CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ TRONG MÓNG CỌC ĐÀI BÈ CHO CÔNG TRÌNH THỰC TẾ
3.1 PHẦN NGHIÊN CỨU CHÍNH
Trong giới hạn của luận văn này về phần thực hiện chính sẽ thực hiện phân tích tính toán về độ lún & sự phân bố ứng suất của móng bè – cọc của dự án RP.
3.1.1 Thu thập các số liệu công trình thực tế:
a. Giới thiệu:
- Các số liệu về địa chất, kết cấu móng bè – cọc, các số liệu quan trắc hiện trường của dự án căn hộ RP được dùng để phân tích mô phỏng sự tương tác giữa đài bè – cọc – đất nền bằng phần mềm phần tử hữu hạn Plaxis 3D Foundation.
- Dự án RP là một dự án phức hợp căn hộ - trung tâm thương mại bao gồm 03 khối nhà 42 tầng & 1 tầng hầm.
b. Điều kiện địa chất:
Địa chất khu vực dự án gồm có các lớp sau:
- Lớp A là cát san lấp có bề dày trung bình 2.2 (m).
- Lớp 1 là bụi hữu cơ, xám xanh đen trạng thái chảy có bề dày trung bình 23.1 (m).Chỉ số SPT N30=2.
- Lớp 2E là lớp sét pha màu xám trắng – nâu đỏ & xám tro. Trạng thái dẻo cứng – nửa cứng có bề dày trung bình 2.5 (m). Chỉ số SPT N30= 37
- Lớp 4 là lớp cát pha, pha bụi màu xám vàng, nâu, nâu vàng, vàng kết cấu chặt vừa – chặt có bề dày trung bình 25.5 (m). Chỉ số SPT N30= 28
- Lớp TK3 là lớp sét màu nâu, vàng, trắng xám trạng thái dẻo cứng – nửa cứng – cứng có bề dày trung bình 5 (m). Chỉ số SPT N30= 32
- Lớp 4 là lớp cát pha, pha bụi màu xám vàng, nâu, nâu vàng, vàng kết cấu chặt vừa – chặt có bề dày trung bình 20.5 (m). Chỉ số SPT N30= 33
- Lớp 5 là lớp cát cấp phối tốt lẫn sét, nâu vàng, xám tro kết cấu rất chặt.
Chỉ số SPT N30 >50
Hình 3-1: Hình trụ hố khoan địa chất các lớp đất
-39- Hình 3-2: Mặt cắt địa chất công trình
c. Thông số đất nền:
Theo hồ sơ khảo sát, thông số của đất nền thể hiện như sau:
- Mực nước ngầm nằm tại -1.6m so với level 0.00 (m) - Hệ số poisson tra theo bảng 4.12/230 sách ‘Địa chất công trình” của Thầy
Bùi Trường Sơn.
- Thông số Rinter lấy theo đề nghị của phần mềm Plaxis.
-41- Bảng 3-1: Tóm tắt các thông số sử dụng cho mô hình Morh-Coulomb trong Plaxis 3D Foundation Thông sốKý hiệu
Loại vật liệu ĐLớp A-Cát san lấp
Lớp 1-Bụi hữu cơ (trạng thái chảy)
Lớp 2E-Sét pha (dẻo cứng- nửa cứng)
Lớp 4 - Cát pha ( chặt vừa-chặt)
Lớp TK3 - Sét (dẻo cứng – cứng)
Lớp 4 - Cát pha ( chặt vừa- chặt)
Lớp 5 – Cát (rất chặt)
Bê tông Mô hình vật liệuModelM-CM-CM-CM-CM-CM-CM-CLinear elastic Loại vật liệu tác độngType DrainedUndrainedUndrainedUndrainedUndrainedUndrainedDrainedNon- porous Khối lượng đơn vị đất trên mực nước ngầmγ1814.920.219.919.819.920.225k Khối lượng đơn vị đất dưới mực nước ngầmsatγ1917.820.219.919.819.920.2- k Module biến dạngE20,0001249.436,79265,31499,59171,23850,7683.1E+07k Hệ số Poissonυ0.30.30.30.30.30.30.30.15 Lực dínhc’ 16.224.58.5217.28.520.1- k Góc ma sát trongϕ’304.520.532223233- Góc trương nởψ0000000- Hệ số thấmkv=kh0.8643.37x10-5 5.184x10-6 7.776x10-6 3.456x10-6 7.776x10-6 0.22- m Hệ số giảm cường độRinter 0.80.70.70.80.70.80.8-
d. Mặt bằng móng:
- Mặt bằng móng
Hình 3-3: Mặt bằng cọc và móng bè
- Thông số cọc: cọc có chiều dài 74.4 (m) tính từ đáy bè, đường kính 1.5 (m), cường độ bê tông cọc là 350 (kN/m2).
- Thông số đài bè: chiều dài x chiều rộng bằng 42.4 x 26.3 (m), chiều dày bè là 3 (m), cường độ bê tông bè là 400 (kN/m2).
e. Mặt cắt móng công trình:
-43- Hình 3-4: Mặt cắt móng công trình
f. Chu kỳ quan trắc lún Tính đến thời điểm thu thập số liệu, công trình đã được quan trắc đến chu kỳ 5.
Bảng 3-2: Chu kỳ quan trắc cho Block 3 thể hiện trong bảng sau đây
Chu kỳ đo Thời điểm thi công công trình tương ứng với
thời điểm quan trắc
Độ lún tuyệt đối
(mm)
0 Xây dựng mốc quan trắc lún. Công trình thi công
xong phần móng bè cọc & tầng hầm 0
1 Công trình xong sàn tầng 5 -0.5
2 Công trình xong sàn tầng 10 -0.82
3 Công trình xong sàn tầng 15 -1.16
4 Công trình xong sàn tầng 20 -1.59
5 Công trình xong sàn tầng 25 -1.98
Bảng 3-3: Tổng hợp tải trọng và độ lún
Chu kỳ Tải trọng
(kN/m2)
Độ lún quan trắc (mm)
1 106.4 -0.5
2 182.2 -0.82
3 262.3 -1.16
4 342.4 -1.59
5 422.2 -1.98
Hình 3-5: Biểu đồ thể hiện độ lún quan trắc theo tải trọng
3.1.2 Tính toán độ lún và ứng suất trong móng bè cọc: từ những số liệu công trình thực tế
thu thập được tiến hành tính toán xác định độ lún và sự phân bố ứng suất trong móng bè – cọc bằng phần mềm Plaxis 3D Foundation.
a. Sơ đồ tính:
Hình 3-6: Sơ đồ tính móng bè - cọc
b. Mô hình tổng thể Plaxis 3D Foundation - Mô hình tổng thể móng bè – cọc trong Plaxis 3D Foundation
Hình 3-7: Mô hình tổng thể móng bè –cọc trong Plaxis 3D Foundation
- Mô hình nền trong Plaxis 3D Foundation
Hình 3-8: Mô hình nền trong Plaxis 3D Foundation
c. Kết quả tính toán
Bảng 3-4: Tổng hợp tải trọng, độ lún quan trắc và độ lún tính theo Plaxis 3D Foundation
Chu kỳ Tải trọng
(kN/m2)
Độ lún quan trắc (mm)
Độ lún tính theo Plaxis 3D Foundation
(mm)
Độ lệch (lần)
1 106.4 -0.5 -13.6 27.2
2 182.2 -0.82 -19.7 24
3 262.3 -1.16 -26.1 22.5
4 342.4 -1.59 -32.6 20.5
5 422.2 -1.98 -39.2 19.8
Độ lệch trung
bình 22.8
Hình 3-9: Biểu đồ độ lún theo tải trọng tính toán bằng Plaxis 3D Foundation
Hình 3-10: Biểu đồ quan hệ tải trọng – độ lún giữa độ lún quan trắc và độ lún tính bằng
Plaxis 3D Foundation.
Như kết quả kiểm tra bằng Plaxis 3D Foundation, có một sự sai khác tương đối lớn về độ lún đối với kết quả quan trắc – giá trị lệch trung bình là 22.8 lần. Theo sách “ Nền và Móng” của thầy Châu Ngọc Ẩn trang 35 có đề cập: “ trong quy phạm xây dựng Việt Nam TCXD 45-78 hướng dẫn sử dụng module biến dạng suy từ module Ek của thí nghiệm nén cố kết (nén không nở hông) trong phòng ứng với cấp tải từ 100 kPa đến 200 kPa, nhân với hệ số điều chỉnh mk
Bảng 1.4 Giá trị hệ số hiệu chỉnh mk
Loại đất Trị số của hệ số mk khi hệ số rỗng e bằng
0.45 0.55 0.65 0.75 0.85 0.95 1.05
Á cát 4 4 3.5 3 2
Á Sét 5 5 4.5 4 3 2.5 2
Sét 6 6 5.5 5.5 4.5
Các giá trị trong bảng chỉ được sử dụng cho các loại đất dính có độ sệt Is= B < 0.75, tức là từ đất dẻo đến cứng.”
Trong luận văn phần tiếp theo sẽ thực hiện hiệu chỉnh giá trị module biến dạng E là giá trị ảnh hưởng chính đến độ lún của khối móng để kết quả độ lún thu được gần đúng với giá trị quan trắc.
-50- Bảng 3-5: Tóm tắt các thông số sử dụng cho mô hình Morh-Coulomb trong Plaxis 3D Foundation sau khi đã hiệu chuẩn Thông sốKý hiệu
Loại vật liệu Đ
Lớp A- Cát san lấp
Lớp 1-Bụi hữu cơ (trạng thái chảy)
Lớp 2E- Sét pha (dẻo cứng- nửa cứng)
Lớp 4 - Cát pha ( chặt vừa- chặt)
Lớp TK3 - Sét (dẻo cứng – cứng)
Lớp 4 - Cát pha ( chặt vừa- chặt)
Lớp 5 – Cát (rất chặt)
Bê tông Mô hình vật liệuModel M-CM-CM-CM-CM-CM-CM-CLinear elastic Loại vật liệu tác độngType DrainedUndrainedUndrainedUndrainedUndrainedUndrainedDrainedNon- porous Khối lượng đơn vị đất trên mực nước ngầm
γ1814.920.219.919.819.920.225k Khối lượng đơn vị đất dưới mực nước ngầm
satγ1917.820.219.919.819.920.2- k Module biến dạngE20,0001,249.4220,752783,7681,195,092854,8561,218,4323.1E+07k Hệ số Poissonυ0.30.30.30.30.30.30.30.15 Lực dínhc’16.224.58.5217.28.520.1- k Góc ma sát trongϕ’304.520.532223233- Góc trương nởψ0000000- Hệ số thấmkv=kh0.8643.37x10-55.184x10-67.776x10-63.456x10-67.776x10-60.22- m Hệ số giảm cường độRinter 0.80.70.70.80.70.80.8-
Bảng 3-6: Tổng hợp tải trọng, độ lún quan trắc và độ lún tính theo Plaxis 3D Foundation sau khi hiệu chuẩn
Chu kỳ Tải trọng
(kN/m2)
Độ lún quan trắc (mm)
Độ lún tính theo Plaxis 3D Foundation (mm)
Độ lệch (lần)
5 422.2 -1.98 -9.8 4.9
Tỉ lệ phân bố tải trọng giữa cọc và đất nền tương ứng là 77.8 % - 22.2%. Chi tiết tính toán được trình bày trong phần phụ lục.
3.1.3 Tính toán hệ số độ cứng của cọc và hệ số nền của đất sau đó kiểm tra độ lún & sự phân bố ứng suất trong móng bè – cọc với các hệ số độ cứng của cọc và hệ số nền của đất vừa tính toán bằng phần mềm phần tử hữu hạn SAFE.
3.1.3.1 Xác định hệ số nền của đất:
Theo như đã trình bày ở chương 2, một số phương pháp xác định hệ số nền của đất như sau:
- Phương pháp thí nghiệm nén tĩnh tại hiện trường: đây là phương pháp chính xác nhất tuy nhiên trong điều kiện thực tế dự án thực hiện mô phỏng không có dữ liệu thí nghiệm này.
- Phương pháp tra bảng: các số liệu trong bảng tra biến đổi trong phạm vi rộng do đó phương pháp này chủ yếu cho việc thiết kế sơ bộ.
- Phương pháp sử dụng các công thức thực nghiệm.
- Phương pháp thực hành.
Theo như trình bày ở trên, do điều kiện thực tế không có số liệu thí nghiệm nén tĩnh tại hiện trường do đó trong phần tính toán sẽ không đề cập đến phương pháp xác định hệ số nền của đất theo thí nghiệm nén tĩnh tại hiện trường. Ngoài ra, trong luận văn cũng sẽ không tính toán theo phương pháp tra bảng do phương pháp này chủ yếu dùng để tham khảo. Tóm lại, trong luận văn sẽ chủ yếu xác định độ cứng lò xo đất theo các phương pháp “Công thức
thực nghiệm của Vesic (1); Terzaghi (2); Bowles (3) và Phương pháp thực hành (4)”.
Bảng tóm tắt kết quả tính toán hệ số nền của đất theo các phương pháp đã liệt kê như trên:
Bảng 3-7: Kết quả tính toán hệ số nền của đất theo các phương pháp
STT PHƯƠNG PHÁP TÍNH KẾT QUẢ ĐƠN VỊ
1 Công thức thực nghiệm Vesic 34 (kN/m3) 2 Công thức thực nghiệm Terzaghi 302 (kN/m3) 3 Công thức thực nghiệm Bowles 318 (kN/m3)
4 Phương pháp thực hành 58 (kN/m3)
Chi tiết tính toán hệ số nền của đất theo các phương pháp tham khảo trong phần phụ lục.
3.1.3.2 Xác định hệ số độ cứng của cọc
Một số phương pháp xác định hệ số độ cứng của cọc như sau:
- Phương pháp nén tĩnh cọc tại hiện trường: phương pháp này cho kết quả chính xác tuy nhiên số lượng cọc thử tĩnh chỉ chiếm 0.5% tổng số cọc.
- Phương pháp tính theo module biến dạng nền: sử dụng kết quả SPT nên có độ tin cậy cao tuy nhiên các hệ số đưa vào từ các công thức trên chưa được kiểm nghiệm trên quy mô lớn. Ngoài ra công thức tính theo phương pháp này chưa xét được ảnh hưởng độ cứng của cọc đến hệ số nền của đất.
- Phương pháp xác định hệ số nền cọc dựa theo độ lún cọc đơn:
+ Phương pháp Vesic: muốn xác định theo phương pháp này cần phải có kết quả thí nghiệm sức kháng bên và kháng mũi thực của cọc.
+ Phương pháp Gambin.
Kết luận:
Căn cứ vào kết quả thử tĩnh cọc, độ cứng của cọc Kc= 1,776,960 (kN/m) Chi tiết tính toán độ cứng của cọc tham khảo trong phần phụ lục.
3.1.3.2 Bảng tổ hợp hệ số độ cứng của cọc và hệ số nền để nhập vào phần mềm SAFE
và độ lún thu nhận được
Bảng 3-8: Tổ hợp hệ số độ cứng cọc và hệ số nền nhập vào SAFE
Thực
hiện Lần 1 Lần 2 Lần 3 Lần 4 Lần 5
Tổ hợp (1)&(5) (2)&(5) (3)&(5) (4)&(5) (5)
Bảng 3-9: Chi tiết và kết quả tổ hợp lần 1
Chu kỳ
Tải trọng (kN/m2)
Độ lún quan
trắc (mm)
Tổ hợp lần 1 Độ lún
theo SAFE
(mm)
Độ lệch (lần) K
(kN/m3)
Kc (kN/m)
1 106.4 -0.5 34 1,776,960 -0.95 1.9
2 182.2 -0.82 -1.59 1.94
3 262.3 -1.16 -2.26 1.95
4 342.4 -1.59 -2.93 1.84
5 422.2 -1.98 -3.6 1.82
Độ lệch trung
bình
1.89
Bảng 3-10: Chi tiết và kết quả tổ hợp lần 2
Chu kỳ
Tải trọng (kN/m2)
Độ lún quan
trắc (mm)
Tổ hợp lần 2 Độ lún
theo SAFE
(mm)
Độ lệch (lần) K
(kN/m3)
Kc (kN/m)
1 106.4 -0.5 302 1,776,960 -0.94 1.88
2 182.2 -0.82 -1.57 1.91
3 262.3 -1.16 -2.23 1.92
4 342.4 -1.59 -2.89 1.82
5 422.2 -1.98 -3.55 1.79
Độ lệch trung
bình
1.864
Bảng 3-11: Chi tiết và kết quả tổ hợp lần 3
Chu kỳ Tải trọng
(kN/m2)
Độ lún quan
trắc (mm)
Tổ hợp lần 3 Độ lún
theo SAFE
(mm)
Độ lệch (lần) K
(kN/m3)
Kc (kN/m)
1 106.4 -0.5 318 1,776,960 -0.94 1.88
2 182.2 -0.82 -1.57 1.91
3 262.3 -1.16 -2.23 1.92
4 342.4 -1.59 -2.89 1.82
5 422.2 -1.98 -3.54 1.79
Độ lệch trung
bình
1.864
Bảng 3-12: Chi tiết và kết quả tổ hợp lần 4
Chu kỳ Tải trọng
(kN/m2)
Độ lún quan
trắc (mm)
Tổ hợp lần 4 Độ lún
theo SAFE
(mm)
Độ lệch (lần) K
(kN/m3)
Kc (kN/m)
1 106.4 -0.5 58 1,776,960 -0.95 1.9
2 182.2 -0.82 -1.59 1.94
3 262.3 -1.16 -2.26 1.95
4 342.4 -1.59 -2.93 1.84
5 422.2 -1.98 -3.6 1.82
Độ lệch trung
bình
1.89
Bảng 3-13: Chi tiết và kết quả tổ hợp lần 5
Chu kỳ Tải trọng
(kN/m2)
Độ lún quan
trắc (mm)
Tổ hợp lần 5 Độ lún
theo SAFE
(mm)
Độ lệch (lần) K
(kN/m3)
Kc (kN/m)
1 106.4 -0.5 1,776,960 -0.95 1.9
2 182.2 -0.82 -1.59 1.94
3 262.3 -1.16 -2.26 1.95
4 342.4 -1.59 -2.93 1.84
5 422.2 -1.98 -3.6 1.82
Độ lệch trung
bình 1.89
Hình 3-11: Biều đồ quan hệ tải trọng – độ lún giữa các tổ hợp.
3.1.4 Kết luận
Sau khi kiểm tra độ lún bằng Plaxis 3D Foundation với bộ thông số đầu vào lấy theo kết quả thí nghiệm trong phòng và so sánh so sánh với kết quả quan trắc thực tế thu nhận được ta nhận thấy hai kết quả có độ sai khác trung bình khoảng 22.8 lần do đó thể hiện sự khác biệt giữa kết quả thí nghiệm trong phòng và điều kiện thực tế làm việc của đất nền.
Sau khi điều chỉnh module biến dạng E của các lớp đất để thu được giá trị độ lún gần giống với kết quả quan trắc, sử dụng mô hình tính toán này ta thu nhận được kết quả cọc chịu 77.8% tải trọng truyền xuống móng và đất nền dưới móng bè tham gia chịu 22.2% tải trọng.
Ngoài ra, so sánh kết quả thu được sau khi tính toán bằng phần mềm SAFE theo các độ cứng của cọc và hệ số nền của đất theo các phương pháp khác nhau ta rút ra các kết luận như sau:
- Cặp tổ hợp 2 & 3 (hệ số nền tính theo Phương pháp thực nghiệm của Terzaghi và Bowles) cho kết quả gần với kết quả độ lún theo quan trắc nhất do đó có thể sử dụng hai phương pháp này trong tính toán nội lực đài.
- Cặp tổ hợp 1&4 (hệ số nền tính theo Phương pháp thực nghiệm Vesic &
Phương pháp thực hành) cho kết quả ít chính xác hơn.
Kiến nghị:
Do là mô hình giả lập nên sẽ không đúng hoàn toàn so với thực tế, đặc biệt giá trị module biến dạng đưa vào tính toán có ảnh hưởng rất lớn đến kết quả tính toán. Bởi vậy, giá trị module biến dạng đưa vào tính toán cần phải được xác định một cách chính xác nhất từ khảo sát thí nghiệm ban đầu và nhân với các hệ số điều chỉnh theo TCXD 45-78 (đã được thay thế bằng TCVN 9362 – 2012).
Theo kết quả tính toán bằng Plaxis 3D Foundation trong trường hợp địa chất đang xét, đất nền dưới đáy bè tham gia chịu 22.2% tải trọng truyền xuống móng. Đây là kết quả tương đối lớn do đó trong luận văn khuyến nghị nên đưa hệ số nền của đất bên dưới bè vào phương pháp tính khi tính toán móng bè cọc bằng các phần mềm phần tử hữu hạn.