Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến sự phân phối tải trọng giữa cọc và đất của móng bè cọc nhà cao tầng

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:126

Thêm vào BST

Báo xấu

21
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn này chủ yếu là phân tích một số yếu tố ảnh hưởng đến tỷ lệ phân phối tải trọng của công trình vào trong các cọc bên dưới bè so với tổng tải trọng của công trình. Một số yếu tố đó là điều kiện địa chất, cường độ tải trọng ngoài, độ cứng của bản móng và cách bố trí cọc dưới bè.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến sự phân phối tải trọng giữa cọc và đất của móng bè cọc nhà cao tầng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM --------------------------------- CAO NGỌC LÂM PHÂN TÍCH CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ PHÂN PHỐI TẢI TRỌNG GIỮA CỌC VÀ ĐẤT CỦA MÓNG BÈ CỌC NHÀ CAO TẦNG LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp Mã ngành: 60.58.02.08 TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 09 năm 2015
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM --------------------------------- CAO NGỌC LÂM PHÂN TÍCH CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ PHÂN PHỐI TẢI TRỌNG GIỮA CỌC VÀ ĐẤT CỦA MÓNG BÈ CỌC NHÀ CAO TẦNG LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp Mã ngành: 60.58.02. 08 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS.TRƯƠNG QUANG THÀNH TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 09 năm 2015
CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. TRƯƠNG QUANG THÀNH Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Công nghệ TP.HCM TP.HCM, ngày 24 tháng 10 năm 2015 Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm: TT Họ và tên Chức danh Hội đồng 1 PGS. TS. Nguyễn Xuân Hùng Chủ tịch 2 PGS. TS. Dương Hồng Thẩm Phản biện 1 3 PGS. TS. Võ Phán Phản biện 2 4 TS. Nguyễn Hồng Ân Ủy viên 5 PGS. TS. Lương Văn Hải Ủy viên, Thư ký Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã được sửa chữa (nếu có). Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV
TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP. HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÒNG QLKH – ĐTSĐH Độc lập – Tự do – Hạnh phúc ---------------- ---------------- TP. HCM, ngày 07 tháng 09 năm 2015 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: CAO NGỌC LÂM Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 13/07/1981 Nơi sinh: Quảng Ngãi Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình DD và CN MSHV: 1341870040 I. Tên đề tài: Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến sự phân phối tải trọng giữa cọc và đất của móng bè cọc nhà cao tầng II. Nhiệm vụ và nội dung: 1. Mở đầu 2. Tổng quan móng bè cọc nhà cao tầng 3. Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến mức độ phân phối tải trọng công trình lên cọc và bè trong giải pháp móng bè cọc 4. Phân tích, so sánh phương án móng cọc và móng bè cọc cho công trình thực tế tại Thành Phố Hồ Chí Minh III. Ngày giao nhiệm vụ: 17/03/2015 IV. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 07/09/2015 V. Cán bộ hướng dẫn: TS. TRƯƠNG QUANG THÀNH CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH
LỜI CAM ĐOAN Tôi tên Cao ngọc Lâm, trong quá trình thực hiện Luận văn Thạc sĩ với đề tài: “ Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến sự phân phối tải trọng giữa cọc và đất của móng bè cọc nhà cao tầng “ tôi đã có tham khảo nhiều bài báo và nhiều luận văn trước đây của các tác giả và được trích dẩn theo đúng quy định. Ngoài những nội dung được tham khảo và trích dẩn tôi cam đoan đây là nội dung nghiên cứu của tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của thầy TS. Trương Quang Thành. Các kết quả số trong luận văn là do chính bản thân tôi thực hiện. Tôi xin chịu trách nhiệm toàn bộ về luận văn này Trân trọng ! Tp. HCM, ngày 02 tháng 9 năm 2015 Học Viên thực hiện CAO NGỌC LÂM
LỜI CẢM ƠN Luận văn Thạc sĩ với đề tài: “Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến sự phân phối tải trọng giữa cọc và đất của móng bè cọc nhà cao tầng” được thực hiện với kiến thức thu thập trong suốt quá trình học tập tại trường. Cùng với sự cố gắng của bản thân và sự giúp đỡ, động viên của các thầy cô, bạn bè, đồng nghiệp và gia đình trong suốt quá trình học tập, thực hiện luận văn. Trước tiên tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến TS. Trương Quang Thành người thầy đã nhiệt tình hướng dẫn, động viên và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Em cũng xin gửi lời tri ân đến các thầy cô Trường Đại học Công Nghệ TPHCM, đặc biệt là phòng sau đại học và Khoa Xây Dựng đã cho tôi những kiến thức và kinh nghiệm quý báu trong suốt quá trình học tập tai trường. Xin gửi lời đến các học viên chuyên ngành Kỹ Thuật Xây Dựng Công Trình Dân Dụng và Công Nghiệp khóa 2013, những người bạn đã đồng hành và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học. Cuối cùng, tôi xin cảm ơn đến bố mẹ và gia đình đã động viện, tạo điều kiện tốt nhất cho tôi về vật chất lẫn tinh thần trong những năm tháng học tập tại trường. Luận văn được hoàn thành nhưng không thể tránh được những thiếu sót và hạn chế. Rất mong sự đóng góp của quý thầy cô, bạn bè và đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện và có ý nghĩa thực tiễn. Trân trọng ! Tp. HCM, ngày 02 tháng 9 năm 2015 Học Viên CAO NGỌC LÂM
TÓM TẮT LUẬN VĂN Tên đề tài “Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến sự phân phối tải trọng giữa cọc và đất của móng bè cọc nhà cao tầng.” Tóm tắt Vấn đề sử dụng giải pháp móng bè cọc cho công trình nhà cao tầng là vấn đề rất được quan tâm hiện nay. Việc lựa chọn giải pháp này trong điều kiện nào là hợp lý để mang lại hiệu quả kinh tế lẫn kỹ thuật là vấn đề quan trọng. Móng bè cọc không phải là một loại móng khác biệt, phần lớn móng cọc nằm trong nền đều đang ứng xử như móng bè trên nền cọc trong thực tế. Sự khác biệt giữa móng cọc và móng bè cọc chỉ nằm ở nguyên tắc thiết kế. Nguyên tắc thiết kế của móng bè cọc là có xem xét đến tải trọng của công trình phân phối cho nền đất trực tiếp dưới bản móng bè. Trong nội dung luận văn này chủ yếu là phân tích một số yếu tố ảnh hưởng đến tỷ lệ phân phối tải trọng của công trình vào trong các cọc bên dưới bè so với tổng tải trọng của công trình. Một số yếu tố đó là điều kiện địa chất, cường độ tải trọng ngoài, độ cứng của bản móng và cách bố trí cọc dưới bè. Tổng hợp các nghiên cứu cơ sở lý thuyết về tính toán móng bè cọc trên thế giới và phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến ứng xử lún, sử dụng phần mềm Plaxis 3D để mô phỏng các bài toán phân tích, luận văn này sẽ giúp cho người kỹ sư thiết kế có thêm cơ sở lý luận trong việc lựa chọn giải pháp thiết kế móng bè trên nền cọc cho các công trình cao tầng hiện nay.
-i- MỤC LỤC MỞ ĐẦU Trang 1. Tính cấp thiết của đề tài 1 2. Mục tiêu nghiên cứu 1 3. Phương pháp nghiên cứu 1 4. Ý nghĩa và giá trị thực tiễn của đề tài 2 5. Giới hạn của đề tài 2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN MÓNG BÈ CỌC NHÀ CAO TẦNG 1.1 Giới thiệu móng bè cọc 3 1.2 Một số ưu điểm của móng bè cọc 5 1.3 Vấn đề thiết kế móng bè cọc 6 1.4 Một số công trình tiêu biểu tính toán theo quan điểm móng bè cọc 12 1.5 Công trình móng bè cọc mang lại hiệu quả kinh tế ở TP.Hồ Chí Minh 18 1.6 Một số kết luận của chương 1 24 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHÂN TÍCH MÓNG BÈ CỌC 2.1 Các phương pháp phân tích móng bè cọc 25 2.2 So sánh các phương pháp tính móng bè cọc 36 2.3 Một số kết luận của chương 2 38 CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN MỨC ĐỘ PHÂN PHỐI TẢI TRỌNG CÔNG TRÌNH LÊN CỌC VÀ BÈ TRONG GIẢI PHÁP MÓNG BÈ CỌC 3.1 Giới thiệu 40 3.2 Phương pháp phân tích hệ sốαpr 46
- ii - 3.3 Đặt bài toán phân tích hệ số αpr 46 3.4 Một số kết luận rút ra từ chương 3 75 CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH, SO SÁNH PHƯƠNG ÁN MÓNG CỌC VÀ MÓNG BÈ CỌC CHO CÔNG TRÌNH THỰC TẾ 4.1 Giới thiệu công trình 76 4.2 Kết quả khảo sát địa chất công trình 76 4.3 Phân tích, thiết kế móng cho công trình theo quan điểm móng cọc 78 4.4 Thiết kế móng cho công trình theo quan điểm móng bè cọc 94 4.5 So sánh về hai quan điểm thiết kế đài kép hai cột và đài bè cọc cho 105 công trình thực tế. 4.6 Một số nhận xét của chương 4 105 PHẦN KẾT LUẬN & KIẾN NGHỊ Kết luận 106 Kiến nghị 107 TÀI LIỆU THAM KHẢO 108
- iii - DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Trang Bảng 1.1 Tỷ lệ tải trọng do cọc chịu và nền chịu ở một số công trình nước 11 ngoài Bảng 1.1 Tỷ lệ tải trọng do cọc chịu và nền chịu ở một số công trình nước 12 ngoài (tt) Bảng 1.2 Bảng tổng hợp kết quả quan trắc và tính toán MBC công trình Tiền 18 Phong, Hà Nội Bảng 2.1 Bảng liệt kê các phương pháp cũng như khả năng dự đoán tính toán 26 đặc trưng móng bè cọc của từng phương pháp (theo Poulos) Bảng 2.2 Bảng tóm tắt thông số sử dụng trong mô hình do Poulos đặt ra 37 Bảng 3.1 Bảng giá trị ước lượng môđun biến dạng và hệ số Poisson của đất 44 Bảng 3.2 Tương quan giữa trị số N và trạng thái đất nền 45 Bảng 3.3 Thông số đầu vào trong mô hình phân tích 47 Bảng 3.4 Kết quả giá trị lực đứng tại các đầu cọc trong bè móng 51 Bảng 3.5 Kết quả giá trị lực đứng tại các đầu cọc trong bè móng 52 Bảng 3.6 Kết quả giá trị lực đứng tại các đầu cọc trong bè móng 53 Bảng 3.7 Kết quả giá trị lực đứng tại các đầu cọc trong bè móng 54 Bảng 3.8 Tổng hợp kết quả của 4 trường hợp phân tích 55 Bảng 3.9 Kết quả giá trị lực đứng tại các đầu cọc trong bè móng 57 Bảng 3.10 Kết quả giá trị lực đứng tại các đầu cọc trong bè móng 58 Bảng 3.11 Kết quả giá trị lực đứng tại các đầu cọc trong bè móng 59 Bảng 3.12 Tổng hợp 3 trường hợp phân tích – Bài toán 2 60 Bảng 3.13 Kết quả giá trị lực đứng tại các đầu cọc trong bè móng 62 Bảng 3.14 Kết quả giá trị lực đứng tại các đầu cọc trong bè móng 63 Bảng 3.15 Kết quả giá trị lực đứng tại các đầu cọc trong bè móng 64 Bảng 3.16 Tổng hợp 3 trường hợp – Bài toán 3 65 Bảng 3.17 Kết quả giá trị lực đứng tại các đầu cọc trong bè móng 69 Bảng 3.18 Kết quả giá trị lực đứng tại các đầu cọc trong bè móng 70 Bảng 3.19 Kết quả giá trị lực đứng tại các đầu cọc trong bè móng 71
- iv - Bảng 3.20 Kết quả giá trị lực đứng tại các đầu cọc trong bè móng 72 Bảng 3.21 Kết quả giá trị lực đứng tại các đầu cọc trong bè móng 73 Bảng 3.22 Tổng hợp 5 trường hợp – Bài toán 4 74 Bảng 4.1 Nội lực chân cột khung trục 2 dùng để thiết kế móng 78 Bảng 4.2 Thông số kỹ thuật của cọc thí nghiệm 82 Bảng 4.3 Quy trình tăng và giảm tải trọng cọc P1-7 83 (tải trọng thí nghiệm = 920 tấn) Bảng 4.4 Quy trình tăng và giảm tải trọng P2-20 84 (tải trọng thí nghiệm = 900 tấn) Bảng 4.5 Tổng hợp kết quả thí nghiệm CỌC P1-7 85 Bảng 4.6 Tổng hợp kết quả thí nghiệm CỌC P2-20 86 Bảng 4.7 Thông số đầu vào bê tông trong mô hình phân tích 96 Bảng 4.8 Thông số đầu vào bê tông trong mô hình phân tích 97 Bảng 4.9 Giá trị lực đứng tại các đầu cọc trong bè móng – phương án 1 103 Bảng 4.10 Giá trị lực đứng tại các đầu cọc trong bè móng – phương án 2 104 Bảng 4.11 Bảng so sánh hiệu quả của phương án bố trí chiều dài cọc 104 Bảng 4.12 Bảng so sánh sơ bộ hiệu quả của hai quan điểm thiết kế 105
-v- DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Trang Hình 1.1 Một số dạng bản móng bè cọc 4 Hình 1.2 Hiệu ứng tương tác giữa đất –cấu trúc trong móng bè cọc của 5 Katzenbach và cộng sự (1998),(2000) Hình 1.3 Cọc bố trí làm giảm độ lún của nền (Randolph,1994) 6 Hình 1.4 Biểu đồ quan hệ tải trọng –độ lún theo các quan điểm thiết kế 8 Hình 1.5 Phân biệt móng cọc, bè cọc và móng bè theo mức độ tiếp nhận tải 8 trọng Hình 1.6 Hệ số phân phối tải trọng theo mức độ giảm lún 11 (Kitiyodom et al, 2002) Hình 1.7 Hình ảnh công trình Treptower 12 Hình 1.8 Số liệu thực hiện quan trắc lún và tính toán công trình Treptower 13 Hình 1.9 Hình ảnh công trình Westend I Tower, Frankfurt 14 Hình 1.10 Mặt cắt ngang công trình Westend I Tower, Frankfurt 15 Hình 1.11 Trụ sở Công ty Tiền Phong, huyện Từ Liêm, Hà Nội 16 Hình 1.12 Quan trắc tải trọng tác dụng lên cọc công trình Tiền Phong 17 Hình 1.13 Quan trắc áp lực đáy móng bè cọc công trình Tiền Phong 17 Hình 1.14 Địa chất chung cư Lê Hồng Phong- Phan Văn Trị 19 Hình 1.15 Ảnh chụp thực tế công trình Chung cư cao cấp Grandview 20 Hình 1.16 Địa chất công trình chung cư cao cấp Grandview 21 Hình 1.17 Công trình Bitexco Tower, HCM 22 Hình 1.18 Vietcombank Tower, HCM 23 Hình 1.19 Sai Gon Pearl, HCM 23 Hình 2.1 Mô tả đơn giản về bè cọc đơn vị 27 Hình 2.2 Quan hệ giữa độ lún và tải trọng 29 Hình 2.3 Bố trí cọc giảm lún, và tính toán móng điều chỉnh (poulos, 2001) 30 Hình 2.4 Đường cong Tải – Lún tính toán cho móng bè (poulos, 2001) 31
- vi - Hình 2.5 Phương pháp dãy móng trên nền lò xo theo Poulos (1991) 32 Hình 2.6 Mô phỏng cọc và nền 33 Hình 2.7 Bài toán móng bè cọc do Poulos đặt ra năm 1994 37 Hình 2.8 Biểu đồ so sánh độ lún trung bình móng bè cọc giữa các phương 38 pháp Hình 2.9 Biểu đồ so sánh tỷ lệ % tải trọng do cọc chịu giữa các phương pháp 38 Hình 3.1 Sơ đồ mô phỏng tương tác móng bè cọc 41 Hình 3.2 Xác định E và υ từ thí nghiệm nén đơn 43 Hình 3.3 Xác định E0 và E50 từ thí nghiệm 3 trục thoát nước C-D 43 Hình 3.4 Xác định Eoed thí nghiệm nén cố kết 44 Hình 3.5 Mặt bằng bố trí cọc trong bè móng bài toán 1 48 Hình 3.6 Sơ đồ bài toán trường hợp 1 48 Hình 3.7 Sơ đồ bài toán trường hợp 2 49 Hình 3.8 Sơ đồ bài toán trường hợp 3 49 Hình 3.9 Sơ đồ bài toán trường hợp 4 50 Hình 3.10 Đánh số vị trí cọc bè móng bài toán 1 50 Hình 3.11 Biểu đồ chuyển vị của bè móng và biến dạng lưới cảu nền đất trong 51 trường hợp 1 Hình 3.12 Biểu đồ chuyển vị của bè móng và biến dạng lưới cảu nền đất trong 52 trường hợp 2 Hình 3.13 Biểu đồ chuyển vị của bè móng và biến dạng lưới cảu nền đất trong 53 trường hợp 3 Hình 3.14 Biểu đồ chuyển vị của bè móng và biến dạng lưới cảu nền đất trong 54 trường hợp 4 Hình 3.15 Biểu đồ phần trăm tải trọng công trình phân phối lên cọc và bè 55 Hình 3.16 Mặt bằng bố trí cọc trong bè móng bài toán 2 56 Hình 3.17 Sơ đồ bài toán 2 và đánh số vị trí cọc trong bè móng 56 Hình 3.18 Biểu đồ chuyển vị của bè móng và biến dạng lướ của nền đất trong 57 trường hợp 1 Hình 3.19 Biểu đồ chuyển vị của bè móng và biến dạng lướ của nền đất trong 58 trường hợp 2
- vii - Hình 3.20 Biểu đồ chuyển vị của bè móng và biến dạng lưới của nền đất trong 59 trường hợp 3 Hình 3.21 Biểu đồ phần trăm tải trọng công trình phân phối lên cọc và bè 60 móng Hình 3.22 Sơ đồ bài toán 3 61 Hình 3.23 Biểu đồ chuyển vị của bè móng và biến dạng lưới của nền đất trong 62 trường hợp 1 Hình 3.24 Biểu đồ chuyển vị của bè móng và biến dạng lưới của nền đất trong 63 trường hợp 2 Hình 3.25 Biểu đồ chuyển vị của bè móng và biến dạng lưới của nền đất trong 64 trường hợp 3 Hình 3.26 Phần trăm tải trọng công trình phân phối lên cọc và bè móng 65 Hình 3.27 Tọa độ các cọc – bài toán 4 66 Hình 3.28 Sơ đồ trường hợp 1- bài toán 4 66 Hình 3.29 Sơ đồ trường hợp 2- bài toán 4 67 Hình 3.30 Sơ đồ trường hợp 3- bài toán 4 67 Hình 3.31 Sơ đồ trường hợp 4- bài toán 4 68 Hình 3.32 Sơ đồ trường hợp 5- bài toán 4 68 Hình 3.33 Biểu đồ chuyển vị của bè móng và biến dạng lưới của nền đất trong 69 trường hợp 1 Hình 3.34 Biểu đồ chuyển vị của bè móng và biến dạng lưới của nền đất trong 70 trường hợp 2 Hình 3.35 Biểu đồ chuyển vị của bè móng và biến dạng lưới cảu nền đất trong 71 trường hợp 3 Hình 3.36 Biểu đồ chuyển vị của bè móng và biến dạng của nền đất trong 72 trường hợp 4 Hình 3.37 Biểu đồ chuyển vị của bè móng và biến dạng của nền đất trong 73 trường hợp 4 Hình 3.38 Biểu đồ phần trăm tải trọng công trình phân phối lên cọc và bè -5 74 trường hợp Hình 4.1 Mặt bằng tim cột tầng hầm công trình 78
- viii - Hình 4.2 Mặt bằng bố trí các đài cọc trong công trình 79 Hình 4.3 Sơ đồ tính sức chịu tải của cọc theo điều kiện đất nền 81 Hình 4.4 Đồ thị quan hệ giữa tải trọng và độ lún cọc P1-7 87 Hình 4.5 Đồ thị quan hệ giữa tải trông và độ lún cọc P2-20 87 Hình 4.6 Sơ đồ móng M1 88 Hình 4.7 Sơ đồ móng M2 89 Hình 4.8 Mặt bằng bố trí móng cọc trong công trình 90 Hình 4.9 Sơ đồ tính và biểu đồ mô men uốn trong đài cọc theo phương cạnh 93 dài Hình 4.10 Biểu đồ mô men uốn trong đài theo phương cạnh ngắn 93 Hình 4.11 Mặt bằng bố trí móng cọc trong công trính 95 Hình 4.12 Tọa độ các cọc trong bè móng 95 Hình 4.13 Bố trí cọc dưới bè theo hai phương án 96 Hình 4.14 Chuyển vị lưới củ nền đất nền trong 2 phương án 98 Hình 4.15 Biểu đồ chuyển vị của bản móng bè – phương án 1 99 Hình 4.16 Biểu đồ chuyển vị của đất xung quanh bản móng bè – phương án 1 99 Hình 4.17 Biểu đồ chuyển vị của bản móng bè – phương án 2 100 Hình 4.18 Biểu đồ chuyển vị của đất xung quanh bản móng bè – phương án 2 100 Hình 4.19 Biểu đồ mô men uốn M11 trong bản móng bè – phương án 1 101 Hình 4.20 Biểu đồ men uốn M22 trong bản móng bè – phương án 1 101 Hình 4.21 Biểu đồ mô men uốn M11 trong bản móng bè – phương án 2 102 Hình 4.22 Biểu đồ men uốn M22 trong bản móng bè – phương án 2 102 Hình 4.23 Đánh số thứ tự các cọc trong đài móng bè 103
-1- MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Nhà cao tầng thường được thiết kế có tầng hầm để chôn sâu công trình vào trong đất và giải pháp móng thường được lựa chọn áp dụng đó là móng bè vì có thể tận dụng được mặt trên của bản móng bè làm sàn tầng hầm. Phương pháp thiết kế móng bè cọc giống với phương pháp thiết kế móng cọc đài bè, chấp nhận quan điểm cho rằng công trình được ngàm vào móng và xem móng là tuyệt đối cứng thì hoàn toàn không đúng với sự làm việc thực tế của công trình lúc đó sẽ không tận dụng được hết khả năng chịu lực của kết cấu cũng như khả năng chịu tải của đất nền bên dưới bản móng. Điều đó sẽ không đạt được hiệu quả kinh tế. Thiết kế giải pháp móng bè trên nền cọc, tải trọng của công trình không phải truyền hoàn toàn vào cọc mà cần phải xem xét đến mức độ tiếp nhận tải trọng công trình vào phần đất nền nằm trực tiếp dưới đáy bản móng bè. 2. Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu chính của đề tài ở đây là nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến mức độ phân phối tải trọng vào cọc trong giải pháp móng bè cọc nhà cao tầng. Một số yếu tố được xem xét khi phân tích đó là: - Điều kiện địa chất tại khu vực xây dựng - Điều kiện tải trọng ngoài tác dụng lên bè - Điều kiện về độ cứng của bản móng bè - Điều kiện về cách bố trí và chiều dài cọc 3. Phương pháp nghiên cứu Học viên sử dụng các phương pháp nghiên cứu: - Nghiên cứu lý thuyết: Tổng hợp các cơ sở lý thuyết tính toán móng bè cọc. - Nghiên cứu tổng kết các công trình thực tế - Sử dụng phần mềm Plaxis để mô phỏng và phân tích giải pháp móng bè cọc. Từ đó đưa ra các nhận xét và kết luận cho việc nghiên cứu 4. Ý nghĩa và giá trị thực tiễn của đề tài
-2- Đề tài: “Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến sự phân phối tải trọng giữa cọc và đất của móng bè cọc nhà cao tầng.” giúp cho người kỹ sư thiết kế nền móng có thêm một cơ sở lý luận chính xác hơn trong việc lựa chọn các thông số liên quan đến móng bè cọc, đánh giá được điều kiện địa chất công trình và các yếu tố ảnh hưởng để lựa chọn giải pháp móng ưu việt mang lại hiệu quả kinh tế cao. 5 . Giới hạn của đề tài Phạm vi nghiên cứu cụ bộ chưa có điều kiện nhân rộng phân tích nhiều khu vực địa chất khác nhau.. Kết quả nghiên cứu phần lớn dựa vào kết quả phân tích khi mô phỏng trên phần mềm Plaxis 3D. Chưa phần tích đầy đủ hết các yếu tố ảnh hưởng đến sự phân phối tải trọng vào cọc trong giải pháp móng bè cọc.Công trình thực tế để so sánh nghiên cứu chưa có thí nghiệm phá hỏng cọc.
-3- CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN MÓNG BÈ CỌC NHÀ CAO TẦNG 1.1 Giới thiệu móng bè cọc Nhà cao tầng ngày càng được xây dựng nhiều ở các thành phố lớn của Việt Nam. Kinh nghiệm thiết kế và thi công trong nước về loại này chưa có điều kiện tổng kết toàn diện. Công tác thiết kế nền móng công trình cao tầng, là một trong những bài toán kỹ thuật và kinh tế phức tạp. Móng bè cọc hay còn được gọi là móng bè trên nền cọc. Móng bè cọc có rất nhiều ưu điểm so với các loại móng khác, như khi chịu lực tải trọng lớn, độ cứng lớn, không gian tự do thông thoáng thuận lợi cho việc bố trí tầng hầm, liên kết giữa bè và kết cấu chịu lực bên trên như vách, cột có độ cứng lớn phù hợp sơ đồ làm việc của công trình. Móng bè cọc là một hệ thống móng kết hợp, bao gồm các phần tử chịu lực như bè móng, các cọc và đất nền bên dưới. Móng bè cọc có cấu tạo gồm hai phần như sau: a. Bản móng (bè móng) hay đài cọc có nhiệm vụ liên kết các đầu cọc lại với nhau thành khối và phân phối tải trọng từ chân kết cấu cho các cọc trong bè, đồng thời truyền một phần tải trọng xuống đất nền tại vị trí tiếp xúc giữa đáy bè và đất nền. Bản móng bè có thể làm dạng bản phẳng, bản dầm, dạng hộp nhằm tăng độ cứng chống uốn. b. Các cọc làm nhiệm vụ truyền tải trọng xuống nền đất dưới chân cọc thông qua sức kháng mũi và vào nền đất xung quanh cọc thông qua sức kháng bên. Có nhiều cách bố trí cọc trong mặt bằng đài cọc nhằm đảm bảo điều kiện kinh tế và kỹ thuật. Bố trí cọc trong đài tùy thuộc vào mục đích của người thiết kế, nhằm điều chỉnh lún không đều, giảm áp lực lên nền ở đáy bè hay giảm nội lực trong bè. Cách bố trí cọc trong đài thường theo nguyên tắc trọng tâm nhóm cọc trùng hoặc gần với trọng tâm tải trọng công trình. Giải pháp này có ưu điểm là tải trọng xuống cọc được phân bố hợp lí hơn; tính làm việc tổng thể của nhóm cọc tốt hơn. Các cọc dưới bè có thể là cọc bê tông cốt thép đúc sẵn, cọc khoan nhồi hoặc cọc baret.
-4- (a) Bè móng dạng bản (b) Bè móng dạng nấm (c) Bè móng dạng hộp Hình 1.1: Một số dạng bản móng bè cọc Móng bè cọc là một giải pháp nền móng để giảm thiểu độ lún cũng như lún lệch, tận dụng được khả năng chịu tải của đất nền bên dưới móng bè và làm giảm thiểu moment uốn trong bè. Tính chất nổi bật nhất của móng bè cọc là ảnh hưởng tương hỗ giữa đất và kết cấu móng, được cân đối trong thiết kế khi có một phần tải trọng truyền xuống đất nền thông qua bè và phần còn lại thông qua cọc. Katzenbach et al (2000) đã xác định được 4 loại tương tác trong ứng xử của móng bè cọc như hình [1.2] sau đây:
-5- qt = ứng suất tác dụng Qp = tải truyền đến cọc qr = áp lực truyền lên đất (S-P) Tương tác giữa đất và cọc (S-R) Tương tác giữa đất và bè (P-R) Tương tác giữa cọc và bè (P-P) Tương tác giữa cọc và cọc Hình 1.2: Hiệu ứng tương tác giữa đất – cấu trúc trong móng bè cọc của Katzenbach và cộng sự (1998), (2000) 1.2 Một số ƣu điểm của móng bè cọc Việc sử dụng móng bè cọc có nhiều ưu điểm sau đây:  So với móng cọc thì móng bè cọc có số lượng cọc nhỏ hơn và chiều dài cọc cũng nhỏ hơn nhiều  Cải thiện được điều kiện làm việc của móng nông nhờ giảm độ lún cũng như độ lún lệch. Cọc đóng vai trò như bộ phận giảm lún  Giảm được ứng suất cũng như moment nội lực trong móng bè nhờ vào sự sắp xếp hợp lý của các cọc  Phát huy vai trò chịu lực của phần móng bè  Giảm thiểu khả năng phình trồi khi đào hố móng  Có thể bố trí cọc để chịu tải trọng lệch tâm từ công trình bên trên