Xác định hệ số nhóm của nhóm cọc khoan nhồi từ thí nghiệm nén tĩnh dọc trục cọc đơn khu vực quận 1, thành phố hồ chí minh

Tóm Tắt Luận Văn NGHIỆM NÉN TĨNH DỌC TRỤC CỌC ĐƠN KHU VỰC QUẬN 1, THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TÓM TẮT: Đề tài luận văn tập trung nghiên cứu hệ số nhóm của cọc khoan nhồi cho công trì

-

NGUYỄN PHƯỚC LIÊM

XÁC ĐỊNH HỆ SỐ NHÓM CỦA NHÓM CỌC KHOAN NHỒI TỪ THÍ NGHIỆM NÉN TĨNH DỌC TRỤC CỌC ĐƠN KHU VỰC QUẬN 1, THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN

DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

Thành Phố Hồ Chí Minh, Năm 2019

Tai Lieu Chat Luong

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

-

NGUYỄN PHƯỚC LIÊM

XÁC ĐỊNH HỆ SỐ NHÓM CỦA NHÓM CỌC KHOAN NHỒI TỪ THÍ NGHIỆM NÉN TĨNH DỌC TRỤC CỌC ĐƠN KHU VỰC QUẬN 1, THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Chuyên ngành : Xây Dựng Công Trình Dân Dụng và Công Nghiệp

Mã số chuyên ngành : 60 58 02 08

LUẬN VĂN THẠC SĨ XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN

DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

Người hướng dẫn khoa học

PGS.TS Dương Hồng Thẩm

Thành Phố Hồ Chí Minh, Năm 2019

Lời cảm ơn

Trước tiên, tôi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến Thầy PGS.TS Dương Hồng Thẩm Thầy đã hướng dẫn giúp tôi hình thành nên ý tưởng của đề tài, hướng dẫn tôi phương pháp tiếp cận nghiên cứu Thầy đã có nhiều ý kiến đóng góp quý báu và giúp đỡ tôi rất nhiều trong quá trình thực hiện luận văn này

Tôi cũng xin chân thành cảm ơn đến quý Thầy Cô trong chương trình cao học Xây Dựng Dân Dụng và Công Nghiệp của trường Đại Học Mở Thành Phố Hồ Chí Minh đã tận tình giảng dạy và truyền đạt kiến thức cho tôi trong suốt khoá học vừa qua

Và cũng không quên lời cảm ơn tới tất cả bạn bè, đồng nghiệp đã động viên tinh thần và nhiệt tình hỗ trợ cung cấp những hồ sơ, tài liệu giúp tôi có những thông tin cần thiết phục vụ cho việc nghiên cứu

Lời cảm ơn sau cùng xin dành cho ba mẹ và những người thân trong gia đình đã hết lòng quan tâm và tạo mọi điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành được luận văn thạc sỹ này

Mặc dù bản thân đã cố gắng nghiên cứu và hoàn thiện, tuy nhiên không thể không

có những thiếu sót nhất định Kính mong quý Thầy Cô chỉ dẫn thêm để tôi bổ sung những kiến thức và hoàn thiện bản thân mình hơn

Xin trân trọng cảm ơn quý Thầy Cô

Tp Hồ Chí Minh, ngày 11 tháng 11 năm 2019

Học viên

Nguyễn Phước Liêm

Lời Cam Đoan

Tôi xin cam đoan rằng luận văn “Xác định hệ số nhóm của nhóm cọc khoan nhồi

từ thí nghiệm nén tĩnh dọc trục cọc đơn khu vực Quận 1, Thành Phố Hồ Chí Minh” là công việc do chính tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của Thầy PGS.TS Dương Hồng Thẩm

Ngoại trừ những tài liệu được tham khảo, trích dẫn trong luận văn này, tôi xin cam đoan rằng các kết quả trong luận văn là đúng sự thật và chưa được công bố ở các nghiên cứu khác

Không có sản phẩm nào của người khác được sử dụng trong luận văn này mà không được trích dẫn theo đúng quy định

Tp Hồ Chí Minh, ngày 11 tháng 11 năm 2019

Học viên

Nguyễn Phước Liêm

Tóm Tắt Luận Văn

NGHIỆM NÉN TĨNH DỌC TRỤC CỌC ĐƠN KHU VỰC QUẬN 1,

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TÓM TẮT: Đề tài luận văn tập trung nghiên cứu hệ số nhóm của cọc khoan nhồi cho công trình có nền đất ở khu vực Quận 1 - Thành Phố Hồ Chí Minh bằng phương pháp mô phỏng có số lượng và khoảng cách tim cọc khác nhau dựa trên phần mềm Plaxis 3D Foundation kết hợp với thí nghiệm nén tĩnh ngoài hiện trường Lấy kết quả mô phỏng được là biểu đồ quan hệ tải trọng - chuyển vị Kết quả cho thấy:

Khi cọc được bố trí so le cũng bị ảnh hưởng do hệ số nhóm (trong công thức của Converse Labarre không đề cập đến vấn đề này)

Khoảng cách bố trí cọc ảnh hưởng rất lớn tới hệ số nhóm, khi khoảng giữa các cọc giảm thì hệ số nhóm giảm, khi khoảng cách giữa các cọc tăng thì hệ số nhóm tăng

Từ khoá: Sức chịu tải của cọc, hệ số nhóm cọc

DETERMINATION OF THE GROUP COEFFICIENT OF THE BORED PILE OF DRILLS FROM THE STATIC COMPRESSION TEST IN THE SINGLE SHAFT OF DISTRICT 1, HO CHI MINH CITY

ABSTRACT: The dissertation focuses on studying the coefficients of bored piles for soil-based constructions in District 1 - Ho Chi Minh City by simulating many models with different number and distance of pile piles based on Plaxis 3D Foundation software combined with field static compression testing Taking the simulation results is the load

- displacement relationship diagram The results showed:

When the pile is arranged odds is also affected by the group coefficient (in Converse Labarre’s formula does not mention this issue)

The pile layout distance greatly affects the group factor, when the interval between piles decreases, the group coefficient decreases, when the gap between the piles increases, the group coefficient increases

Keywords: Bearing capacity of pile, Coefficient of pile groups

Mục Lục

Lời cảm ơn ii

Lời Cam Đoan iii

Tóm Tắt Luận Văn iv

Mục Lục v

Danh Mục Hình vii

Danh Mục Bảng x

Danh Mục Từ Viết Tắt xi

CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ 1

1.1 Giới thiệu 1

1.2 Đặt vấn đề 2

1.3 Mục tiêu nghiên cứu 2

1.4 Phương pháp nghiên cứu 3

1.5 Đóng góp và giới hạn của đề tài 3

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 4

2.1 Về Hệ số nhóm cọc 4

2.2 Các kết quả nghiên cứu thực nghiệm hiện trường về hệ số nhóm trước đây 5

2.3 Kết luận chương 2 11

CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH SỨC CHỊU TẢI VÀ HỆ SỐ NHÓM 13

3.1 Xác định sức chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT 13

3.2 Lý thuyết hệ số nhóm cọc 16

3.3 Tính toán hệ số nhóm theo quy định các tiêu chuẩn Việt Nam 21

3.4 Tính toán hệ số nhóm trong Plaxis 3D-Foundation 23

3.5 Nhận xét chương 3 34

CHƯƠNG 4: TÍNH SỨC CHỊU TẢI CỰC HẠN CỦA CỌC 35

4.1 Tính ứng suất bản thân 35

4.2 Hiệu chỉnh chỉ số SPT 39

4.3 Tính toán sức chịu tải cực hạn của cọc theo Viện Kiến Trúc Nhật Bản 41

4.4 Tính toán sức chịu tải cực hạn của cọc theo Meryahof 45

4.5 Tính toán sức chịu tải cực hạn của cọc bằng mô phỏng Plaxis 48

4.6 Nhận xét chương 4 70

CHƯƠNG 5: MÔ PHỎNG NHÓM CỌC 71

5.1 Phân tích sức chịu cực hạn của nhóm cọc D800 dựa vào phần mềm Plaxis 3D 71

5.2 Kết quả so sánh 107

5.3 Phân tích hồi quy đa biến 110

KẾT LUẬN 115

KIẾN NGHỊ 116

NHỮNG ĐÓNG GÓP CỦA LUẬN VĂN 117

Tài liệu tham khảo 118

Phụ lục báo cáo kết quả khảo sát địa chất 122

Danh Mục Hình

Hình 2.1.1 Phân bố ứng suất trong nền cọc [29] 4

Hình 2.2.1 Hệ số nhóm theo thí nghiệm của Barden (1970) và các tác giả khác trong nền sét cứng và sét yếu 7

Hình 2.2.2 Tỷ số độ lún (RS) theo thí nghiệm của Barden và Monckton (1970) và các tác giả khác trên nhóm 3x3 với chiều dài cọc L=20d 8

Hình 2.2.3 Hệ số nhóm theo thí nghiệm của G.Dai (2012) và các tác giả khác 10

Hình 2.2.4 Tỷ số độ lún theo thí nghiệm của G.Dai (2012) và các tác giả khác 11

Hình 3.1.1 Biểu đồ xác định hệ số α_p và f_L 14

Hình 3.2.1 Mặt bằng bố trí cọc trong nhóm cọc 17

Hình 3.2.2 Công thức xác định hệ số nhóm (η) theo nguyên tắc của Feld (1943) 18

Hình 3.2.3 Sơ đồ của nhóm cọc 20

Hình 3.2.4 Đồ thị xác định hệ số lực dính α theo Randolph và Murphy (1985) 21

Hình 3.4.1 Mặt bao phá hoại Mohr-Coulomb trong không gian ứng suất 27

Hình 3.4.2 Các mặt chảy dẻo của mô hình Hardening Soil 28

Hình 3.4.3 Mặt chảy dẻo của mô hình Soft Soil trong không gian ứng suất 29

Hình 4.2.1 Phối cảnh công trình “Khách sạn Silverland” 36

Hình 4.3.1 Mặt cắt địa chất công trình 37

Hình 4.8.1 Thí nghiệm thử tải tĩnh ở hiện trường 49

Hình 4.8.2 Kích thuỷ lực và các đồng hổ đo chuyển vị 50

Hình 4.8.3 Biểu đồ quan hệ tải trọng - Độ lún cọc theo kết quả thí nghiệm nén tĩnh 54

Hình 4.8.4 Thiết lập tổng thể 57

Hình 4.8.5 Khai báo hình trụ hố khoan, gán các lớp đất và gán General cho cọc 58

Hình 4.8.6 Gán Parameters cho Cọc 59

Hình 4.8.7 Gán General cho lớp 1 60

Hình 4.8.8 Gán Parameters cho lớp 1 61

Hình 4.8.9 Khai báo cọc D800 62

Hình 4.8.10 Khai báo cao độ làm việc 62

Hình 4.8.11 Chia lưới phần tử 2D 63

Hình 4.8.12 Tạo pha tính toán 64

Hình 4.8.13 Chọn điểm A tại tâm cọc ở vị trí đỉnh cọc 65

Hình 4.8.14 Tính toán 66

Hình 4.8.15 Xuất kết quả 67

Hình 4.8.16 Biểu đồ so sánh chuyển vị của Plaxis 3D và nén tĩnh cọc D800 68

Hình 4.8.17 Xuất kết quả sức chịu tải cọc D800 69

Hình 4.8.18 Kết quả sức chịu tải cọc D800 70

Hình 5.1.1 Bố trí cọc 3 cọc khoảng cách 3D 72

Hình 5.1.2 Giải sơ đồ 3 cọc khoảng cách 3D 73

Hình 5.1.3 Biểu đồ quan hệ Tải trọng – Chuyển vị sơ đồ 3 cọc khoảng cách 3D 74

Hình 5.1.4 Tính toán hệ số nhóm cho sơ đồ 3 cọc khoảng cách 3D 75

Hình 5.1.5 Bố trí cọc 5 cọc khoảng cách 3D 76

Hình 5.1.6 Giải sơ đồ 5 cọc khoảng cách 3D 77

Hình 5.1.7 Biểu đồ quan hệ Tải trọng – Chuyển vị sơ đồ 5 cọc khoảng cách 3D 78

Hình 5.1.8 Tính toán hệ số nhóm cho sơ đồ 5 cọc khoảng cách 3D 79

Hình 5.1.9 Bố trí 7 cọc khoảng cách 3D 80

Hình 5.1.10 Giải sơ đồ 7 cọc khoảng cách 3D 81

Hình 5.1.11 Biểu đồ quan hệ Tải trọng – Chuyển vị sơ đồ 7 cọc khoảng cách 3D 82

Hình 5.1.12 Tính toán hệ số nhóm cho sơ đồ 7 cọc khoảng cách 3D 83

Hình 5.1.13 Bố trí cọc 3 cọc khoảng cách 4D 84

Hình 5.1.14 Giải sơ đồ 3 cọc khoảng cách 4D 85

Hình 5.1.15 Biểu đồ quan hệ Tải trọng – Chuyển vị sơ đồ 3 cọc khoảng cách 4D 86

Hình 5.1.16 Tính toán hệ số nhóm cho sơ đồ 3 cọc khoảng cách 4D 87

Hình 5.1.17 Bố trí 5 cọc khoảng cách 4D 88

Hình 5.1.18 Giải sơ đồ 5 cọc khoảng cách 4D 89

Hình 5.1.19 Biểu đồ quan hệ Tải trọng – Chuyển vị sơ đồ 5 cọc khoảng cách 4D 90

Hình 5.1.20 Tính toán hệ số nhóm cho sơ đồ 5 cọc khoảng cách 4D 91

Hình 5.1.21 Bố trí 7 cọc khoảng cách 4D 92

Hình 5.1.22 Giải sơ đồ 7 cọc khoảng cách 4D 93

Hình 5.1.23 Biểu đồ quan hệ Tải trọng – Chuyển vị sơ đồ 7 cọc khoảng cách 4D 94

Hình 5.1.24 Tính toán hệ số nhóm cho sơ đồ 7 cọc khoảng cách 4D 95

Hình 5.1.25 Bố trí 3 cọc khoảng cách 6D 96

Hình 5.1.26 Giải sơ đồ 3 cọc khoảng cách 6D 97

Hình 5.1.27 Biểu đồ quan hệ Tải trọng – Chuyển vị sơ đồ 3 cọc khoảng cách 6D 98

Hình 5.1.28 Tính toán hệ số nhóm cho sơ đồ 3 cọc khoảng cách 6D 99

Hình 5.1.29 Bố trí 5 cọc khoảng cách 6D 100

Hình 5.1.30 Giải sơ đồ 5 cọc khoảng cách 6D 101

Hình 5.1.31 Biểu đồ quan hệ Tải trọng – Chuyển vị sơ đồ 5 cọc khoảng cách 6D 102

Hình 5.1.32 Tính toán hệ số nhóm cho sơ đồ 5 cọc khoảng cách 6D 103

Hình 5.1.33 Bố trí 7 cọc khoảng cách 6D 104

Hình 5.1.34 Giải sơ đồ 7 cọc khoảng cách 6D 105

Hình 5.1.35 Biểu đồ quan hệ Tải trọng – Chuyển vị sơ đồ 7 cọc khoảng cách 6D 106

Hình 5.1.36 Tính toán hệ số nhóm cho sơ đồ 7 cọc khoảng cách 6D 107

Hình 5.2.1 Biểu đồ so sánh sức chịu tải nhóm 3 cọc 108

Hình 5.2.2 Biểu đồ so sánh sức chịu tải nhóm 5 cọc 109

Hình 5.2.3 Biểu đồ so sánh sức chịu tải nhóm 7 cọc 110

Hình 5.3.1 Chọn Data>Data analaysis>Regression 111

Hình 5.3.2 Chọn Regression>Input>Labels>Confidence 112

Danh Mục Bảng

Bảng 3.4.1 Chọn giá trị Modul đàn hồi theo chỉ số SPT [4] 31

Bảng 3.4.2 Giá trị tham khảo Modul đàn hồi theo Bowls (1984) 32

Bảng 3.4.3 Bảng tra hệ số Poisson [17] 32

Bảng 3.4.4 Bảng tra hệ số Rinter 33

Bảng 4.4.1 Bảng phân loại lớp đất 37

Bảng 4.4.2 Kết quả tính toán ứng suất bản thân 39

Bảng 4.5.1 Kết quả hiệu chỉnh chỉ số SPT 41

Bảng 4.6.1 Bảng thông số tính toán theo Viện Kiến Trúc Nhật Bản 43

Bảng 4.6.2 Cường độ sức kháng bên hông của cọc theo Nhật Bản 44

Bảng 4.6.3 Cường độ sức kháng mũi của cọc theo Nhật Bản 45

Bảng 4.7.1 Bảng thông số tính toán theo Meyerhof 46

Bảng 4.7.2 Cường độ sức kháng bên hông của cọc Meyerhof 47

Bảng 4.7.3 Cường độ sức kháng mũi của cọc Meyerhof 48

Bảng 4.8.1 Số liệu của cọc tính toán 48

Bảng 4.8.2 Qui trình gia tải và giảm tải của cọc CT2 51

Bảng 4.8.3 Tổng hợp kết quả nén tĩnh cọc D800 (CT2) 53

Bảng 4.8.4 Bảng thông số Plaxis 1 55

Bảng 4.8.5 Bảng thông số Plaxis 2 56

Bảng 4.8.6 So sánh kết quả chuyển vị giữa Nén tĩnh và Plaxis 3D cọc D800 68

Bảng 5.2.1 Bảng hệ số nhóm cọc sau khi phân tích 107

Bảng 5.3.1 Dữ liệu tính toán 111

Bảng 5.3.2 Kết quả hồi quy đa biến hai biến số cho sức chịu tải nhóm cọc 112

Bảng 5.3.3 Kết quả hồi quy đa biến ba biến số cho sức chịu tải nhóm cọc 113

MC : Mô hình đàn – dẻo lý tưởng Mohr coulomb

TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam

Tp.HCM : Thành phố Hồ Chí Minh

CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ

1.1 Giới thiệu

Cọc khoan nhồi hiện nay, có thể nói là giải pháp chủ yếu để giải quyết kỹ thuật móng và thi công không chiếm chỗ Trong những năm gần đây, việc áp dụng giải pháp móng cọc khoan nhồi đã trở thành xu thế được lựa chọn cho các công trình cao tầng xuất hiện ngày càng nhiều tại Tp Hồ Chí Minh Điều này đã trở thành xu thế chính trong quá trình hiện đại hóa thành phố Quận 1 là một trung tâm đô thị, với tốc

độ xây dựng nhà cao tầng chóng mặt Do đó việc đầu tư chuyên môn và khoa học kỹ thuật về thiết kế nền móng cần được chú trọng tại đây

Móng cọc khoan nhồi có những tính ưu việt hơn các loại móng cọc khác ở chỗ

có khả năng chịu được tải trọng lớn, mật độ cọc thấp, ít gây ra chuyển vị ngang và ít gây ra ảnh hưởng chấn động khi thi công đến các công trình lân cận Ngoài ra, trong cấu trúc nền vùng Quận 1, TP.HCM có tầng cát, cát pha hoặc cát to lẫn sạn sỏi thạch anh là tầng đất tốt, chiều dày lớn và chiều sâu phân bố hợp lý, ít biến đổi rất phù hợp cho việc tựa cọc

Nói về nhóm cọc, về phương diện kết cấu, sự làm việc của cọc tùy thuộc độ cứng của đài, chiều sâu đặt đáy đài và khoảng cách giữa các cọc trong nhóm Về phương diện nền móng, có thể đúc kết rằng:

 Cách đánh giá khả năng chịu tải cho nhóm cọc trước hết là rất quan trọng

 Sự phân bố tải lên các cọc và sức chịu tải giữa các cọc trong nhóm

 Ảnh hưởng của số cọc, kiểu bố trí (hình tam giác, hình vuông, hình ngang, hình dọc)

 Sự làm việc của nhóm cọc còn được cho rằng phụ thuộc vào loại đất Tùy theo loại đất mà xảy ra quá trình truyền tải giữa các cọc với nhau (theo loại đất dưới mũi và xung quanh cọc)

Với đề tài nghiên cứu này, học viên mong muốn đóng góp vào việc xây dựng một bộ thông số chung về hệ số nhóm cọc cho việc thiết kế móng cọc khoan nhồi các công trình có nền đất ở Quận 1- Tp Hồ Chí Minh

1.2 Đặt vấn đề

Khả năng chịu tải (KNCT) xác định từ kết quả nén tĩnh cọc đơn nhưng KNCT của nhóm cọc lại lấy theo ∑Qcọc đơn x Hệ số hiệu quả nhóm

Điều này cho thấy một số điểm chưa chặt chẽ:

Khi áp dụng Qcọc đơn để tính nhóm cọc (∑Qcọc đơn x Hệ số nhóm) trong khi độ lún rõ ràng là khác nhau giữa cọc đơn và nhóm cọc Nói cách khác, kiểu tính KNCT nhóm bằng cách: Căn cứ tiêu chí độ lún cọc đơn (thí nghiệm nén tĩnh) để xác định sức chịu tải của cọc đơn, rồi sau đó đưa vào tính toán nhóm cọc x Hệ số hiệu quả nhóm như bấy lâu nay vẫn làm, thực sự là một việc không phù hợp có thể phản bác được

Kết quả nén tĩnh cọc đơn ở vị trí được định trước bởi thiết kế, trong khi lực dọc trong nhóm cọc khác nhau (có sự phân bố không đồng đều) Vậy với độ lún nhóm khác với độ lún cọc đơn, cộng với việc xét cơ chế truyền tải tùy loại đất khiến sự phân

bố lực giữa các cọc trong nhóm không đều…thì các cọc ắt sẽ chịu lực không đều, cọc này đủ, nhưng cọc khác tuỳ loại đất cát hay đất sét?

Khi số lượng cọc trong nhóm khác nhau, xét thêm yếu tố nền đất (theo đó là

sự phân bố không đồng đều) thì việc áp dụng công thức hệ số hiệu quả nhóm như nhau là không phù hợp

Đặt ra vấn đề nghiên cứu là:

Xác định KNCT của nhóm cọc sử dụng hệ số nhóm hiệu chỉnh có xét đến loại đất và số cọc Để có kết quả tập trung, luận văn này tập trung nghiên cứu cọc khoan nhồi hạ vào nền đất rời

1.3 Mục tiêu nghiên cứu

Xác định hệ số nhóm cọc dựa vào lý thuyết tính toán và phần mềm Plaxis 3D- Foundation để đưa ra một hệ số nhóm hợp lý nhằm có cái nhìn tổng thể về sự làm việc của nhóm cọc trong việc tính toán móng cọc khoan nhồi ở khu vực Quận 1-

Tp Hồ Chí Minh

1.4 Phương pháp nghiên cứu

Để thực hiện các mục tiêu nghiên cứu trên đây, tác giả lựa chọn phương pháp nghiên cứu như sau: nghiên cứu lý thuyết tính toán, quan trắc hiện trường và sử dụng phần mềm Plaxis 3D- Foundation tính toán so sánh kết quả

Trong đó:

a Nghiên cứu lý thuyết tính toán: Sử dụng các lý thuyết tính toán sau đây:

 Lý thuyết tính toán hệ số nhóm theo Converse Labarre

 Lý thuyết tính toán hệ số nhóm theo Tezaghi & Peck

 Lý thuyết về phần tử hữu hạn (FEM), phần mềm Plaxis 3D- Foundation

b Quan trắc hiện trường: Ghi nhận tải trọng giới hạn của cọc đơn và độ lún tại đó trong quá trình thử tải tĩnh cọc đơn tại hiện trường để đối chiếu và hiệu chỉnh kết quả

mô phỏng cọc đơn trong Plaxis 3D- Foundation

c Mô phỏng: Sử dụng phần mềm Plaxis 3D- Foundation để tính toán hệ số nhóm cọc

1.5 Đóng góp và giới hạn của đề tài

Đề tài nghiên cứu phù hợp với xu hướng nghiên cứu về móng cọc trên thế giới cũng như Việt Nam Nghiên cứu giúp kỹ sư thiết kế có cái nhìn tổng quát hơn về ứng

xử cọc đơn và nhóm cọc trong điều kiện địa chất khu vực Quận 1- Tp Hồ Chí Minh Kết quả nghiên cứu của đề tài có thể được sử dụng trong công tác thiết kế nền móng,

để đưa ra phương án móng cọc hợp lý thông qua bộ thông số về hệ số nhóm Cuối cùng các nghiên cứu sau có thể được mở rộng và phát triển theo hướng nghiên cứu này

Đề tài nghiên cứu chỉ dừng lại phân tích ứng xử của nhóm cọc trong trường hợp chịu tải trọng tĩnh theo phương đứng, trường hợp cọc chịu tải trọng động và tải trọng theo phương ngang chưa được xét đến

Công trình nghiên cứu được tiến hành ở Quận 1 và chưa đại diện cho toàn bộ địa chất khu vực Thành phố Hồ Chí Minh và khu vực lân cận

Do hạn chế về kinh phí, các thí nghiệm kiểm chứng ngoài hiện trường chưa được tiến hành nhiều đối với nhóm cọc để có kết quả phân tích tốt hơn

chịu tải của cọc trong nhóm sẽ khác với cọc đơn Để biểu thị sự khác nhau đó người

ta đi tính toán hệ số nhóm cọc

Qu đơn : Sức chịu tải của một cọc đơn

Hình 2.1.1 Phân bố ứng suất trong nền cọc [29]

Trong móng cọc, cọc thường tập hợp thành nhóm để đáp ứng khả năng chịu tải trọng lớn do công trình truyền xuống Trong nền đất rời, quá trình hạ cọc bằng phương pháp đóng hay ép thường nén chặt đất nền làm tăng hệ số ma sát và sức chống mũi của cọc, vì vậy sức chịu tải của nhóm cọc có thể lớn hơn tổng sức chịu tải của các cọc đơn

2.2 Các kết quả nghiên cứu thực nghiệm hiện trường về hệ số nhóm trước đây

Nghiên cứu với thí nghiệm tại hiện trường

Các thí nghiệm hiện trường thường cho ra những kết quả chính xác nhưng giá thành thí nghiệm rất cao nên số lượng thí nghiệm hiện trường cho đến nay vẫn còn hạn chế Các thí nghiệm thường được tiến hành với cọc thí nghiệm là cọc ống thép, cọc bê tông cốt thép, cọc thép hình với đầu cọc tự do hoặc ngàm vào đài Thí nghiệm nhóm cọc thường đi kèm với thí nghiệm cho một cọc đơn để kiểm chứng Tải trọng thí nghiệm thường được đặt ở đầu cọc hoặc tại vị trí đài cọc đối với nhóm cọc, trong quá trình thí nghiệm có thể tăng tải trọng đến không phá hoại hoặc phá hoại cọc Thí nghiệm hiện trường cho nhóm cọc của Kim & Brungraber (1976) đã thực hiện thí nghiệm hiện trường cho đất sét vùng Pensyvania Nhóm cọc kích thước 2 cọc

x 3 cọc, khoảng cách giữa các cọc là 3.6D và 4.8D, với D là đường kính hoặc cạnh cọc Kết quả cho thấy sức chịu tải của nhóm cọc tăng lên khi tăng khoảng cách giữa các cọc và tải trọng trung bình tác dụng lên một cọc trong nhóm nhỏ hơn tải trọng tác dụng lên cọc đơn tương ứng (J.B Anderson, F.C Townsend, and B Grajales, 2003) Thí nghiệm hiện trường cho nhóm cọc của Brown và Reese (1988) với nhóm cọc kích thước 3 cọc x 3 cọc trong đất các chặt và khoảng giữa các cọc là 3D Cát có độ chặt tương đối Dr = 50%.Ông đã kết luận rằng nhóm cọc chuyển vị nhiều hơn cọc

đơn khi cọc đơn chịu cùng tải trọng bằng tải trung bình tác dụng lên từng cọc trong

nhóm Trong các hàng cọc khác nhau cũng ứng xử khác nhau (Brown, D.A, and Reese, L.C, 1988)

Thí nghiệm hiện trường cho nhóm cọc của Ruesta & Townsend et al (1997) tại vị trí cầu Roosevelt trên các cọc bê tông cốt thép dự ứng lực Hai nhóm cọc 4 cọc x 4 cọc với đầu cọc tự do và đầu cọc ngàm trong đài được tiến hành thí nghiệm, khoảng cách giữa các cọc (tính từ tâm ) là 3D Thí nghiệm cũng được tiến hành cho một cọc đơn để so sánh kết quả Địa chất khu vực thí nghiệm bao gồm lớp cát rời đến độ sâu 4m và theo sau bởi lớp cát cố kết Hệ số nhóm của nhóm cọc được ghi nhận là 80% (F Ruesta and C Townsend, 1997)

Nghiên cứu với thí nghiệm trên mô hình vật lý

Việc nghiên cứu hiệu ứng nhóm cọc trên mô hình vật lý tỷ lệ nhỏ trong phòng có chi phí thấp hơn so với thí nghiệm tại hiện trường và có ưu điểm khi nghiên cứu ảnh hưởng của từng thông số, nên được khá nhiều các tác giả sử dụng, điển hình như: Whitaker (1957); Saffery và Tate (1961); Sowers và công sự (1961); Barden và Monckton (1970); Mattes và Poulos (1971); Bajad và Sahu (2008); Itoh và Yamagata (1998); Goto và cộng sự (2013)…

Kết quả nghiên cứu thực nghiệm về hiệu ứng nhóm cọc trên các mô hình vật lý cho thấy các thông số có ảnh hưởng lớn đến hiệu ứng nhóm là: Khoảng cách cọc; Chiều dài cọc; Số lượng cọc; Hình dạng cọc; Mặt bằng bố trí cọc; Đặc điểm của đài cọc (tiếp xúc hoặc không tiếp xúc với nền đất); Trình tự và phương pháp thi công cọc

và tính chất cơ lý của nền đất

Để kiểm chứng mức độ chính xác của các công thức lý thuyết, học viên tiến hành

so sánh các kết quả phân tích hiệu ứng nhóm từ một số thí nghiệm nén tĩnh của cọc với các kết quả tương ứng thu được bằng công thức tính hệ số nhóm và tỷ số độ lún được trình bày dưới đây

a) Thí nghiệm của Barden và Monckton (1970) Barden và Monckton (1970) tiến hành thí nghiệm nén tĩnh các nhóm cọc có mặt bằng vuông với tỷ lệ nhỏ, có qui mô 3x3 cọc và 5x5 cọc Đường kính cọc d= 1/8 inch; Chiều dài cọc = 4 inch, tỷ số L/d = 20; tỷ số S/d = 1.5; 2; 2.5; 3; 3.5 và

4 Các nhóm cọc làm việc trong hai loại nền sét: Sét cứng và Sét yếu

Hệ số nhóm (η) thu được từ các thí nghiệm của Barden và Monckton (1970)

so sánh với các kết quả tính toán bằng các công thức lý thuyết thể hiện ở các đồ thị trên Hình 2.2.1 cho thấy:

- Giá trị hệ số nhóm (η) của các nhóm cọc xác định từ các công thức sau: Conserve – Labarre (1941):

]90

)1(

)1(

[arctan1

2 1

1 2

2 1

m m

m m

m m

x S

2

(2

m m

d m

m



 ; đều cho giá trị nhỏ hơn một (ɳ<1) ứng

với mọi khoảng cách cọc, điều này không phù hợp với kết quả thí nghiệm khi khoảng cách giữa các cọc trong nhóm nhỏ hơn hai lần đường kính cọc (S<2d)

Hình 2.2.1 Hệ số nhóm theo thí nghiệm của Barden (1970) và các tác giả khác

trong nền sét cứng và sét yếu

Hệ số nhóm (η) tính theo công thức của Feld (1943): Qr = ηQa, không xét đến ảnh hưởng của khoảng cách cọc, do đó khi tỷ số S/d tăng thì sai số của giá trị

hệ số nhóm tính theo công thức so với kết quả thí nghiệm càng lớn

- Ngoại trừ công thức của Sayed – Bakeer (1992):   1  ( 1   'sK )  , các công thức tính hệ số nhóm khác đều không xét đến ảnh hưởng của nền đất Tuy nhiên, quy luật biến thiên của hệ số nhóm theo công thức của Sayed – Bakeer chưa phù hợp với kết quả thí nghiệm khi cọc làm việc trong nền sét của Barden

và cộng sự (1970)

- Sự khác biệt của giá trị hệ số nhóm (ɳ) thu được từ thí nghiệm và từ các công thức là khá lớn khi cọc làm việc trong nền đất sét cứng, sai số này giảm đi khi cọc trong nền đất sét yếu

Hình 2.2.2 Tỷ số độ lún (R S ) theo thí nghiệm của Barden và Monckton (1970)

và các tác giả khác trên nhóm 3x3 với chiều dài cọc L=20d

- Tỷ số độ lún (RS): Kể đến sự gia tăng chuyển vị đứng (độ lún) của nhóm cọc

so với cọc đơn làm việc trong điều kiện tương đương:

RS = 𝑈𝐺

𝑈𝑆

Trong đó: UG - độ lún của nhóm cọc; US - độ lún của cọc đơn ứng với tải trọng trung bình của cọc trong nhóm

- Tỷ số độ lún (RS) từ thí nghiệm của Barden và Monckton (1970) được so sánh với các giá trị tương ứng tính từ các công thức của Skempton (1953) và Randolph – Clancy (1993) thể hiện ở Hình 2.3.3 cho thấy:

- Kết quả tính tỷ số độ lún (RS) theo công thức của Skempton (1953):

RS = (4𝐵+9)2

(RS) tỷ lệ thuận với khoảng cách giữa các cọc

- Công thức Randolph – Clancy (1993):

RS = 0,29𝑛𝑅−1,35 với R = √𝑛𝑆

𝐿 ; cho kết quả tỷ số độ lún (RS) có quy luật tương tự như kết quả thí nghiệm của Barden và Monckton (1970), tuy nhiên công thức này chưa biểu diễn được sự thay đổi tỷ số độ lún khi xét đến tính chất của nền đất và sai số giữa kết quả thí nghiệm và công thức tính khá lớn, trong khoảng [2.2%÷54.9%]

b) Thí nghiệm của G.Dai và cộng sự (2012) G.Dai và cộng sự (2012) tiến hành thí nghiệm nén tĩnh cọc đơn và nhóm cọc có qui mô: 1x2; 2x2 và 3x3 cọc Cọc bê tông có đường kính d=400mm Cọc đơn và nhóm cọc được ép vào nền sét nhiều lớp, các chỉ tiêu cơ lý của nền đất tại khu vực thí nghiệm; số liệu thí nghiệm và các đồ thị thể hiện kết quả thí nghiệm; kết quả như sau:

Hình 2.2.3 Hệ số nhóm theo thí nghiệm của G.Dai (2012) [8] và các tác giả khác

Kết quả xác định hệ số nhóm (η) của cọc bằng các thí nghiệm của G.Dai và cộng sự (2012), được so sánh với các kết quả bằng các công thức của Conserve – Labarre (1941); Feld (1943); Sayed – Bakeer (1992) và Das (1998) thể hiện trên các đồ thị của Hình 2.2.3 cho thấy:

- Hệ số nhóm (ɳ) của cọc xác định bằng công thức của Conserve – Labarre (1941); Feld (1943); và thí nghiệm đều cho giá trị nhỏ hơn (η<1) với tất cả các nhóm cọc Sai số giữa kết quả tính hệ số nhóm (ɳ) từ thí nghiệm so với công thức lý thuyết trong phạm vi [3.9%÷4.9%]

- Các giá trị hệ số nhóm tính bằng công thức của Sayed và Bakeer (1992) và Das (1998) chưa phù hợp khi áp dụng với nền có nhiều lớp đất, vì giá trị hệ số nhóm lón hơn một (η>1) với tất cả các loại chiều dài cọc và các qui mô nhóm cọc, không khớp với kết quả thí nghiệm

Hình 2.2.4 Tỷ số độ lún theo thí nghiệm của G.Dai (2012) [8] và các tác giả

khác

So sánh giá trị của tỷ số độ lún (RS) xác định từ thí nghiệm của G.Dai và cộng sự (2012) với các công thức của Skempton (1953) và Randolph – Clancy (1993) theo Hình 2.2.4 cho thấy:

- Kết quả tính tỷ số độ lún (RS) theo công thức Skempton (1953); Randolph – Clancy (1993) và kết quả thí nghiệm đều có xu hướng tăng khi số lượng cọc trong nhóm tăng

- Ở các nhóm cọc có khoảng cách S= 2.5d và chiều dài L=50d, kết quả thí nghiệm có xu hướng khá tương đồng với giá trị RS tính bằng công thức của Skempton (1953); G.Dai và cộng sự (2012)

- Với các nhóm cọc có khoảng cách S=3d và chiều dài cọc L=60d thì qui luật thay đổi của tỷ số độ lún từ kết quả thí nghiệm chưa phù hợp với kết quả tính

từ các công thức lý thuyết Sai số của giá trị RS giữa thí nghiệm các công thức tính biến thiên trong khoảng [3.1%÷36.3%]

2.3 Kết luận chương 2

Hệ số nhóm cọc là một đại lượng chịu ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố như: chiều dài cọc, khoảng cách giữa các cọc, số lượng cọc trong một đài, tính chất và độ cứng của đài cọc, đặc điểm địa chất của lớp đất ở mũi cọc và các lớp đất mà cọc đi

qua Do đó, một trong những suy nghĩ của người thiết kế là ‘Làm thế nào để xác định chính xác sức chịu tải của cọc khi kể đến hiệu ứng nhóm?” Vấn đề này học viên sẽ làm rõ ở các chương sau

Từ các thí nghiệm hiện trường trên, học viên nhận thấy rằng khoảng cách giữa các cọc là yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng ứng xử của nhóm cọc Sự sắp xếp của các cọc trong nhóm theo các cách khác nhau cũng ảnh hưởng đến sự làm việc của nhóm cọc

CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH SỨC CHỊU TẢI VÀ HỆ SỐ NHÓM

3.1 Xác định sức chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT

Công thức của Viện kiến trúc Nhật Bản (1988)

Sức chịu tải cực hạn của cọc được xác định theo công thức:

𝑅𝑐,𝑢 = 𝑞𝑏𝐴𝑏 + 𝑢 ∑(𝑓𝑐,𝑖𝑙𝑐,𝑖 + 𝑓𝑠,𝑖𝑙𝑠,𝑖) (3.1)

Ab là diện tích tựa cọc trên nền, lấy bằng diện tích mặt cắt ngang đối với cọc đặc

qb là cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc xác định như sau:

Khi mũi cọc nằm trong đất rời 𝑞𝑏 = 300𝑁𝑝 cho cọc đóng (ép) và 𝑞𝑏 = 150𝑁𝑝cho cọc khoan nhồi

Khi mũi cọc nằm trong đất dính 𝑞𝑏 = 9𝐶𝑢 cho cọc đóng và 𝑞𝑏 = 6𝐶𝑢 cho cọc khoan nhồi

Đối với cọc đóng, cường độ sức kháng trung bình trên đoạn cọc nằm trong lớp đất rời thứ “i”:

𝑓𝑠,𝑖 =10𝑁𝑠,𝑖

3 và cường độ sức kháng trên đoạn cọc nằm trong lớp đất dính thứ “i”:

𝑓𝑐,𝑖 = 𝛼𝑝𝑓𝐿𝑐𝑢,𝑖trong đó:

𝛼𝑝 là hệ số điều chỉnh cho cọc đóng, phụ thuộc vào tỷ lệ giữa sức kháng cắt không thoát nước của đất dính 𝑐𝑢 và trị số trung bình của ứng suất pháp hiệu quả thẳng đứng

𝑓𝐿 là hệ số điều chỉnh theo độ mảnh h/d của cọc đóng

𝑁𝑝 là chỉ số SPT trung bình trong khoảng 1d dưới và 4d trên mũi cọc;

𝑐𝑢 là cường độ sức kháng cắt không thoát nước của đất dính, khi không có số liệu sức kháng cắt không thoát nước cu xác định trên các thiết bị thí nghiệm cắt đất trực tiếp hay thí nghiệm nén ba trục có thể xác định từ thí nghiệm nén một trục nở ngang tự do (𝑐𝑢 = 𝑞𝑢 /2), hoặc từ chỉ số SPT trong đất dính: 𝑐𝑢,𝑖 = 6,25 𝑁𝑐,𝑖 , tính bằng kPa, trong đó 𝑁𝑐,𝑖 là chỉ số SPT trong đất dính

𝑁𝑠,𝑖 là chỉ số SPT trung bình trong lớp đất rời “i”

𝑙𝑠,𝑖 là chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất rời thứ “i”

𝑙𝑐,𝑖 là chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất dính thứ “i”

u là chu vi tiết diện ngang cọc

d là đường kính tiết diện cọc tròn, hoặc cạnh tiết diện cọc vuông

Hình 3.1.1 Biểu đồ xác định hệ số α_p và f_L

Đối với các loại đất cát, nếu trị số 𝑁𝑝> 50 thì chỉ lấy 𝑁𝑝= 50; nếu trị số 𝑁𝑠,𝑖 lớn hơn 50 thì lấy 𝑁𝑠,𝑖= 50

Đối với nền đá và nền ít bị nén như sỏi cuội ở trạng thái chặt, khi trị số 𝑁𝑝> 100

có thể lấy 𝑞𝑝 = 20 Mpa cho trường hợp cọc đóng Riêng đối với cọc khoan nhồi và barrette thì sức kháng mũi phụ thuộc chủ yếu vào chất lượng thi công cọc, nếu có biện pháp tin cậy làm sạch mũi cọc và bơm vữa xi măng gia cường đất dưới mũi cọc thì có thể lấy giá trị qb như trường hợp cọc đóng

Đối với giá trị SPT sẽ được hiệu chỉnh theo công thức của Bazaraa (1967), trong đó:

Đối với 𝜎′0 < 75𝑘𝑃𝑎 thì:

(1 + 0,04𝜎′0) Đối với 𝜎′0 > 75𝑘𝑃𝑎thì :

(3.25 + 0.01𝜎′0) N’ : là giá trị SPT sau hiệu chỉnh

N là giá trị SPT chưa hiệu chỉnh

𝜎′0 là áp lực đất theo độ sâu:

𝜎′0 = 𝛾𝐷

𝐷 : độ sâu khảo sát

𝛾 : là dung trọng bản thân ở độ sâu khảo sát

Trong quá trình gia tăng áp lực thì áp lực nước lỗ rỗng sẽ đề kháng tạm thời cho tải trọng tăng lên Điều này dẫn đến giá trị SPT tăng cao Do đó giá trị SPT trong lớp đất hạt mịn phải được hiệu chỉnh lại Giá trị hiệu chỉnh này phải dựa trên giá trị hiệu chỉnh theo ứng suất bản thân N’

𝑁" = 15 +1

2× (𝑁′ − 15)

Công thức của Meyerhof

Sức chịu tải cực hạn của cọc được xác định theo công thức:

𝑅𝑐,𝑢 = 𝑞𝑏𝐴𝑏+ 𝑢 ∑ 𝑓𝑖𝑙𝑖 (3.2)

Đối với trường hợp nền đất rời Meyerhof (1976) kiến nghị công thức xác định cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc 𝑞𝑝 và cường độ sức kháng của đất ở trên thân cọc 𝑓𝑖 trực tiếp từ kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn như sau:

qp = k1Np

fi = k2Ns,iTrong đó:

𝑘1 là hệ số, lấy 𝑘1 = 40 h/d ≤ 400 đối với cọc đóng và 𝑘1= 120 đối với cọc

khoan nhồi

𝑁𝑝 là chỉ số SPT trung bình trong khoảng 4d phía dưới và 1d phía trên mũi

cọc

𝑘2 là hệ số lấy bằng 2,0 cho cọc đóng và 1,0 cho cọc khoan nhồi

u là chu vi tiết diện ngang cọc

h là chiều sâu hạ cọc

𝑁𝑠,𝑖 là chỉ số SPT trung bình của lớp đất thứ “i” trên thân cọc

3.2 Lý thuyết hệ số nhóm cọc

Hệ số nhóm theo Converse Labarre (1941)

Đây là một trong công thức được sử dụng phổ biến nhất để tính toán hệ số

nhóm của các nhóm cọc

]90

)1(

)1(

[arctan1

2 1

1 2

2 1

m m

m m

m m

x S

m1 : Số hàng của cọc trong đài cọc

m2 : Số cột của cọc trong đài cọc

S : Khoảng cách giữa các tim cọc

d : Đường kính của cọc

Hệ số nhóm theo nguyên tắc của Feld (1943)

Hình 3.2.2 Công thức xác định hệ số nhóm (η) theo nguyên tắc của Feld (1943)

Feld (1943) đề ra nguyên tắc xác định hệ số nhóm được tóm tắt như sau: Sức chịu tải của mỗi cọc trong nhóm sẽ giảm đi một lượng là 1/16 khi nó chịu ảnh hưởng trực tiếp bởi một cọc ở lân cận Cách xác định hệ số nhóm (η) theo nguyên tắc Feld cho một số nhóm cọc thể hiện trên Hình 3.2.2

Cách xác định hệ số nhóm theo Feld là đơn giản nhất, chỉ phụ thuộc vào số lượng của cọc trong đài Tuy vậy điểm hạn chế lớn nhất của cách này là chỉ sử dụng được với nhóm cọc nhỏ và có mặt bằng giống với sơ đồ Feld

Hệ số nhóm theo Sayed và Bakeer (1992)

Sayed và Bakeer (1992) đề nghị công thức tính hệ số nhóm cho hệ cọc chịu tải dọc trục, dựa trên tiền đề hiệu ứng nhóm cọc phụ thuộc chủ yếu vào thành phần

ma sát giữa cọc và đất:





  1  ( 1  'sK ) (3.4)

 

 f b

f

Q Q

∑Pf : Tổng chu vi của các cọc đơn

Công thức này có ưu điểm hơn so với các công thức trước đây vì đã kể đến yếu

tố không gian của nhóm cọc Hơn nữa, trong công thức có hệ số ma sát ρ xét đến tính chất của đất và độ sâu hạ cọc, tuy nhiên trong thực tế hệ số này cần cụ thể hóa hơn với nhiều loại đất và các độ sâu khác nhau của cọc Hệ số ảnh hưởng K được đề xuất bởi tác giả chỉ sử dụng giới hạn đối với cọc đóng hoặc ép, còn đối với cọc khoan nhồi

hệ số này có sự khác biệt đáng kể Điểm hạn chế của công thức này là chưa xét đến tính chất tiếp xúc giữa đài cọc và đất nền

Hệ số nhóm theo Tezaghi & Peck (1948)

Hệ số nhóm:

ult

ult g

(Qg)ult : Sức chịu tải tới hạn của nhóm cọc

Qult : Sức chịu tải tới hạn của cọc đơn

NC : Hệ số ảnh hưởng sức chống mũi của nhóm cọc trong đất dính

(NC ≤ 9), xác định bằng công thức:

51(5

L W

W C

H

H H

L

W C

Hình 3.2.3 Sơ đồ của nhóm cọc

HW : Chiều rộng của nhóm cọc ;

HL : Chiều dài của nhóm cọc;

L : Chiều dài của cọc trong đất;

C : Sức chống cắt không thoát nước trung bình của các lớp đất mà cọc đi qua;

Cb : Sức chống cắt không thoát nước của đất nền tại mặt phẳng mũi cọc;

α : Hệ số xác định theo sức chống cắt không thoát nước Cu của nền xác định theo đồ thị Hình 3.2.4 bên dưới

Hình 3.2.4 Đồ thị xác định hệ số lực dính α theo Randolph và Murphy (1985)

Công thức Tezaghi & Peck được sử dụng chủ yếu cho đài cọc hình chữ nhật, với

các đài cọc dạng khác công thức này cần phải biến đổi thêm Trong đó, Tezaghi & Peck đã tiến hành phân tích hệ số nhóm có kể đến tính chất cơ lý của các lớp đất nền

mà các lớp đất cọc xuyên qua, cũng như lớp đất dưới mũi cọc, đó là điều mà nhiều tiêu chuẩn xây dựng khác chưa hoặc ít đề cập đến

Hệ số nhóm theo công thức của Das (1998)

Das (1998) đề nghị một công thức thực nghiệm xác định hệ số nhóm cho cọc

ma sát chịu tải trọng dọc trục, ông quan niệm nhóm cọc hoạt động như một khối trụ thống nhất

2 1

2

(2

m m

d m

Qa : Sức kháng cho phép;

η : Hệ số hữu hiệu (hệ số nhóm);

Qr : Sức kháng tính toán của cọc trong nhóm cọc

Qui định cách xác định hệ số nhóm trong đất dính:

+ Nếu đài cọc tiếp xúc chặt chẽ với đất, khi đó hệ số hữu hiệu η = 1

+ Nếu đài cọc không tiếp xúc chặt chẽ với đất, và nếu đất ở trạng thái cứng khi

đó không yêu cầu phải giảm hệ số hữu hiệu η = 1

+ Nếu đài cọc không tiếp xúc chặt chẽ với đất, và nếu đất ở trên bề mặt là mềm yếu khả năng chịu tải riêng rẽ từng cọc phải được nhân với hệ số hữu hiệu η được lấy như sau:

η = 0.65 với khoảng cách từ tim đến tim cọc bằng 2,5D (D là đường kính cọc đối với cọc tròn hoặc kích thước của cạnh cọc đối với cọc vuông)

η = 1.0 với khoảng cách từ tim đến tim cọc bằng 6D

+ Đối với các khoảng cách trung gian, hệ số hữu hiệu η được xác định bằng nội suy tuyến tính

Qui định cách xác định hệ số nhóm trong đất rời:

Khả năng chịu lực của nhóm cọc trong đất rời là tổng khả năng của các cọc trong nhóm Hệ số hữu ích lấy bằng 1,0 cho tất cả các trường hợp đài cọc tiếp xúc hoặc không tiếp xúc với đất nền

Theo TCVN 10304:2014

Nội dung tiêu chuẩn không đề cập đến việc sử dụng hệ số nhóm khi sử dụng sức chịu tải cọc đơn để xác định sức chịu tải của cọc trong nhóm Tuy nhiên TCVN 10304:2014 [12] có xét đến hiệu ứng nhóm thông qua việc tính toán độ lún của nhóm cọc từ độ lún của cọc đơn ở mục 7.4.3 bằng việc tính toán ảnh hưởng tương hỗ giữa các cọc trong nhóm

Độ lún tăng thêm của cọc thứ i do ảnh hưởng của một cọc j đặt cách một khoảng

là a, chịu tác động của tải trọng 𝑁𝑗, được tính bằng:

𝑆𝑖𝑗 = 𝛿𝑖𝑗𝑁𝑗

𝐺1

G2 và 𝑣2: Các đặc trưng được lấy trong phạm vi bằng 0,5L từ độ sâu L đến độ sâu 1,5L kể từ đỉnh cọc với điều kiện đất dưới mũi cọc không phải là than bùn, bùn hay đất ở trạng thái chảy

lý biến phân Lagrange)

- Mô hình cân bằng: Hàm xấp xỉ biểu diễn gần đúng dạng phân bố của ứng suất thay nội lực trong phần tử Các ẩn số được xác định từ hệ phương trình thiết lập trên

cơ sở nguyên lý năng lượng hệ toàn phần dừng (hay nguyên lý biến phân về ứng suất – nguyên lý Castigliano)

- Mô hình hỗn hợp: Xem các đại lượng chuyển vị và ứng suất là hai yếu tố độc lập Các hàm xấp xỉ biểu diễn gần đúng dạng phân bố của chuyển vị và ứng suất trong phần tử Các ẩn cần tìm được xác định từ hệ phương trình thiết lập trên cơ sở nguyên

lý biến phân Reisner Sau khi tìm được các giá trị ẩn số (bằng việc giải một hệ phương trình đại số) như vậy ta đã tìm được xấp xỉ các đại lượng cần tìm, từ đó tìm được các giá trị của các đại lượng còn lại Mô hình tương thích được áp dụng rộng rãi Trong giáo trình này chủ yếu các bài toán được giải theo mô hình tương thích

Trình tự các bước phân tích bài toán theo phương pháp PTHH

- Bước 1: Rời rạc hoá miền khảo sát

Miền khảo sát V được chia thành các miền con Ve (phần tử) có dạng hình học thích hợp Với bài toán cụ thể thì số phần tử, hình dạng hình học của phần tử và kích thước các phần tử phải được xác định cụ thể Số điểm nút mỗi phần tử không được lấy tuỳ tiện mà phải phụ thuộc vào dạng hàm xấp xỉ định chọn

- Bước 2: Chọn hàm xấp xỉ thích hợp

Chọn hàm xấp xỉ sao cho đơn giản đối với tính toán, nhưng vẫn đảm bảo các tiêu chuẩn hội tụ Thường chọn các hàm này có dạng đa thức Sau khi chọn dạng hàm xấp xỉ ta biểu diễn các hàm này (kể cả đạo hàm của nó) theo tập hợp các giá trị tại các nút của phần tử {q}e

- Bước 3: Xây dựng phương trình phần tử, tức là thiết lập ma trận độ cứng phần tử [K]e và véc tơ tải phần tử {P}e

Kết quả nhận được phương trình có dạng: [K]e{q}e = {P}e

- Bước 4: Chọn hàm xấp xỉ thích hợp ghép nối các phần tử trên cơ sở mô hình

mà kết quả hệ thống phương trình:

[K] {q} = {P}

Trong đó: [K] là ma trận độ cứng tổng thể (toàn miền V)

{q} là véc tơ tập hợp các giá trị đại lượng cần tìm tại tất cả các nút (tức là véc tơ chuyển vị nút tổng thể)

{P} là véc tơ số hạng tự do tổng thể (tức là véc tơ tải tổng thể) Sau đó sử dụng điều kiện biên của bài toán sẽ nhận được hệ phương trình: [K*] {q*} = {P*} gọi là hệ phương trình hệ thống hay còn gọi là hệ phương trình để giải

- Bước 5: Giải hệ phương trình đại số

[K*] {q*} = {P*}, tìm được chuyển vị các nút Việc giải hệ phương trình [K*] {q*} = {P*} đối với bài toán tuyến tính không gặp khó khăn nhưng với bài toán phi tuyến thì sẽ dung phương pháp lặp (mà được tuyến tính hoá, chẳng hạn như

phương pháp Newton – Raphson) mà ở mỗi bước lặp ma trận độ cứng [K*] và {P*}

sẽ thay đổi

- Bước 6: Hoàn thiện

Tính giá trị các đại lượng còn lại: Ứng suất, biến dạng

Mô hình tính toán cho Plaxis 3D – Foundation a) Tổng quan về phần mềm Plaxis 3D – Foundation

Phần mềm Plaxis 3D foundation là một trong những phần mềm mạnh được nhiều nước trên thế giới dùng để giải quyết các bài toán về móng, công trình giao thông, công trình cảng thuỷ, phần ngầm các công trình xây dựng và các công trình ngầm tương tác với nền đất

b) Các chương trình chính trong Plaxis 3D foundation

Các Module chính trong bộ phần mềm plaxis gồm có:

- Chương trình nhập dữ liệu (Plaxis input program)

Chương trình nhập dữ liệu chức đựng tất cả phương tiện thuận lợi để tạo hoặc chình sửa một mô hình hình học, để phát sinh lưới phần tử phù họp điều kiện ban đầu

- Chương trình tính toán (Plaxis calculations program)

Chương trình tính toán được thực this au khi xây dựng xong mô hình phần tử hữu hạn

- Chương trình kết quả (Plaxis output program)

Chương trình xuất kết quả về chuyển vị các nút, ứng suất tại các điểm nút của mỗi phần tử đất và kết cấu

- Chương trình vẽ biểu đồ (Plaxis curves program)

Chương trình vẽ biểu đồ có thể dùng để vẽ đường tải trọng hay chuyển

vị theo thời gian, vẽ biểu đồ quan hệ ứng suất - biến dạng, vẽ đường ứng suất, đường biến dạng của những điểm được chọn trước

c) Các bước giải bài toán bằng phần mềm Plaxis 3D foundation

Bước 1: Thiết lập tổng thể bài toán

Bước 2: Thiết lập mặt bằng làm việc

Bước 3: Thiết lập đường bao, hình dạng kết cấu

Bước 4: Khai báo tải trọng

Bước 5: Khai báo lỗ khoan và các tính chất vật liệu

Bước 6: Chia lưới phần tử

Bước 7: Thiết lập giai đoạn tính toán

Bước 8: Chọn điểm

Bước 9: Tính toán

Bước 10: Xem và xuất kết quả nội lực, biến dạng và ứng suất

Bước 11: Xem và xuất kết quả biểu đồ quan hệ lực - chuyển vị

Các mô hình đất trong Plaxis

Ngày nay phương pháp PTHH ngày càng giữ vai trò quan trọng trong việc phân tích các vấn đề biến dạng, ổn định và ảnh hưởng của các công trình lân cận Số người sử dụng các phần mềm tính toán các bài toán địa kỹ thuật ngày càng nhiều Điều quan trọng là làm thế nào để chọn những mô hình thích hợp và những thông số đất nền liên quan cho những công trình khác nhau Cho nên chúng ta cần phải biết những khả năng và những hạn chế của từng mô hình để lựa chọn những thông số nhập vào thích hợp, để mô tả đúng các kết quả và sử dụng chúng vào việc thiết kế (theo Trần Quang Hộ - ứng xử của đất và cơ học đất tới hạn, 2011)

- Mô hình Mohr -Coulomb

Mô hình Mohr-Coulomb là một mô hình đàn hồi và dẻo hoàn toàn Tức là xem đất chỉ làm việc trong giai đoạn đàn hồi với quan hệ ứng suất và biến dạng là tuyến tính, quan hệ này tuân theo định luật Hooke Khi trạng thái đất vượt qua giai đoạn làm việc đàn hồi này thì xem đất bị phá hoại hoàn toàn, tức là biến dạng rất lớn trong khi ứng suất không tăng

Trong mặt phẳng, tiêu chuẩn phá hoại của mô hình Mohr-Coulomb như sau:

Trong không gian ứng suất, mặt phá hoại Mohr-Coulomb có hình dạng như sau:

Hình 3.4.1 Mặt bao phá hoại Mohr-Coulomb trong không gian ứng suất

Phương trình mặt chảy dẻo trong không gian ứng suất có dạng:

ψ : góc giãn nở của vật liệu ( độ)

- Mô hình Hardening Soil

Ứng xử của đất là ứng xử không phục hồi được, có hiện tượng chảy dẻo giãn

nở khi trượt Vì vậy chỉ có lý thuyết dẻo mới mô tả ứng xử của đất Mô hình Hardening Soil là một mô hình được phát triển dựa trên lý thuyết dẻo cổ điển Đây là

mô hình số được sử dụng trong phần mềm Plaxis, nó cho phép mô tả ứng xử không đàn hồi phức tạp và các điều kiện tiếp xúc khác nhau, ứng với các điều kiện địa chất của đất

Hardening Soil là mô hình đa mặt dẻo, cụ thể đó là mô hình hai mặt dẻo kết

hợp mặt dẻo trượt và mặt dẻo hình chóp mũ Sự tăng bền phụ thuộc vào biến dạng

dẻo và biến dạng thể tích Khác với mô hình đàn hồi dẻo lý tưởng, mặt chảy dẻo của

mô hình Hardening Soil không cố định trong không gian ứng suất mà nó giãn ra do

biến dạng dẻo Trong khi đó tăng bền nén dung để mô phỏng biến dạng không phục

hồi do ứng suất nén đẳng hướng gây nên Mặt dẻo trượt sử dụng qui luật chảy dẻo

không tích hợp và mặt dẻo chóp mũ sử dụng qui luật chảy dẻo tích hợp

Hình 3.4.2 Các mặt chảy dẻo của mô hình Hardening Soil

Mô hình Hardening Soil đòi hòi nhập 10 thông số Đó là ba thông số về độ

cứng tham khảo (𝐸50𝑟𝑒𝑓 từ thí nghiệm nén ba trục, 𝐸𝑢𝑟𝑟𝑒𝑓 từ thí nghiệm dỡ tải trong thí

nghiệm nén ba trục, 𝐸𝑜𝑒𝑑𝑟𝑒𝑓 từ thí nghiệm oedometer) ứng với 𝜌𝑟𝑒𝑓: số mũ m trong trong

quy luật độ cứng phụ thuộc vào ứng suất, hệ số poisson (𝜈𝑢𝑟) ứng với trường hợp dỡ

tải và chất tải, các thông số độ bền Mohr-Coulomb, góc giãn nở ψ, giá trị hệ số nén

ngang K0 trong thí nghiệm nén một nghiệm nén một trục (𝐾𝑂𝑁𝐶) và tỷ số phá hoại Rf

xác định biến dạng lúc phá hoại

- Mô hình Soft Soil

Mô hình Soft Soil được sử dụng để nhẳm mô phỏng các loại đất yếu, có hệ số

nén lớn Trong thực tế, các loại đất này thường là đất sét, đất bùn ở trạng thái cố kết

thường bảo hoà nước