TINH TOAN DO LUN NHOM COC GIAI BA NCKH CAP TRUONG 2019

Vì vậy, việc lựa chọn đề tài “Tính toán độ lún của nhóm cọc theo TCVN 10304-2014” để so sánh sự khác nhau của các phương pháp tính lún này và cũng như làm sáng tỏ việc tính toán độ lún c

Trang 1

TÍNH TOÁN ĐỘ LÚN NHÓM CỌC THEO TCVN 10304:2014

SVTH: Đoàn Minh Tâm -XD15/A5

Đặng Đức Hoàng-XD14/A2 Phan Hồng Ngọc-XD14/A2 Phạm Trần Bảo Quyên-XD15/A5 GVHD: TS Phan Tá Lệ

Đề tài đạt giải: BA NCKH cấp trường năm 2019

Mở đầu:

Ngày nay, việc sử dụng móng cọc là

khá phổ biến và rộng khắp Mặt khác, chúng

ta biết rằng việc xác định độ lún của móng

cọc là một yêu cầu kỹ thuật rất quan trọng

trong tính toán thiết kế nền móng Hiện nay,

tiêu chuẩn thiết kế móng cọc hiện hành

TCVN 10304-2014 đề cập đến 2 phương

pháp chính để xác định độ lún của móng

cọc, trong đó phương pháp dựa trên mô

hình khối quy ước phụ thuộc vào góc ma sát

trong của đất vẫn đang được sử dụng rộng

rãi và khá phổ biến Tuy nhiên, phương

pháp này lại găp rất nhiều khó khăn trong

đánh giá độ lún có xét đến ảnh hưởng của

các móng lân cận cũng như đánh giá độ lún

tổng thể của công trình Vì vậy, việc lựa

chọn đề tài “Tính toán độ lún của nhóm cọc

theo TCVN 10304-2014” để so sánh sự

khác nhau của các phương pháp tính lún

này và cũng như làm sáng tỏ việc tính toán

độ lún của móng có xét đến sự tương tác

của các cọc liền kề trong việc đánh giá độ

lún của từng đài cọc cũng như độ lún tổng

thể của công trình là yêu cầu cần thiết, giúp

cho người kỹ sư thiết kế nền móng lựa chọn

được phương pháp tính toán độ lún của

móng cọc phù hợp hơn.

Nghiên cứu này sẽ khảo sát ảnh

hưởng của các cọc trong nhóm và các yếu

tố ảnh hưởng đến độ lún của nhóm cọc:

chiều dài cọc, khoảng cách cọc, đường kính

cọc hay cả vật liệu làm cọc Từ đó đánh giá

độ chính xác của các phương pháp trong

tiêu chuẩn này và đề ra các biện pháp làm

giảm độ lún của công trình.

1 Tổng quan độ lún và độ lún của nhóm

cọc.

1.1 Độ lún của cọc đơn.

Phương pháp dự báo độ lún của cọc đơn dựa trên quan hệ ứng suất biến dạng

Độ lún của cọc đơn gồm 3 thành phần như sau: Sđ = ΔL + sm + sb

Trong đó:

- ΔL: biến dạng đàn hồi của bản thân cọc;

- sm: độ lún của cọc do tải trọng truyền lên đất dưới mũi cọc (qb)

- sb : độ lún của cọc do tải trọng truyền lên đất dọc thân cọc (fi)

  Phương pháp tính độ lún cọc đơn

a Độ lún của cọc đơn.

Việc tính toán độ lún cọc đơn, xuyên

qua lớp đất với mô đun trượt G1, hệ số poatxong 1 và tựa trên đất được xem như nửa không gian biến dạng tuyến tính, đặc trưng bởi mô đun trượt G2 và hệ số poatxong

2, có thể thực hiện với điều kiện 1

2 1

G l l

d G d 

trong đó l là chiều dài cọc, và d

là đường kính cọc, theo các công thức:

1

N s

G l





(1)

Trong đó:

Hình 1 Ứng

suất chống cắt của cọc đơn.

Trang 2

- N là tải trọng thẳng đứng tác dụng lên

cọc, tính bằng MN;

-  là hệ số xác định theo công thức:

' ' '

1

1 





� �

 � �

� �

 

(2)

Trong đó:

+

1 2

G d

� � (3) là hệ số tương ứng cọc cứng tuyệt đối (EA=)

+ 0,17 ln n

l k d

  � � ��

� � (4) giống như ’

nhưng đối với trường hợp nền đồng

nhất có đặc trưng G1 và 1.

EA

G l

(5) là độ cứng tương đối của cọc (EA là độ cứng thân cọc chịu nén,

tính bằng MN)

+

3

2,12

1 2,12









+ kn là các hệ số được xác định theo công

thức: k n 2,82 3,78 2,182 (7)

( ứng với

1 2 2

(  )

và khi)

b Độ lún cọc đơn theo công thức kinh

nghiệm của Vesic.

Kinh nghiệm cho thấy độ lún của cọc

đơn phụ thuộc vào độ lớn tải trọng và đường

kính cọc Khi móng đã được thiết kế an toàn

theo sức chịu tải thì độ lún của cọc trong đất

cát thường nhỏ Trong trường hợp này độ

lún của cọc đơn có thể tính theo kinh

nghiệm theo biểu thức của Vesic (1977):

100

s

AE

 

(8)

Trong đó:

- D là đường kính cọc;

- Q là tải trọng tác dụng lên cọc;

- A là diện tích tiết diện ngang cọc;

- L là chiều dài cọc;

- E là mô đun đàn hồi của vật liệu

cọc

1.2 Độ lún của nhóm cọc.

Móng cọc thường được cấu tạo bởi một nhóm cọc, nếu khoảng cách giữa các cọc không đủ lớn, sẽ hình thành trong vùng đất xung quanh các cọc hiện tượng chồng ứng suất chống cắt do ma sát bên và do sức

chống mũi của các cọc gây ra (Hình 2) Độ

lớn ứng suất trong vùng chồng ứng suất này phụ thuộc vào nhiều yếu tố: khoảng cách cọc; chiều dài cọc; hình dạng cọc; số lượng cọc; độ lớn của tải trọng tác dụng vào nhóm cọc và tính chất của nền đất xung quanh nhóm cọc… Hiện tượng chồng ứng suất làm suy giảm ma sát giữa cọc - đất và sức chống mũi của cọc dẫn đến giảm khả năng chịu lực

và gia tăng chuyển vị của nhóm cọc so với cọc đơn

Để giảm ảnh hưởng của hiệu ứng nhóm,

có thể gia tăng các khoảng cách cọc S nhằm giảm độ lớn của ứng suất trong các vùng chồng lấn, tuy nhiên điều này sẽ gây bất lợi cho khả năng chịu lực của đài cọc (nhất là các dạng đài đơn dưới các cột của công trình) dẫn đến sự phân phối các lực tác dụng vào đầu cọc trong nhóm không đồng đều, do vậy trong thực tế ứng xử của nhóm cọc khi chịu tải hoàn toàn khác với ứng xử của cọc đơn

 Phương pháp tính độ lún của nhóm cọc.

a Độ lún của nhóm cọc theo phương pháp tương tác.

Độ lún của nhóm cọc có thể tính toán từ

độ lún của các cọc trong nhóm, có kể đến tác dụng tương hỗ giữa chúng Độ lún phụ thêm của cọc thứ “i” do cọc thứ “j” cách cọc

“i” một khoảng là a, chịu tải trọng Nj, bằng:

, ,

j

i j i j

N s

G l





(9)

Hình 2 Vùng

chồng ứng suất chống cắt của nhóm cọc

Trang 3

Trong đó:

1 ,

2

0,17 ln

2

v

i j

k G l

G a

nếu

1 2

v

k G l

G a 

(10)

i j,  0 nếu 2 21 1

v

k G l

G a 

(11)

Độ lún của cọc thứ “i” trong nhóm n

cọc khi biết rõ tải trọng tác dụng lên từng

cọc thứ “j” xác định theo công thức:

 

1 1

n

j

N

G l





(12)

Trong đó:

n

j

i j

j

N

G l





�

là tổng độ lún phụ thêm của cọc thứ “i” do cọc thứ “j” cách cọc “i”

một khoảng là a, chịu tải trọng Nj ;

Độ lún của nhóm cọc lấy bằng giá trị trung

bình độ lún của các cọc trong nhóm

b Độ lún của nhóm cọc theo mô hình móng

khối quy ước

Góc ma sát trong tính toán trung bình của

đất II,mt được xác định theo công thức:

, ,

II i i

II mt

i

l l



� (13).

Trong đó:

+ II,mt là góc ma sát trong tính toán của

từng lớp đất có chiều dày li mà cọc

xuyên qua;

+ li là chiều dài đoạn cọc trong lớp đất

thứ “i”

Khi xác định độ lún của toàn khối móng, trọng lượng riêng của khối móng quy ước bao gồm trọng lượng cọc và bệ cọc kể cả đất nằm trong khối đó

c Độ lún của nhóm cọc theo công thức kinh nghiệm của Vesic.

Độ lún của nhóm cọc sg có thể xác định theo công thức của Vesic:

(14)

Trong đó:

- Bg là chiều rộng của nhóm cọc;

- D là chiều rộng hoặc đường kính cọc;

- s là độ lún của cọc đơn dưới tác dụng của tải trọng giai đoạn sử dụng công trình

 Các thông số đầu vào:

Bảng 1 Thông số đầu vào của cọc.

Cọc Chỉ số Thông số Đơn vị

Cọc tròn

-Bảng 2 Thông số đầu vào của đài cọc.

CK Chỉ số Thông số Đơn vị

Đài cọc

2 Khảo sát độ lún của cọc đơn

2.1 Khảo sát nền đất đồng nhất.

Bảng 3 Thông số đầu vào của các lớp đất.

Lớp đất

Chỉ số

Bài toán 1

Bài toán 2

Đơn vị

Lớp 1

(dày vô tận)

Với nội lực đáy móng là N =50T.

Yêu cầu: Tính độ lún của cọc đơn với các tỉ

số L/d thay đổi và tỉ số L/d không đổi

Hình 3

Mô hình móng khối quy ước

Trang 4

a Nền đất có E = 5MPa b. Nền đất có E=10 MPa.

Hình 4 Đồ thị thể hiện độ lún của cọc

đơn với tỉ số L/d không đổi với nền đất

đồng nhất.

a Cọc có L=10m và d= 0,4m b Cọc có L=15m và d=0,6m

c Cọc có L=20m và d=0,8m.

Hình 5 Đồ thị thể hiện độ lún của cọc đơn với tỉ số L/d không

thay đổi với nền đất khác nhau.

2.2 Khảo sát nền đất hai lớp

Bảng 4 Thông số đầu vào của các lớp đất

trong mô hình.

Lớp đất Chỉ số Bài toán 1 Bài toán 2 Đơn vị

Lớp 1

(dày 10m)

Lớp 2

(dày 30m)

Với nội lực đáy móng là N =50T.

Yêu cầu: Tính độ lún của cọc đơn với các

tỉ số L/d thay đổi và tỉ số L/d không đổi

Trang 5

a Nền đất lớp 2 tốt hơn lớp 1 (G 2 >G 1 )

b Nền đất lớp 1 tốt hơn lớp 2 (G 2 <G 1 )

Hình 6 Đồ thị thể hiện độ lún của cọc đơn với tỉ số L/d thay đổi với

nền đất 2 lớp.

Kết luận:

Thông qua kết quả tính toán độ

lún cọc đơn ta thấy giá trị độ lún

phụ thuộc nhiều vào giá trị mô

đun trượt G Còn độ lún theo công

thức kinh nghiệm của Vesic chỉ

phụ thuộc vào vật liệu làm cọc mà

không xét đến các thông số của

nền đất để tính lún nên phương

pháp này không được tin cậy

Thực chất độ lún còn phụ thuộc

vào cả vật liệu làm cọc Độ lún ở

đỉnh cọc là tổng hợp của biến

dạng thân cọc và chuyển vị mũi

cọc Trong khi đó, biến dạng thân cọc phụ thuộc rất nhiều và mô đun đàn hồi Ep của vật liệu làm cọc, khi Ep càng lớn thì biến dạng thân cọc càng nhỏ và lúc này cọc

là tuyệt đối cứng, độ lún đỉnh cọc

sẽ xấp xỉ bằng độ lún mũi cọc

3 Khảo sát độ lún của nhóm cọc.

Bảng 5 Thông số đầu vào của các lớp đất

trong mô hình.

Lớp đất

Chỉ số

Bài toán 1

Bài toán 2

Đơn vị

Trang 6

1

(dày

10m)

Lớp

2

(dày

30m)

Với nội lực đáy đài là N =1000T.

 Trường hợp khảo sát:

Đài 4 cọc: với chiều dài cọc L = 10m,

12,5m, 15m, 17,5m và 20m và khoảng

cách cọc S = 3d , 4d, 5d và 6d

12,5m, 15m, 17,5m và 20m và khoảng cách cọc S = 3d , 4d, 5d và 6d

*Ghi chú các ký hiệu trong biểu đồ: (1): Độ lún của nhóm cọc theo mô

hình móng khối quy ước

(2): Độ lún của nhóm cọc theo công

thức kinh nghiệm của Vesic

(3): Độ lún của nhóm cọc theo

phương pháp tương tác

(4): Độ lún của nhóm cọc theo

phương pháp PTHH (Elpla)

Trang 7

a Tỉ số L/d không đổi b Tỉ số L/d thay đổi

Hình 7 Đồ thị thể hiện độ lún của nhóm 4 cọc với các tỉ số L/d và

khoảng cách cọc khác nhau.

Bảng 6 Bảng tra độ lún của đài 4 cọc

theo L cọc thay đổi

Chiều dài

theo S cọc thay đổi.

Khoảng cách

cọc

theo L cọc và S cọc thay đổi.

Tỉ số L/d L/d 1.25L/1.25d 1.5L/1.5d 1.75L/1.75d

Tỉ số L/d không đổi b Tỉ số L/d thay đổi Đồ thị thể hiện độ lún của nhóm 9 cọc với các tỉ số L/d và

khoảng cách cọc khác nhau

Chiều dài cọc

L 1,25L 1,5L 1.75L

Độ lún s s 0.86s 0.77s 0.62s 0.53s

Bảng 11 Bảng tra độ lún của đài 9 cọc theo

L cọc và S cọc thay đổi.

Tỉ số L/d L/d 1.25L/1.25

d

1.5L/1.5d 1.75L/1.75d 2L/2d

Trang 8

a Tỉ số L/d

không đổi

b Tỉ số L/d thay đổi

Hình 9 Đồ thị thể hiện độ lún của nhóm

16 cọc với các tỉ số L/d và khoảng cách

cọc khác nhau

Bảng 12 Bảng tra

độ lún của đài 16

cọc theo L cọc thay

đổi

Chiều dài cọc L 1,25L 1,5L 1.75L

Bảng 14 Bảng tra độ lún của đài 16 cọc theo

L cọc và S cọc thay đổi.

Tỉ số L/d L/d 1.25L/1.25d 1.5L/1.5

d 1.75L/1.75d 2L/2d

Chiều dài cọc L 1,25 L 1,5 L 1.75 L 2L

Độ lún s s 0.9s 0.8

3s

0.76 s

0.7 1s

Bảng 17 Bảng tra độ lún của đài 25 cọc theo L

cọc và S cọc thay đổi.

Kết luận

Qua các kết quả khảo sát được, việc tính

toán độ lún của móng theo phương pháp

tương tác, móng khối quy ước và theo

phương pháp PTHH có thể xem là đáng tín

cậy nhưng tính toán qua độ lún nhóm cọc

theo phương pháp tương tác có thể thấy số

lượng cọc và khoảng cách giữa các cọc ảnh

hưởng rất lớn đến độ lún của móng cọc còn

độ lún của nhóm cọc được tính toán theo mô hình móng khối quy ước phụ thuộc vào góc

ma sát trong của đất, phương pháp này không kể đến ảnh hưởng của số lượng cọc, của khoảng cách các cọc và sự tượng tác của các cọc trong đài

Khi so sánh với phương pháp phần tử hữu hạn (ELPLA) thì độ lún nhóm cọc được tính theo phương pháp tương tác nhiều

a. Tỉ số L/d không đổi b. Tỉ số L/d thay đổi

Hình 10 Đồ thị thể hiện độ lún của nhóm 25 cọc với các tỉ số L/d

và khoảng cách cọc khác nhau

Trang 9

trường hợp gần bằng độ lún tính theo

phương pháp phần tử hữu hạn nên độ lún

được tính theo phương pháp tương tác đáng

tin cậy hơn phương pháp tính theo mô hình

móng khối quy ước

Phương pháp tính toán độ lún của

nhóm cọc thông qua phương pháp tương tác

và theo phương pháp phần tử hữu hạn xét

được ảnh hưởng tương tác của các cọc với

nhau còn tính toán độ lún nhóm cọc theo mô

hình móng khối quy ước thì không thể xét

đến yếu tố này

Độ lún của nhóm cọc được tính theo

công thức kinh nghiệm của Vesic chỉ xét đến

yếu tố vật liệu mà không xét đến các yếu tố

về nền đất và qua kết quả khảo sát cho thấy

kết quả tính toán độ lún theo phương pháp

này không đáng tin cậy

Qua các khảo sát trên, nhóm sinh viên

nhận thấy để giảm độ lún của nhóm cọc có

các biện pháp sau: tăng khoảng cách cọc S

(để giảm sự ảnh hưởng tương tác giữa các

cọc trong đài), tăng chiều dài cọc ( cắm vào

lớp đất tốt hơn hay để áp lực gây lún dời

xuống đáy móng khối quy ước nhỏ), tăng cả

chiều dài và đường kính cọc,…

Đối với đài ít cọc thì ảnh hưởng của các

cọc với nhau nhỏ, xem như đài là tuyệt đối

cứng nên độ lún nhóm cọc được tính theo

móng khối quy ước cho kết quả có thể tin

cậy được Còn đối với đài gồm nhiều cọc thì

ảnh hưởng của các cọc với nhau lớn, quan

niệm tính là móng mềm nên độ lún của

nhóm cọc tính theo móng khối quy ước

không còn chính xác nữa, nên ta tính độ lún

nhóm cọc bằng phương pháp tương tác sẽ

cho kết quả đáng tin cậy hơn

Kiến nghị:

Việc tính toán độ lún của nhóm cọc là

một vấn đề phức tạp, và để chính xác hơn thì

cần khảo sát thêm những yếu tố ảnh hưởng

đến hệ số nhóm cọc như độ mảnh của cọc, tỉ

số giữa Ep/Eo… và cần phải có những thí nghiệm hiện trường như nén tĩnh cọc để đánh giá chính xác hơn độ lún nhóm cọc được tính theo các phương pháp

Qua các kết quả khảo sát từ các phương pháp theo TCVN 10304-2014 thì nhóm sinh viên kiến nghị tính toán độ lún của nhóm cọc bằng phương pháp tương tác sẽ cho kết quả đáng tin cậy cho tất cả các trường hợp Cần có những thí nghiệm hiện trường như nén tĩnh cọc để so sánh và đánh giá với các phương pháp tính toán độ lún theo TCVN 10304-2014

Đề xuất thay đổi chiều dài cọc để tăng hiệu quả làm việc tương tác giữa các cọc

trong đài (Được khảo sát ở mục 4).

 Hướng phát triển đề tài.

Nghiên cứu sự ảnh hưởng tương tác của nhóm cọc có kể đến hệ số nhóm để xác định sức chịu tải nhóm cọc

Nghiên cứu tính toán độ lún ảnh hưởng của các móng lân cận và độ lún tổng thể của công trình

4 Đề xuất thay đổi chiều dài cọc để cải thiện sự làm việc nhóm.

Để khảo sát ảnh hưởng của tương tác để đưa ra biện pháp làm giảm độ lún của các nhóm cọc, nhóm sinh viên có thể dùng phương pháp PTHH và phương pháp tương tác độ lún của cọc đơn Trong trường hợp này, nhóm sinh viên chọn phương pháp PTHH để khảo sát

Thông số đầu vào của các lớp đất giống

như Bảng 3.

4.1 Khảo sát với đài 9 cọc

Khảo sát đài 9 cọc với khoảng cách của các cọc là 3d, chiều dài cọc S=3d và đường kính cọc d=0.4m

Trang 10

Bảng 18 Các phương án chọn và khảo sát

L 3 15m 14.5 m 14m 13m

Bảng 19 Kết quả tính lún.

Độ lún 4,37

7 4,318 4,318 4,186

*Ghi chú: Độ lún ở bảng này lấy độ lún

trung bình và đơn vị centimet

4.2 Khảo sát đài 16 cọc.

Bảng 20 Các phương án chọn và khảo sát

Bảng 21 Kết quả tính lún.

Độ lún 3,777 3,762 3,707 3,633

*Ghi chú: Độ lún ở bảng này lấy độ lún trung bình

và đơn vị centimet

 Nhận xét: Với cùng tổng chiều dài, ta

thấy phương án 3 đã giảm độ lún của nhóm

cọc Nhóm sinh viên đề xuất đối với các cọc

ở gần trọng tâm đáy đài chịu ứng suất tăng

do ảnh hưởng của các cọc xung quanh lớn

thì thay đổi tăng chiều dài càng nhiều càng tốt, các cọc ở xa trọng tâm đáy đài, ít ảnh hưởng của các cọc xung quanh (cọc góc) thì giảm chiều dài để tăng thêm tính kinh tế cho công trình

 Kết luận: Khi đài gồm nhiều cọc, để tăng

hiệu quả làm việc nhóm cho đài thì ta nên tăng chiều dài cọc ở gần giữa tâm móng và giảm chiều dài ở xa tâm móng để tăng tính kinh tế cho công trình Nguyên tắc tăng chiều dài cọc: theo nguyên tắc cọc gần tâm móng (cọc giữa) sẽ chịu ứng suất phụ thêm của các cọc xung quanh lớn nên tăng chiều dài cọc nhiều, các cọc ở xa trọng tâm đáy đài (như cọc góc, cọc biên) ít ảnh hưởng của các cọc xung quanh nên giảm chiều dài cọc

để hiệu quả về mặt kinh tế (thay đổi chiều dài cọc trên nguyên tắc không thay đổi tổng chiều dài cọc)

Cũng có rất nhiều cách để giảm độ lún của nhóm cọc như đã khảo sát ở các chương trên như sau: tăng chiều dài cọc, tăng khoảng cách cọc, hay tăng cả khoảng cách cọc và đường kính cọc

Hình 14.

Chiều dài các cọc dự kiến thay đổi trong đài 9 cọc.

Hình 15.

Chiều dài các cọc dự kiến thay đổi.

Định dạng
Số trang	10
Dung lượng	0,94 MB