Nghiên cứu ảnh hưởng của một số chỉ tiêu cơ lý đất đến sức chịu tải của cọc (tt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI --- HOÀNG ANH TUẤN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ CHỈ TIÊU CƠ LÝ ĐẤT NỀN ĐẾN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC LUẬN VĂN THẠC S

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

-

HOÀNG ANH TUẤN

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ CHỈ TIÊU

CƠ LÝ ĐẤT NỀN ĐẾN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH

DÂN DỤNG & CÔNG NGHIỆP

Hà Nội - 2018

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

-

HOÀNG ANH TUẤN KHÓA: 2016 – 2018

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ CHỈ TIÊU

CƠ LÝ ĐẤT NỀN ĐẾN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH

DÂN DỤNG & CÔNG NGHIỆP

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TS NGUYỄN ĐỨC NGUÔN

XÁC NHẬN CỦA CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN

LỜI CÁM ƠN

Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu Trường Đại học Kiến trúc

Hà Nội, các thầy cô trong Khoa sau đại học cùng với các thầy giáo, cô giáo các Khoa, bộ môn đã giảng dạy và tạo mọi điều kiện để em hoàn thành khóa học 2016 - 2018

Đặc biệt em cảm ơn thầy PGS.TS Nguyễn Đức Nguôn người trực tiếp hướng dẫn khoa học luận văn đã tạo mọi điều kiện, dành nhiều thời gian, nhiệt tình giúp đỡ cũng như đầu tư tài liệu để em hoàn thành luận văn tốt nghiệp

Cảm ơn các thầy giáo, cô giáo trong Bộ môn Địa kỹ thuật Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội, các thầy cô trong tiểu ban bảo vệ đề cương, các thầy cô trong tiểu ban kiểm tra tiến độ luận văn, đã có những ý kiến góp ý quý báu cho nội dung luận văn

Vì thời gian thực hiện luận văn có hạn nên không tránh khỏi những hạn chế, thiếu sót Nhưng em xin hứa sẽ đầu tư nghiên cứu thêm những vấn đề còn hạn chế, thiếu sót đó để hoàn thiện thêm kiến thức của em trong quá trình làm việc sau này

Hà Nội, ngày , tháng năm 2018

Học viên

Hoàng Anh Tuấn

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sỹ này 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

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Hoàng Anh Tuấn

MỤC LỤC

LỜI CÁM ƠN iii

LỜI CAM ĐOAN iv

MỤC LỤC v

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT 1

DANH MỤC CÁC BẢNG 3

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 3

PHẦN MỞ ĐẦU 1

 Lý do chọn đề tài 1

 Mục đích nghiên cứu của đề tài 2

 Phạm vi nghiên cứu 3

 Phương pháp nghiên cứu 3

 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3

 Cấu trúc luận văn của đề tài 4

NỘI DUNG 5

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN 5

1.1 Móng cọc 5

1.2 Tính toán sức chịu tải của cọc đơn chịu lực dọc trục 7

1.2.1 Tổng quát về sức chịu tải của cọc 7

1.2.2 Sức chịu tải của cọc theo cường độ vật liệu làm cọc 9

1.2.3 Sức chịu tải của cọc theo đất nền 10

CHƯƠNG 2: ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ ẨM, ĐỘ CHẶT ĐẾN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO ĐẤT NỀN 29

2.1 Bản chất hệ phân tán của đất 29

2.1.1 Tính chất keo của đất 29

2.1.2 Tính Chất phân tán 31

2.1.3 Đặc tính biến dạng của đất 33

2.2 Các chỉ tiêu đặc trưng tính cơ lý của đất 35

2.2.1 Các chỉ tiêu cơ lý 35

2.2.2 Các chỉ tiêu cơ học 38

2.2.3 Mối quan hệ giữa các chỉ tiêu cơ lý 41

2.3 Mối quan hệ giữa độ ẩm với sức chịu tải của cọc 43

2.4 Mối quan hệ giữa độ chặt với sức chịu tải của cọc 49

2.5 Quan hệ của các chỉ tiêu cơ lý với sức chịu tải của cọc 52

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN SCT CỦA CỌC THEO ĐẤT NỀN XÉT ĐẾN SỰ

THAY ĐỔI CỦA CHỈ TIÊU CƠ LÝ CHO CÔNG TRÌNH 55

KHU VỰC TP HỒ CHÍ MINH 55

3.1 Biểu thức tính toán sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ lý 55

3.1.1 Vùng nén ép của đất nền do thể tích cọc gây ra 55

3.1.2 Sức kháng đầu mũi cọc 59

3.1.3 Sức chịu tải ma sát thành bên cọc 61

3.2 Giới thiệu công trình 64

3.3 Số liệu địa chất 65

3.4 Tính toán sức chịu tải của cọc 71

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 93

TÀI LIỆU THAM KHẢO 95

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

STT Chữ viết

đất dính

23 V h Thể tích hạt

DANH MỤC CÁC BẢNG

Số thứ tự

Bảng1.1 Cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc đóng hoặc ép q b

Bảng1.2 Cường độ sức kháng trên thân cọc đóng hoặc ép f i

Bảng1.3

Các hệ số điều kiện làm việc của đất cq và cf cho cọc

đóng hoặc ép

Bảng1.4 Hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất cf

Bảng1.5 Các hệ số chuyển đổi 1 , 2 và i

Bảng1.6

Cường độ sức kháng q b và f i của đất đối với cọc khoan nhồi theo q c

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Móng cọc

Hình 2.1 Cấu tạo của hạt keo

Hình 2.2 Biểu đồ quan hệ giữa hệ số rỗng và cấp áp lực nén

Hình 2.3 Đường cong nén dạng e=f(lg(P))

Hình 2.4

Giá trị P m trong quan hệ giữa hệ số rỗng và cấp áp lực nén

Hình 3.1

Sự biến đổi đổi vùng chịu nén theo chiều sâu trong nền đồng nhất

Hình 3.2 Vùng chịu nén dưới mũi cọc được mở rộng

1

PHẦN MỞ ĐẦU

 Lý do chọn đề tài

Hiện nay nước ta với sự phát triển và đô thị hóa nhanh chóng, dân số tăng lên trong khi diện tích xây dựng ngày càng bị thu hẹp kéo theo nhu cầu xây dựng các nhà cao tầng với quy mô lớn tăng lên đáng kể Do đó, yêu cầu

kỹ thuật cần đặt ra là đảm bảo an toàn, thẩm mỹ và bền vững cho các công trình

Trong những năm gần đây với sự phát kiển của đất nước, các công trình cao tầng được xây dựng ngày càng nhiều, những công trình cao tầng có tải trọng lớn nên thường sử dụng móng cọc để truyền tải trọng xuống lớp đất tốt phía dưới, làm giảm biến dạng và lún đồng đều, làm tăng ổn định của công trình, có khả năng chịu tải trọng ngang lớn Mặt khác nhu cầu xây dựng thường tập trung ở các đô thị lớn như Hà Nội, TP Hồ Chí Minh, Hải Phòng

Đà Nẵng ., các đô thị này có điều kiện địa chất vô cùng phức tạp vì vậy móng cọc với nhiều phương pháp thi công đa dạng như: cọc đóng, cọc ép, cọc khoan nhồi có thể sử dụng làm móng cho các công trình có điều kiện địa chất địa hình phức tạp mà các móng nông không thể đáp ứng được

Trong các phép tính nền móng cọc cần kể đến tác dụng đồng thời của các thành phần lực và các ảnh hưởng bất lợi của môi trường bên ngoài như ảnh hưởng của nước dưới đất, các chỉ tiêu cơ lý của đất

nền Về phương diện sức chịu tải của cọc theo đất nền, cọc được sử dụng để truyền tải trọng từ kết cấu bên trên xuống nền theo hai phương thức là sức kháng biên và sức kháng mũi

2

điểm đó Tuy nhiên, sức chịu tải của cọc phụ thuộc vào nhiều yếu tố trong đó

có độ ẩm, độ chặt của nền đất Trong điều kiện khai thác công trình thì độ ẩm,

độ chặt của đất có thể thay đổi do mưa lũ, trượt lở, thay đổi mực nước ngầm làm ảnh hưởng đến sức chịu tải

Trong luận văn này nghiên cứu sự thay đổi sức chịu tải của cọc khi độ

ẩm, độ chặt của đất thay đổi Đối với thành phố Hồ Chí Minh chia làm 2 mùa

rõ rệt thì sự thay đổi độ ẩm, độ chặt của đất thể hiện rất rõ ràng

Tuy nhiên, hiện nay các nghiên cứu về sức chịu tải của cọc về đất nền còn ít và đây là một vấn đề hết sức cần thiết để nghiên cứu Các tiêu chuẩn TCVN 10304-2014, TCXD 205-1998 còn có những vấn đề chưa được rõ ràng, gây khó khăn cho việc áp dụng cũng như chưa phản ánh hết được ứng

xử của cọc

Chính vì vậy, đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của một số chỉ tiêu cơ lý

đất nền đến sức chịu tải của cọc” là thực sự cần thiết, có ý nghĩa khoa học và

thực tiễn

 Mục đích nghiên cứu của đề tài

Với phạm vi nghiên cứu ảnh hưởng của một số chỉ tiêu cơ lý đất nền đến sức chịu tải của cọc, đề tài của luận văn được thực hiện với mục tiêu đạt được như sau:

- Xác định sức chịu tải của cọc theo đất nền khi một số chỉ tiêu cơ lý đất nền thay đổi

- Nâng cao hiệu quả sử dụng của móng cọc

- Xây dựng biểu thức tính toán SCT của cọc thông qua khái niệm về vùng ảnh hưởng

- Làm rõ được mối quan hệ sự hình thành SCT của cọc với sự biến đổi trạng thái ứng suất của nền dưới tác dụng của cọc khi xâm nhập vào nền

3

 Phạm vi nghiên cứu

Do giới hạn về thời gian của chương trình đào tạo, đề tài được thực hiện nghiên cứu giới hạn trong phạm vi với một số nội dung chính như sau:

- Các loại móng cọc

- Nghiên cứu thay đổi tính chất của đất nền theo độ ẩm, độ chặt

- Tính toán sức chịu tải của cọc theo đất nền xét đến sự thay đổi độ ẩm,

độ chặt của đất nền

- Nghiên cứu các phương pháp tính toán sức chịu tải của cọc theo đất nền đặc biệt là phương pháp tính toán theo chỉ tiêu cơ lý đất nền

- Nghiên cứu sự thay đổi độ ẩm, độ chặt của đất nền ảnh hưởng đến sức chịu tải của cọc

- Nghiên cứu đối với cọc đơn khi đóng (ép) xuống nền đất ảnh hưởng

đến SCT của cọc

 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

- Phân tích và tính toán lý thuyết kết hợp với các bảng biểu

- Thu thập các tài liệu địa chất và một số kết quả thí nghiệm xác định chỉ tiêu cơ lý của mẫu đất khi độ ẩm, độ chặt thay đổi

- So sánh và phân tích các kết quả tính toán

- Dựa trên các tiêu chuẩn, quy chuẩn hiện hành

 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

* Ý nghĩa khoa học:

- Đưa ra các so sánh, phân tích số liệu về sức chịu tải của cọc giúp các

kỹ sư có cái nhìn tổng quan hơn về sức chịu tải của cọc

4

* Ý nghĩa thực tiễn:

- Giúp các kỹ sư có cái nhìn đa chiều, chính xác hơn khi tính toán, thiết kế móng cọc

- Là tài liệu tham khảo khi tính toán và thiết kế móng cọc

 Cấu trúc luận văn của đề tài

Đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của một số chỉ tiêu cơ lý đất nền đến

sức chịu tải của cọc” được cấu trúc chia thành các chương chính sau:

Chương mở đầu: Trình bày lý do lựa chọn, sự cần thiết và phạm vi

nghiên cứu của đề tài cũng như ý nghĩa thực tiễn và khoa học của đề tài

Chương 1: Tổng quan về sức chịu tải của cọc và các phương pháp tính

toán

Chương 2: Ảnh hưởng của độ ẩm, độ chặt đến sức chịu tải của cọc

theo đất nền

Chương 3: Tính toán SCT của cọc theo đất nền xét đến sự thay đổi của

chỉ tiêu cơ lý cho công trình khu vực TP Hồ Chí Minh

Kết luận và kiến nghị: Từ kết quả của đề tài, tác giả đề xuất các kết

luận và kiến nghị rút ra được từ nghiên cứu của luận văn này

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

Email: digilib.hau@gmail.com

TRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN

93

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận:

Đề tài này đã nghiên cứu ảnh hưởng của một số chỉ tiêu cơ lý đất nền đến sức chịu tải của cọc, phân tích lý thuyết trạng thái ứng suất, xây dựng sức chịu tải của cọc bằng thí nghiệm trong phòng, thực hiện tính toán cho một công trình cụ thể đã thu được một số vấn đề sau:

- Tác giả đã lập được các bảng tính excel qua đó đơn giản hoá việc tính toán ảnh hưởng của chỉ tiêu cơ lý đến sức chịu tải của cọc

- Xây dựng được các biểu thức tính toán SCT cọc theo chỉ tiêu cơ lý đất nền

- Làm rõ được mối quan hệ sự hình thành SCT của cọc với sự biến đổi trạng thái ứng suất của nền dưới tác dụng của cọc khi xâm nhập vào nền

- Xây dựng biểu thức tính toán SCT của cọc thông qua khái niệm về vùng ảnh hưởng

- Sức chịu tải của cọc được xác định tương ứng với độ ẩm tại thời điểm khảo sát địa chất do đó trong quá trình khai thác công trình độ ẩm có thể thay đổi làm thay đổi sức chịu tải của cọc điều này ảnh hưởng đến ổn định cho công trình

- Khi cọc đóng xuống nền đất thì lỗ rỗng trong đất giảm đi, độ chặt tăng lên làm cho sức chịu tải của cọc tăng

Kiến nghị:

Kết quả này cần được các đơn vị tư vấn thiết kế, quản lý dự án lưu ý khi sử dụng các tiêu chuẩn hiện hành để xác định sức chịu tải của cọc

Biểu thức tính toán sức chịu tải của cọc là một phương pháp với cách tiếp cận khác so với các phương pháp thông thường do đó cung cấp cho đơn

vị thiết kế một căn cứ để lựa chọn SCT cho hợp lý, Tuy nhiên phương pháp

94

này mới xây dựng trên lý thuyết cần có những bổ xung bằng thực nghiệm để

so sánh

Cần có những nghiên cứu cụ thể sự thay đổi của độ ẩm, độ chặt khi công trình đưa vào sử dụng, cũng như khi đóng hoặc ép cọc xuống nền

Trong tính toán, chỉ số sệt của đất cần được lấy theo giá trị dự báo ở giai đoạn sử dụng công trình

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng Việt

1 E,D Sukina (1985), “Cơ lý hoá hệ phân tán tự nhiên”, Nhà xuất bản

Matxcova

2 Tô Văn Lận (2016), “Nền và móng dùng cho sinh viên ngành xây dựng và

công nghiệp”, NXB Xây Dựng, Hà Nội

3 N,A X ưwtôvich (bản dịch tiếng nga) (1987), “Cơ học đất”, Nhà xuất bản

Nông nghiệp Hà Nội

4 R,Whitlow, (Bản dịch tiếng Anh) (1995) , “Cơ học đất”, Nhà xuất bản

Giáo dục

5 Shamsher Prakash- Hary D, Sharma, (Bản dịch tiếng Anh) (1999), “Móng

cọc trong thực tế xây dựng” , Nhà xuất bản Xây dựng

6 TCXD 205:1998, “Móng Cọc - Tiêu chuẩn thiết kế”, Tiêu chuẩn xây dựng

7 TCVN 9393:2012, “Cọc - Phương pháp thí nghiệm bằng tải trọng tĩnh ép

dọc trục”, Tiêu chuẩn quốc gia

8 TCVN 10304:2014, “Móng Cọc - Tiêu chuẩn thiết kế”, Tiêu chuẩn quốc

gia

9 Vương Văn Thành, Nguyễn Đức Nguôn, Phạm Ngọc Thắng (2012), “Tính

toán thực hành nền móng công trình dân dụng và công nghiệp”, NXB Xây

Dựng, Hà Nội

Tiếng Anh

Load-Bearing Capacity of Piles” Volume 13 Issue 1, March 1963,pp, 76-86

Kiadó Budapest