hai vị trí gần nhau, địa chất cũng khác lớn giá trị SCT hai vị trí cũng khác lớn Vậy nên khơng có thí nghiệm trường, nhóm tác giả có kiến nghị sử dụng phần mềm mô (ở Plaxis 2D) để dự báo SCT cọc với bước thực hiện, hiệu chỉnh bên để có kết sát với thực tế - Khi tiến hành mơ thí nghiệm Plaxis, để tăng độ tin cậy dự báo sức chịu tải cọc cần phải thực hiệu chỉnh số giá trị sau: Dạng hiệu chỉnh Cách thức hiệu chỉnh + Thí nghiệm nén tĩnh thí nghiệm O – Cell: Giá trị mơ đun cọc - Giai đoạn lắp cọc: giữ nguyên - Giai đoạn đặt tải gia tải: nhân - Giai đoạn 1-3 lần gia tải tải cuối: nhân 1.5 + Thí nghiệm PDA: Giá trị mô đun đất - Giai đoạn lắp cọc: nhân - Giai đoạn đặt chuyển vị: nhân + Đối với thí nghiệm PDA: nhân khoảng từ 2-4 + Đối với thí nghiệm nén tĩnh: nhân khoảng từ 1-3 + Đối với thí nghiệm O – Cell: nhân khoảng 1-3 + Đối với thí nghiệm PDA: trừ 1-2 đơn vị + Đối với thí nghiệm nén tĩnh: giữ nguyên Góc ma sát  + Đối với thí nghiệm O – Cell: - Lớp đất O – Cell: trừ 1-5 đơn vị - Lớp đất O – Cell: giữ nguyên - Vì giá trị xác định phòng thí nghiệm có khác biệt với giá trị thực tế nên việc hiệu chỉnh giá trị thông số giúp cho ứng xử cọc đất mơ hình mơ thí nghiệm giống với thí nghiệm trường - Sau có quan hệ tải trọng – độ lún từ thí nghiệm trường mơ phỏng, lúc này, nhóm tác giả kiến nghị nên sử dụng phương pháp xác định SCT cực hạn từ thí nghiệm nén tĩnh để xác định SCT cọc, sử dụng phương pháp giải tích (TCVN 10304 – 2014) để kiểm chứng - Nhóm tác giả kiến nghị bước thiết kế cọc sau:  Dùng phương pháp mơ thí nghiệm trường để xác định mối quan hệ tải trọng – chuyển vị cọc (Biểu đồ P – S) lực dọc thân cọc theo độ sâu (Biểu đồ P – Z)  Dùng phương pháp Chin – Kondner Hyperbolic, Hansen 80%, Zhang,… để xác định SCT cực hạn cọc, lựa chọn SCT cọc có độ tin cậy cao phương pháp  Có SCT cực hạn cọc, lực tác dụng lên đầu cọc lực dọc thân cọc theo độ sâu, bắt đầu tìm lực dọc lớn thân cọc (tại vị trí trục trung hòa) trường hợp có biến động ứng suất đất xung quanh cọc, từ kiểm tra xem cọc có bị phá hủy hay khơng  Sau bước thỏa, bắt đầu thiết kế móng cọc bình thường - Ở phương pháp tại, việc xác định SCT cọc theo giải tích việc tính lún cho cọc hai vấn đề hồn tồn riêng biệt, khơng ảnh hưởng đến Vì khơng có mối liên hệ với nên thiết kế, bất tiện ta chọn tải trọng để thiết kế việc tính lún lại khơng thỏa Ở phương pháp Fellenius, việc tính xác định SCT cực hạn có mối quan hệ chặt chẽ đến độ lún, mỗi tải trọng đặt lên đầu cọc cho chuyển vị cọc, điều giúp việc thiết kế trở nên thuận tiện hơn, mà phương pháp thiết kế thống Fellenius áp dụng trường hợp Hình: Lưu đồ kiến nghị bước thiết kế cọc Công bố khoa học SV từ kết nghiên cứu đề tài (ghi rõ tên tạp chí có) nhận xét, đánh giá sở áp dụng kết nghiên cứu (nếu có): Ngày 10 tháng 10 năm 2020 SV chịu trách nhiệm thực đề tài Nhận xét người hướng dẫn đóng góp khoa học SV thực đề tài: Nhóm sinh viên đóng góp số vấn đề khoa học sau: - Đã tìm ảnh hưởng Mơ – đun cọc lên ứng xử cọc Giá trị mô – đun quan trọng q trình phân tích ngược loại thí nghiệm trường cọc - Đã tìm phương pháp thiết kế cọc môi trường ứng suất xung quanh cọc thay đổi cách kết hợp kết mơ hình phân tích ngược với phương pháp thiết kế thống Fellenius Ngày 10 tháng 10 năm 2020 Người hướng dẫn MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT iv DANH MỤC HÌNH ẢNH vi DANH MỤC BẢNG BIỂU ix PHẦN MỞ ĐẦU CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Khái niện sức chịu tải của cọc 1.1.1 Khái niệm sức chịu tải cọc 1.1.2 Phương pháp xác định sức chịu tải cọc theo giải tích [11] 1.1.3 Phương pháp xác định sức chịu tải cọc theo thí nghiệm nén tĩnh [12] 1.1.4 Phương pháp xác định sức chịu tải cọc theo thí nghiệm biến dạng lớn PDA [18] 1.1.5 Phương pháp xác định sức chịu tải cọc theo thí nghiệm OSTERBERG [19] 12 CHƯƠNG XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC BẰNG PHƯƠNG PHÁP GIẢI TÍCH 15 2.1 Cơng trình bệnh viện Shing Mark – Đồng Nai 15 2.1.1 Thông tin cọc 15 2.1.2 Thông tin địa chất 15 2.1.3 Xác định sức chịu tải cọc theo TCVN 10304 – 2014 16 2.2 Cơng trình CAMAU FERTILIZER PLANT – Cà Mau 20 2.2.1 Thông tin cọc 20 2.2.2 Thông tin địa chất 20 2.2.3 Xác định sức chịu tải của cọc theo TCVN 10304 – 2014 21 2.3 Công trình Cảng Quốc tế Sài Gòn Việt Nam – Bà Rịa – Vũng Tàu 22 2.3.1 Thông tin cọc 22 2.3.2 Thông tin địa chất 22 2.3.3 Xác định sức chịu tải cọc theo TCVN 10304 – 2014 24 i - Mối quan hệ tốc độ tăng tải tốc độ tăng chuyển vị của phương pháp này so với thực nghiệm thay đổi hai đoạn: từ đến 1200 kN, đường cong Rahman mô tả đất nền cứng đường cong thực nghiệm (tốc độ tăng tải càng tăng thì tốc độ tăng chuyển vị giảm), từ 1400 kN đến 2400 kN, đường cong Rahman mô tả đất nền mềm (tốc độ tăng tải càng tăng thì tốc độ tăng chuyển vị giảm), nhiên giữ xu hướng giống với đường cong thực nghiệm đến điểm mục tiêu - Hai đường cong không có xu hướng tách biệt - Giá trị P trg, Strg, M F chọn ban đầu ảnh hưởng đến kết quả: đường cong trước điểm mục tiêu theo quy luật và có xu hướng giống đường cong thực nghiệm, đến điểm mục tiêu thì P Rahman bằng P thực nghiệm và bằng Ptrg (ứng với Strg), và sau điểm mục tiêu thì không xác định đường cong có theo quy luật và có xu hướng giống với đường cong thực nghiệm hay không Giá trị M F chọn cho hai đường cong có xu hướng giớng có thể 4.2.3.8 Tổng hợp các phương pháp xác định sức chịu tải cọc Từ các phương pháp xác định SCT cực hạn của cọc ở trên, tổng hợp bảng sau: Bảng 4.21: Bảng tổng hợp các giá trị P (đơn vị: kN) P S PChin- PHansen PGwizdala PVanderVeen PZhang PVijayvergyia PRahman 641.9 866.92 1033.38 1169.42 1283.9 1382.63 1486.68 1624.32 1806.27 1951.47 2118.82 2369.56 272.61 424.73 555.32 675.04 786.24 891.05 1011.92 1191.83 1476.69 1761.19 2200 3776.19 280.31 500.73 697.21 875.19 1034.57 1177.29 1331.06 1536.13 1800.9 1997.29 2193.47 2388.1 317.77 558.65 767.1 951.12 1112.29 1253.91 1403.89 1600.25 1849.25 2032.79 2218.79 2400 615.94 822.47 974.42 1098.87 1204.26 1296 1393.86 1525.91 1707.05 1859.62 2049.52 2400 576 769.82 921.89 1052.78 1167.98 1271.23 1384.03 1539.49 1755.26 1934.15 2142.79 2400 Kondner 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2.07 3.9 5.72 7.56 9.4 11.24 13.48 17.03 23.13 29.75 40.88 88.45 403.67 665.53 868.25 1032.22 1166.25 1277.85 1390.84 1532.58 1706.76 1836.42 1979.47 2229.08 95 BIỂU ĐỒ P - S Tải trọng P (kN) 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 10 Chuyển vị S (mm) 20 Test 30 Chin-Kondner 40 Hansen 80% 50 Gwizdala Van der Veen 60 Zhang 70 Vijayvergyia 80 Rahman 90 Targer Point 100 Hình 4.27: Biểu đồ tổng hợp quan hệ giữa tải trọng và chuyển vị Bảng 4.22: Bảng tổng hợp các giá trị tải trọng cực hạn (đơn vị: kN) Chin – Kondner Hyperbolic 2500 Hansen 80% Gwizdala Van der Veen Zhang Vijayvergyia Rahman 1906.93 2200 240 1840.53 240 240 4.2.3.9 Nhận xét Từ hai công trình trên, nhóm tác giả có nhận xét và đưa kiến nghị sau: - Hai phương pháp Chin – Kondner Hyperbolic và Hansen 80% có sự tham gia của thông số lựa chọn C1 C2, nhiên khoảng lựa chọn của C1 C2 vô nhỏ nên SCT cực hạn của cọc gần tìm trực tiếp từ các giá trị P – S thực nghiệm, vì vậy tính khách quan cũng cao Tuy nhiên, để chính xác, ta nên dùng tất cả các phương pháp trên, đó có thể xác định một giá trị SCT cực hạn tin cậy - Nhìn chung, tất cả các phương pháp trên, xu hướng hai đường cong đều giống (tính đến điểm mục tiêu đới với các phương pháp có chọn điểm mục tiêu) - Đối với trường hợp cọc bị tuột, nhóm tác giả kiến nghị nên dùng phương pháp Hansen 80% để xác định SCT cực hạn của cọc, các phương pháp khác dùng để kiểm chứng Với trường hợp cọc không bị tuột, phương pháp Chin – Kondner Hyperbolic có thể xác định SCT cực hạn của cọc, nhiên SCT này ngoại suy, là một giá trị ngoài biểu đồ nên cần cân nhắc độ tin cậy của nó 96 - Đối với các phương pháp cần chọn tham số (chọn giá trị mục tiêu), trường hợp cọc không bị tuột, Ptrg và Strg nên chọn là giá trị tải trọng lớn đặt đầu cọc và chuyển vị tương ứng, sau đó điều chỉnh các thông số còn lại, đường cong phương pháp có xu hướng giống với đường cong thực nghiệm thì chấp nhận và giá trị SCT cực hạn của cọc là Ptrg (trừ phương pháp Zhang), đường cong phương pháp không giống với đường cong thực nghiệm thì ta hạ cấp tải và thực hiện tương tự Trường hợp cọc bị tuột, ta chọn cấp tải trước cấp tải tuột và thực hiện - Đối với phương pháp Zhang, giá trị Ptrg và Strg nên chọn là cấp tải lớn đặt đầu cọc (kể cả cọc có tuột hay không tuột), đường cong phương pháp có xu hướng giống với đường cong thực nghiệm thì ta tính giá trị P inf theo công thức 4.10 (Pinf luôn lớn 0) Nếu đường cong phương pháp không giống với đường cong thực nghiệm thì ta hạ cấp tải và thực hiện tương tự - Từ hai cọc ở hai cơng trình khác cho thấy kết quả thu có độ tin cậy tương đối cao chứ không phải một kết quả ngẫu nhiên 4.2.4 Xác định vị trí mặt phẳng trung hòa cọc chịu tải - Bước 1: Từ mô hình Plaxis 2D công trình ở trên, vẽ biểu đồ P – Z (biểu đồ lực dọc cọc theo độ sâu) BIỂU ĐỒ P - Z Lực cọc (kN) 500 1000 1500 2000 2500 tải lần tải lần tải lần tải lần tải lần tải lần tải lần tải lần tải lần tải lần 10 tải lần 11 tải lần 12 -5 Đợ sâu (m) -10 -15 -20 -25 -30 Hình 4.28: Biểu đồ quan hệ giữa lực dọc cọc theo độ sâu cọc - Bước 2: Từ mục 4.2.3, xác định và chọn Pult ≈ 2000 kN - Bước 3: Chọn đường truyền tải cọc ứng với cấp tải là P ult = 2000 kN, ta có biểu đồ sau: 97 BIỂU ĐỒ P-Z (CẤP TẢI 2000 kN) Lực dọc cọc (kN) 2500 2000 1500 1000 500 y = 0.0078x4 - 0.4731x3 + 7.8851x2 - 73.721x + 2048.9 R² = 0.9963 0 10 15 20 25 30 35 Đợ sâu (m) Hình 4.29: Biểu đồ quan hệ giữa lực dọc cọc theo độ sâu cọc Giải phương trình: 1000  2000   ( 0.0078x  0.4731x  7.8851x  73.721x  2048.9 )  , tìm x = 15.30, là độ sâu mà đó lực dọc cọc phía x và phía x là bằng (với tải trọng đặt vào đầu cọc 1000 kN) Bước 4: Chọn tải trọng đặt vào đầu cọc là 1000 kN, ta tính lún cho cọc và tính lún cho đất nền xung quanh cọc Từ mô hình Plaxis 2D cho công trình ở trên, ta có biểu đồ độ lún cọc theo độ sâu: BIỂU ĐỒ CHUYỂN VỊ CỌC 11 10 Độ sâu (m) - 15 20 25 30 35 Hình 4.30: Biểu đồ chuyển vị cọc 98 Chuyển vị (mm) 13 15 Từ công thức 4.18, 4.19, 4.20, nhóm tác giả đã tổng hợp kết quả tính toán chuyển vị nền đất thành bảng sau: Bảng 4.23: Bảng tổng hợp chuyển vị của đất Chiều dày (m) Độ sâu đáy (m) 0.4 0.4 Độ sâu giữa lớp (m) 0.2 0.3 0.7  (kN/m3) E 0 '1 Δσ ' 19 15000 3.8 12.8 0.55 15.47 2000 9.92 18.92 1.7 1.2 15.47 2000 14.98 2.7 2.2 15.47 2000 3.7 3.2 15.47 4.7 4.2 5.7  Sphân Scộng dồn S 0.0304 12.16 12.16 166.86 0.0323 9.69 21.85 157.17 23.98 0.0235 23.5 45.35 133.67 20.45 29.45 0.0182 18.2 63.55 115.47 2000 25.92 34.92 0.0149 14.9 78.45 100.57 15.47 2000 31.39 40.39 0.0126 12.6 91.05 87.97 5.2 15.47 2000 36.86 45.86 0.0109 10.9 101.95 77.07 6.7 6.2 15.47 2000 42.33 51.33 0.0096 9.6 111.55 67.47 1 7.7 8.7 7.2 8.2 15.47 15.47 2000 2000 47.8 53.27 56.8 62.27 9 0.0086 0.0078 8.6 7.8 120.15 127.95 58.87 51.07 9.7 9.2 15.47 2000 58.74 67.74 0.0071 7.1 135.05 43.97 10.7 10.2 15.47 2000 64.21 73.21 0.0066 6.6 141.65 37.37 11.7 11.2 15.47 2000 69.68 78.68 0.0061 6.1 147.75 31.27 12.7 12.2 15.47 2000 75.15 84.15 0.0057 5.7 153.45 25.57 13.7 13.2 15.47 2000 80.62 89.62 0.0053 5.3 158.75 20.27 14.7 14.2 15.47 2000 86.09 95.09 0.005 163.75 15.27 15.7 15.2 15.47 2000 91.56 100.56 0.0047 4.7 168.45 10.57 16.7 16.2 15.47 2000 97.03 106.03 0.0044 4.4 172.85 6.17 0.3 17 16.85 15.47 2000 100.59 109.59 0.0043 1.29 174.14 4.88 18 17.5 18.85 15840 105.84 114.84 0.0005 0.5 174.64 4.38 19 18.5 18.85 15840 114.69 123.69 0.0005 0.5 175.14 3.88 20 19.5 18.85 15840 123.54 132.54 0.0004 0.4 175.54 3.48 21 20.5 18.85 15840 132.39 141.39 0.0004 0.4 175.94 3.08 22 21.5 18.85 15840 141.24 150.24 0.0004 0.4 176.34 2.68 0.8 22.8 22.4 18.85 15840 149.21 158.21 0.0004 0.32 176.66 2.36 23.8 23.3 18.8 14670 157.15 166.15 0.0004 0.4 177.06 1.96 24.8 24.3 18.8 14670 165.95 174.95 0.0004 0.4 177.46 1.56 25.8 25.3 18.8 14670 174.75 183.75 0.0003 0.3 177.76 1.26 1 26.8 27.8 26.3 27.3 18.8 18.8 14670 183.55 192.55 14670 192.35 201.35 9 0.0003 0.0003 0.3 0.3 178.06 178.36 0.96 0.66 28.8 28.3 18.8 14670 201.15 210.15 0.0003 0.3 178.66 0.36 29.8 29.3 18.8 14670 209.95 218.95 0.0003 0.3 178.96 0.06 0.2 30 29.9 18.8 14670 215.23 224.23 0.0003 0.06 179.02 Ta có biểu đồ chuyển vị của đất: 99 tố BIỂU ĐỒ CHUYỂN VỊ ĐẤT 20 40 60 80 100 120 Chuyển vị (mm) 140 160 180 Độ sâu (m) 10 15 20 25 30 35 Hình 4.31: Biểu đồ chuyển vị đất Kết hợp hai biểu đồ trên, ta biểu đồ quan hệ chuyển vị cọc và chuyển vị đất BIỂU ĐỒ CHUYỂN VỊ CỌC - CHUYỂN VỊ ĐẤT 20 40 60 80 100 120 Chuyển vị (mm) 140 160 180 Độ sâu (m) 10 Chuyển vị đất 15 Chuyển vị cọc 20 25 30 35 Hình 4.32: Biểu đồ chuyển vị cọc – chuyển vị đất Vậy lực đặt đầu cọc là 1000 kN và ứng suất mặt nền đất là kPa thì đường trung hòa nằm ở vị trí độ sâu 15.6 m, gần giống với giá trị x = 15.3 m tìm ở Bước - Kiểm tra độ tin cậy bằng cách thực hiện lại từ Bước với tải trọng đặt lên đầu cọc là 800 kN 100 Giải phương trình: 800  2000   ( 0.0078x  0.4731x  7.8851x  73.721x  2048.9 )  , tìm x = 17.02, là độ sâu mà đó lực dọc cọc phía x và phía x là bằng BIỂU ĐỒ CHUYỂN VỊ CỌC Chuyển vị (mm) 13 15 11 Độ sâu (m) 10 15 20 25 30 35 Hình 4.33: Biểu đồ chuyển vị cọc BIỂU ĐỒ CHUYỂN VỊ CỌC - CHUYỂN VỊ ĐẤT 20 40 60 80 100 120 Chuyển vị (mm) 140 160 180 Độ sâu (m) 10 Chuyển vị đất 15 Chuyển vị cọc 20 25 30 35 Hình 4.34: Biểu đồ chuyển vị cọc – chuyển vị đất Vậy lực đặt đầu cọc là 800 kN và ứng suất mặt nền đất là kPa thì đường trung hòa nằm ở vị trí độ sâu 16.5 m, gần giống với giá trị x = 17.03 m tìm ở Bước 101 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận - Việc dự báo SCT cọc theo TCVN 10304 – 2014 đã diễn tả sức kháng ma sát của cọc ngoài thực tế Tuy nhiên việc dự báo SCT cọc theo TCVN 10304 – 2014 còn hạn chế đối với đất bùn và đối với cọc dài 35 m Đối với dự báo sức kháng mũi của cọc theo TCVN 10304 – 2014 còn có sự bất định và biến động lớn Nguyên nhân sự biến động này có thể đến từ việc phân loại đất, sai lệch tra bảng theo TCVN - Khi cọc chịu tải trọng, cọc đồng thời huy động sức kháng mũi và sức kháng ma sát Khi cọc chịu tải trọng nhỏ, cọc huy động chủ yếu sức kháng ma sát, sức kháng mũi xuất hiện không đáng kể Khi tải trọng tăng lên, sức kháng ma sát sức kháng mũi đồng thời cũng tăng Tuy nhiên sức kháng ma sát tăng lên nhiều đáng kể sức kháng mũi không tăng nhiều Khi tải tiếp tục tăng đến một độ lớn nào đó, độ tăng sức kháng ma sát giảm, chuyển vị mũi cọc tăng nhanh thì sức kháng mũi cũng bắt đầu tăng nhanh Vậy cọc chịu tải trọng, cọc bắt đầu huy động chủ yếu sức kháng ma sát Khi không thể huy đợng lực ma sát thêm nhiều cọc bắt đầu huy động thêm sức kháng mũi - Khi mơ phỏng thí nghiệm, có yếu tớ ảnh hưởng đến kết quả mơ phỏng góc ma sát , lực dính c, giá trị mơ đun của đất, giá trị mơ đun của cọc Góc ma sát  lực dính c có ảnh hưởng đến sức kháng ma sát Khi góc ma sát  lực dính c lớn sức kháng ma sát lớn và ngược lại Giá trị mô đun đất giá trị mô đun của cọc ảnh hưởng đến sức kháng mũi Khi giá trị mô đun của đất cọc lớn sức kháng mũi lớn và ngược lại Tất cả yếu tố đều có ảnh hưởng đến chuyển vị của cọc - Với ứng xử của cọc đã giải thích ở trên, thì việc cọc đạt sức kháng cực hạn đòi hỏi mức độ dự báo thông qua thí nghiệm nén tĩnh với độ tin cậy phù hợp là khá phức tạp Hiện có nhiều phương pháp khác để dự báo sức kháng cực hạn này Đề tài này đã tiến hành một số khảo sát và đến kết luận rằng: Hai phương pháp Chin – Kondner Hyperbolic và Hansen 80% có độ tin cậy hẳn vì khoảng lựa chọn của các thông số lựa chọn ở hai phương pháp này là nhỏ Trường hợp cọc không bị tuột, phương pháp Hansen 80% không xác định SCT cực hạn, lúc này chỉ có thể dùng phương pháp Chin – Kondner Hyperbolic để xác định Tuy nhiên cần cẩn thận sử dụng phương pháp Chin – Kodner Hyperbolic cho các trường hợp cọc không tuột vì trường hợp đồ thị không có điểm gãy, phương pháp Chin – Kodner Hyperbolic ngoại suy giá trị SCT cực hạn, mà việc ngoại suy này độ tin cậy không chắn Lúc này, các phương 102 pháp khác nên dùng để đối chứng cho hai phương pháp Ngoài ra, kết quả tìm từ hai phương pháp có sự chênh lệch lớn, ta cũng nên dùng các phương pháp khác để đối chứng, phương pháp Zhang cũng là một phương pháp có độ tin cậy cao nên sử dụng - Khi thiết kế cọc, việc chỉ quan tâm tới SCT của cọc là chưa đủ Khi cọc chịu tải, đặc biệt môi trường đất nền xung quanh chịu một sự thay đổi ứng suất như: quá trình đắp, sự thay đổi mực nước ngầm, quá trình đào,… đòi hỏi mức độ phân tích ứng xử của cọc cao Phương pháp Fellenius mà đề tài lựa chọn đã đặt một số phân tích để đánh giá ứng xử của cọc quá trình chịu tải Khi nền đất thay đổi trạng thái ứng suất, vị trí ứng suất lớn cọc không còn là ở đầu cọc Lúc này, cọc chia làm hai phần: phần trục trung hòa là phần chuyển vị đất nền lớn chuyển vị cọc, ở phần này ứng suất thân cọc tăng dần từ đầu cọc đến vị trí trục trung hòa (do đất nền chuyển vị nhiều cọc, kéo cọc xuống, gây ma sát âm làm tăng ứng suất cọc); phần trục trung hòa là phần đất nền chuyển vị ít cọc, lúc này ma sát dương bắt đầu xuất hiện và làm ứng suất giảm dần từ đường trung hòa đến mũi cọc Khi tải tác động lên cọc thay đổi, vị trí trục trung hòa cọc thay đổi theo chiều hướng: giảm tải thì vị trí trục trung hòa càng gần mũi cọc và ngược lại Kiến nghị - Trên thực tế, việc thí nghiệm hiện trường chỉ thực hiện ở một số vị trí định công trình chứ không thể thực hiện ở toàn bộ công trình Tuy nhiên, địa chất ở công trình đó phức tạp thì ở hai vị trí gần nhau, địa chất cũng có thể khác lớn và giá trị SCT hai vị trí đó cũng có thể khác lớn Vậy nên không có thí nghiệm hiện trường, nhóm tác giả có kiến nghị sử dụng phần mềm mô phỏng (ở là Plaxis 2D) để dự báo SCT cọc với các bước thực hiện, hiệu chỉnh bên để có kết quả sát với thực tế - Khi tiến hành mơ phỏng thí nghiệm Plaxis, để tăng đợ tin cậy dự báo sức chịu tải của cọc cần phải thực hiện hiệu chỉnh một số giá trị sau: Dạng hiệu chỉnh Cách thức hiệu chỉnh + Thí nghiệm nén tĩnh và thí nghiệm O – Cell: Giá trị mô đun cọc - Giai đoạn lắp cọc: giữ nguyên - Giai đoạn đặt tải gia tải: nhân - Giai đoạn 1-3 lần gia tải tải ći: nhân 1.5 + Thí nghiệm PDA: - Giai đoạn lắp cọc: nhân 103 - Giai đoạn đặt chuyển vị: nhân + Đới với thí nghiệm PDA: nhân khoảng từ 2-4 Giá trị mô đun đất + Đối với thí nghiệm nén tĩnh: nhân khoảng từ 1-3 + Đới với thí nghiệm O – Cell: nhân khoảng 1-3 + Đới với thí nghiệm PDA: trừ 1-2 đơn vị + Đới với thí nghiệm nén tĩnh: giữ ngun Góc ma sát  - + Đới với thí nghiệm O – Cell: - Lớp đất O – Cell: trừ 1-5 đơn vị - Lớp đất O – Cell: giữ nguyên Vì giá trị xác định phịng thí nghiệm có khác biệt với giá trị thực tế nên việc hiệu chỉnh giá trị của thông số giúp cho ứng xử của cọc và đất mơ hình mơ phỏng thí nghiệm giớng với thí nghiệm ở hiện trường - Sau đã có quan hệ tải trọng – độ lún từ thí nghiệm hiện trường hoặc mô phỏng, lúc này, nhóm tác giả kiến nghị nên sử dụng các phương pháp xác định SCT cực hạn từ thí nghiệm nén tĩnh để xác định SCT cọc, có thể sử dụng phương pháp giải tích (TCVN 10304 – 2014) để kiểm chứng - Nhóm tác giả kiến nghị các bước thiết kế cọc sau:  Dùng phương pháp mô phỏng hoặc các thí nghiệm hiện trường để xác định mối quan hệ tải trọng – chuyển vị cọc (Biểu đồ P – S) và lực dọc thân cọc theo độ sâu (Biểu đồ P – Z)  Dùng các phương pháp Chin – Kondner Hyperbolic, Hansen 80%, Zhang,… để xác định SCT cực hạn của cọc, lựa chọn SCT cọc có độ tin cậy cao các phương pháp  Có SCT cực hạn của cọc, lực tác dụng lên đầu cọc và lực dọc thân cọc theo độ sâu, bắt đầu tìm lực dọc lớn thân cọc (tại vị trí trục trung hòa) trường hợp có biến động ứng suất của đất nền xung quanh cọc, từ đó kiểm tra xem cọc có bị phá hủy hay không  - Sau các bước đều thỏa, bắt đầu thiết kế móng cọc bình thường Ở phương pháp hiện tại, việc xác định SCT của cọc theo giải tích và việc tính lún cho cọc là hai vấn đề hoàn toàn riêng biệt, không ảnh hưởng đến Vì không có mối liên hệ với nên thiết kế, bất tiện ta chọn một tải trọng để thiết kế việc tính lún lại không thỏa Ở phương pháp Fellenius, việc tính xác định SCT cực hạn có mối quan hệ chặt chẽ đến độ lún, mỗi tải trọng đặt lên đầu cọc đều cho một 104 chuyển vị cọc, điều này giúp việc thiết kế trở nên thuận tiện hơn, vì mà phương pháp thiết kế thống của Fellenius có thể áp dụng hầu mọi trường hợp Hình 1: Lưu đồ kiến nghị các bước thiết kế cọc 105 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Coyle, H M and Reese, L C, "Load transfer for axially loaded," J Soil Mech Found Eng Div., vol 2, no 92, pp 1-26, 1966 [2] Fleming, K., Weltman, A., Randolph, M F., and Elson, K., Piling engineering, 2nd Ed., Blackie and Son, Glasgow, U.K, 2008 [3] Randolph, M F., "Science and empiricism in pile foundation," Géotechnique, vol 10, no 53, pp 847-875, 2003 [4] Poulos, H G., and Davis, E H., Pile foundation analysis and design, Taipei, Taiwan: Rainbow-Bridge Book Company, 1980 [5] Zakia, K., Abdelmadjid, B., and Nazihe, T., "Modelling the Behaviour of Axially Loaded and Laterally Loaded Pile with a Contact Model," EJGE Bund, vol 16, pp 1239-1257, 2011 [6] J Jun, "Prediction of the Settlement for the Vertically Loaded Pile Group Using 3D Finite Element Analyses," Marine Geo-resources & Geotechnology, vol 33, no 3, pp 264-271, 2013 [7] Jian-lin, Aziz, H Y and SUChun-hui, SHI Cong., "Settlement Prediction and Behavior of Pile Foundations in Deep Clayey Soil Deposits," Central South University Press and Springer-Verlag Berlin Heidelberg, vol 21, pp 1554-1564, 2014 [8] Alnuiam, A., El Naggar H., and El Naggar, M H., "Performance of Piled-Raft System under Axial Load," 18th International Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, pp 2663-2666, 2013 [9] McCabe, B A and Lehane, B M., "Behaviour of Axially Loaded Pile Groups Driven in Clayey Silt," Journal of Geotechnical and Environmental Engineering, pp 401-410, 2006 [10] M Korff, Response of piled buildings to the construction of deep excavations, Univ of Cambridge, Cambridge, U.K, 2012 [11] "Tiêu chuẩn Việt Nam: TCVN 10304: 2014 Móng cọc - Tiêu chuẩn thiết kế," Hà Nội, 2014 106 [12] "Tiêu chuẩn Việt Nam: TCVN 9393: 2012 Cọc - Phương pháp thử nghiệm hiện trường bằng tải trọng tĩnh ép dọc trục," Hà Nội, 2012 [13] George G Goble, "Capacity Evaluation Methods of Deep Foundations - A Critical Review," in 31st Symposium on Engineering Geology and Geotechnical Engineering, Utah State, 1995 [14] B H Fellenius, "The Analysis of Results from Routine Pile Load Tests," Ground Engineering, vol 5, no 13, pp 395-397, 1980 [15] Dennis, N D and Olson, R E., "Axial Capacity of Steel Piles in Sand," Proceedings of the Conference on Geotechnical Practice in Offshore Engineering, pp 389-402, 1983 [16] Wysockey, M H and Long, J L., "Utility of Drilled Shaft Load Test Results," Proceedings, International Conference on Design and Construction of Deep Foundations, pp 1789-1803, 1994 [17] K W Walker, "Dependability of Pile Bearing Capacity Prediction Methods," Thesis Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Master of Science, School of Engineering, Case Western Reserve University, Cleveland, Ohio, 1972 [18] N Tổng, Thí nghiệm biến dạng lớn PDA, Hồ Chí Minh: Đại học Sư phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh [19] V Phán, “Phân tích và tính toán móng cọc,” Hồ Chí Minh, 2013 [20] B H Fellenius, Basics of Foundation Design, 2016 [21] "Tiêu chuẩn Việt Nam: TCVN 11321: 2016 Cọc - Phương pháp thử động biến dạng lớn," Hà Nội, 2016 [22] "Báo cáo khảo sát địa chất công trình Bệnh viện Shing Mark," Biên Hòa, Đồng Nai, 2013 [23] "Báo cáo thí nghiệm nén tĩnh cọc công trình Bệnh viện Shing Mark," Biên Hòa, Đồng Nai, 2014 [24] "Báo cáo khảo sát địa chất công trình CAMAU FERTILIZER PLANT," Cà Mau, 2005 [25] "Báo cáo thí nghiệm biến dạng lớn công trình CAMAU FERTILIZER PLANT," Cà Mau, 2010 107 [26] "Báo cáo thí nghiệm nén tĩnh cọc đóng công trình CAMAU FERTILIZER PLANT," Cà Mau, 2009 [27] "Báo cáo địa chất công trình dự án Đường Tân Sơn Nhất - Bình Lợi - Vành đai ngoài" [28] "Báo cáo kết quả kiểm tra cọc khoan nhồi công trình Bình Lợi - Tân Sơn Nhất," Hồ Chí Minh, 2008 [29] "Báo cáo kết quả thí nghiệm đất công trình Cảng Quốc tế Sài Gòn Việt Nam," Bà Rịa Vũng Tàu, 2007 [30] "Báo cáo thử động cọc bê tông cốt thép dự ứng lực bằng phương pháp biến dạng lớn PDA," Bà Rịa - Vũng Tàu, 2009 [31] Võ Phán, Hoàng Thế Thao, Đỗ Thanh Hải, Phan Lưu Minh Phượng, Các phương pháp khảo sát hiện trường và thí nghiệm đất phòng, Hồ Chí Minh, 2015 [32] "Tiêu chuẩn Việt Nam: TCVN 5574: 2018 Thiết kế kếu cấu bê tông và bê tông cốt thép," Hà Nội, 2018 [33] "Tiêu chuẩn Việt Nam: TCVN 9362: 2012 Tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình," Hà Nội, 2012 108 ... VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN PHÂN TÍCH KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA CỌC TỪ CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI TÍCH VÀ CÁC THÍ NGHIỆM NGỒI HIỆN... HỌC CỦA SINH VIÊN PHÂN TÍCH KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA CỌC TỪ CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI TÍCH VÀ CÁC THÍ NGHIỆM NGỒI HIỆN TRƯỜNG SV2020 – 52 Thuộc nhóm ngành khoa học: Xây dựng SV thực hiện: Nguyễn Lê Anh... - Phân tích chế chịu tải cọc dựa mơ hình phân tích ngược kết thí nghiệm trường thơng qua mơ hình phần tử hữu hạn - Lựa chọn phương pháp phù hợp để xác định sức chịu tải cọc từ kết thí nghiệm cọc