PHAN TÍCH CAC YEU TO ANH HUONG DEN HE SO PHAN BO
3.1 PHUONG PHAP PHAN TICH
3.1.1 Giới thiệu chương trình PRAB Học viên sử dụng chương trình PRAB (Piled Raft Analysis with Batter Piles) do GS.
Matsumoto, trường DH Kanazawa tặng khoa xây dựng trường DH Kiến trúc TP.Hồ Chí Minh nhân dịp thăm và hội thảo tại trường, phân tích các yếu to: cường độ tai trong, bé day bè, thong số cọc ảnh hưởng đến hệ số phân bố tải trọng & ứng xứ lún của móng.
Three dimensional deformation analysis of piled raft foundation
Chương trình PRAB ban quyền của GS. Matsumoto
+ Ly thuyét phan tich Trên cơ sở khắc phục các han chế của phương pháp kết hop Clancy va Randolph (1993) là ứng dụng các lò xo nền thang đứng, Kitiyodom & Matsumoto (2003, 2004) [36, 37, 38] đã phát triển chương trình PRAB dé phân tích biến dạng 3 trục móng bè cọc chịu tải tong quát, bao gôm: tải đứng, tải ngang và moment lật.
Trong phương pháp này, phần bè móng được mô phỏng như phan tử tam mỏng dan hồi (PP.PTHH), phần cọc là phần tử thanh đàn hồi (PP.PTHH) và đất nên thành các lò xo đàn hôi 3 trục tương tác liên kết với nút cọc và nút bè.
Trong mô hình phân tích móng bè cọc sau, tại mỗi nút cọc và nút bè có 3 lò xo tương tác liên kết: một lò xo theo phương đứng (2) va hai lò xo theo phương ngang (x và y)
I ®We) I
NN Ni
N N ` W\ |
.*
“7 => =
4 LAA — X ats ae “chẽ... -
avVV VS —— = >?
Wi AMAA PRR we VVVE PX” eee LDS ar AT SIV VI | Wis a* SY WSs =|= “=~ a = )`) * P=- ~~ ~ —
~ _ IF i ~——>2772 zzz ARA R
AR} m1" T lý) | \
—v \ÍÌ a > >VV
`ằ = i= .tv` —
> ` ` -
i — < |S *& _= ơ eds we ` zzz
AA DS A
Ee eon \ Ì \ rk < ..Í i \
wk — V 9 v và _> vv
~ —> — ——_
ơx> =, ^^ —
ơ < — => `. = ——
Hình 3.1: Mô hình móng bè cọc (Kitoyodom & Matsumoto, 2003-2004)
Độ cứng lò xo nền đỡ bè theo phương thăng đứng (2):
_ 4G,.a l-v,
K&
Z
Độ cứng lò xo nền đỡ bè theo phương ngang (x và y):
_ 32.(—v,}.G,.a
K*-=K*=
hi 7-8, Độ cứng lò xo nền tác dụng lên cọc theo phương thang đứng (z):
p _ 2.7.Gy.AL
í nữ, / ey)
Độ cứng lò xo nền tác dụng lên cọc theo phương ngang (x va y):
P_— ưựP_—_
K, =K, =¢.E,.AL Trong dé: Gs 1a mô đun chống cắt của đất nên;
Vs là hệ sô Poisson cua dat nên;
-63-
Eg là mo dun dan hoi cua dat nên;
AL là chiêu dài cua phan tử cọc;
Yo la ban kinh coc;
a=-b/ Nn
r, =2,5LU-Vv,) b là chiêu rộng cua phân tu bè.
3.1.2 Giới thiệu phần mềm Plaxis 3D Foundation Học viên phân tích các mô hình bài toán ứng xử với đất nền bằng phương pháp phần tử hữu hạn 3D (dùng phần mềm Plaxis 3D Foundation). phương pháp này giúp làm rõ được ảnh hưởng của từng thông số địa chất đến ứng xử lún cũng như việc phân phối tải trọng cho cọc và đất nền. Giúp người kỹ sư thiết kế có cái nhìn tổng quát và lựa chọn giải
pháp móng bè cọc là kha thi hay không.
3.1.2.1 Thông số đầu vào của phần mềm Plaxis 3D Foundation [39]
+ Une xử của vật liêu Đất là vật liệu phức tạp gom 3 thanh phan tạo thành: hat đất, nước và khí. Khi chịu tải trọng ngoài, tai trọng nay gần như được gánh đỡ bởi phan nước tạo thành áp lực nước lỗ rỗng thặng dư trong đất. Theo thời gian, áp lực nước lỗ rỗng thặng dư sẽ tiêu tán đồng thời với quá trình này, các hạt đất sẽ gánh đỡ phần áp lực do nước truyền sang. Chính điều này gây ra sự phức tap trong quá trình tính toán và thiết kế nền. Phần mém Plaxis
chia ra làm 3 loại vật liệu ứng xử: Drained (phân tích đơn), Undrained (phân tích kép) và
Non-porous (không thấm nước).
Ứng xử Drained:
- Pat và nước xem như một vật liệu duy nhất (đất) đang chịu tải, không liên quan gì đến thoát nước, không tạo ra áp lực nước lỗ rỗng thặng dư.
- Dung phù hợp cho đất khô, thoát nước hoàn toan do hệ số thâm cao (dat cát) hay tốc độ gia tải chậm.
- M6 phỏng ứng xử lầu dài của vật liệu mà không cân quan tâm đên việc cô ket.
- 64 -
Ứng xử Undrained:
- Pat và nước xem như hai vật liệu đang chịu tải, có cả áp lực nước lỗ rỗng ban đầu và áp lực nước lỗ rỗng thặng dư.
Ứng suất tổng: Ap =K,Ae, Ứng suất có hiệu: Ap'=(1- B)Ap= K*Ae,
Ắ r KR OR K Ap lực nước lô rỗng: Ap, = BAp =—* Az,
Ah
Ung xử Non-porous:
- Được dùng kết hợp với mô hình đàn hồi tuyến tính. Chi có dung trọng khô được sử dụng trong ứng xử này. Khi đất được khai báo ứng xứ non-porous, ta xem như đất không thấm, áp lực nước lỗ rỗng không được tạo ra. Loại ứng xử
này thích hợp cho vật liệu bê tông, thép.
+ Mô hình nền Mô hình nên là một tập hợp các phương trình toán học quy định mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng của đất nên khi chịu tác dụng của tải trọng ngoài. Trong phần mềm Plaxis có các mô hình nên sau:
Mô hình Morh - Coulomb Mô hình Hardening - Soil Mô hình Soff - Soil - Creep Mô hình Soft - Soil
Trong tat cả các trường hop, ta nên dùng mô hình Morh - Coulomb dé phân tích bước đâu. Các thông số đầu vào thu được từ các thí nghiệm đơn giản trong phòng hoặc ngoai hiện trường hoặc các thông số kinh nghiệm. Mô hình Morh - Coulomb bao gồm các thông số sau:
- E: Mô dun đàn hồi vật liệu (kN/m”)
v: hệ sô Poisson
@: góc ma sát (` ) c: lực dính (KN/m’)
- 65 -
- wi: ÓC gian nở
+ Thong số độ cứns nền: E, Thông số E và 0 được xác định từ nhiều thí nghiệm như:
- - Thí nghiệm trong phòng: Thí nghiệm nén don, Thí nghiệm nén ba trục
Có nhiều có gang đi xác định môđun đàn hồi của đất nền bên dưới móng bang TN trong phòng, tuy nhiên kết quả trong phòng thường nhỏ hơn nhiều so với kết quả phân tích ngược từ TN cọc ngoai hiện trường. Cho nên có thé kết luận rang, không thể xác định chính xác được môđun Eg trong TN 3 trục dé phù hợp với môđun đàn hỏi của đất nền bên dưới cọc ở ngoai hiện trường.
- Thi nghiệm hiện trường như: Thí nghiệm SPT, Thí nghiệm CPT, Thí nghiệm
bàn nén hiện trường ...cho kết quả đáng tin cậy.
- S1† ~ dé, U
yeu dé | a
dé ' > = S|
|
&3 |
Hình 3.2: Xác định E và v từ thi nghiệm nén đơn
> E: module biến dạng của đất nên (Young's Module). Trong đó:
Exez Eo hoặc Eso xác định từ kết quả TN ba trục thoát nước C-D (P=100 kPa);
- Ey: module biến dang dùng cho sét cô kết trước và da:
- Eso: module biến dang dùng cho sét có kết thường và cát;
Eoea: module biến dang xác định từ thi nghiệm nén cô kết Oedometer (P=100 kPa);
__ (l-v)E
“(I-2vyXI+v)
- 66 -
Strain -c, Hình 3.3: Xác định Ep va Eso từ thí nghiệm 3 trục thoát nước C-D
ret
ref
Y
“£1
Hình 3.4: Xác định Eoeg thí nghiệm nén cô kết
-67-
Bảng 3.1: Bảng giá trị ước lượng môđun biến dạng và hệ số Poisson của đất
Loại đất Médun biến dạng E (MPa) Hệ số Poisson Ð
Cát lần đât bột 1,04 - 17,25 0,20 - 0,40
Cát rời 10.35 - 24.15 0,20 - 0,40 Cat chat trung binh 17,25 - 27,60 0,25 - 0,40 Cat chat 34,50 - 55,20 0,30 - 0,45 Cát sỏi 69,00 - 172,50 0,15 - 0,35
Sét mém 2,07 - 5,18 0,20 - 0,50
Sét déo trung binh 5,18 - 10,35 0,20 - 0,50 Sét cứng 10,35 - 24,15 0,20 - 0,50
Hệ số Poisson V trong thí nghiệm 3 trục thường có giá trị từ 0,5 đến 0,35. Trong trường hợp không có làm thí nghiệm. ta sử dụng giá trị 0 = 0.3 để tính toán.
+ Thong số sức khang cắt của đất: C,@.,/
Thông số sức kháng cắt của đất được xác định từ nhiều thí nghiệm hiện trường đến
trong phòng.
- _ Thí nghiệm trong phòng: TN nén đơn, TN cắt trực tiếp, TN nén 3 trục.
- Thi nghiệm hiện trường: TN cắt cánh, Thí nghiệm SPT, Thí nghiệm CPT.
Tùy theo từng loại phân tích và ứng xử thực tế của công trình mà ta chọn các thông số sức chồng cắt phù hợp với từng thí nghiệm khác nhau.
+ Thông số Nspr từ thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT [40]
Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT (Standard Penetration Test) là thí nghiệm hiện trường được áp dụng rộng rãi. Việc sử dụng chỉ số N từ thí nghiệm SPT giúp cho việc khởi đầu lựa chọn & thiết kế móng sâu (hay móng bè cọc) trở nên khả thi
hơn.
- Chi số Nspr cho phép đánh giá sơ bộ trạng thái của đất ở hiện trường: với nền đất cát thì cho kết qua đáng tin cậy, với nền đất sét (hoặc chiều day lớp đất yếu
- 68 -
lớn) thì cho kết quả không tin cậy lắm ly do là chỉ số Ngpr lúc này khá nhỏ, nên không thể diễn tả chính xác sức kháng của đất, đặc biệt là sức kháng ma sát.
- - Đối với móng cọc thì mũi cọc lý tưởng là tựa vào lớp đất có Nspr xung quanh giá trị 30. Tuy nhiên cần xem xét, nếu cọc phải di qua lớp đất bên trên có Ngpr >
15 khá dày thì cũng đã đạt được khả năng chịu tải đất nền tức thời ngang bằng với
sức chịu tải của vật liệu cọc.
- Nspr > 35 thì khả năng đóng hay ép cọc qua lớp này rất khó cần phải khoan
môi hoặc đôi thành cọc khoan nhồi.
Bảng 3.2: Tương quan giữa trị số N và trạng thái đất nền
DAT HAT ROI Chỉ sô N(SPT)| Trang thái Độ chặt D, (%)
0-4 Rất rời 0 - 15 4- 10 Rời 15 - 35
10 - 30 Chặt vừa 35 - 65
30 - 50 Chặt 65 - 85
> 50 Rat chat 85 - 100
DAT DINH Chi s6 N (SPT) Trang thai Suc chiu nén
don qụ (kG/em') 0-2 Rat mêm 0- 0,25 2-4 Mềm 0,25 - 0,50
4-8 Déo 0,50 - 1,00
8 - 15 Cứng 1,00 - 2,00 15 - 30 Rat cứng 2,00 - 4,00
> 30 Ran > 4,00
- 60 -
3.1.3 Lựa chọn thông số đất nền và mô hình để phân tích 3.1.3.1 Thông số đất nên
Địa chất được lây thực tế từ công trình VIETCOMBANK TOWER, số 5, Quang Trường Mê Linh, Quận 1, TP. Hồ Chí Minh. Công trình cao 144 m, gồm 35 tang, 4 tang ham xây dựng trên diện tích khoảng 3.200 mí, tiếp giáp quảng trường Mê Linh, đường Tôn Đức Thăng, Hai Bà Trưng, Mạc Thị Bưởi và Phan Văn Đạt.
Bè móng dày 3 m, đáy bè móng được đặt ở lớp đất thứ 4 có cao trình là - 15,6m. Các chỉ tiêu cơ lý chủ yếu của đất được lẫy dựa trên hỗ sơ khảo sát địa chất.
Tóm tắt các thông số đất nền dưới bè móng như bảng sau:
Bảng 3.3: Bảng tong hợp địa chất tại công trình Vietcombank Tower
; 3lớp dat | Cát chứa Sét
Thông so Ký hiệu ` Đơn vị
đầu (1+2+3) | bụi (4) (5)
Bê dày lớp đất z 11,0 26,6 14,0 m
Khôi lượng đơn vi dat | vụng 16,5 17,5 17.0 | kKN/m*
trên mực nước ngầm
Lực dính C 16,5 12.4 100 | kN/m
Góc ma sat trong @ 24.16 29.78 15.2 °
Góc truong nở VW 0 0 0 °
Môđun dan hôi E 8.030 20.270 23.000 | kN/m°
Hệ sô Poisson N 0,28 0,28 0,35 R Hệ số giảm cường độ Rinter 0,9 0,9 0,9 ù
.... veers ee Tn
- eNews
đe<ô.! ad ee - ˆ
3.1.3.2 Mo hinh phan tich
Xây dựng mô hình phân tích là một hệ móng bè cọc đơn giản, kích thước phan bè không doi 14m x 14m, chịu tải trọng phân bố đều q = 400 kPa như chính tải trọng
1.249.269(kN) ân bố của cô ì = = 390(kN /m”]~ 400(kP ă ắ
phan bụ của cụng trỡnh đ 3200(ứ°) ( m ) ( a) . Bang cach
lan luot thay đổi các thông số cho bè, cho cọc và cho đất nền, ta sẽ phân tích các ảnh
-7]-
hưởng tiêu biêu đên ứng xử của móng bè, đặc biệt là quan tâm đên thông sô độ lún và
hệ số phân phối tải trọng đ„„
14000
I 000 3000 ; 3000 ; 3000 ; 3000 ul 000
“_|@:-@: @ 996
"T— + +—:+ +—+ +:—+ +—+ 1
| | || | | | |
c© mm... -..a..a..a.nan.a..xana..a.an.nn
=4 a aa co mm... -..a..a..a.nan.a..xana..a.an.nn
| | || | | | |
E—— '@--- nà mm _ :@
en 7T l1 7 ®ổ TT l Cổ l1 1 2 a a a
= TK inHHid nan dã
“ a a a
= | | || | | | |
S| TT + @--- ++ @--+ r+ @
= a a <
oO mm... .a..=.-..ắa .ắ=ắ . . . na S a aa
co — + —+—+—+—=+—-+-+T—-+T-+-+-+-+T-+—
| | || | | | |
| | || | | | |
= mm... -..a..a..a.nan.a..xana..a.an.nn
S a aa co mm... -..a..a..a.nan.a..xana..a.an.nn
| | || | | | |
= |] | " |]
Hình 3.6: Mô hình phân tích móng bè cọc đơn giản