Nghiên cứu phương pháp tính toán móng bè cọc có kể đến tương tác của móng và đất nền (tt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI ĐẶNG TRỌNG THĂNG NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN MÓNG BÈ-CỌC CÓ KỂ ĐẾN TƯƠNG TÁC CỦA MÓNG VÀ ĐẤT NỀN LUẬN VĂN THẠC S

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

ĐẶNG TRỌNG THĂNG

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN MÓNG BÈ-CỌC CÓ KỂ ĐẾN TƯƠNG

TÁC CỦA MÓNG VÀ ĐẤT NỀN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH

DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

Hà Nội 2015

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

ĐẶNG TRỌNG THĂNG KHÓA: 2013-2015

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN MÓNG BÈ-CỌC CÓ KỂ ĐẾN TƯƠNG

TÁC CỦA MÓNG VÀ ĐẤT NỀN

Chuyên ngành : Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp

Mã số : 60.58.02.08

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH

DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS VƯƠNG VĂN THÀNH

Hà Nội - 2015

LỜI CẢM ƠN

Với lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất, tôi xin trân trọng cảm ơn thầy giáo NGƯT.PGS.TS Vương Văn Thành, người thầy đã trực tiếp chỉ bảo, hướng dẫn khoa học và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu, hoàn thành luận văn này

Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban giám hiệu Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội, Khoa sau đại học của nhà trường cùng các thầy cô giáo, những người đã trang bị kiến thức cho tôi trong suốt quá trình học tập

Xin chân thành cảm ơn tất cả các bạn bè, đồng nghiệp đã động viên, giúp

đỡ nhiệt tình và đóng góp nhiều ý kiến quý báu để tôi hoàn thành luận văn này

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sĩ là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của tôi Các số liệu khoa học, kết quả nghiên cứu của Luận văn là trung thực và có nguồn gốc rõ ràng

MỤC LỤC

Lời cảm ơn

Lời cam đoan

Mục lục

Danh mục các bảng

Danh mục các hình vẽ

MỞ ĐẦU

 Tính cấp thiết của đề tài 1

 Mục đích nghiên cứu của luận văn 1

 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

 Phương pháp nghiên cứu 2

 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2

 Cấu trúc của luận văn 2

NỘI DUNG CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ MÓNG BÈ-CỌC VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN 3

1.1 Cấu tạo và phạm vi áp dụng của móng bè-cọc 4

1.1.1 Cấu tạo của móng bè-cọc 4

1.1.2 Ưu và nhược điểm của móng bè-cọc 4

1.1.3 Phạm vi áp dụng của móng bè-cọc 5

1.2 Cơ chế làm việc của móng bè-cọc 6

1.3 Các quan điểm thiết kế hiện nay 7

1.4 Tổng quan về tương tác của móng bè-cọc và đất nền 10

1.4.1 Sự làm việc đồng thời của móng bè-cọc và đất nền 10

1.4.2 Các loại tương tác trong hệ móng bè-cọc 11

1.4.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến tương tác 16

1.5 Một số mô hình sử dụng trong tính toán móng bè-cọc 18

1.5.1 Các mô hình cơ bản 19

1.5.2 Lựa chọn mô hình đất trong tính toán Địa kỹ thuật 31

1.5.3 Nhận xét mô hình tính toán nền móng 32

1.6 Tổng quan về các phương pháp tính toán móng bè-cọc 32

1.6.1 Các phương pháp không kể đến tương tác của móng bè-cọc và đất nền 32

1.6.2 Các phương kể đến tương tác của móng bè-cọc và đất nền 34

1.7 Nhận xét về sự làm việc của móng bè-cọc và phương pháp tính 46

CHƯƠNG II PHƯƠNG PHÁP NPRD ÁP DỤNG ĐỂ TÍNH TOÁN MÓNG BÈ-CỌC CÓ KỂ ĐẾN TƯƠNG TÁC CỦA MÓNG VÀ ĐẤT NỀN 48

2.1 Mô hình hoá số học 48

2.2 Tương tác cọc-cọc 48

2.2.1 Độ lún dọc theo bề mặt cọc Sbsi,j [m] do lực ở chân cọc Qbj [kN] gây ra 48

2.2.2 Độ lún ở chân cọc thứ i Sbi, j [m] do lực ở chân cọc Qbj [kN] gây ra 50

2.2.3 Độ lún ở cọc thứ i Sbi, j [m] do lực ở chân cọc thứ j Qbj [kN] gây ra 51

2.2.4 Độ lún ở cọc thứ i Sbi [m] do lực ở chân tất cả các cọc gây ra 51

2.2.5 Độ lún dọc theo thân cọc Ssi, j [m] do lực ma sát bên Qsj [kN] gây ra 52

2.2.6 Độ lún Ssi, j [m] ở chân cọc i do lực ma sát bên Qsj [kN] gây ra 54

2.2.7 Độ lún Ssi, j [m] ở cọc i do lực ma sát bên Qsj [kN] gây ra 55

2.2.8 Độ lún Ssi [m] ở cọc i do tất cả các lực ma sát bên gây ra 55

2.2.9 Độ lún bản thân của cọc i Svi [m] 55

2.3 Tương tác cọc-bè 57

2.4 Tương tác bè-cọc 59

2.5 Tương tác bè-đất 61

2.6 Thành lập các phương trình của đất 63

2.6.1 Nền gồm nhiều lớp đất 64

2.6.2 Hiệu ứng gia tải lại 65

2.7 Phương pháp tính lặp 66

2.8 Nhận xét về việc áp dụng phương pháp NPRD 69

2.9 Phần mềm ELPLA 9.2 69

2.9.1 Giới thiệu phần mềm ELPLA 9.2 69

2.9.2 Các số liệu địa chất cần cho bài toán phân tích móng bè-cọc 70

2.9.3 Nhận xét 70

2.10 Lựa chọn phương pháp tính toán 70

CHƯƠNG III ÁP DỤNG TÍNH TOÁN MỘT CÔNG TRÌNH CỤ THỂ 73

3.1 Giới thiệu công trình 73

3.1.1 Đặc điểm công trình 73

3.1.2 Điều kiện địa chất công trình, địa chất thuỷ văn 74

3.1.3 Giải pháp kết cấu phần thân 77

3.1.4 Giải pháp móng sơ bộ 78

3.2 Xác định tải trọng tính toán móng 78

3.3 Lựa chọn quan điểm thiết kế 80

3.4 Xét sự ảnh hưởng của tương tác giữa móng và đất nền 82

3.4.1 Tính toán kiểm tra móng khi xét đến sự tương tác 82

3.4.2 Tính toán kiểm tra móng khi không xét đến sự tương tác 85

3.4.3 Nhận xét kết quả nội lực của hai phương án 88

3.5 Xét sự ảnh hưởng của việc thay đổi độ cứng bè 89

3.5.1 Tính toán kiểm tra móng khi cọc không thay đổi bè dày 0,8m 89

3.5.2 Tính toán kiểm tra móng khi cọc không thay đổi bè dày 1,2m 92

3.5.3 Nhận xét kết quả nội lực của hai phương án 94

3.6 Xét sự ảnh hưởng của việc thay đổi cách bố trí cọc trong đài 95

3.6.1 Tính toán kiểm tra móng khi thay đổi cách bố trí cọc 95

3.6.2 Nhận xét kết quả nội lực của hai phương án 98

3.7 Xét sự ảnh hưởng của việc thay đổi chiều dài cọc 99

3.7.1 Tính toán kiểm tra móng cho trường hợp cọc dài 15m 99

3.7.2 Tính toán kiểm tra móng cho trường hợp cọc dài 21m 101

3.7.3 Nhận xét kết quả nội lực của ba phương án 104

3.8 Nhận xét kết quả tính toán công trình cụ thể 105

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 106 TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Đường cong tải trọng-độ lún của móng bè trên nền thiên

nhiên và móng bè-cọc ứng với hai quan điểm thiết kế đầu tiên

Hình 1.2 Các loại tương tác trong hệ móng bè-cọc

Hình 1.8 Biến đổi E, c theo chiều sâu

Hình 1.9 Mặt chảy do Von-Mises đề xuất (f=0)

Hình 1.10 Mặt chảy do Tresca đề xuất (f=0)

Hình 1.11 Mặt chảy do Drucker-Prager đề xuất

Hình 1.12 Mặt chảy do Mohr-Coulomb đề xuất

Hình 1.13 Mặt biên trạng thái

Hình 1.14 Mặt biên trạng thái trong mô hình Cam-Clay

Hình 1.15 Mặt chảy trong mô hình Modified Cam Clay

Hình 1.16 Mặt biên trạng thái trong mô hình Schofield

Hình 1.17 Sơ đồ 3 chiều của mặt biên trạng thái

Hình 1.18 Mô hình đài cọc trong phương pháp mô men quán tính

Hình 1.19

Khối móng hình thành bởi các cọc và phần bè nằm trong chu vi các cọc

Hình 1.20 Đơn giản hoá móng bè-cọc

Hình 1.21 Đường cong tải trọng-độ lún đơn giản hoá

Hình 1.22 Quan điểm thiết kế của Burland

Hình 1.23 Phân tích dải trên cọc bằng phần mềm GASP

Hình 2.1

Độ lún Sbs k, j tại phần tử thân cọc thứ k do lực tập trung Qb j

ở chân cọc thứ j gây ra Hình 2.2

Độ lún Sssk, j ở phần tử cọc thứ k do lực ma sát bên Qsj =Tj

lj ở mặt bên cọc thứ j gây ra Hình 2.3

Đường cong tải trọng-độ lún bản thân của cọc đơn theo DIN 4014

Hình 2.8 Các bước trong quá trình lặp của phương pháp NPRD Hình 3.1 Mặt bằng định vị cột tầng 1

Hình 3.2 Địa tầng khu vực công trình xây dựng

Hình 3.3 Mô hình 3D của kết cấu bên trên trong SAP2000

Hình 3.4 Mặt bằng nội lực chân cột

Hình 3.5 Tải trọng đứng và mô men tác dụng lên móng Hình 3.6 Độ lún của móng bè trên nền thiên nhiên Hình 3.7 Mặt bằng bố trí cọc trong bè

Hình 3.14 Độ lún của bè

Hình 3.15 Phản lực đầu cọc

Hình 3.16 Trị số max/min của mô men M x trong bè Hình 3.17 Trị số max/min của mô men M y trong bè Hình 3.18 Độ lún của bè

Hình 3.19 Phản lực đầu cọc

Hình 3.20 Trị số max/min của mô men M x trong bè Hình 3.21 Trị số max/min của mô men M y trong bè Hình 3.22 Độ lún của bè

Hình 3.23 Phản lực đầu cọc

Hình 3.24 Trị số max/min của mô men M x trong bè Hình 3.25 Trị số max/min của mô men M y trong bè

Hình 3.32 Phản lực đầu cọc

Hình 3.33 Trị số max/min của mô men M x trong bè Hình 3.34 Trị số max/min của mô men M y trong bè Hình 3.35 Độ lún của bè

Hình 3.36 Phản lực đầu cọc

Hình 3.37 Trị số max/min của mô men M x trong bè Hình 3.38 Trị số max/min của mô men M y trong bè

Bảng 3.3a Kết quả phản lực đầu cọc và độ lún của móng khi kể đến sự

tương tác giữa móng-nền đất và không kể đến tương tác

Bảng 3.3b Kết quả nội lực trong đài móng khi kể đến sự tương tác giữa

móng-nền đất và không kể đến tương tác

Bảng 3.4a Kết quả phản lực đầu cọc và độ lún của móng khi thay đổi

độ cứng của bè cọc Bảng 3.4b Kết quả nội lực trong đài móng khi thay đổi độ cứng của bè cọc

Bảng 3.5a Kết quả phản lực đầu cọc và độ lún của móng khi thay đổi

cách bố trí cọc trong bè Bảng 3.5b Kết quả nội lực trong đài móng khi thay đổi cách bố trí cọc

Bảng 3.6a Kết quả phản lực đầu cọc và độ lún của móng khi thay

đổi chiều dài cọc Bảng 3.6b Kết quả nội lực trong đài móng khi thay đổi chiều dài cọc

1

1

 Tính cấp thiết của đề tài

Phân tích sự làm việc của hệ móng-nền, trước đây thường vẫn dùng các phương pháp gần đúng cổ điển, sử dụng nhiều giả thiết thiên về an toàn như coi đài cứng tuyệt đối, quan niệm nền còn làm việc trong giai đoạn biến dạng tuyến tính, và đặc biệt là bỏ qua các tương tác của móng và đất nền

Với sự xuất hiện của máy tính điện tử với tốc độ tính toán ngày càng nhanh, nhiều phương pháp số dựa trên sức mạnh của máy tính đã ra đời như phương pháp phần tử hữu hạn, phương pháp phần tử biên, phương pháp sai phân hữu hạn… Các phần mềm tính toán viết trên cơ sở các phương pháp tính này kể đến được các tương tác của móng và đất nền, do đó mô tả sự làm việc của hệ móng bè cọc và đất nền gần thực tế hơn, cho kết quả tin cậy hơn Do giảm được việc phải sử dụng các giả thiết thiên về an toàn nên thiết kế nền móng theo các phương pháp số còn đem lại nhiều lợi ích về mặt kinh tế

Cùng một bài toán có thể giải quyết bằng các phần mềm khác nhau với

độ chính xác khác nhau, do đó đòi hỏi phải biết được những điểm mạnh và hạn chế của các chương trình Để lựa chọn được số liệu đầu vào, lựa chọn mô hình nền, móng thì phải hiểu biết rõ cơ sở lý thuyết của chương trình

Nhu cầu đặt ra việc cần tìm hiểu sự làm việc đồng thời của móng bè-cọc

và đất nền, cũng chính là làm sáng tỏ vấn đề tương tác của móng bè-cọc và đất nền Từ đó có cơ sở để lựa chọn chương trình tính, lựa chọn số liệu đầu vào và mô hình tính toán, nhằm đảm bảo có kết quả với độ chính xác yêu cầu

 Mục đích nghiên cứu của luận văn

Nghiên cứu về tương tác của móng bè cọc và đất nền

Nghiên cứu các phương pháp tính toán tính toán móng bè-cọc

Lựa chọn và kiến nghị việc áp dụng các phương pháp tính toán

 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng của nghiên cứu là móng bè-cọc

2

2

Phạm vi nghiên cứu là móng bè-cọc có xét đên tương tác giữa móng và nền

 Phương pháp nghiên cứu

Tìm hiểu tài liệu

Phân tích, so sánh các phương pháp, các phần mềm tính toán

Sử dụng phần mềm để tính toán các ví dụ cụ thể, từ đó đánh giá được các yếu tố ảnh hưởng đến tương tác của móng bè-cọc và đất nền

 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Từ kết quả nghiên cứu của đề tài góp phần làm cơ sở thực tiễn và lý luận

để phát triển phương pháp tính toán móng bè-cọc có kể đến tương tác giữa móng và đất nền

 Cấu trúc của luận văn

Luận văn có phần mở đầu, nội dung gồm ba chương, kết luận và kiến nghị, tài liệu tham khảo Ba chương của luận văn được viết theo trình tự sau: Chương 1 Tổng quan về móng bè-cọc và các phương pháp tính toán Chương 2 Phương pháp NPRD áp dụng để tính toán móng bè-cọc có kể đến tương tác móng với đất nền

Chương 3 Áp dụng tính toán một công trình cụ thể

THÔNG BÁO

Để xem được phần chính văn của tài liệu này, vui

lòng liên hệ với Trung Tâm Thông tin Thư viện

– Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội

Địa chỉ: T.13 – Nhà H – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội Đ/c: Km 10 – Nguyễn Trãi – Thanh Xuân Hà Nội

TRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN

106

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Móng bè-cọc là giải pháp hiệu quả, có khả năng chịu tải lớn, điều chỉnh được lún không đều, có khả năng tận dụng tối đa khả năng làm việc của bè, của các cọc do đặc điểm linh hoạt trong bố trí cọc, thay đổi chiều dày bè Đây

là giải pháp móng cho các công trình có tải trọng lớn và các công trình có điều kiện địa chất mà các lớp đất yếu phí trên có chiều dày lớn, có thể áp dụng hiệu quả ở nhiều thành phố lớn nước ta như Thành phố Hồ Chí Minh,

Hà Nội, Hải Phòng

Móng bè-cọc là hệ móng-đất nền làm việc rất phức tạp, các thành phần chịu lực chính trong hệ làm việc đồng thời và có tương tác qua lại lẫn nhau

Sự thay đổi về độ cứng của bất cứ thành phần nào cũng sẽ dẫn đến thay đổi trạng thái ứng suất, biến dạng của cả hệ

Chỉ nên sử dụng các phương pháp cổ điển để tính toán móng bè-cọc trong giai đoạn thiết kế sơ bộ Các phương pháp này dùng nhiều giả thiết đơn giản hóa, bỏ qua các tương tác, do đó mô tả không đúng sự làm việc thật của

hệ móng, nhiều trường hợp cho kết quả thiên về không an toàn

Các phương pháp tính toán móng bè-cọc có kể đến tương tác giữa móng và đất nền gồm các phương pháp đơn giản, các phương pháp chính xác hơn, các phương pháp chính xác hơn sử dụng máy tính và các phương pháp kết hợp Trong

đó, các phương pháp đơn giản, các phương pháp gần đúng sử dụng máy tính có nhiều hạn chế, độ tin cậy không cao, chỉ nên sử dụng trong các giai đoạn thiết kế ban đầu Để thiết kế chi tiết móng bè-cọc có thể sử dụng các phương pháp chính xác hơn sử dụng máy tính và các phương pháp kết hợp Các phương pháp này ít phải dùng các giả thiết đơn giản hoá, cho kết quả phân tích móng bè-cọc khá sát với các kết quả đo đạc ở hiện trường, là các phương pháp (phần mềm) đã được công nhận trên thế giới Tuy nhiên, phương pháp (phần mềm) tính toán đúng đắn đến đâu thì mức độ chính xác của lời giải cũng không thể tránh khỏi chịu ảnh hưởng của yếu tố con ngời Việc xác định số liệu đầu vào, lựa chọn mô hình tính, phân tích kết quả vẫn phụ thuộc vào kinh nghiệm của ngời thiết kế

- Xét trên phương diện kinh tế, nên chọn bè có chiều dày nhỏ nhất có thể Vì tăng chiều dày bè tăng lên làm tăng tải trọng lớn nhất truyền lên cọc, làm tăng nội lực trong bè, làm tăng độ lún của bè, sự tham gia chịu tải của nền đất dưới đáy bè giảm xuống

- Bằng cách thay đổi độ cứng, có thể giảm được độ vồng lên võng xuống tổng thể của bè, cho sự phân phối đều hơn tải trọng lên các cọc Tuỳ thuộc vào điều kiện cụ thể có thể thay đổi chiều dày bè, bố trí lại cọc hoặc kết hợp

cả hai biện pháp Cách bố trí cọc trong đài nên theo nguyên tắc trọng tâm nhóm cọc trùng hoặc gần với trọng tâm tải trọng công trình

- Đối với móng bè trên nền cọc ma sát như công trình đang xét thì việc thay đổi chiều dài cọc không làm thay đổi nhiều nội lực bè cũng như phản lực đầu cọc Cần căn cứ vào điều kiện địa chất cụ thể để lựa chọn chiều dài thích hợp

Trong quá trình thực hiện luận văn, tác giả đã nỗ lực nghiên cứu, cố gắng tìm hiểu các tài liệu có liên quan để hoàn thành tốt nhiệm vụ của đề tài Nội dung của Luận văn đã đạt được một số kết quả nhất định trong việc tính toán móng bè-cọc có kể đến tương tác giữa móng và đất nền Do thời gian hạn chế, luận văn mới chỉ đề cập, chưa giải quyết hoàn chỉnh một số vấn đề liên quan đến bài toán, gồm có:

- Chưa tổng hợp và so sánh được các kết quả tính toán bằng phần mềm với các kết quả đo đạc, quan trắc thực tế