Báo cáo khoa học " HIỆU QUẢ KINH TẾ CỦA MÓNG BÈ - CỌC " ppt

Phương pháp này cĩ ưu điểm là các bước tính tốn áp dụng các lý thuyết kết cấu thơng dụng, đơn giản.. Nhưng phương pháp này khơng đúng với điều kiện làm việc thực tế của cơng trình, khơng

HIỆU QUẢ KINH TẾ CỦA MĨNG BÈ - CỌC

ThS TRẦN QUANG HỘ

Trường Đại học Bách khoa Tp HCM

KS NGUYỄN TRỌNG NGHĨA

KS NGUYỄN ĐĂNG ĐÌNH CHUNG

TCTy Xây dựng số 1

1 Đặt vấn đề

chịu hồn tồn tải của cơng trình) hoặc hệ bè chịu (bè chịu hồn tồn tải cơng trình) Phương pháp này cĩ ưu điểm là các bước tính tốn áp dụng các lý thuyết kết cấu thơng dụng, đơn giản Nhưng phương pháp này khơng đúng với điều kiện làm việc thực tế của cơng trình, khơng tận dụng hết khả năng chịu lực của kết cấu cũng như đất nền Kết quả là sử dụng vật liệu nhiều hơn so với các phương án mĩng khác Mĩng bè - cọc do đĩ được coi như là một phương án “lãng phí” và hầu như khơng nằm trong kế hoạch thiết kế của các kỹ sư

Để thay đổi quan điểm chưa chính xác về mĩng bè – cọc, các chuyên gia cơ đất đã tìm cách đưa

ra các lí thuyết tính tốn hệ thống mĩng này, trong đĩ cĩ Poulos & Davis (1980), Fleming và các cộng sự (1992), Randolph (1994), Burland (1995), Katzenbach (1998) và những nghiên cứu gần đây của Poulos (1994, 2001a, 2001b) Áp dụng phương trình Midlin của bán khơng gian đàn hồi vào trong bài tốn bè - cọc và những thử nghiệm thực tế để phân tích ngược (back analysis) bài tốn này, Poulos (1994) đã đưa ra một mơ hình gần với thực tế Mơ hình này được chấp nhận rộng rãi, được

áp dụng để xây dựng nhiều cơng trình và tiếp tục được phát triển

2 Cơ sở khoa học và phương pháp nghiên cứu

Đặc điểm nổi bật của mĩng bè - cọc là sự ảnh hưởng tương hỗ giữa đất và kết cấu mĩng (hình 1) theo bốn ảnh hưởng sau:

Sơ đồ tính mĩng bè - cọc: Mĩng bè được mơ hình bằng phần tử dầm hoặc bằng phần tử tấm hoặc cả hai Mĩng bè liên kết với các lị xo tượng trưng cho cọc và cho đất tại các điểm nút Các lị

xo tượng trưng cho cọc và đất cĩ kể đến ảnh hưởng tương hỗ giữa bè, cọc (hình2)

lò xo đất

lò xo cọc

2

i

k

n

1 2

i

k

n

I kKjL

I kKnL

3 Trình tự phân tích

3.1 Xác định độ cứng lò xo cọc

3.1.1 Chuyển vị do ảnh hưởng giữa cọc với cọc

với nhóm có n cọc giống nhau:

1

n

L

L K



Trong đó:

Đối với nhóm cọc có các cọc kích thước hình học khác nhau:

1

n

L

L K





 = 0.5xN (3)

0.33L

L

 2

1 2 1

i

qB

E





Trong đó:

1



(5)

2 2

1

i





(6)

i

L m B

 và i

i

z n B

3.1.2 Độ cứng lò xo cọc thứ K

Chuyển vị đứng của cọc thứ K do sự tương tác của cọc tới cọc và của áp lực bề mặt tới cọc được

xác định như sau:

Trong đó:

pK pK

pK

R K



Trong đó:

3.2 Xác định độ cứng lò xo đất

3.2.1 Chuyển vị do ảnh hưởng giữa cọc và đất

Đối với nhóm có n cọc giống nhau:

1 1

n

K

R



Trong đó :

Đối với nhóm cọc có các cọc kích thước hình học khác nhau:

1

n

K

R



Trong đó:

3.2.2 Chuyển vị do ảnh hưởng áp lực bề mặt tới đất

Chuyển vị được xác định tại độ sâu z = 0 tại bề mặt đất như sau Chia áp lực bên dưới đáy móng bè thành bốn hình chữ nhật có chung góc tại vị trí của lò xo đất, tính chuyển vị gây ra do từng hình chữ nhật một rồi cộng tác dụng

1

2 1 ( ) 1 (

2 4

1

i i

i i

ssK

E

qB





























Trong đó :













































































1 1

1 1

ln 1

1

1 ln 1

2 2

2 2

2 2

2 2 1

i i

i i i

i i

i i i i

n m

n m m

n m

m n m I



(12)





















2 2

1 2

i

i i

i

n m n

m tg

n I

i

L m B

i

z n B

3.2.3 Độ cứng lò xo đất

Tương tự chuyển vị đứng của lò xo đất thứ M do sự tương tác của áp lực bề mặt tới đất ở bề mặt

và của cọc tới đất ở bề mặt:

Trong đó:

ssM - chuyển vị đứng của lò xo đất thứ M do sự tương tác của áp lực bề mặt tới bề mặt đất

sM sM

sM

R K



Đầu tiên giả thiết tỉ lệ phân phối tải trọng cho cọc và cho bè thì tính được phản lực của các cọc

Sau khi biết được độ cứng ban đầu của lò xo đất và lò xo cọc vậy gắn các lò xo tương tác và mô hình móng bè trên cọc như (hình 2) và thêm vào tải trọng của công trình Giải bài toán sẽ xác định được lực cắt trong móng bè và độ lún sơ bộ của nền Giải lặp bài toán cho đến lúc lực trong các cọc hội tụ đến một giới hạn cho phép

Nhận xét:

Tỉ lệ chia tải cho bè được thử nghiệm bằng mô hình cho thấy: với L/D từ 15 đến 30 thì tỉ lệ chia tải cho bè thay đổi từ 21-32% tới 11-17% Lúc đầu, cọc chịu phần lớn tổng tải nhưng sau khi toàn bộ cọc chịu tải tới hạn thì lúc này tỉ lệ chia tải cho bè gia tăng và có thể hơn 30% tổng tải (Olikyun Kwon

at al)

Móng bè - cọc phát huy hiệu quả thực sự trên đất tốt Cụ thể, thành phần bè tham gia chịu tải nhiều hơn nếu lớp đất tiếp xúc ngay bên dưới có sức chịu tải lớn

3.3 Sức chịu tải móng bè - cọc

Theo N.Miura (1997) thì khả năng chịu tải giới hạn của móng bè cọc bằng 80% đến 90% tổng khả năng chịu tải trọng giới hạn của móng bè và của cọc cộng lại

Khả năng chịu tải cho phép có thể tính theo một trong hai cách sau đây:

PRa

P

F

   

(17)

PRa

P

(18) Trong đó:

 – hệ số ảnh hưởng có giá trị từ 0.8 đến 0.9;

PRu – khả năng chịu tải tới hạn của mĩng bè;

F2 – hệ số an tịan chung cho mĩng bè lấy bằng 3;

F – hệ số an tồn chung, lấy bằng 3

4 Hiệu quả kinh tế của mĩng bè - cọc

Áp dụng phương pháp tính mĩng bè trên cọc ở hai cơng trình: chung cư 25 tầng Lê Hồng Phong

– Phan Văn Trị, và Chung cư cao cấp GRANDVIEW

- Tại cơng trình chung cư 25 tầng Lê Hồng Phong - Phan Văn Trị

H×nh 6 MỈt b»ng bè trÝ mãng cäc khoan nhåi

(24 cäc D = 1,4m, L = 52m

112 cäc D = 1m, L = 47m

4 cäc D = 1m, L = 3m) ;Tỉng sè cäc 140 cäc

H×nh 7 MỈt b»ng bè trÝ mãng cäc bÌ – cäc

(Tỉng sè 112 cäc D = 1m, L= 27m)

- sét trạng thái nửa cứng

- cát trạng thái chặt vừa

- cát trạng thái bời rời

- cát trạng thái chặt vừa

- cát trạng thái bời rời

- sét pha cát trạng thái dẻo cứng

6400

3000 6400 4200 6400 49800

6400

2

1

6400 6400 4200

E

D

C

B

A

F

63 65 67 83 85

86 84

92 95 89 46 43

1

11 57

131 113

29 61 77 81 109

82 78 62

24 26 50 52 54 70 72 74 102 104 106 126 128

55 56 27

28

10

60 59

MẶT BẰNG BỐ TRÍ MÓNG

111

75 79 80

76 108 107

140 129 130 112

17 20

2 3

13

14 16

15 31

32 37

41

33 34 40

8 9

39 51 42 53

36

35 87 115 117

118 116 88 98

119 122

133 132

69 71 73 101 103

45 48 91 94 97

105 125 127

138 139 100

5

4

6 7

19 22

18 21 38

134 135

44 47 90 93 96

124 121

136 137

99 120 123

12 30 58 110 114

E

F

D C

4

B A

3200 3200 3000 3200 3200 4200 3200 3200 3200 3200

6400 6400 3000

6400

6400 6400 4200

4200 51800 6400

3200 3200 3200 3200 4200

0 50 100 150 200 250 300 350 400

Chung cư 25 Tầng

Cát vừa lẫn bột và ít sạn nhỏ Sét lẫn bột, màu xám Cát mịn lẫn bột, màu xám trắng Cát mịn lẫn bột, màu nâu Sét lẫn bột và ít cát, màu xám nhạt Bùn sét lẫn hữu cơ màu xám

Sét lẫn bột và ít cát màu xám Bùn sét lẫn hữu cơ

AC

AC

AC

AC

AC

AC

AC

AC

AC

AC

AC

AC

AC

AC

Mĩng bè - cọc trong cơng trình trên áp dụng bài báo về quang điểm tối ưu trong bố trí cọc của hệ bè cọc (Optimization concepts for the design of pile raft foundation systems) của J.E.Bezerra & R.P Cunha và M.M Sales Bố trí các cọc chủ yếu ngay tại các vị trí cĩ lực tập trung như: cột, vách cứng Cơng trình này tính lặp đến 6 lần mới hội tụ Cho kết quả tỉ lệ chia tải như sau: bè chịu 12,95 % tổng tải, cọc chịu 87,05 % tổng tải

Hình 8 So sánh th ể tích và khối lượng giữa bê tơng và thép ở chung cư 25 tầng Như vậy tại cơng trình chung cư 25 tầng Lê Hồng Phong – Phan Văn Trị tiết kiệm 31.44% bêtơng và 23.46 % thép so với phương án mĩng cọc khoan nhồi - Tại cơng trình chung cư cao cấp GRANDVIEW

Hình 9 Địa chất chung cư Grandview Hình 11 Mặt bằng bố trí cọc mĩng bè- cọc (37 cọc D1.2m, L= 50m)

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000

Chung cư 25 Tầng

Công trình này tính lặp đến 5 lần mới hội tụ Bố trí cọc theo phương pháp thông dụng (các cọc có khoảng cách đều nhau) Tỷ lệ chia tải bè chịu 13%, cọc chịu 87% tổng tải

tông và thép ở chung cư Grandview

Như vậy tại công trình Chung cư cao cấp GRANDVIEW tiết kiệm 18.05% bêtông và 37.99% thép

so với phương án móng cọc khoan nhồi

5 Kết luận

nghiên cứu gần đây đem lại hiệu quả kinh tế đáng kể Nguyên nhân là giảm bớt được số lượng cọc, tận dụng tối đa sức chịu tải cực hạn của cọc, chia tải không chỉ cho cọc mà cả cho bè Ngoài ra móng

bè còn giúp giảm lún lệch, chịu tải ngang Hệ bè - cọc còn có khả năng kháng chấn hơn hẳn các hệ thống móng khác Như vậy móng bè cọc nếu sử dụng phương pháp tính toán hợp lí sẽ là một hệ thống móng ưu việt không chỉ ở tính kinh tế mà còn có tính ổn định cao

Đáng tiếc là tại Việt Nam vẫn chưa có tiêu chuẩn thiết kế móng bè - cọc Người thiết kế vẫn còn

sử dụng quan niệm tính toán đơn giản cũ cho móng bè - cọc Trên thế giới đã có nhiều công trình thực tế ra đời dựa trên lí thuyết tính toán này Thiết nghĩ đã đến lúc chúng ta nên kế thừa kết quả nghiên cứu của các chuyên gia đi trước để thiết kế một tiêu chuẩn về móng bè - cọc Và khi đã có được tiêu chuẩn thiết kế thì sẽ giúp giảm bớt đáng kể chi phí xây dựng phần móng Đặc biệt là móng cho các nhà cao tầng như: chung cư, cao ốc văn phòng, bệnh viện v.v…

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Poulos H.G an approximate numerical analysis of pile raft interaction International journal of

Numerical and Analytical Methods in Geomechanics, Vol.18, pp.73-92, 1994

October 1998

3 Kiyoshi yamashifa, Takeshi Yamad & Masaaki Kakurai Simplified method for analyzing piled raft

October 1998

4 Olikyun Kwon at al Load sharing ratio of raft in piled footing on granular soil by model test Proc

16 th Int conf Soil Mech Found Eng

5 N Miura et al Piled raft system in soft clay - Improvement of soft ground, edited by Norihiko Mirura

and Demmes T.Bevgad, 1999, pp 183-195

6 TRẦN QUANG HỘ, Tập bài giảng giải pháp nền móng hợp lý, chương móng bè – cọc

0 50 100 150 200 250 300

Thép (Tấn) Thép (Tấn) Cọc khoang nhồi Bè-cọc Chung cư cao cấp GRANDVIEW

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

V (m3) Bê tông V (m3) Bê tông Cọc khoang nhồi Bè-cọc Chung cư cao cấp GRANDVIEW