5. Nội dung nghiên cứu
3.2.6.2. Kết quả tính toán
Hình 3.18 – Biến dạng của hố đào khi đào đến cao độ -3,8 so với MĐTN
48
a) b)
Hình 3.20 – a) Chuyển vị của cọc khi đào đến cao độ -1,8m;
b) Chuyển vị của cọc khi đào đến cao độ -3,8m;
a) b)
Hình 3.21 – a) Moment của cọc khi đào đến cao độ -1,8m;
3.2.6.3. Phân tích kết quả tính toán
7. Hình 3.22 – Mặt bằng cọc được sử dụng trong phân tích so sánh
Thực tế ngoài hiện trường vị trí cọc bị nghiêng lệch lớn nhất như trong hình 3.22. Nên trong nghiên cứu này chúng ta chỉ tập trung phân tích kết quả tính toán khu vực trên.
a)Phân tích chuyển vị của cọc
Từ kết quả tính toán của PLAXIS 3D Foundation ta vẽ biểu đồ chuyển vị lớn nhất của các cọc theo các giai đoạn thi công đào đất
Giai đoạn 1: Đào đến cao độ -1,8m (so với MĐTN)
Từ biểu đồ ta thấy, khi tiến hành đào giai đoạn 1 thì các cọc chuyển vị rất nhỏ dao động trong khoảng 7cm đến 8cm. Vị trí chuyển vị lớn nhất của cọc nằm ở cao độ -11m so với MĐTN.
Giai đoạn 2: Đào đến cao độ -3,8m (so với MĐTN)
Từ biểu đồ ta thấy, khi tiến hành đào giai đoạn 2, với tải khối đất lân cận lớn (70kN/m2) gây ra chuyển vị rất lớn cho các nhóm cọc gần tường, chuyển vị lớn nhất tại đỉnh cọc và giảm dần khi xuống sâu phía dưới. Chuyển vị lớn nhất là cọc số 121,
50
122, 123 và 150, có giá trị lần lượt là 101,5cm; 100cm; 105cm và 93,6cm. Các cọc còn lại thì dao động trong khoảng 48‚84cm.
Hình 3.23 – Biểu đồ chuyển vị lớn nhất của các cọc theo các giai đoạn thi công
đào đất b)Phân tích nội lực trong cọc
Trong suốt quá trình đào ứng xử của cọc còn được so sánh với moment kháng nứt của cọc Mcr = 166,8 kN.m. Như vậy, khi moment uốn trong cọc vượt quá giá trị này thì cọc đó xem như bị nứt. Nếu cọc đạt 80%Mcr thì giả định cọc đạt trạng thái giới hạn. Kết quả so sánh được tóm tắt trong Bảng 3.6.
Moment uốn của các cọc trong mô phỏng bằng PLAXIS 3D Foundation cho kết quả lớn hơn 80%Mcr, điều này sẽ dẫn đến cọc bị nứt. Đồng thời cũng phù hợp với kết quả kiểm tra độ đồng nhất của cọc ngoài hiện trường bằng phương pháp biến dạng nhỏ (PIT).
Hình 3.24 – Biểu đồ Moment uốn lớn nhất trong các cọc theo giai đoạn thi công Bảng 3.6 – Moment uốn lớn nhất của cọc từ mô hình phần tử hữu hạn 3D và kết
quả kiểm tra độ đồng nhất của cọc bằng phương pháp biến dạng nhỏ(PIT)
Số thứ tự cọc
Điều kiện làm việc của cọc Kết quả tính toán bằng
PLAXIS 3D Foundation
Kết quả thí nghiệm hiện trƣờng bằng Phƣơng pháp biến dạng nhỏ (PIT)
121 Cọc bị gãy Cọc có khả năng bị nứt hay mối nối không tốt
122 Cọc bị gãy Cọc đồng nhất 123 Cọc bị gãy Cọc bị nứt 124 Cọc bị nứt Cọc đồng nhất 125 Cọc bị nứt Cọc đồng nhất 126 Cọc bị nứt Cọc đồng nhất 150 Cọc bị gãy Cọc bị nứt 151 Cọc bị gãy Cọc bị nứt 152 Cọc bị gãy Cọc bị nứt 153 Cọc bị nứt Cọc bị nứt 154 Cọc bị nứt Cọc bị nứt
52
C) Phân tích chuyển vị của cọc với quan trắc ngoài hiện trường
Chọn nhóm cọc như hình 3.25 (có chuyển vị ngang lớn nhất) để phân tích. Từ bảng kết quả chuyển vị của cọc trong PLAXIS ta vẽ được biểu đồ chuyển vị ngang của hàng cọc (số 150, 151, 152) theo từng giai đoạn thi công hố đào.
Hình 3.25 – Mặt bằng nhóm cọc sử dụng phân tích
Giai đoạn 1: Đào đất đến cao độ -1,8m (so với MĐTN):
- Ta thấy rằng chuyển vị ngang lớn nhất của các cọc tương đối nhỏ, dao dộng từ 4,5cm đến 6,5cm và các cọc càng xa dần tường cừ Larsen thì giá trị chuyển vị càng giảm dần. Các cọc trên có giá trị chuyển vị lớn nhất tại cao độ -11m so với MĐTN, nó gần như nằm ở giữa cao độ của lớp đất yếu. Trong giai đoạn này ta không xét đến quan trắc ngoài hiện trường.
54
Giai đoạn 2: Đào đất đến cao độ -3,8m (so với MĐTN):
- Từ kết quả thấy rằng cọc có chuyển vị ngang lớn nhất của tất cả các cọc đều nằm tại đỉnh cọc (cao độ 0,0m so với MĐTN). Giá trị chuyển vị ngang lớn nhất và giá trị quan trắc của từng cọc là: cọc 150 (chuyển vị 93,4cm - quan trắc 155,7cm); cọc 151 (chuyển vị 83,4cm - quan trắc 148,3cm); cọc 153 (chuyển vị 54,9cm - quan trắc 74,5cm); cọc 154 (chuyển vị 48,6cm - quan trắc 71,3 cm); cọc 155 (chuyển vị 30cm - quan trắc 26,5cm); cọc 156 (chuyển vị 28,7cm - quan trắc 19,4cm); cọc 158 (chuyển vị 21,3cm - quan trắc 13,7cm); cọc 159 (chuyển vị 20,7cm - quan trắc 18,5cm). Ta thấy nhóm cọc 150, 151, 152, 154 có giá trị quan trắc chuyển vị rất khác so với chuyển vị theo mô phỏng bằng phần mềm Plaxis 3D Foundation vì trong thực tế thì nhóm cọc này đã bị gãy và bị đẩy ra xa, còn theo phần mềm Plaxis thì mô phỏng vật liệu của cọc là đàn hồi tuyến tính nên không bị phá hoại vẫn giữ nguyên hiện trạng của chuyển vị của cọc. Còn nhóm cọc 155, 156, 158, 159 có giá trị chuyển vị xấp xỉ với giá trị quan trắc ngoài hiện trường.
Hình 3.27 – Đồ thị biểu diễn đường cong quan hệ giữa chuyển vị ngang lớn nhất
của cọc và khoảng cách từ cọc đến tường theo chiều sâu lớn nhất hố đào.
Sử dụng phần mềm excel và kết quả chuyển vị của cọc thì ta nhận thấy vùng ảnh
Kết luận:
Khi sử dụng các thông số đầu vào ở mục 4.2.2 để mô phỏng bằng phần mềm PLAXIS 3D Foundation thì cho kết quả chuyển vị ngang và moment uốn của cọc xấp xỉ với giá trị quan trắc ngoài hiện trường. Như vậy, ta có thể sử dụng bộ thông số này để mở rộng phân tích cho những trường hợp khác.
Với lớp đất yếu dày (bùn sét – trạng thái chảy - 25m) cùng với sự tác động của phụ tải khối đất đắp lớn (70kN/m2) và gần hố đào nên dẫn đến chuyển vị và moment uốn trong cọc phát sinh lớn, cọc vượt quá moment kháng uốn của cọc. Giá trị chuyển vi cực đại tại đỉnh cọc và moment cực đại tại cao độ -16m so với MĐTN.
Vùng ảnh hưởng chuyển vị của cọc bên trong hố đào là khoảng 4,5H (H là chiều sâu của hố đào).
=>Với sự ảnh hưởng như vậy thì chúng ta phải có nhiều giải pháp khắc phục sự cố trên để đảm bảo cho công trình trong quá trình thi công. Do dó giải pháp trước tiên chúng ta xét đến sự dịch chuyển phụ tải khối đất đắp ra xa dần công trình. Phần này sẽ được trình bày trong mục sau.
56
3.2.7. Phân tích ảnh hƣởng của cọc bên trong hố đào trong trƣờng hợp dời dần khối đất đắp ra xa
Như đã phân tích ở phần trên thì ta thấy sự ảnh hưởng của khối đất đắp đến các cọc bên trong hố đào là rất lớn, làm cho một số cọc bị phá hoại. Để khắc phục vấn đề đó, chúng ta dịch chuyển khối đất ra xa dần theo từng khoảng cách nhất định so với vị trí khối đất ban đầu để phân tích sự ảnh hưởng của khối đất đến các cọc trong hố đào và cùng với việc đó thì chúng ta so sánh TCVN 7888:2008 về moment kháng uốn của cọc trong công trình.
Trong phần này chúng xét khoảng cách từ khối đất đắp đến tường cừ Larsen lần lượt là 3H, 5H, 7H, 9H, 11H, 13H, 15H (với H=4m là khoảng cách tương đương với chiều sâu lớn nhất của hố đào).
3.2.7.1. Mô hình trong PLAXIS 3D Foundation
Hình 3.28 – Các trường hợp chia lưới 2D;
a) Bỏ tải khối đất đắp; e) Dời tải khối đất đắp9H; b)Dời tải khối đất đắp3H; f)Dời tải khối đất đắp11H; c)Dời tải khối đất đắp5H; g)Dời tải khối đất đắp13H;
8. Hình 3.29 – Các trường hợp chia lưới 3D;
a) Bỏ tải khối đất đắp; e) Dời tải khối đất đắp 9H; b)Dời tải khối đất đắp 3H; f)Dời tải khối đất đắp 11H; c) Dời tải khối đất đắp 5H; g)Dời tải khối đất đắp 13H; d)Dời tải khối đất đắp 7H; h)Dời tải khối đất đắp 15H;
58
3.2.7.2. Kết quả tính toán
9. Hình 3.30 – Các trường hợp chuyển vị;
a) Bỏ tải khối đất đắp; e) Dời tải khối đất đắp9H; b) Dời tải khối đất đắp3H; f) Dời tải khối đất đắp11H; c) Dời tải khối đất đắp5H; g) Dời tải khối đất đắp13H; d) Dời tải khối đất đắp7H; h) Dời tải khối đất đắp15H;
10. Hình 3.31 – Các trường hợp moment uốn
a) Bỏ tải khối đất đắp; e) Dời tải khối đất đắp9H; b) Dời tải khối đất đắp3H; f) Dời tải khối đất đắp11H; c) Dời tải khối đất đắp5H; g) Dời tải khối đất đắp13H; d) Dời tải khối đất đắp7H; h) Dời tải khối đất đắp15H;
60
3.2.7.3. Phân tích kết quả
a)Phân tích chuyển vị của cọc
Tương tự như phần phân tích của công trình thực tế, thì các trường hợp dịch chuyển khối đất đắp ra xa, ta có biểu đồ chuyển vị của cọc ứng với các trường hợp như sau:
Giai đoạn 1: Đào đất đến cao độ -1,8m (so với MĐTN):
Hình 3.32a – Biểu đồ thể hiện hình dáng chuyển vị ngang của cọc trong các trường
Hình 3.32b – Biểu đồ so sánh kết quả so sánh chuyển vị ngang lớn nhất của cọc
trong các trường hợp dời khối đất đắp ra xa hố đào và trường hợp không khối đất đắp khi đào -1,8m.
62
Trong giai đoạn này cọc có xu thế bị uốn cong, vị trí bị uốn cong lớn nhất nằm tại cao độ -11m so với MĐTN và giá trị chuyển vị của trong các trường hợp còn nhỏ.Càng dời khối đất đắp ra xa thì giá trị chuyển vị vẫn giảm xuống nhưng không đáng kể.
Giai đoạn 2: Đào đất đến cao độ -3,8m (so với MĐTN):
Hình 3.33a – Biểu đồ thể hiện hình dáng chuyển vị ngang của cọc trong các trường
hợp dời khối đất đắp ra xa hố đào và trường hợp không khối đất đắp khi đào -3,8m.
Hình 3.33b – Biểu đồ so sánh kết quả so sánh chuyển vị ngang lớn nhất của cọc
trong các trường hợp dời khối đất đắp ra xa hố đào và trường hợp không khối đất đắp khi đào -3,8m.
64
- Từ hình 3.33a ta thấy trường hợp thực tế thì cọc có chuyển vị lớn nhất tại đỉnh cọc, càng dời khối đất đắp ra xa thì cọc có xu thế bị uốn cong tại vị trí dưới chân tường chắn gần giống với trường hợp bố trí khối đất đắp xung quanh hố đào.
-Từ hình 3.33b ta thấy trong giai đoạn đào này cọc chuyển vị rất lớn, chuyển vị lớn nhất của cọc trong trường hợp khối đất cách tường 3H (theo trường hợp thực tế, H≈4m là chiều sâu hố đào) của các cọc 150, cọc 151, coc 153 và cọc 154 lần lượt có giá trị là 93,4cm;83,4cm; 54,9cm và 48,6cm. Trong lần xét khối đất tại vị trí cách xa tường chắn 5H thì chuyển vị giảm xuống rất nhiều, giá trị lớn nhất chỉ còn 21,6cm nhưng giá trị này vẫn còn cao. Chúng ta tiếp tục xét đến khối đất đắp tại các vị trí 7H, 9H, 11H, 13H thì giá trị chuyển vị của cọc tiếp tục giảm xuống và khi xét tại vị trí 15H thì giá trị chuyền vị xấp xỉ với trường hợp không xét đến khối đất đắp xung quanh hố đào.
b) Phân tích moment trong cọc
Hình 3.34 – Biểu đồ so sánh kết quả moment uốn của cọc trong các trường hợp dời
khối đất đắp ra xa hố đào và moment kháng uốn của cọc
Trong giai đoạn này ta thấy nội lực trong cọc phát sinh không lớn, moment uốn lớn nhất của cọc trong trường hợp khối đất cách tường 3H (theo trường hợp thực tế, H≈4m là chiều sâu hố đào) của các cọc 150, cọc 151, coc 153 và cọc 154 lần lượt có giá trị là 38,1kN.m; 39,7kN.m; 40,2kN.m và 42,1 kN.m nên vẫn còn nhỏ hơn moment kháng uốn của cọc (Mcr=166,8kN). Khi xét các trường hợp dời khối đất đắp ra xa dần hố đào 15H (tức là cách tường chắn 60m) thì moment của cọc giảm xuống không đáng kể và giá trị lúc này xấp xỉ bằng giá trị moment của cọc khi không xét tới khối đất đắp xung quanh hố đào.
66
Giai đoạn 2: Đào đất đến cao độ -3,8m (so với MĐTN):
Hình 3.35 – Biểu đồ so sánh kết quả moment uốn của cọc trong các trường hợp dời
Trong giai đoạn này ta thấy nội lực trong cọc phát sinh rất lớn, moment uốn lớn nhất của cọc trong trường hợp khối đất cách tường 3H (theo trường hợp thực tế, H≈4m là chiều sâu hố đào) của các cọc 150, cọc 151, coc 153 và cọc 154 lần lượt có giá trị 489,9kN.m; 453,3kN.m; 147,9kN.m và 156,5 kN.m, giá trị này hầu như xấp xỉ và vượt qua moment kháng uốn của cọc 166,8kN.m (chiếm 294%) làm cho các cọc bị phá hoại. Nhưng khi trường hơp khối đất đặt cách tường chắn là 5H thì giá trị moment uốn trong cọc giảm xuống rất đột ngột chỉ còn khoảng 41,5% moment kháng uốn của cọc. Khi xét các trường hợp dời khối đất đắp ra xa dần hố đào 15H (tức là cách tường chắn 60m) thì moment của cọc giảm xuống không đáng kể và giá trị lúc này xấp xỉ bằng giá trị moment của cọc khi không xét tới khối đất đắp xung quanh hố đào.
Kết luận:
Việc di chuyển khối đất đắp ra xa hố đào sẽ làm giảm ảnh hưởng rất nhiều đến kết quả chuyển vị và moment uốn của cọc bên trong hố đào:
+ Chuyển vị giảm xuống 4 lần khi dời khối đất từ 3H lên 5H.
+ Moment giảm xuống 7 lần khi dời khối đất từ 3H lên 5H.
(H là chiều sâu lớn nhất của hố đào)
Phạm vi ảnh hưởng lớn nhất của khối đất đắp đến chuyển vị và moment uốn của cọc bên trong hố đào khoảng 5H và sự ảnh hưởng nhỏ thì kéo dài trong phạm vi rất lớn khoảng 15H.
Việc phân tích này sẽ giúp ích cho việc bố trí vật liệu, máy móc thiết bị…với một khoảng cách hợp lý nhất để giảm ảnh hưởng đến công trình.
3.3. Phân tích mở rộng xem xét ảnh hƣởng của cọc bên trong hố đào trong trƣờng
hợp thay đổi chiều dài tƣờng ứng với công trình thực tế
Trong phần này chúng ta tiến hành mô phỏng các bài toán ứng với chiều sâu tường cừ khác nhau (tức là thay đổi chiều dài ngàm tường X). Nhằm mục đích xem xét khả năng tăng chiều sâu ngàm tường để giảm chuyển vị và moment của cọc bên trong hố đào có hiệu quả hay không.
68
Theo số liệu công trình thực tế thì tường cừ Larsen có chiều dài là 6m. Ta tiến hành mô phỏng thêm các trường hợp chiều dài tường cừ Larsen có sự thay đổi thành 9m và 12m, từ đó xét chuyển vị và moment của cọc trong từng trường hợp.
Hình 3.36 – Mặt cắt hố đào của công trình thực tế
3.3.1. Mô hình trong PLAXIS 3D Foundation
Hình 3.37 – Mô hình cọc và tường cừ Larsen có chiều sâu thay đổi
3.3.2. Phân tích kết quả tính toán
Từ kết quả tính toán của PLAXIS 3D Foundation ta vẽ được các biểu đồ chuyển vị ngang lớn nhất và moment uốn lớn nhất của cọc với khoảng cách cọc đến tường khác nhau khi thay đổi chiều sâu tường lần lượt là 6m; 9m và 12m.
Tương tự chọn hàng cọc như Hình 3.25 để phân tích. Từ bảng kết quả chuyển vị của cọc trong PLAXIS ta vẽ được biểu đồ chuyển vị ngang và moment uốn của hàng cọc (số 150, 153, 155, 158) với khoảng cách từ tim cọc đến tường theo từng giai đoạn thi công.
a) Phân tích chuyển vị của cọc
Giai đoạn 1: Đào đất đến cao độ -1,8m (so với MĐTN):
Hình 3.38 – Biểu đồ thể hiện hình dáng chuyển vị ngang của cọc trong các trường
70
Hình 3.39 – Biểu đồ so sánh chuyển vị ngang lớn nhất của cọc trong các trường
hợp tăng chiều sâu tường chắn.
Từ Hình 3.38 khi ta tăng chiều sâu tường thì chuyển vị ngang của cọc giảm rất
