Phân tích ảnh hưởng của khối đất đến ứng suất và biến dạng móng cọc khoan nhồi của mố cầu

I.NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG1.Nghiên cứu tổng quan về sự cố ở vùng chuyển tiếp cầu đường (sự cố của nền đắp và sự cố của kết cấu mố).2.Nghiên cứu tổng quan về lý thuyết tính toán ổn định biến dạng của hệ mố đất đắp xung quanh mố.3.Nghiên cứu ứng dụng phần mềm ANSYS để phân tích ổn định biến dạng của hệ mố đất đắp xung quanh mố (Xây dựng mô hình phần tử hữu hạn, áp dụng mô hình đất MohrCoulomb và phàn tử tiếp xúc để phân tích, nhận xét kết luận).

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN DUY LUÂN

PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA KHỐI ĐẤT ĐẾN ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG MÓNG CỌC KHOAN NHỒI

-i- CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS Lê Bá Khánh

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 14 tháng 01 năm 2017

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Bộ môn quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sữa chữa (nếu có)

-2-

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: NGUYỄN DUY LUÂN MSHV: 7140675

Ngày, tháng, năm sinh: 29/09/1992 Nơi sinh: Cà Mau

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng Công trình giao thông MN: 60 58 02 05

I TÊN ĐỀ TÀI

PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA KHỐI ĐẤT ĐẾN ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG MÓNG CỌC KHOAN NHỒI CỦA MỐ CẦU

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG

1 Nghiên cứu tổng quan về sự cố ở vùng chuyển tiếp cầu - đường (sự cố của nền đắp và

sự cố của kết cấu mố)

2 Nghiên cứu tổng quan về lý thuyết tính toán ổn định - biến dạng của hệ mố - đất đắp xung quanh mố

3 Nghiên cứu & ứng dụng phần mềm ANSYS để phân tích ổn định - biến dạng của hệ

mố - đất đắp xung quanh mố (Xây dựng mô hình phần tử hữu hạn, áp dụng mô hình đất Mohr-Coulomb và phàn tử tiếp xúc để phân tích, nhận xét - kết luận)

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : Ngày 11 tháng 01 năm 2016

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : Ngày 04 tháng 12 năm 2016

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN

CẦU ĐƯỜNG

TS LÊ BÁ KHÁNH TS LÊ BÁ KHÁNH

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TRƯỞNG KHOA

KỸ THUẬT XÂY DỤNG

PGS TS NGUYỄN MINH TÂM

-iii-

LỜI CẢM ƠN

Qua một thời gian dài học tập và nghiên cứu, em cảm thấy mình trưởng thành hơn

về những kiến thức đã được học Đặc biệt là trong lĩnh vực mô hình mô phỏng sử dụng phần mềm phân tích kết cấu ANSYS Mechanical APDL Để có được những kiến thức mới

và sâu rộng hơn chính là nhờ các Thầy Cô của khoa Kĩ thuật xây dựng nói chung và bộ môn cầu đường trường đại học Bách Khoa nói riêng Đó là những kiến thức không thể thiếu để giúp em hoàn thành tốt luận văn này

Với lòng tri ân sâu sắc nhất, em xin chân thành cám ơn tất cả các Thầy cô đã giành tâm huyết của mình qua các bài giảng, tiểu luận môn học và truyền cho em những kinh nghiệm vô cùng quý giá để không chỉ thực hiện luận văn mà còn là thực tế đi làm sau khi

ra trường

Và một điều rất quan trọng, luận văn có được như ngày hôm nay là nhờ vào sự hướng dẫn tận tình, không chỉ về kiến thức mà còn chỉ bảo từng câu văn, nét chữ của Thầy

TS Lê Bá Khánh Thầy đã đưa ra những hướng đi đúng đắn và giúp em vượt qua những

khó khăn trong luận văn Em biết rằng chỉ với lời cảm ơn thôi thì không thể đáp lại những

gì mà Thầy đã cho em Nhưng với lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất, em xin cảm Thầy vì tất cả mà Thầy đã giúp đỡ em

Xin cảm ơn Ba mẹ, cô Năm và gia đình luôn ủng hộ và động viên con trong những lúc khó khăn nhất

Xin cảm ơn các anh chị, các bạn thân thuộc hỗ trợ tôi trong suốt quá trình làm luận văn

Cuối cùng, xin dành những lời chúc tốt đẹp nhất đến tất cả mọi người

Trân trọng

Nguyễn Duy Luân

-4-

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Xây dựng công trình ở khu vực có địa chất yếu thường gặp rất nhiều khó khăn Xây dựng mố cầu trên nền đất yếu là một trong những khó khăn cần được xem xét, tính toán lã lưỡng Vì vậy, vấn đề nghiên cứu, phân tích ảnh hưởng của khối đất đến ứng suất và biến dạng của móng cọc mố cầu là điều hết sức cần thiết

Mục tiêu của luận văn là khảo sát ảnh hưởng của đất đắp đến ứng suất - biến dạng của cọc khoan nhồi trong móng cọc của mố cầu Luận văn áp dụng phương pháp phần

tử hữu hạn để phân tích trạng thái ứng suất biến dạng của cọc đơn chịu tải ngang Cọc

và đất nền được mô hình hoá bằng phần tử khối 3D ứng xử chảy dẻo của đất tuân theo

mô hình Mohr - Coulomb Cặp phần tử đối tiếp xúc được dùng để mô phỏng tiếp xúc cọc đất

Kết luận chính của luận văn và kiến nghị:

+ ANSYS 17.0 có nhiều bổ sung để mô hình hoá ứng xử của đất được tốt hơn Để đảm bảo sự chính xác của mô hình khảo sát, khi mô hình hoá tương tác cọc - đất nền nên dùng các mô hình ứng xử của đất như Mohr - Coulomb và phần tử tiếp xúc Khi mô hình tương tác cọc - đất sử dụng các mô hình ứng xử của đất có thể giúp cho việc thiết

kế chính xác hơn, tiết kiệm chi phí

+ Hướng nghiên cứu tiếp theo, tác giả kiến nghị mở rộng nghiên cứu mố cầu với các cách bố trí cọc đa dạng hơn (cọc bố trí không đối xứng, cọc xiên, )

-V-

ABSTRACT

Construction in soft soil area have a lot of difficults Construction abutments on soft ground is one of the difficulties that need to be considered and carefully calculated Therefore, analyze the impact of the land mass to stress and deformation of pile foundation of abutment is essential

The aim of thesis is to evaluate influences of simplified ground model for caculate single pile subject to lateral impact load The thesis use finite element method to analysis stress- strain state of single pile subject to lateral load Pile and ground is simulated with 3D solid elements by using ANSYS software Plastic flow behaviour of soil abide by Mohr - Coulomb model rules Contact of pah is used to simulate soil - pile interaction Conclusion and recommendations:

The analytical results show that a certain influence on work of pile suject to lateral load with simpilied ground model

Subsequent research, the author proposes to expand research abutment piles layout with more diverse (asymmetric layout piles, piles skewers, )

-vi-

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn Thạc sĩ này là công trình nghiên cứu của tôi Các số liệu trong luận văn là trung thực và có nguồn gốc rõ ràng Các kết quả luận văn chưa từng được công bố trên bất cứ công trình khoa học nào Tác giả hoàn toàn chịu trách nhiệm về tính xác thực và nguyên bản của luận văn

Trân trọng

Nguyễn Duy Luân

-7-

MỤC LỤC

ABSTRACT V

LỜI CAM ĐOAN vi

MỤC LỤC vii

DANH MỤC CÁC BẢNG xiii

DANH MỤC CÁC HÌNH XV CHƯƠNG 1: TÔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN cứu 1

1.1 Giới thiệu 1

1.2 Tổng quan về sự cố của nền đắp sát mố và của mố 1

1.2.1 Tổng quan về mố cầu và các tác động vào móng mố cầu 1

1.2.1.1 Mố cầu [2] 1

1.2.1.2 Các tác động tuơng tác giữa đất và cọc khi cọc đi qua lớp đất yếu 2 1.2.2 Các hiện tượng sự cố về mố cầu và công trình tương tự ố 1.2.2.1 Sự cố cầu Xáng Củ Chi, Tp Hồ Chí Minh [5] 6

1.2.2.2 Sự cố cầu Trường Phước [5] ố 1.2.2.3 Sự cố đường đầu cầu Thông Lưu, QL 1, Tỉnh Tiền Giang [5] 7

1.2.2.4 Sự cố mố cầu Kinh Ngang, Quận 8, Tp Hồ Chí Minh [6] 7

1.2.2.5 Sự cố mất ổn định chuyển dịch móng cọc mố cầu Kỳ Hà IV [6] ,8

1.2.2.6 Sự cố sập mố cầu Trà Niền, cần Thơ [5] 9

1.2.2.7 Sự cố cầu An Nghĩa trên đường Nhà Bè, cần Giờ [5] 10

1.2.2.8 Sụp mố cầu dây văng Bình Phong Thạnh ở Long An 11

1.2.2.9 Nhận xét về chung về sự cố mố cầu ở khu vực Tp HCM & Đồng bằng sông Cửu Long 11

1.3 Tình hình nghiên cứu trên thế giới 11

1.4 Tình hình nghiên cứu trong nước 14

1.5 Nhận xét của chương 1 16

CHƯƠNG 2: cơ SỞ LÝ THUYẾT 17

-viii-

2.1 Phương pháp tính toán cọc chịu tải trọng ngang [22] 17

2.1.1 Phương pháp Winkler 18

2.1.2 Phương pháp đường cong p-y 19

2.2 Mô hình đàn hồi tuyến tính (Linear Elastic) 21

2.3 Mô hình Mohr - Coulomb (MC) [23] 21

2.3.1 Mặt dẻo [24] 22

2.3.2 Thế năng của đất [24] 25

2.3.3 Các thông số cơ bản của mô hình Mohr - Coulomb 27

2.3.3.1 Mô đun đàn hồi (E) [25] 27

2.3.3.2 Hệ số Poisson (v) 29

2.3.3.3 Lực dính, góc ma sát trong (c, (p) 30

2.3.3.4 Góc giãn nở (y) 33

2.4 Phần tử tiếp xúc 33

2.5 Khái niệm về phân tích phi tuyến (Analysis Type) 34

2.5.1 Khái niệm về phân tích phi tuyến 34

2.5.2 Phương pháp Newton-Raphson 36

2.5.3 Tiêu chuẩn hội tụ và sai số 37

2.6 Nhận xét của chương 2 39

CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH THAM SỐ 40

3.1 Giới thiệu đối tượng nghiên cứu 40

3.2 Phương án phân tích 42

3.3 Mô hình phần tử hữu hạn bằng Ansys MAPDL V17.2 43

3.3.1 Giới thiệu về phần mềm ANSYS 43

3.3.1.1 Giới thiệu 43

3.3.1.2 Trình tự giải phần mềm ANSYS 43

3.3.2 Mô hình hoá bằng ANSYS 44

3.3.2.1 Loại phần tử (Element Types) 44

3.3.2.2 Thuộc tính vật liệu (Material Properties) 45

-ix-

3.3.2.3 Mô hình (Modeling) 48

3.3.2.4 Chia lưới mô hình (Meshing) 49

3.3.2.5 Điều chỉnh đánh số nút phần tử 51

3.3.2.6 Tải trọng (Loads) 52

3.3.2.7 Điều kiện biên (Boundary Conditions) 53

3.3.2.8 Kiểu phân tích (Analysis Type) 54

3.4 Bài toán so sánh, kiểm tra sự vận hành của chương trình ANSYS 55

3.5 Kết quả phân tích 56

3.5.1 Các trường hợp phân tích 56

3.5.2 Kết quả phân tích các trường hợp 58

3.5.2.1 Trường hợp 1PLL (1 cọc tải ngang) 58

3.5.2.2 Trường hợp IP (1 cọc tải đứng) 63

3.5.2.3 Trường hợp 2P 4D (2 Cọc, tải đứng, khoảng cách cọc 4D) 68

3.5.2.4 Trường hợp 2P 3.5D (2 Cọc, tải đứng, khoảng cách cọc 3.5D) 71

3.5.2.5 Trường hợp 2P 3D (2 Cọc, khoảng cách cọc 3D) 74

3.5.2.6 Trường hợp 2P 2.5D (2 Cọc, tải đứng, khoảng cách cọc 2.5D) 77

3.5.2.7 Trường hợp 2P 2D (2 cọc, tải đứng, khoảng cách cọc 2D) 80

3.6 Nhận xét chương 3: 84

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 85

KẾT LUẬN 85

KIẾN NGHỊ 85

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ 86

LÝ LỊCH TRÍCH NGANG 87

TÀI LỆU THAM KHẢO 88

mô đun chúng cfit của đit yêu ở độ sâu giữa lớp đtì t y-u

mô đun chống cắt của vùng đất xung quanh cọc chiêu dày lớp đát y-u

p

LE_Bond Mô hình đ^t Linear - Elastic, đ&t dính chặt với cọc

-xiii-

67

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Chuyển vị của mố cầu 8

Bảng 1.2 Giá trị chuyển vị và mô men lớn nhất tính theo TCXD 205-1998 và tính theo phần mềm FB Pier [19] 15

Bảng 2.1 Các tham số của mô hình Mohr-Coulomb 27

Bảng 2.2 Xác định E từ kết quả thí nghiệm SPT và CPT 28

Bảng 2.3 Hệ số Poisson của đất: 29

Bảng 2.4 Các dạng tiếp xúc được dùng trong ANSYS [26] [27] 34

Bảng 2.5 So sánh phương pháp Incremental (Cộng dồn) và Newton - Raphson 36 Bảng 2.6 So sánh phương pháp Full Newton - Raphson và Newton - Raphson 37

Bảng 3.1 Quy ước cách đặt tên các mô hình khảo sát 42

Bảng 3.2 Quy ước đặt tên các trường hợp phân tích 42

Bảng 3.3 Lập các phương án phân tích 42

Bảng 3.4 Loại phần tử cho mô hình 44

Bảng 3.5 Vật liệu đài cọc và cọc (Bê tông cốt thép - Linear Elastic) 45

Bảng 3.6 Vật liệu thép 45

Bảng 3.7 Thông số các lớp đất 46

Bảng 3.8 Khai báo thuộc tính vật liệu 46

Bảng 3.9 Kích thước các đối tượng 49

Bảng 3.10 Thuộc tính lưới cho mô hình 49

Bảng 3.11 Kích thước đặc trưng của phần tử: 50

Bảng 3.12 Điều kiện biên mô hình 54

Bảng 3.13 Dòng lệnh thiết lập cho trường hợp phân tích tuyến tính 54

Bảng 3.14 Dòng lệnh thiết lập cho trường hợp phân tích phi tuyến 54

Bảng 3.15 Hộp thoại phi tuyến “Non linear” và thiết lập tiêu chuẩn hội tụ, sai số (mặc định) 55

Bảng 3.16 Hộp thoại thiết lập các thông sô nâng cao 55

Bảng 3.17 Bảng các vị trí khảo sát 57

Bảng 3.18 So sảnh chuyển vị cọc, ủng suất cọc, ứng suất đất trường hợp 1P LL, 1P

-xiv-

Bảng 3.19 So sánh chuyển vị ngang đầu cọc, 2P_4D 69 Bảng 3.20 So sánh ứng suất nén lớn nhất của cọc, 2P_4D 69 Bảng 3.21 So sánh tỉ số chêch lệch ứng suất giữa 2 lớp đất, 2P 4D 70 Bảng 3.22 So sánh chuyển vị ngang đầu cọc, 2P 3.5D 72 Bảng 3.23 So sánh ứng suất nén lớn nhất của cọc, 2P 3.5D 72 Bảng 3.24 So sánh tỉ số chêch lệch ứng suất giữa 2 lớp đất, 2P 3.5D 72 Bảng 3.25 So sánh chuyển vị ngang đầu cọc, 2P 3D 75 Bảng 3.26 So sánh ứng suất nén lớn nhất của cọc, 2P 3D 75 Bảng 3.27 So sánh tỉ số chêch lệch ứng suất giữa 2 lớp đất, 2P 3D 75 Bảng 3.28 So sánh chuyển vị ngang đầu cọc, 2P 2.5D 78 Bảng 3.29 So sánh ứng suất nén lớn nhất của cọc, 2P 2.5D 78 Bảng 3.30 So sánh tỉ số chêch lệch ứng suất giữa 2 lớp đất, 2P 2.5D 78 Bảng 3.31 So sánh chuyển vị ngang đầu cọc, 2P_2D 81 Bảng 3.32 So sánh ứng suất nén lớn nhất của cọc, 2P 2D 81 Bảng 3.33 So sánh tỉ số chêch lệch ứng suất giữa 2 lớp đất, 2P 2D 81

-XV-

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Cấu tạo chung của mố cầu 2 Hình 1.2 Các lực tác động vào cọc [3] 2 Hình 1.3 Các tác động lên mố cầu [4] 3 Hình 1.4 Xác định thành phần Ft [4] 4 Hình 1.5 Sự cố đường vào cầu Trường Phước 7 Hình 1.6 Ảnh về sự cố cầu Kênh Ngang số 2 8 Hình 1.7 Phác họa hiện trạng sự cố cầu Kỳ Hà IV 9 Hình 1.8 Sự cố mố cầu Kỳ Hà IV, Quận 2, TP Hồ Chí Minh 9 Hình 1.9 Hiện trường vụ sạt lở đường dẫn vào cầu và sập mố cầu 10 Hình 1.10 Sự cố cầu An Nghĩa 10 Hình 1.11 Áp lực ngang tác dụng lên nhóm cọc (2x1) 12 Hình 1.12 Áp lực ngang tác dụng nhóm cọc (2x2) 13 Hình 1.13 So sánh áp lực ngang tác dụng lên cọc của các nhóm cọc khác nhau: 13 Hình 1.14 Sụp lún đường đầu cầu - cầu Romero [15] 14 Hình 1.15 Kết quả biểu đồ mô men, chuyển vị của cọc [19] 15 Hình 2.1 Mô hình đường cong p-y 20 Hình 2.2 Mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng trong mô hình Mohr - Coulomb21 Hình 2.3 Mặt dẻo trong mô hình Mohr - Coulomb 23 Hình 2.4 Phương trượt trong mặt phang lệch 24 Hình 2.5 Hàm trượt trong không gian ứng suất chính 25 Hình 2.6 Quy luật chảy dẻo 26 Hình 2.7 Xác định mô đun đàn hồi của đất nền E 27 Hình 2.8 Xác định Eo và E50 qua thí nghiệm nén ba trục thoát nước: 28 Hình 2.9 Xác định mô đun cắt 28 Hình 2.10 Xác định hệ số Poisson 29 Hình 2.11 Xác định góc ma sát trong và lực dính đơn vị 30 Hình 2.12 Xác định giá trị c và (p bằng phương pháp hình học 31 Hình 2.13 Xác định c, (p bằng phương pháp hình học 32 Hình 2.14 Xác định giá trị c và (p từ thí nghiệm uu 32

-xvi-

Hình 2.15 Xác định giá trị c và (p từ thí nghiệm CD 32 Hình 2.16 Xác định góc giãn nở 33 Hình 2.17 Khái niệm phân tích tuyến tính (a) và phi tuyến (b) 35 Hình 2.18 Phương pháp luận phân tích số của phân tích phi tuyến 35 Hình 2.19 Sự hội tụ của phương pháp phân tích phi tuyến 36 Hình 2.20 Phương pháp phân tích số của phân tích phi tuyến Full Newton -

Raphson và Modified Newton - Raphson (Chỉ xét 2 phương pháp) 37 Hình 2.21 Quá trình phân tích phi tuyến trong Ansys 38 Hình 2.22 Thiết lập dung sai cho tiêu chuẩn hội tụ 39 Hình 3.1 Mô hình thực mố cầu được mô phỏng bằng ANSYS 40 Hình 3.2 Cấu tạo mố cầu được dùng để phân tích 40 Hình 3.3 Mô hình tính toán được đơn giản hóa 41 Hình 3.4 Phần tử SOLID 187 45 Hình 3.5 Cặp phần tử đối tiếp xúc TARGE170 - CONTA174 [30] [31] 45 Hình 3.6 Mô hình tính toán đã được đơn giản hóa 48 Hình 3.7 Mô hình 3D lưới phần tử hữu hạn cho 1 cọc 50 Hình 3.8 Mô hình 3D lưới phần tử hữu hạn cho 2 cọc 51 Hình 3.9 Mô hình 3D lưới phần tử hữu hạn cho phẩn tiếp xúc 51 Hình 3.10 Sơ đồ ước lượng tải trọng ngang 52 Hình 3.11 Điều kiện biên mô hình 53 Hình 3.12 ứng xử của cọc 56 Hình 3.13 Chuyển vị ngang của cọc, 58 Hình 3.14 ứng suất của cọc, 58 Hình 3.15 ứng suất của đất nền, 58 Hình 3.16 Chuyển vị ngang cọc 1P, Ux 63 Hình 3.17 ứng suất của cọc, 1P, ơz 63 Hình 3.18 ứng suất của đất nền,lP, ơx 63 Hình 3.19 Nêm đất 1P tại vị trí z= -6.1m 65 Hình 3.20 Chuyển vị ngang của cọc trước và sau,2P_4D, Ux 68 Hình 3.21 ứng suất của cọc trước và sau, 2P 4D, ơz 68

-xvii-

Hình 3.22 ứng suất của đất nền, 68 Hình 3.23 Nêm đất 2P4D tại vị trí z=-6.1m 70 Hình 3.24 Chuyển vị ngang của cọc, 2P 3.5D, Ux 71 Hình 3.25 ứng suất của cọc, 71 Hình 3.26 ứng suất của đất nền, 2P 3.5D, Ox 71 Hình 3.27 Nêm đất 2P 3.5D tại vị trí z=-6.1m 73 Hình 3.28 Chuyển vị ngang của cọc, 2P 3D, Ux 74 Hình 3.29 ứng suất của cọc, 74 Hình 3.30 ứng suất của đất nền, 74 Hình 3.31 Nêm đất 2P 3D tại vị trí z=-6.1m 76 Hình 3.32 Chuyển vị ngang của cọc, 2P 2.5D, Ux 77 Hình 3.33 ứng suất của cọc, 77 Hình 3.34 ứng suất của đất nền, 2P 2.5D, Ox 77 Hình 3.35 Nêm đất 2P 2.5D tại vị trí z=-6.1m 79 Hình 3.36 Chuyển vị ngang của cọc, 2P 2D, Ux 80 Hình 3.37 ứng suất của cọc, 80 Hình 3.38 ứng suất của đất nền, 80 Hình 3.39 Nêm đất 2P 2D tại vị trí z=-6.1m 82 Hình 3.40 ứng suất đất nền các truờng hợp , độ sâu -2m 83

số tuyến cần thiết Tuy nhiên đặc điểm địa chất yếu, và hệ thống sông dày đặc là một thách thức đáng kể cho việc xây dựng công trình cầu đường ở vùng này

Nền đắp của đoạn đường đầu cầu gây ra một số tác động ngang lên cọc của mố cầu Thứ nhất, đất đắp gây ra áp lực ngang trực tiếp lên tường mố, sau đó truyền cho nhóm cọc Thứ hai, đất đắp sẽ làm nền đất bên dưới bị biến dạng ngang Biến dạng ngang này cũng sẽ tác động lên nhóm cọc [1]

2 Mục đích nghiên cứu

Với sự hỗ trợ của phần mềm ANSYS V17.2 (Mechanical APDL), mục đích của luận văn là nghiên cứu áp dụng mô hình đất Mohr - Coulomb và phần tử tiếp xúc để phân tích ảnh hưởng của khối đất đến ứng suất và biến dạng của móng cọc khoan nhồi của mố cầu

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Phân tích ảnh hưởng của khối đất đến ứng suất và biến dạng của móng cọc khoan nhồi của mố cầu

4 Phương pháp nghiên cứu

Phưomg pháp nghiên cứu của đề tài là kết hợp giữa nghiên cứu tổng quan, nghiên cứu mô phỏng,

5 Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài

Đưa ra những khuyến cáo về ứng xử của móng cọc khoan nhồi của mố cầu chịu tác động của khối đất đầu cầu

6 Cấu trúc đề tài

Phần Mở đầu

-xix-

Chương 1: TÔNG QUAN

1.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước

1.3 Kết luận chương

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Giới thiệu chương

Diễn giải cơ sở lý thuyết, lý luận, giả thiết khoa học và phương pháp nghiên cứu

sử dụng; Tổng hợp, thu thập, phân tích, đánh giá các số liệu trên cơ sở lý thuyết, giả thiết khoa học để giải quyết vấn đề mà đề tài quan tâm

và chuyển vị của đất xung quanh cọc do trọng lượng khối đất và tải trọng tạm thời Tải

bị động nói trên có thể dẫn đến những sự cố và hư hỏng của kết cấu Ví dụ cho những trường hợp này bao gồm cọc đỡ mố cầu với nền đắp liền kề, móng cọc có sẵn với việc đóng cọc, các hoạt động đào đường hầm

Dưới tác dụng của áp lực đất, hoạt tải xe sau mố và lực ngang do sự dịch chuyển của lớp đất yếu tác dụng vào cọc gây ảnh hưởng lớn đến sự làm việc của mố cầu cũng như kết cấu bên trên

Nội dung luận văn cao học này tập trung phân tích ảnh hưởng của khối đất đến ứng suất và biến dạng của móng cọc khoan nhồi của mố cầu

1.2 Tổng quan về sự cố của nền đắp sát mố và của mố

1.2.1 Tổng quan về mố cầu và các tác động vào móng mố cầu

1.2.1.1 Mố cầu [2]

Trong công trình cầu, mố thuộc kết cấu phần dưới được chôn trong đất, nằm trong vùng ẩm ướt chịu xâm thực của xói lở Mố có các chức năng cơ bản :

- Chịu tải trọng thẳng đứng và nằm ngang từ kết cấu nhịp;

- Chịu áp lực đất đẩy ngang;

- Chống xói lở bờ sông

-2-

Hình 1.1 Cấu tạo chung của mổ cầu 1) Tường đỉnh, 2) Mũ mổ, 3) Tường trước, 4) Tường cánh, 5) Móng mổ,

6) Đất đắp nón mổ

1.2.1.2 Các tác động tương tác giữa đất và cọc khi cọc đỉ qua lớp đất yếu

Mỏng cọc mố cầu đặt trên nền đất thường gặp ảnh hưởng tương tác cọc đất và sự

di chuyển của đất theo phương ngang Thay thế lớp đất đắp cố thề dẫn đến tải trọng ngang tác dụng lên hệ móng mố Sự chuyển vị của mống mố cần được xem xét kĩ lưỡng

để đâm bảo ổn định cho kết cấu (Moulton et al, 1985)

- Tải trọng đất đắp và hoạt tải gây tải trọng lên lớp đất bên dưới là đất yếu cho nên

nó gây ra sự dịch chuyển ngang lớn và tạo nên áp lực tác dụng vào cọc Pm

- Do sự dịch chuyển tương đối giữa lớp đất đắp và lớp đất yếu gây ứng suất cắt chuyển tiếp Ft tác dụng vào mổ càu

Literal laid rm ahulnieru mil dtae I D arJbimkT-iLTil

-4-

Cmob : lực dính động giữa lớp đất đắp và lớp đất yếu

Ỵs : dung trọng của lớp đất yếu

Ka, Kp : hệ số áp lực chủ động và bị động

Fp : lực ngang trên một đơn vị mố cầu Fp=Hp/s

Hp : tổng lực cắt tại đỉnh cọc của cọc trước và cọc sau s : khoảng cách giữa hai cọc trong cùng hàng cọc

Xác định áp lực ngang tác dụng lên cọc pm

Theo các tác giả Baguelin (1977), Springman (1989), Bolton (1990) giá trị áp lực ngang tác dụng lên cọc trong lớp đất yếu có thể xác định cho mỗi cọc đơn trong điều kiện không thoát nước như sau:

-5-

Trong đó:

q : tải trọng tác dụng lên lớp đất yếu

d : đường kính cọc

Gm : mô đun chống cắt của đất yếu ở độ sâu giữa lớp đất yếu

Giá trị 75cu < Gm < lOOcu cho đất rất yếu và lOOcu < Gm< 200cu cho đất yếu

Gr : Mô đun chống cắt của vùng đất xung quanh cọc

Theo Springman (1989) thì Gm/Gr = 1.5-2.5 cho cọc đóng và 2.5-3 cho cọc khoan nhồi

h : chiều dày lớp đất yếu

s : khoảng cách giữa hai cọc trong cùng hàng cọc

Ep Ip : độ cứng chống uốn của cọc

Cu : sức chống cắt không thoát nước

Phương trình (1.5) được dẫn xuất từ giả thuyết đất yếu là đồng nhất và đẳng hướng Khi tải trọng lớp đất gia tăng trong quá trình xây dựng nền đường trước mố cầu Tải trọng đất đắp gia tăng làm cho lớp đất yếu dưới tiến đến ngưỡng dẻo và do đó lớp đất yếu này sẽ di chuyển ngang khi đang ở trạng thái dẻo áp lực ngang tác dụng vào cọc

sẽ là lớn nhất có thể trong lớp đất yếu (đất sét không thoát nước) Khi này nếu có một

sự gia tăng tải trọng nào nữa thì nền đất bên dưới sẽ phá hoại

Theo Randolph & Houlsby (1984) thì giá trị lớn nhất của áp lực Pm là 9.14cu và 11.94cu cho cọc trơn láng và cọc nhám, giá trị thường dùng là 10.5cu được đề nghị Broms (1964) và Poulos & Davis (1980) cho đất sét yếu

1.2.2 Các hiện tượng sự cố về mố cầu và công trình tương tự

1.2.2.1 Sự cố cầu Xáng Củ Chi, Tp Hồ Chí Minh [5]

Tháng 9 năm 1993, xảy ra sự cố đối với mố Cầu Xáng, mố cầu bị trượt và phải thay bằng mố mới lùi vào phía trong, đường vào cầu phía Củ Chi lại bị trượt sâu dù có

bệ phản áp

Nguyên nhân:

- Không xét đến đất yếu, thực tế lại là có lớp bùn sét hữu cơ dày 6 m nhão loãng,

-6-

lớp dưới 11 m sét dẻo mềm dẻo nhão, lớp tiếp theo là cát mịn bột loãng rời

- Không xét và tính đúng ổn định và biến dạng của công trình trên đất yếu

Do đó khi xử lý công trình này thì chúng ta phải xem xét và nghiên cứu thật kỹ 2 nguyên nhân trên

1.2.2.2 Sự cố cầu Trường Phước [5]

Vào tháng 4 năm 1999, tại mố B (phía xã Long Trường) đường vào cầu Trường Phước bị trượt Đất đắp sỏi đỏ đường vào cầu bị trượt trồi qua khoảng cách 1.5 m giữa các cọc bê tông cốt thép 35 cm X 35 cm dài 12 m đã đóng gia cường dọc theo bờ sông nhánh Giữa các cọc, đã được sử dụng lớp cừ tràm đặt ngang, sau đó lấp đất sỏi đỏ mở rộng nền đường cũ Chiều cao đất đắp từ chân taluy đến đỉnh tường đắp mới là 6 m Nếu tính từ mặt đường cũ là 2.2 m Đất trượt đã đạp gây lớp cừ tràm ngang trên chiều dài hơn 30 m đường vào cầu

-7-

Hình 1.5 Sự cổ đường vào cầu Trường Phước

1.2.2.3 Sự cố đường đầu cầu Thông Lưu, QL 1, Tỉnh Tiền Giang [5]

Cầu Thông Lưu trên Quốc lộ 1, tại Huyện Cái Bè, tĩnh Tiền Giang vừa khánh

thành ngày 14/05/1999, đến ngày 23/05/1999 bị sạt taluy 1/3 nền đường đầu cầu, làm

trượt 3 căn nhà xuống sông, phải tốn thêm 1.1 tỷ đồng sữa chữa

1.2.2.4 Sự cố mố cầu Kinh Ngang, Quận 8, Tp Hồ Chí Minh [6]

Ngày 08/01/2000, tường kè bê tông cốt thép trên hệ cọc 35 cm X 35 cm đóng sâu

24 m dọc đường vào cầu Kênh Ngang, Phường 15, quận 8, bị sạt đẩy ra Kênh Tàu Hũ

4.5 m; làm sụp đổ mố cầu, phải tốn thêm hơn 3 tỷ đồng sữa chữa

Đến tháng 6 năm 2009 cầu Kỳ Hà IV đã được đổ bê tông xong Khi kiểm tra kích thước trước khỉ gác dầm lên mố người ta thấy các mố này đều dịch chuyển về phía lòng rạch với độ dịch chuyển thay đổi từ 5.6 cm đến 9 cm số liệu quan trắc được tại từng mổ được tổng hợp trong Bảng 1.1 dưới đây

Bảng 1.1 Chuyển vị của mổ cầu

-9-

C-íl vàn cũn trẽn rnũt cầu

Cọc T2

Hình 1.7 Phác họa hiện trạng sự cố cầu Kỳ Hà IV

Hình 1.8 Sự cố mẳ cầu Kỳ Hà IV, Quận 2, TP Hồ Chi Minh

1.2.2.6 Sự cố sập mố cầu Trà Niền, cần Thơ [5]

Năm 2010, khi cầu Trà Niền (huyện Phong Điền, cần Thơ) vừa được cho xe lưu thông tạm thì xảy ra sự cố Khoảng 100 m đường đầu cầu bị sạt xuống sông cần Thơ kéo theo nhà dân, gây thiệt hại nghiêm trọng Lớp đất yếu dày cùng với việc dưới tác động của dòng chảy cỏ thể là nguyên nhân gây ra sự cố

Hình 1.9 Hiện trường vụ sạt lở đường dẫn vào cầu và sập mồ cầu

1.2.2.7 Sự cố cầu An Nghĩa trên đường Nhà Bè, cần Giờ [5]

Hiện tượng: Mố cầu chuyển dịch về phía trước 6 m, gây phá hoại công trình Nguyên nhân:

- Do chiều dài cọc không đủ sâu vào lớp đất tốt

- Do điều kiện đất quá yếu và chiều dày lớp đất yếu là 17 m

- Do tải trọng công trình khá lớn

Hình 1.10 Sự cố cầu An Nghĩa

1.2.2.8 Sụp mố cầu dây văng Bình Phong Thạnh ở Long An

Cầu dây văng Bình Phong Thạnh bắc qua sông Vàm cỏ Tây, Long An cầu dài 120

m, nhịp giữa 60 m, độ thông thuyền 7 m, mặt cầu 3.8 m, tải trọng 5 tấn, được khởi công