Đề tài nghiên cứu khoa học: Phân tích khả năng chịu tải của cọc từ các phương pháp giải tích và các thí nghiệm ngoài hiện trường

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:128

Thêm vào BST

Báo xấu

25
lượt xem 14
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài "Phân tích khả năng chịu tải của cọc từ các phương pháp giải tích và các thí nghiệm ngoài hiện trường" nhằm phân tích cơ chế chịu tải của cọc dựa trên mô hình phân tích ngược kết quả thí nghiệm hiện trường thông qua mô hình phần tử hữu hạn; Lựa chọn phương pháp phù hợp để xác định sức chịu tải cọc từ các kết quả của thí nghiệm cọc ngoài hiện trường.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đề tài nghiên cứu khoa học: Phân tích khả năng chịu tải của cọc từ các phương pháp giải tích và các thí nghiệm ngoài hiện trường

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN PHÂN TÍCH KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA CỌC TỪ CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI TÍCH VÀ CÁC THÍ NGHIỆM NGOÀI HIỆN TRƯỜNG MÃ SỐ: SV2020-52 SKC 0 0 7 3 5 8 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2020
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN PHÂN TÍCH KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA CỌC TỪ CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI TÍCH VÀ CÁC THÍ NGHIỆM NGOÀI HIỆN TRƯỜNG SV2020 – 52 Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Lê Anh Nhật TP Hồ Chí Minh, 10/2020
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN PHÂN TÍCH KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA CỌC TỪ CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI TÍCH VÀ CÁC THÍ NGHIỆM NGOÀI HIỆN TRƯỜNG SV2020 – 52 Thuộc nhóm ngành khoa học: Xây dựng SV thực hiện: Nguyễn Lê Anh Nhật Nam, Nữ: Nam Dân tộc: Kinh Lớp, khoa: 179490A, khoa Xây dựng Năm thứ: 4/Số năm đào tạo: 4.5 Ngành học: CNKT Công trình Xây dựng Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Tổng TP Hồ Chí Minh, 10/2020
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 1. Thông tin chung: - Tên đề tài: Phân tích khả năng chịu tải của cọc từ các phương pháp giải tích và các thí nghiệm ngoài hiện trường - Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Lê Anh Nhật Mã số SV: 17149234 - Lớp: 179490A Khoa: Xây dựng - Thành viên đề tài: Stt Họ và tên MSSV Lớp Khoa 1 Nguyễn Thanh Đạt 17149193 171492B Xây dựng 2 Nguyễn Quốc Võ 17149297 171492B Xây dựng - Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Tổng 2. Mục tiêu đề tài: - Phân tích cơ chế chịu tải của cọc dựa trên mô hình phân tích ngược kết quả thí nghiệm hiện trường thông qua mô hình phần tử hữu hạn. - Lựa chọn phương pháp phù hợp để xác định sức chịu tải cọc từ các kết quả của thí nghiệm cọc ngoài hiện trường. - Cải tiến phương pháp thiết kế cọc bằng cách kết hợp các kết quả thí nghiệm cọc ngoài hiện trường, mô hình phần tử hữu hạn và phương pháp thiết kế thống nhất của Fellenius. 3. Tính mới và sáng tạo: - Xây dựng cách thức phân tích ngược các thí nghiệm hiện trường (nén tĩnh, PDA, Osterberg) thông qua mô hình tương tác cọc – đất trên phần mềm Plaxis 2D bằng cách hiệu chỉnh các thông số như: mô – đun đất, góc ma sát của đất và đặc biệt là mô – đun cọc. - Đề xuất phương pháp thiết kế cọc khi trường ứng suất xung quanh cọc thay đổi bằng cách kết hợp mô hình số và phương pháp thiết kế thống nhất của Fellenius. 4. Kết quả nghiên cứu:
- Việc dự báo SCT cọc theo TCVN 10304 – 2014 đã diễn tả được sức kháng ma sát của cọc ngoài thực tế. Tuy nhiên việc dự báo SCT cọc theo TCVN 10304 – 2014 còn hạn chế đối với đất bùn và đối với cọc dài hơn 35 m. Đối với dự báo sức kháng mũi của cọc theo TCVN 10304 – 2014 còn có sự bất định và biến động lớn. Nguyên nhân sự biến động này có thể đến từ việc phân loại đất, sai lệch khi tra bảng theo TCVN. - Khi cọc chịu tải trọng, cọc đồng thời huy động sức kháng mũi và sức kháng ma sát. Khi cọc chịu tải trọng nhỏ, cọc sẽ huy động chủ yếu là sức kháng ma sát, sức kháng mũi vẫn xuất hiện nhưng không đáng kể. Khi tải trọng tăng lên, sức kháng ma sát và sức kháng mũi đồng thời cũng tăng. Tuy nhiên sức kháng ma sát tăng lên nhiều đáng kể còn sức kháng mũi không tăng nhiều. Khi tải tiếp tục tăng đến một độ lớn nào đó, độ tăng sức kháng ma sát giảm, chuyển vị mũi cọc tăng nhanh thì sức kháng mũi cũng bắt đầu tăng nhanh. Vậy khi cọc chịu tải trọng, cọc sẽ bắt đầu huy động chủ yếu là sức kháng ma sát. Khi không thể huy động được lực ma sát thêm được nhiều nữa thì cọc sẽ bắt đầu huy động thêm sức kháng mũi. - Khi mô phỏng các thí nghiệm, có những yếu tố ảnh hưởng đến kết quả mô phỏng như góc ma sát trong , lực dính c, giá trị mô đun của đất, giá trị mô đun của cọc. Góc ma sát trong  và lực dính c có ảnh hưởng đến sức kháng ma sát. Khi góc ma sát trong  và lực dính c lớn thì sức kháng ma sát lớn và ngược lại. Giá trị mô đun đất và giá trị mô đun của cọc ảnh hưởng đến sức kháng mũi. Khi giá trị mô đun của đất và cọc lớn thì sức kháng mũi sẽ lớn và ngược lại. Tất cả các yếu tố trên đều có ảnh hưởng đến chuyển vị của cọc. - Với ứng xử của cọc như đã giải thích ở trên, thì việc cọc đạt sức kháng cực hạn đòi hỏi mức độ dự báo thông qua thí nghiệm nén tĩnh với độ tin cậy phù hợp là khá phức tạp. Hiện tại có nhiều phương pháp khác nhau để dự báo sức kháng cực hạn này. Đề tài này đã tiến hành một số khảo sát và đi đến kết luận rằng: Hai phương pháp Chin – Kondner Hyperbolic và Hansen 80% có độ tin cậy hơn hẳn vì khoảng lựa chọn của các thông số lựa chọn ở hai phương pháp này là rất nhỏ. Trường hợp cọc không bị tuột, phương pháp Hansen 80% sẽ không xác định được SCT cực hạn, lúc này chỉ có thể dùng phương pháp Chin – Kondner Hyperbolic để xác định. Tuy nhiên cần cẩn thận khi sử dụng phương pháp Chin – Kodner Hyperbolic cho các trường hợp cọc không tuột vì trong trường hợp đồ thị không có điểm gãy, phương pháp Chin – Kodner Hyperbolic sẽ ngoại suy ra giá trị SCT cực hạn, mà việc ngoại suy này độ tin cậy không chắc chắn. Lúc này, các phương pháp khác nên dùng để đối chứng cho hai phương pháp trên. Ngoài ra, nếu kết quả tìm ra được từ hai phương pháp trên có sự chênh lệch lớn, ta cũng nên dùng các phương pháp khác để đối chứng, phương pháp Zhang cũng là một phương pháp có độ tin cậy cao nên sử dụng.
- Khi thiết kế cọc, việc chỉ quan tâm tới SCT của cọc là chưa đủ. Khi cọc chịu tải, đặc biệt trong môi trường đất nền xung quanh chịu một sự thay đổi ứng suất như: quá trình đắp, sự thay đổi mực nước ngầm, quá trình đào,… đòi hỏi mức độ phân tích ứng xử của cọc cao hơn. Phương pháp Fellenius mà đề tài lựa chọn đã đặt ra một số phân tích để đánh giá ứng xử của cọc trong quá trình chịu tải. Khi nền đất thay đổi trạng thái ứng suất, vị trí ứng suất lớn nhất trong cọc không còn là ở đầu cọc nữa. Lúc này, cọc được chia ra làm hai phần: phần trên trục trung hòa là phần chuyển vị đất nền lớn hơn chuyển vị cọc, ở phần này ứng suất trong thân cọc sẽ tăng dần từ đầu cọc đến vị trí trục trung hòa (do đất nền chuyển vị nhiều hơn cọc, kéo cọc xuống, gây ra ma sát âm làm tăng ứng suất trong cọc); phần dưới trục trung hòa là phần đất nền chuyển vị ít hơn cọc, lúc này ma sát dương bắt đầu xuất hiện và làm ứng suất giảm dần từ đường trung hòa đến mũi cọc. Khi tải tác động lên cọc thay đổi, vị trí trục trung hòa trong cọc sẽ thay đổi theo chiều hướng: giảm tải thì vị trí trục trung hòa sẽ càng gần mũi cọc và ngược lại. 5. Đóng góp về mặt giáo dục và đào tạo, kinh tế - xã hội, an ninh, quốc phòng và khả năng áp dụng của đề tài: - Trên thực tế, việc thí nghiệm hiện trường chỉ thực hiện ở một số vị trí nhất định trên công trình chứ không thể thực hiện ở toàn bộ công trình. Tuy nhiên, nếu địa chất ở công trình đó phức tạp thì ở hai vị trí gần nhau, địa chất cũng có thể khác nhau lớn và giá trị SCT tại hai vị trí đó cũng có thể khác nhau lớn. Vậy nên nếu không có thí nghiệm hiện trường, nhóm tác giả có kiến nghị sử dụng phần mềm mô phỏng (ở đây là Plaxis 2D) để dự báo SCT cọc với các bước thực hiện, hiệu chỉnh như bên dưới để có kết quả sát nhất với thực tế. - Khi tiến hành mô phỏng các thí nghiệm trong Plaxis, để tăng độ tin cậy trong dự báo sức chịu tải của cọc cần phải thực hiện hiệu chỉnh một số giá trị như sau: Dạng hiệu chỉnh Cách thức hiệu chỉnh + Thí nghiệm nén tĩnh và thí nghiệm O – Cell: - Giai đoạn lắp cọc: giữ nguyên - Giai đoạn đặt tải và gia tải: nhân 3 Giá trị mô đun cọc - Giai đoạn 1-3 lần gia tải tải cuối: nhân 1.5 + Thí nghiệm PDA: - Giai đoạn lắp cọc: nhân 3 - Giai đoạn đặt chuyển vị: nhân 3 + Đối với thí nghiệm PDA: nhân khoảng từ 2-4 Giá trị mô đun đất + Đối với thí nghiệm nén tĩnh: nhân khoảng từ 1-3
+ Đối với thí nghiệm O – Cell: nhân khoảng 1-3 + Đối với thí nghiệm PDA: trừ 1-2 đơn vị + Đối với thí nghiệm nén tĩnh: giữ nguyên Góc ma sát trong  + Đối với thí nghiệm O – Cell: - Lớp đất dưới O – Cell: trừ 1-5 đơn vị - Lớp đất trên O – Cell: giữ nguyên - Vì những giá trị được xác định trong phòng thí nghiệm sẽ có khác biệt với giá trị thực tế nên việc hiệu chỉnh giá trị của các thông số giúp cho ứng xử của cọc và đất trong mô hình mô phỏng thí nghiệm giống với thí nghiệm ở hiện trường. - Sau khi đã có được quan hệ tải trọng – độ lún từ thí nghiệm hiện trường hoặc mô phỏng, lúc này, nhóm tác giả kiến nghị nên sử dụng các phương pháp xác định SCT cực hạn từ thí nghiệm nén tĩnh để xác định SCT cọc, có thể sử dụng phương pháp giải tích (TCVN 10304 – 2014) để kiểm chứng - Nhóm tác giả kiến nghị các bước thiết kế cọc như sau:  Dùng phương pháp mô phỏng hoặc các thí nghiệm hiện trường để xác định mối quan hệ giữa tải trọng – chuyển vị cọc (Biểu đồ P – S) và lực dọc trong thân cọc theo độ sâu (Biểu đồ P – Z)  Dùng các phương pháp như Chin – Kondner Hyperbolic, Hansen 80%, Zhang,… để xác định SCT cực hạn của cọc, lựa chọn SCT cọc có độ tin cậy cao nhất trong các phương pháp  Có SCT cực hạn của cọc, lực tác dụng lên đầu cọc và lực dọc trong thân cọc theo độ sâu, bắt đầu tìm lực dọc lớn nhất trong thân cọc (tại vị trí trục trung hòa) trong trường hợp có biến động ứng suất của đất nền xung quanh cọc, từ đó kiểm tra xem cọc có bị phá hủy hay không  Sau khi các bước trên đều thỏa, bắt đầu thiết kế móng cọc như bình thường. - Ở phương pháp hiện tại, việc xác định SCT của cọc theo giải tích và việc tính lún cho cọc là hai vấn đề hoàn toàn riêng biệt, không ảnh hưởng đến nhau. Vì không có mối liên hệ với nhau nên khi thiết kế, sẽ rất bất tiện nếu ta chọn một tải trọng để thiết kế nhưng việc tính lún lại không thỏa. Ở phương pháp Fellenius, việc tính xác định SCT cực hạn có mối quan hệ chặt chẽ đến độ lún, mỗi tải trọng đặt lên đầu cọc đều sẽ cho ra một chuyển vị cọc, điều này giúp việc thiết kế trở nên thuận tiện hơn, vì thế mà phương pháp thiết kế thống nhất của Fellenius có thể áp dụng hầu như trong mọi trường hợp.
Hình: Lưu đồ kiến nghị các bước thiết kế cọc 6. Công bố khoa học của SV từ kết quả nghiên cứu của đề tài (ghi rõ tên tạp chí nếu có) hoặc nhận xét, đánh giá của cơ sở đã áp dụng các kết quả nghiên cứu (nếu có): Ngày 10 tháng 10 năm 2020 SV chịu trách nhiệm chính thực hiện đề tài
Nhận xét của người hướng dẫn về những đóng góp khoa học của SV thực hiện đề tài: Nhóm sinh viên đã đóng góp được một số vấn đề khoa học như sau: - Đã tìm được ảnh hưởng của Mô – đun cọc lên ứng xử của cọc. Giá trị mô – đun này rất quan trọng trong quá trình phân tích ngược các loại thí nghiệm hiện trường của cọc. - Đã tìm được phương pháp thiết kế cọc khi môi trường ứng suất xung quanh cọc thay đổi bằng cách kết hợp kết quả mô hình phân tích ngược với phương pháp thiết kế thống nhất của Fellenius. Ngày 10 tháng 10 năm 2020 Người hướng dẫn
MỤC LỤC MỤC LỤC ....................................................................................................................... i DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT .......................................................... iv DANH MỤC HÌNH ẢNH ..................................................................................................... vi DANH MỤC BẢNG BIỂU ................................................................................................... ix PHẦN MỞ ĐẦU ................................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ....................................................................................... 4 1.1. Khái niện sức chịu tải của cọc ..................................................................................... 4 1.1.1. Khái niệm sức chịu tải cọc .................................................................................... 4 1.1.2. Phương pháp xác định sức chịu tải cọc theo giải tích [11] ..................................... 4 1.1.3. Phương pháp xác định sức chịu tải cọc theo thí nghiệm nén tĩnh [12] .................... 5 1.1.4. Phương pháp xác định sức chịu tải cọc theo thí nghiệm biến dạng lớn PDA [18] .. 9 1.1.5. Phương pháp xác định sức chịu tải cọc theo thí nghiệm OSTERBERG [19] ........ 12 CHƯƠNG 2. XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC BẰNG PHƯƠNG PHÁP GIẢI TÍCH . 15 2.1. Công trình bệnh viện Shing Mark – Đồng Nai ........................................................... 15 2.1.1. Thông tin cọc...................................................................................................... 15 2.1.2. Thông tin địa chất ............................................................................................... 15 2.1.3. Xác định sức chịu tải cọc theo TCVN 10304 – 2014 ........................................... 16 2.2. Công trình CAMAU FERTILIZER PLANT – Cà Mau .............................................. 20 2.2.1. Thông tin cọc...................................................................................................... 20 2.2.2. Thông tin địa chất ............................................................................................... 20 2.2.3. Xác định sức chịu tải của cọc theo TCVN 10304 – 2014..................................... 21 2.3. Công trình Cảng Quốc tế Sài Gòn Việt Nam – Bà Rịa – Vũng Tàu ............................ 22 2.3.1. Thông tin cọc...................................................................................................... 22 2.3.2. Thông tin địa chất ............................................................................................... 22 2.3.3. Xác định sức chịu tải cọc theo TCVN 10304 – 2014 ........................................... 24 i
2.4. Nhận xét về phương pháp xác định sức chịu tải của cọc bằng giải tích theo TCVN 10304 – 2014 ............................................................................................................................. 25 CHƯƠNG 3. MÔ PHỎNG THÍ NGHIỆM TRÊN PLAXIS 2D ............................................ 27 3.1. Mô phỏng thí nghiệm nén tĩnh ................................................................................... 27 3.1.1. Công trình bệnh viện Shing Mark – Đồng Nai .................................................... 27 3.1.2. Công trình CAMAU FERTILIZER PLANT – Cà Mau ....................................... 33 3.1.3. Công trình Cảng Quốc tế Sài Gòn Việt Nam – Bà Rịa – Vũng Tàu ..................... 38 3.2. Mô phỏng thí nghiệm PDA ........................................................................................ 42 3.2.1. Công trình CAMAU FERTILIZER PLANT – Cà Mau ....................................... 42 3.2.2. Công trình Cảng Quốc tế Sài Gòn Việt Nam – Bà Rịa – Vũng Tàu ..................... 46 3.3. Mô phỏng thí nghiệm OSTERBERG ......................................................................... 48 3.3.1. Thông tin địa chất ............................................................................................... 49 3.3.2. Thông số cọc ...................................................................................................... 49 3.3.3. Mô phỏng thí nghiệm OSTERBERG trong Plaxis 2D ......................................... 49 3.4. Nhận xét giữa kết quả mô phỏng Plaxis 2D và kết quả theo TCVN 10304 – 2014...... 53 3.5. Nhận xét chung.......................................................................................................... 57 CHƯƠNG 4. PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ THỐNG NHẤT CỦA FELLENIUS [20] .......... 61 4.1. Công trình bệnh viện Shing Mark – Đồng Nai (HK5) ................................................ 61 4.1.1. Thông tin cọc...................................................................................................... 61 4.1.2. Thông tin địa chất ............................................................................................... 61 4.1.3. Xác định sức chịu tải cực hạn của cọc ................................................................. 61 4.1.4. Xác định vị trí mặt phẳng trung hòa khi cọc chịu tải ........................................... 77 4.2. Công trình CAMAU FERTILIZER PLANT – Cà Mau .............................................. 82 4.2.1. Thông tin cọc...................................................................................................... 82 4.2.2. Thông tin địa chất ............................................................................................... 83 4.2.3. Xác định sức chịu tải cực hạn của cọc ................................................................. 83 4.2.4. Xác định vị trí mặt phẳng trung hòa khi cọc chịu tải ........................................... 97 ii
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................................ 102 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................................. 106 iii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Danh mục chữ cái và chữ La – tinh Ap – Diện tích tiết diện ngang mũi cọc c – Lực dính của đất D – Đường kính cọc E – Mô – đun đàn hồi e – Hệ số rỗng của đất fci – Sức kháng trung bình của lớp đất hạt mịn thứ i trên thân cọc fi – Sức kháng trung bình của lớp đất thứ i trên thân cọc fsi – Sức kháng trung bình của lớp đất hạt thô thứ i trên thân cọc Dung trọng tự nhiên của đất c – Hệ số điều kiện làm việc của cọc trong nền cf – Hệ số điều kiện làm việc của đất trên thân cọc cf, ci – Hệ số điều kiện làm việc của đất hạt mịn trên thân cọc cf, si – Hệ số điều kiện làm việc của đất hạt thô trên thân cọc cq – Hệ số điều kiện làm việc của đất dưới mũi cọc satDung trọng bão hòa của đất IL – Chỉ số sệt hay độ sệt của đất IP – Chỉ số dẻo của đất Góc ma sát trong của đất L – Độ dài cọc lci – Chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất hạt mịn thứ i li – Chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất thứ i lsi – Chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất hạt thô thứ i P – Tải trọng đặt lên đầu cọc Pgh – Tải trọng giới hạn đặt lên đầu cọc qp – Cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc Rc,u – Sức chịu tải của cọc Rinter – Hệ số bề mặt tiếp xúc S – Chuyển vị của cọc Smax – Chuyển vị lớn nhất của cọc u – Chu vi tiết diện ngang thân cọc  – Hệ số nở hông iv
Danh mục các chữ viết tắt FEM – Finite Element Method – Phương pháp phần tử hữu hạn MC – Mohr Coulomb O – Cell – Thí nghiệm Osterberg, hộp tải PDA – Pile Driving Analyzer Systen – Thí nghiệm biến dạng lớn SCT – Sức chịu tải SPT – Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn TCVN – Tiêu chuẩn Việt Nam TTGH – Trạng thái giới hạn v
DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Hệ gia tải bằng khối lượng tĩnh ............................................................................... 5 Hình 1.2: Hệ gia tải bằng cọc neo ........................................................................................... 5 Hình 1.3: Sơ đồ lắp đặt thiết bị với hệ gia tải bằng khối lượng tĩnh......................................... 5 Hình 1.4: Sơ đồ lắp đặt thiết bị với hệ gia tải bằng cọc neo .................................................... 5 Hình 1.5: Biểu đồ P – S.......................................................................................................... 6 Hình 1.6: Biểu đồ S – T ......................................................................................................... 6 Hình 1.7: Biểu đồ P – T ......................................................................................................... 6 Hình 1.8: Biểu đồ S – P – T ................................................................................................... 6 Hình 1.9: Thiết bị tạo xung kích ........................................................................................... 10 Hình 1.10: Thiết bị PDA – Cảm biến dạng và cảm biến gia tốc ............................................ 10 Hình 1.11: Sơ đồ bố trí thí nghiệm ....................................................................................... 10 Hình 1.12: Kết quả thí nghiệm PDA ..................................................................................... 11 Hình 1.13: Thiết bị thí nghiệm Osterberg ............................................................................. 13 Hình 1.14: Kết quả thí nghiệm Osterberg ............................................................................. 14 Hình 2.1: Biểu đồ truyền tải cọc công trình bệnh viện Shing Mark – Đồng Nai .................... 17 Hình 2.2: Biểu đồ truyền tải cọc Công trình CAMAU FERTILIZER PLANT – Cà Mau ...... 22 Hình 2.3: Biểu đồ truyền tải cọc Cảng Quốc tế Sài Gòn Việt Nam – Bà Rịa – Vũng Tàu...... 25 Hình 3.1: Mô hình tính ......................................................................................................... 28 Hình 3.2: Bảng gán vật liệu cọc – đất ................................................................................... 28 Hình 3.3: Các bước gia tải trọng lên đầu cọc ........................................................................ 28 Hình 3.4: Biểu đồ P – S (chưa hiệu chỉnh) ............................................................................ 29 Hình 3.5: Biểu đồ P – S (có hiệu chỉnh) ............................................................................... 29 Hình 3.6: Mô hình tính ......................................................................................................... 31 Hình 3.7: Bảng gán vật liệu cọc – đất ................................................................................... 31 Hình 3.8: Các bước gia tải trọng lên đầu cọc ........................................................................ 31 Hình 3.9: Biểu đồ P – S (chưa hiệu chỉnh) ............................................................................ 32 Hình 3.10: Biểu đồ P – S (có hiệu chỉnh).............................................................................. 32 Hình 3.11: Mô hình tính ....................................................................................................... 34 Hình 3.12: Bảng gán vật liệu cọc – đất ................................................................................. 34 Hình 3.13: Các bước gia tải trọng lên đầu cọc ...................................................................... 35 Hình 3.14: Biểu đồ P – S (chưa hiệu chỉnh) .......................................................................... 35 Hình 3.15: Biểu đồ P – S (có hiệu chỉnh).............................................................................. 36 Hình 3.16: Biểu đồ P – Z ứng với 200 % tải (có hiệu chỉnh) ................................................. 36 Hình 3.17: Biểu đồ P – Z ứng với 250 % tải (có hiệu chỉnh) ................................................. 36 vi
Hình 3.18: Mô hình tính ....................................................................................................... 39 Hình 3.19: Bảng gán vật liệu cọc – đất ................................................................................. 39 Hình 3.20: Các bước gia tải trọng lên đầu cọc ...................................................................... 40 Hình 3.21: Biểu đồ P – S (chưa hiệu chỉnh) .......................................................................... 40 Hình 3.22: Biểu đồ P – S (có hiệu chỉnh).............................................................................. 41 Hình 3.23: Biểu đồ P – Z (có hiệu chỉnh) ............................................................................. 41 Hình 3.24: Mô hình tính ....................................................................................................... 43 Hình 3.25: Bảng gán vật liệu cọc – đất ................................................................................. 43 Hình 3.26: Các bước đặt chuyển vị lên đầu cọc .................................................................... 44 Hình 3.27: Biểu đồ P – Z (đã hiệu chỉnh) ............................................................................. 44 Hình 3.28: Mô hình tính ....................................................................................................... 47 Hình 3.29: Bảng gán vật liệu cọc – đất ................................................................................. 47 Hình 3.30: Các bước đặt chuyển vị lên đầu cọc .................................................................... 47 Hình 3.31: Biểu đồ P – Z (đã hiệu chỉnh) ............................................................................. 48 Hình 3.32: Mô hình tính ....................................................................................................... 49 Hình 3.33: Bảng gán vật liệu cọc – đất ................................................................................. 49 Hình 3.34: Các bước đặt tải .................................................................................................. 50 Hình 3.35: Biểu đồ P – S ...................................................................................................... 50 Hình 3.36: Biểu đồ P – Z...................................................................................................... 51 Hình 3.37: Biểu đồ P – Z...................................................................................................... 51 Hình 3.38: Biểu đồ P – Z...................................................................................................... 51 Hình 3.39: Biểu đồ truyền tải cọc Công trình bệnh viện Shing mark – Đồng Nai (HK5) ....... 53 Hình 3.40: Biểu đồ truyền tải cọc Công trình bệnh viện Shing mark – Đồng Nai (HK1) ....... 54 Hình 3.41: Biểu đồ truyền tải cọc Công trình U Minh – Cà Mau .......................................... 55 Hình 3.42: Biểu đồ truyền tải cọc Công trình Cảng Quốc tế Sài Gòn Việt Nam – Bà Rịa – Vũng Tàu ...................................................................................................................................... 56 Hình 4.1: Biểu đồ quan hệ giữa chuyển vị và tỷ số chuyển vị/tải trọng ................................. 62 Hình 4.2: Biểu đồ quan hệ giữa tải trọng và chuyển vị theo Chin – Kondner Hyperbolic ...... 63 Hình 4.3: Biểu đồ quan hệ giữa S và √S/P ............................................................................ 64 Hình 4.4: Biểu đồ quan hệ giữa tải trọng và chuyển vị theo Hansen 80% ............................. 65 Hình 4.5: Biểu đồ quan hệ giữa tải trọng và chuyển vị theo Gwizdala .................................. 67 Hình 4.6: Biểu đồ quan hệ giữa tải trọng và chuyển vị theo phương pháp Vander Veen ....... 69 Hình 4.7: Biểu đồ quan hệ giữa tải trọng và chuyển vị theo phương pháp Zhang .................. 71 Hình 4.8: Biểu đồ quan hệ giữa tải trọng và chuyển vị theo phương pháp Vijayvergyia ........ 73 Hình 4.9: Biểu đồ quan hệ giữa tải trọng và chuyển vị theo phương pháp Rahman ............... 75 vii
Hình 4.10: Biểu đồ tổng hợp quan hệ giữa tải trọng và chuyển vị ......................................... 76 Hình 4.11: Biểu đồ lực dọc trong cọc theo độ sâu cọc .......................................................... 77 Hình 4.12: Biểu đồ quan hệ giữa lực dọc trong cọc theo độ sâu cọc...................................... 78 Hình 4.13: Biểu đồ chuyển vị cọc......................................................................................... 78 Hình 4.14: Biểu đồ chuyển vị đất ......................................................................................... 80 Hình 4.15: Biểu đồ chuyển vị cọc – chuyển vị đất ................................................................ 81 Hình 4.16: Biểu đồ chuyển vị cọc......................................................................................... 82 Hình 4.17: Biểu đồ chuyển vị cọc – chuyển vị đất ................................................................ 82 Hình 4.18: Biểu đồ quan hệ giữa chuyển vị và tỷ số chuyển vị/tải trọng ............................... 84 Hình 4.19: Biểu đồ quan hệ giữa tải trọng và chuyển vị theo Chin – Kondner Hyperbolic .... 85 Hình 4.20: Biểu đồ quan hệ giữa S và √S/P .......................................................................... 86 Hình 4.21: Biểu đồ quan hệ giữa tải trọng và chuyển vị theo Hansen 80% ........................... 87 Hình 4.22: Biểu đồ quan hệ giữa tải trọng và chuyển vị theo Gwizdala ................................ 88 Hình 4.23: Biểu đồ quan hệ giữa tải trọng và chuyển vị theo phương pháp ........................... 90 Hình 4.24: Biểu đồ quan hệ giữa tải trọng và chuyển vị theo phương pháp Zhang ................ 91 Hình 4.25: Biểu đồ quan hệ giữa tải trọng và chuyển vị theo phương pháp Vijayvergyia ...... 93 Hình 4.26: Biểu đồ quan hệ giữa tải trọng và chuyển vị theo phương pháp Rahman ............. 94 Hình 4.27: Biểu đồ tổng hợp quan hệ giữa tải trọng và chuyển vị ......................................... 96 Hình 4.28: Biểu đồ quan hệ giữa lực dọc trong cọc theo độ sâu cọc...................................... 97 Hình 4.29: Biểu đồ quan hệ giữa lực dọc trong cọc theo độ sâu cọc...................................... 98 Hình 4.30: Biểu đồ chuyển vị cọc......................................................................................... 98 Hình 4.31: Biểu đồ chuyển vị đất ....................................................................................... 100 Hình 4.32: Biểu đồ chuyển vị cọc – chuyển vị đất .............................................................. 100 Hình 4.33: Biểu đồ chuyển vị cọc....................................................................................... 101 Hình 4.34: Biểu đồ chuyển vị cọc – chuyển vị đất .............................................................. 101 Hình 1: Lưu đồ kiến nghị các bước thiết kế cọc.................................................................. 105 viii
DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Giá trị sức chịu tải giới hạn ứng với chuyển vị giới hạn theo các đề nghị khác nhau 6 Bảng 2.1: Bảng tổng hợp thông số địa chất........................................................................... 15 Bảng 2.2: Bảng phân loại đất ............................................................................................... 16 Bảng 2.3: Sức chịu tải cọc công trình bệnh viện Shing Mark – Đồng Nai ............................. 18 Bảng 2.4: Bảng tổng hợp thông số địa chất........................................................................... 20 Bảng 2.5: Bảng phân loại đất ............................................................................................... 21 Bảng 2.6: Sức chịu tải cọc công trình CAMAU FERTILIZER PLANT – Cà Mau ................ 21 Bảng 2.7: Bảng tổng hợp thông số địa chất........................................................................... 22 Bảng 2.8: Bảng phân loại đất ............................................................................................... 23 Bảng 2.9: Sức chịu tải cọc Cảng Quốc tế Sài Gòn Việt Nam – Bà Rịa – Vũng Tàu .............. 24 Bảng 3.1: Thông số địa chất Hố khoan 1 (HK1) ................................................................... 27 Bảng 3.2: Bảng hiệu chỉnh Mô – đun cọc và Mô – đun các lớp đất ....................................... 30 Bảng 3.3: Thông số địa chất Hố khoan 5 (HK5) ................................................................... 30 Bảng 3.4: Bảng hiệu chỉnh Mô – đun cọc và Mô – đun các lớp đất ....................................... 33 Bảng 3.5: Thông tin địa chất ................................................................................................ 33 Bảng 3.6: Hiệu chỉnh thông số ............................................................................................. 38 Bảng 3.7: Thông số địa chất ................................................................................................. 38 Bảng 3.8: Hiệu chỉnh thông số ............................................................................................. 42 Bảng 3.9: Thông số địa chất ................................................................................................. 42 Bảng 3.10: Hiệu chỉnh thông số ........................................................................................... 45 Bảng 3.11: Thông số địa chất ............................................................................................... 46 Bảng 3.12: Hiệu chỉnh thông số ........................................................................................... 48 Bảng 3.13: Thông số địa chất ............................................................................................... 49 Bảng 3.14: Hiệu chỉnh thông số ........................................................................................... 52 Bảng 4.1: Bảng tổng hợp các giá trị P và S thí nghiệm ......................................................... 61 Bảng 4.2: Bảng tổng hợp các giá trị P theo phương pháp Chin – Kondner Hyperbolic .......... 62 Bảng 4.3: Bảng tổng hợp các giá trị P theo phương pháp Hansen 80% ................................. 64 Bảng 4.4: Bảng tổng hợp các giá trị P theo phương pháp Gwizdala ...................................... 66 Bảng 4.5: Bảng tổng hợp các giá trị P theo phương pháp Van der Veen ............................... 68 Bảng 4.6: Bảng tổng hợp các giá trị P theo phương pháp Zhang ........................................... 71 Bảng 4.7: Bảng tổng hợp các giá trị P theo phương pháp Vijayvergyia ................................. 72 Bảng 4.8: Bảng tổng hợp các giá trị P theo phương pháp Rahman ........................................ 74 Bảng 4.9: Bảng tổng hợp các giá trị P (đơn vị: kN) .............................................................. 76 Bảng 4.10: Bảng tổng hợp các giá trị tải trọng cực hạn (đơn vị: kN) ..................................... 76 ix
Bảng 4.11: Bảng tổng hợp các giá trị lực dọc theo độ sâu ..................................................... 77 Bảng 4.12: Bảng tổng hợp chuyển vị của đất ........................................................................ 79 Bảng 4.13: Bảng tổng hợp các giá trị P và S thí nghiệm ....................................................... 83 Bảng 4.14: Bảng tổng hợp các giá trị P theo phương pháp Chin – Kondner Hyperbolic ........ 84 Bảng 4.15: Bảng tổng hợp các giá trị P theo phương pháp Hansen 80% ............................... 86 Bảng 4.16: Bảng tổng hợp các giá trị P theo phương pháp Gwizdala .................................... 88 Bảng 4.17: Bảng tổng hợp các giá trị P theo phương pháp Van der Veen ............................. 89 Bảng 4.18: Bảng tổng hợp các giá trị P theo phương pháp Zhang ......................................... 91 Bảng 4.19: Bảng tổng hợp các giá trị P theo phương pháp Vijayvergyia ............................... 92 Bảng 4.20: Bảng tổng hợp các giá trị P theo phương pháp Rahman ...................................... 94 Bảng 4.21: Bảng tổng hợp các giá trị P (đơn vị: kN) ............................................................ 95 Bảng 4.22: Bảng tổng hợp các giá trị tải trọng cực hạn (đơn vị: kN) ..................................... 96 Bảng 4.23: Bảng tổng hợp chuyển vị của đất ........................................................................ 99 x
PHẦN MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Việc mô hình hóa toán học để dự báo quan hệ tải trọng – chuyển vị của cọc là một thách thức lớn. Phương pháp cơ chế truyền tải, được đề xuất đầu tiên bởi Coyle and Reese [1], dựa trên ý tưởng đơn giản là quan hệ giữa tải trọng – chuyển vị được ghi tại đầu cọc là một kết quả trực tiếp của cách mà phản lực dọc thân cọc phụ thuộc vào các chuyển vị cục bộ. Về mặt toán học, các mối quan hệ ở tại mũi cọc và tại các điểm khác nhau dọc thân cọc là một hàm huy động. Các phương pháp thông thường để dự báo sức chịu tải (SCT) của cọc [2] [3] thường được dùng để xác định giá trị lớn nhất của các hàm này nhằm tránh tính toán tải trọng không thực tế [4]. Quy trình thông thường là áp đặt một chuyển vị tại mũi cọc, tác động này tạo ra một phản lực nhất định, từ đó sự cân bằng của các đoạn cọc rời rạc có thể được tính toán theo hướng lên trên, lặp đi lặp lại, cho đến khi chạm đến đầu cọc. Phương pháp truyền tải cọc, mặc dù có rất nhiều ưu điểm như đã đề cập ở trên nhưng vẫn có hạn chế là chỉ xét đến chuyển vị của phần tử dọc thân cọc bị ảnh hưởng bởi phần tử đất trực tiếp tiếp xúc với nó. Trong thực tế, các phần tử đất kế bên phần tử đất đang xét cũng có ảnh hưởng đáng kể đến chuyển vị của phần tử cọc đang xét. Phương pháp phần tử hữu hạn xem đất nền như là một vật liệu liên tục, khắc phục được hạn chế của phương pháp truyền tải. Ngày nay, mô phỏng số các kết cấu là một trong những cách tiếp cận phổ biến nhất được sử dụng rộng rãi trong phân tích kết cấu và địa kỹ thuật. Phân tích số cung cấp các giải pháp tức thì và phù hợp cho các bài toán trong lĩnh vực khác nhau, có thể sử dụng cho các loại bài toán tương tự phát sinh trong tương lai. Trong vài năm qua, có một xu hướng rõ ràng là phát triển các kỹ thuật phần tử hữu hạn vì chúng là các giải pháp rất đáng tin cậy và chính xác cho các vấn đề kỹ thuật phức tạp. Zakia và cộng sự [5] sử dụng PLAXIS 2D đã thực hiện một nghiên cứu phần tử hữu hạn về ảnh hưởng của các tham số mô hình hóa đến các dự báo độ lún. Người ta nhận thấy rằng (i) mô – đun của bề mặt tiếp xúc rất gần với mô – đun của đất tiếp xúc với cọc (ii) hệ số suy giảm mặt tiếp xúc được chấp nhận khi giá trị của nó nằm trong khoảng từ 0.8 đến 0.9 (iii) mô hình đất hoàn toàn bằng mô hình Mohr Coulomb có cân nhắc đến hệ số bề mặt cho dự báo độ lún tốt hơn và (iv) lưới mịn cho kết quả đáng tin cậy hơn so với lưới thô. Jun Ju [6] đã thực hiện phân tích độ lún bằng cách sử dụng phương pháp tiếp cận phần tử hữu hạn của PLAXIS 3D cho cọc trong đất sleech. Dựa trên các kết quả, một số kết luận cho thấy sự kết hợp của phân tích đàn hồi phi tuyến và tuyến tính dẫn đến dự báo thực tế hơn về độ lún so với phân tích phi tuyến hoàn chỉnh về đất. Jian – lin và cộng sự [7] đã tiến hành một nghiên cứu về dự 1