Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp: Phân tích ứng xử móng bè cọc trên nền đất yếu nhiều lớp

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:96

Thêm vào BST

Báo xấu

6
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu đề tài là phân tích ứng xử của móng bè - cọc trên nền đất yếu nhiều lớp cũng nhƣ ứng suất phát sinh trong bè, cọc bằng các phần mềm tính toán nền móng theo mô hình đàn hồi cục bộ và mô hình bán không gian đàn hồi. Các phần mềm dùng để phân tích, tính toán thì có mức độ phức tạp và độ chính xác khác nhau.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp: Phân tích ứng xử móng bè cọc trên nền đất yếu nhiều lớp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN KIM SƠN PHÂN TÍCH ỨNG XỬ MÓNG BÈ CỌC TRÊN NỀN ĐẤT YẾU NHIỀU LỚP NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP - 60580208 S K C0 0 4 6 8 7 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2015
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN KIM SƠN PHÂN TÍCH ỨNG XỬ MÓNG BÈ CỌC TRÊN NỀN ĐẤT YẾU NHIỀU LỚP NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP - 60580208 Hướng dẫn khoa học: TS. TRẦN VĂN TIẾNG TP. Hồ Chí Minh, tháng 10/2015
LÝ LỊCH KHOA HỌC Dán hình (Dùng cho nghiên cứu sinh & học viên cao học) 3x4 & đóng mộc giáp lại hình I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: Trần Kim Sơn Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 20/01/1990 Nơi sinh: Phú Yên Quê quán: Tuy Hòa, Phú Yên Dân tộc: Kinh Chức vụ, đơn vị công tác trước khi học tập, nghiên cứu: Giám sát kỹ thuật của công ty cổ phần xây dựng công nghiệp Descon Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: Phú Mỹ, Hòa Đồng, Tuy Hòa, Phú Yên Điện thoại nhà riêng: 0939371949 E-mail: Kimsonktct@gmail.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ ……/…… đến ……/ …… Nơi học (trường, thành phố): Ngành học: 2. Đại học: Hệ đào tạo: Chính Quy Thời gian đào tạo từ ……/…… đến ……/ …… Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại Học Lạc Hồng Ngành học: Xây Dựng Dân Dụng và Công Nghiệp Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Phân tích ảnh hưởng hố đào sâu trong đất yếu đến cọc bên trong hố đào. Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: 12/2012, Trường Đại Học Lạc Hồng. Người hướng dẫn: TS. Lê Trọng Nghĩa 3. Thạc sĩ: Hệ đào tạo: Chính Quy Thời gian đào tạo từ 9/2013 đến 9/2015 Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Ngành học: Kỹ Thuật Xây Dựng Công Trình Dân Dụng và Công Nghiệp Tên luận văn: Phân tích ứng xử móng bè cọc trên nền đất yếu nhiều lớp Ngày & nơi bảo vệ luận văn: 24/10/2015, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Người hướng dẫn: TS. Trần Văn Tiếng 4. Tiến sĩ: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ ……/…… đến ……/ …… Tại (trường, viện, nước): Tên luận án: Người hướng dẫn: Ngày & nơi bảo vệ: 5. Trình độ ngoại ngữ (biết ngoại ngữ gì, mức độ): Tiếng Anh, trung bình 6. Học vị, học hàm, chức vụ kỹ thuật đƣợc chính thức cấp; số bằng, ngày & nơi cấp:
III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Công ty TNHH và xây dựng 2013-2015 Giám sát kỹ thuật Hùng Khang Công ty cổ phần xây dựng 2015 - trở đi công nghiệp Descon Giám sát kỹ thuật IV. CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ: XÁC NHẬN CỦA CƠ QUAN CỬ ĐI HỌC Ngày 24 tháng 11 năm 2015 (Ký tên, đóng dấu) Ngƣời khai ký tên
i LỜI CẢM ƠN Trong quá trình thực hiện luận văn, học viên gặp nhiều khó khăn trong việc tiếp cận những kiến thức mới và hƣớng giải quyết cho đề tài. Nhờ sự hƣớng dẫn tận tình của TS. Trần Văn Tiếng, tôi đã nắm bắt đƣợc nhiều kiến thức, do đó có thể hoàn thành đề tài. Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy. Xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô của trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật khoa Xây dựng và Cơ học ứng dụng đã truyền đạt cho tôi những kiến thức bổ ích trong quá trình học tập tại trƣờng cũng nhƣ trong quá trình hoàn thành luận văn. Xin cảm ơn gia đình và bạn bè đã động viên và tiếp nghị lực để tôi có thể hoàn thành tốt luận văn này. Kí tên
ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn này do tôi tự thực hiện và chƣa từng đƣợc công bố dƣới bất kỳ hình thức nào. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 9 năm 2015 Kí tên
iii MỤC LỤC Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƢỚC .........................................................................................................................1 1.1.Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nƣớc đã công bố. ..................................................................................................................1 1.1.1.Giới thiệu chung. ...........................................................................................1 1.1.2.Tình hình nghiên cứu ngoài nƣớc ..................................................................1 1.1.3.Tình hình nghiên cứu trong nƣớc. .................................................................2 1.2. Mục đích nghiên cứu đề tài. .................................................................................2 1.3. Ý nghĩa và giá trị thực tiễn của đề tài. .................................................................3 1.4. Phƣơng pháp nhiên cứu. .......................................................................................3 1.5. Nội dung nghiên cứu. ...........................................................................................3 Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ................................................................................5 2.1.Tổng quan về móng bè-cọc. ..................................................................................5 2.1.1. Cấu tạo của móng bè cọc. .............................................................................5 2.1.2. Ứng dụng móng bè cọc. ................................................................................7 2.2. Cơ chế làm việc của móng bè cọc. .......................................................................8 2.3. Các quan điểm thiết kế hiện nay. .......................................................................11 2.3.1. Quan điểm cọc chịu tải hoàn toàn...............................................................11 2.3.2. Quan điểm bè chịu tải hoàn toàn. ...............................................................12 2.3.3. Quan điểm bè - cọc đồng thời chịu tải. ......................................................12 2.4. Mô hình nền ......................................................................................................13 2.4.1. Mô hình Winkler. .......................................................................................14 2.4.2. Mô hình bán không gian đàn hồi tuyến tính ..............................................15 2.5. Mô hình ứng xử của đất. ...................................................................................16
iv 2.5.1. Mô hình Mohr-Coulomb (MC). .................................................................16 2.6. Phƣơng pháp xác định độ cứng lò xo đất. .........................................................17 2.6.1. Quan hệ cọc và nền. ...................................................................................18 2.6.2. Phƣơng pháp sử dụng các công thức thực nghiệm .........................................20 2.6.3. Phƣơng pháp tính theo chỉ số SPT..............................................................22 2.6.4. Phƣơng pháp xác định độ cứng lò xo cọc từ độ lún cọc đơn......................23 Chƣơng 3:MÔ PHỎNG TÍNH TOÁN SỐ ................................................................30 3.1. Mô phỏng thí nghiệm nén tĩnh bằng phần mềm Plaxis 3D Foundation. ...........30 3.2. Mô phỏng móng bè - cọc bằng phần mềm Plaxis 3D Foundation .....................32 3.2.1. Quy trình thực hiện tính toán trong Plaxis..................................................32 3.2.2. Quy trình mô phỏng móng bè cọc. ............................................................34 3.2.3. Các thông số đầu vào trong mô hình. .........................................................35 3.3. Mô phỏng tính toán bằng phần mềm Sap 2000v10.1 ........................................45 3.3.3. Thông số đầu vào cho mô hình đƣợc mô phỏng bằng phần mềm Sap. ..........47 Chƣơng 4:KẾT QUẢ MÔ PHỎNG SỐ ...................................................................53 4.1.Kết quả mô hình chuẩn của phần mềm Plaxis 3D Foundation. ..........................53 4.1.1. Ứng suất của cọc trong móng bè cọc ..........................................................53 4.2. Kết quả mô hình 1. .............................................................................................59 4.3. Kết quả mô hình 2. .............................................................................................62 4.4. Kết quả mô hình 3. .............................................................................................68 4.5. Kết quả mô hình 4. .............................................................................................71 Chƣơng 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................77 TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................78 PHỤ LỤC ................................................................................................................789
v DANH MỤC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ Hình 2.1 : Cấu tạo móng bè cọc ....................................................................................... 6 Hình 2.2 : Mặt bằng kết cấu móng tòa nhà 97- Láng Hạ ................................................ 7 Hình 2.3 : Mặt đứng kết cấu tháp đôi Petronas – Malaysia ............................................ 8 Hình 2.4 : Mô hình tƣơng tác của bè -cọc [3] .................................................................. 9 Hình 2.5 : Các đƣờng đẳng ứng suất của cọc đơn và nhóm cọc [4],[5] ......................... 10 Hình 2.6 : Biểu đồ quan hệ tải trọng và độ lún theo các quan điểm thiết kế [1]............ 12 Hình 2.7 : Mô hình nền Winkler .................................................................................... 14 Hình 2.8 : Đặc tính phân phối của đất ............................................................................ 14 Hình 2.9 : Mô hình dẻo lý tƣởng ................................................................................... 17 Hình 2.10 : Mô hình cọc-đất và kết quả tính toán .......................................................... 18 Hình 2.11 : Phƣơng tác dụng lên cọc theo độ cứng K ................................................... 20 Hình 2.12 : Mô hình nền đất nhiều lớp .......................................................................... 27 Hình 3.1 : Mặt bằng cọc nén tĩnh ................................................................................... 30 Hình 3.2 : Mặt cắt chuyển vị cọc ............. ..................................................................... 30 Hình 3.3 : Thí nghiệm nén tĩnh cọc ................................................................................ 31 Hình 3.4 : Quy trình phân tích........................................................................................ 32 Hình 3.5 : Mặt bằng thi công hố đào .............................................................................. 33 Hình 3.6 : Mô hình 3D của các lớp địa chất .................................................................. 34 Hình 3.7 : Kích thƣớc cừ Larsen loại IV .......................................................................... 37 Hình 3.8 : Chuyển vị tại các giai đoạn thi công đào của cọc rỗng và cọc đặc ............... 41 a) Chuyển vị của cọc khi đào đến cao độ -1,2m b) Chuyển vị của cọc khi đào đến cao độ -2,4m Hình 3.9 : Kết quả chuyển vị của cọc rỗng và cọc đặc có độ cứng tƣơng đƣơng......... 41 Hình 3.10 : Mặt bằng mô hình trong phân tích phần tử hữu hạn .................................. 43 Hình 3.11 : a) chia lƣới 2D; b) chia lƣới 3D .................................................................. 43 Hình 3.12 : Mô hình cọc, tƣờng, bè và hệ giằng ............................................................ 44 Hình 3.13 : Các giai đoạn thi công ................................................................................ 44
vi a) Giai đoạn -1.8m b) Giai đoạn -3m Hình 3.14 : Mô hình 1 .................................................................................................... 45 Hình 3.15 : Mô hình 2 .................................................................................................... 46 Hình 3.16 : Mặt bằng bố trí cọc ..................................................................................... 47 Hình 4.1 : Biến dạng của hố đào dƣới tải trọng công trình ........................................... 53 Hình 4.2 : Vùng biến dạng dẻo ...................................................................................... 54 Hình 4.3 : Chuyển vị của cọc ......................................................................................... 54 Hình 4.4 : Moment cọc dƣới tác dụng của tải công trình .............................................. 55 Hình 4.5 : Lực dọc tác dụng lên cọc dƣới tác dụng của tải công trình .......................... 56 Hình 4.6 : Phản lực đầu cọc .......................................................................................... 56 Hình 4.7 : Chuyển vị của bè .......................................................................................... 57 Hình 4.8 : Moment trong bè ........................................................................................... 57 Hình 4.9 : Lực tác dụng lên bè ....................................................................................... 58 Hình 4.10 : Sơ đồ bố trí cọc và phản lực đất nền ........................................................... 59 Hình 4.11 : Moment M11 trong bè ............................................................................... 59 Hình 4.12 : Phản lực tại gối tựa lò xo ........................................................................... 60 Hình 4.13 : Phản lực đầu cọc ......................................................................................... 60 Hình 4.14 : Moment cực đại do bè chịu ......................................................................... 61 Hình 4.15 : Độ lún của bè .............................................................................................. 61 Hình 4.16 : Vị trí cọc trong móng .................................................................................. 62 Hình 4.17 : Mô hình 3D móng bè cọc ............................................................................ 63 Hình 4.18 : Mô hình móng bè cọc .................................................................................. 63 Hình 4.19 : Biến dạng của bè móng ............................................................................... 64 Hình 4.20 : Moment M11 ................................................................................................ 64 Hình 4.21 : Momnet lớn nhất trong bè .......................................................................... 65 Hình 4.22 : Tải trọng tác dụng xuống cọc ..................................................................... 65 Hình 4.23 : Phản lực tại đầu cọc ................................................................................... 66 Hình 4.24 : Moment M33 cọc ........................................................................................ 66 Hình 4.25 : Sơ đồ bố trí cọc và phản lực đất nền ........................................................... 68
vii Hình 4.26 : Moment M11 do bè chịu ............................................................................. 68 Hình 4.26 : Moment M11 do bè chịu .............................................................................. 69 Hình 4.28 : Phản lực tại gối lò xo .................................................................................. 69 Hình 4.29 : Phản lực đầu cọc ........................................................................................ 70 Hình 4.30 : Độ lún của bè ............................................................................................. 70 Hình 4.31 : Phản lực tại gối lò xo .................................................................................. 71 Hình 4.32 : Phản lực đầu cọc ......................................................................................... 72 Hình 4.33 : Moment M11 do bè chịu ............................................................................. 72 Hình 4.34 : Moment Mmax do bè chịu ........................................................................... 73 Hình 4.35 : Độ lún của bè .............................................................................................. 73 Hình 4.36 : Phản lực đầu cọc trong các trƣờng hợp ...................................................... 75 Hình 4.37 : Moment lớn nhất của bè trong các trƣờng hợp ........................................... 75 Hình 4.38 : Độ lún của bè trong các trƣờng hợp ............................................................ 76
viii DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 : Đặc trƣng vật liệu đất trong mô hình Mohr – Coulumb ................................ 17 Bảng 2.2 : Trị số K .......................................................................................................... 28 Bảng 3.1 : Thông số địa chất Trụ sở làm việc phòng cảnh sát giao thông đƣờng bộ (PC26) công an tỉnh Đồng Nai ......................................................................................... 30 Bảng 3.2 :Thông số đất nền sử dụng mô hình Mohr – Coulomb (MC) ......................... 36 Bảng 3.3 :Các thông số của cừ Larsen từ nhà sản xuất .................................................. 37 Bảng 3.4 : Thông số cừ Larsen FSP – IV dùng trong mô hình ...................................... 38 Bảng 3.5 : Đặc trƣng vật liệu của thanh chống xiên và gằng đầu cừ ............................. 39 Bảng 3.6 : Đặc trƣng vật liệu bè ..................................................................................... 39 Bảng 3.7 : Đặc trƣng vật liệu của cọc sử dụng trong mô hình ........................................ 42 Bảng 3.8 : Độ lún của cọc ............................................................................................... 49 Bảng 3.9 : Độ cứng của lò xo cọc trong móng bè-cọc ................................................... 49 Bảng 3.10 : Độ cứng lò xo đất nền ................................................................................. 49 Bảng 3.11 : Độ cứng lò xo cọc ....................................................................................... 50 Bảng 3.12 : Độ cứng lò xo đất nền ................................................................................. 50 Bảng 3.13 : Độ lún của từng cọc trong móng bè-cọc ..................................................... 51 Bảng 3.14 : Độ cứng của lò xo cọc trong móng bè-cọc ................................................. 51 Bảng 3.15 : Độ cứng lò xo đất nền .................................................................................. 51 Bảng 3.16 : Độ lún của cọc ............................................................................................ 51 Bảng 3.17 : Độ cứng của lò xo cọc trong móng bè-cọc ................................................. 52 Bảng 3.18 : Độ cứng lò xo đất nền .................................................................................. 52
1 Chƣơng 1 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƢỚC 1.1. Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nƣớc đã công bố. 1.1.1. Giới thiệu chung. Theo tiến trình phát triển của công nghiệp xây dựng, các công trình có quy mô, có kích thƣớc, chiều cao, tải trọng ngày càng lớn. Ở thành phố Hồ Chí Minh và khu vực lân cận với nền địa chất phức tạp, chủ yếu là đất yếu thì giải pháp móng cho những công trình nhà cao tầng rất phức tạp đòi hỏi ngƣời thiết kế phải đƣa ra phƣơng án móng an toàn đảm bảo đƣợc khả năng chịu lực và kinh tế. Hiện nay, móng bè - cọc là một trong những giải pháp móng cho nhà cao tầng trên nền địa chất yếu đáp ứng đƣợc những yêu cầu nói trên. Tuy nhiên, việc tính toán và thiết kế móng bè cọc còn gặp nhiều khó khăn, phƣơng pháp tính toán còn phức tạp vì cần phải xem xét sự tƣơng tác đồng thời giữa bè – cọc – đất. Do đó, luận văn nghiên cứu “Phân tích ứng xử móng bè-cọc trên nền đất yếu nhiều lớp” từ đó có thể đƣa ra phƣơng pháp tính toán thiết kế đơn giản hóa nhƣng vẫn đạt đƣợc độ chính xác cao. 1.1.2. Tình hình nghiên cứu ngoài nƣớc. - Helen Sze Wai Chow, B.E, M.E.,M.B.A., 2007. “Analysis of piled-raft foundations with piles of different lengths and diameters” [11], đã phân tích sự làm việc hiệu quả của móng bè cọc chịu tải công trình khi thay đổi đƣờng kính, chiều dài cọc và sự làm việc hiệu quả giữa bè và cọc khi tải trọng thay đổi. Hạn chế của tác giả là chƣa so sánh với kết quả chuẩn hay kết quả của các tác giả trƣớc đã nghiên cứu và công bố. - Reza ZIAIE_MOAYED, Meysam SAFAVIAN, 2007. “Pile raft foundation behavior with different pile diameters” [12], đã phân tích đánh giá sự làm việc đồng
2 thời của bè và cọc hiệu quả hơn so với bè hoặc cọc chịu tải hoàn toàn. Bên cạnh đó, tác giả cũng phân tích khi đƣờng kính thay đổi khi phân phối tải trọng khác nhau thì đem lại kết quả tốt hơn so với mô hình móng bè cọc khi đƣờng kính cọc không thay đổi. Hạn chế của tác giả chƣa đánh giá so sánh với kết quả từ các mô hình chuẩn đƣợc phân tích bởi phần mềm đáng tin cậy. 1.1.3. Tình hình nghiên cứu trong nƣớc. - Phạm Tuấn Anh (2011),” Tính toán móng bè cọc theo mô hình hệ số nền có xét tới độ tin cậy của số liệu nền đất” [1], đã phân tích móng bè cọc khi thay đổi tăng chiều dày của bè thì quá trình truyền tải lên cọc càng đồng đều, hiệu ứng làm việc của nhóm cọc càng giảm khi khoảng cách lớn hơn 6d ( đƣờng kính cọc) và tính toán nội lực móng có xét đến độ tin cậy của đất nền thì số lƣợng giá trị ngẫu nhiên đƣa vào tính toán càng nhiều, kết quả càng chính xác, hạn chế của tác giả khi tính toán nội lực phát sinh trong móng thì chỉ dựa vào phần mềm Sap và chƣa đánh giá hay so sánh với kết quả chuẩn. - Trần Quang Hộ, (2007),“ Hiệu quả kinh tế của móng bè - cọc” [2], đã phân tích tính hiệu quả kinh tế của móng bè cọc so với móng cọc khoan nhồi. Hạn chế của tác giả là chƣa kiểm tra đƣợc mô hình và cách mô phỏng móng bè cọc so với một mô hình chuẩn đã đƣợc tính toán. - Nguyễn Thanh Sơn (2013), “ Móng bè - cọc (CPRF) - giải pháp hiệu quả cho thiết kế nhà cao tầng và siêu cao tầng tại Việt Nam” [3], đã phân tích sự phân phối tải trọng lên bè và cọc dựa trên hệ số phân bố tải trọng (CPRF). Hạn chế của tác giả là chƣa kiểm chứng lại kết quả phân phối tải trọng giữa bè và cọc bằng một phần mềm khác với một mô hình chuẩn để so sánh tính hiệu quả của hệ số phân bố tải trọng ( CPRF). 1.2. Mục đích nghiên cứu đề tài. Mục đích nghiên cứu đề tài là phân tích ứng xử của móng bè - cọc trên nền đất yếu nhiều lớp cũng nhƣ ứng suất phát sinh trong bè, cọc bằng các phần mềm tính toán nền móng theo mô hình đàn hồi cục bộ và mô hình bán không gian đàn hồi. Các phần mềm dùng để phân tích, tính toán thì có mức độ phức tạp và độ chính xác
3 khác nhau. Trong luận văn, kết quả phân tích từ phần mềm phần tử hữu hạn Plaxis 3D Foundation sẽ đƣợc dùng làm chuẩn. Phần mềm Plaxis là phần mềm chuyên dùng để thiết kế nền móng với độ chính xác rất cao. Tuy nhiên, mô hình trong Plaxis không phải kỹ sƣ nào cũng có thể làm đƣợc, vì nó chỉ đạt độ chính xác cao khi thông số đầu vào phải đúng, lựa chọn chính xác mô hình ứng xử của đất nền, khai báo các thuộc tính của móng phải chính xác, điều kiện biên, và thời gian tính toán lớn….Bên cạnh đó, giải pháp tính toán đơn giản hóa dựa trên việc xem xét ứng xử nền nhiều lớp đƣợc nghiên cứu nhằm tính toán, thiết kế móng bè cọc bằng phần mềm Sap 2000. Kết quả tính toán này đƣợc so sánh với kết quả thu đƣợc từ phần mềm Plaxis nhằm đánh giá tính chính xác và tính đúng đắn của phƣơng pháp. Từ đó, giúp cho kỹ sƣ có thể thiết kế móng bè cọc bằng phƣơng pháp đơn giản hóa sử dụng mô hình đàn hồi cục bộ nhƣng vẫn đảm bảo độ chính xác cao và đáng tin cậy. 1.3. Ý nghĩa và giá trị thực tiễn của đề tài. Đề tài nghiên cứu này nhằm mục đích xây dựng phƣơng pháp đơn giản hóa trong mô phỏng tính toán móng bè cọc trên nền đất yếu nhiều lớp nhƣng vẫn đảm bảo độ chính xác cao. Từ đó tiết kiệm chi phí, thời gian trong tính toán thiết kế đồng thời tăng tính ứng dụng của phƣơng pháp trong thực tiễn thiết kế. 1.4. Phƣơng pháp nhiên cứu. Để nghiên cứu nội dung trên học viên sử dụng phƣơng pháp nghiên cứu sau: - Sử dụng lý thuyết cơ học đất tính toán, lựa chọn thông số đầu vào và các mô hình nền, mô hình ứng xử của đất nền hợp lý để xây dựng mô hình tính toán số. - Ứng dụng các mô hình tính toán số để mô phỏng thực tế bằng các phần mềm tính toán Sap 2000 và Plaxis 3D Foundation. Từ đó so sánh đánh giá kết quả thu đƣợc. 1.5. Nội dung nghiên cứu. Luận văn này tập trung nghiên cứu những nội dung sau: - Phân tích ứng xử của móng bè cọc trên nền đất yếu nhiều lớp. - Xây dựng phƣơng pháp tính toán đơn giản hóa theo mô hình nền đàn hồi cục bộ có kể đến ảnh hƣởng của nền nhiều lớp.
4 - Ứng dụng phƣơng pháp đơn giản hóa để mô phỏng ứng xử của móng bè cọc bằng phần mềm Sap, kết quả sẽ đƣợc so sánh với kết quả thu đƣợc từ việc mô phỏng móng bè cọc theo mô hình bán không gian đàn hồi trong Plaxis. - Đánh giá so sánh kết quả và nhận xét về tính chính xác của phƣơng pháp tính toán.
5 Chƣơng 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1. Tổng quan về móng bè - cọc. 2.1.1. Cấu tạo của móng bè - cọc. Móng bè – cọc là một loại móng cọc với đài cọc dạng tấm đỡ toàn bộ hoặc một số cột của công trình. Phƣơng án móng này cho phép tận dụng đƣợc tối đa khả năng chịu lực của cọc và tận dụng đƣợc một phần sức chịu tải của nền đất ngay dƣới đáy bè. Móng bè cọc có rất nhiều ƣu điểm so với các phƣơng án móng cọc khác, nhƣ tận dụng đƣợc sự làm việc của đất nền, phát huy tối đa sức chịu tải cọc, chịu đƣợc tải trọng lớn, độ cứng lớn, không gian tự do thông thoáng thuận lợi cho việc thi công và bố trí tầng hầm. [1] Móng bè cọc cấu tạo gồm hai phần: bè và các cọc. - Bè hay đài cọc có nhiệm vụ liên kết và phân phối tải trọng từ chân kết cấu cho các cọc, đồng thời truyền một phần tải trọng xuống đất nền tại vị trí tiếp xúc giữa đáy bè và đất nền. Bè có thể làm dạng bản phẳng hoặc bản dầm nhằm tăng độ cứng chống uốn. - Các cọc làm nhiệm vụ truyền tải trọng xuống nền đất dƣới chân cọc thông qua sức kháng mũi và vào nền đất xung quanh cọc thông qua sức kháng bên. Có thể bố trí cọc trong đài thành nhóm hay riêng rẽ, bố trí theo đƣờng lối hay bố trí bất kỳ tuỳ thuộc vào mục đích của ngƣời 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 thƣờng theo nguyên tắc trọng tâm nhóm cọc trùng hoặc gần với trọng tâm tải trọng công trình. Giải pháp này có ƣu điểm là tải trọng xuống cọc đƣợc phân bố hợp lí hơn, tính làm việc tổng thể của nhóm cọc tốt hơn.
6 Hình 2.1: Cấu tạo móng bè cọc Cọc có thể sử dụng cọc chế sẵn hoặc cọc nhồi. Cọc tiền chế: Cọc bê tông cốt thép (BTCT) đúc sẵn, có hoặc không có ứng suất trƣớc. Cọc thƣờng có dạng hình vuông. Dạng cọc này thƣờng áp dụng cho các công trình có tải trọng vừa và nhỏ vì chiều dài cọc hạn chế, khoảng 30 m. Còn cọc ứng suất trƣớc có ƣu điểm là sức chịu tải lớn, có thể xuyên qua các lớp đất rời có độ chặt lớn, tuy nhiên loại cọc này chƣa phổ biến ở nƣớc ta. Cọc nhồi: Cọc nhồi là một loại cọc bê tông đƣợc thi công bằng cách đổ bê tông tƣơi vào một hố khoan trƣớc. So với các loại cọc khác, cọc nhồi có lịch sử tƣơng đối mới. Cọc nhồi đƣợc sử dụng ở Việt Nam đầu những năm 1990. Kích thƣớc phổ biến của
7 cọc nhồi ở Việt Nam là: đƣờng kính 0,8 – 2 m, chiều dài 40 - 70 m. Cọc nhồi thƣờng áp dụng cho các công trình có tải trọng lớn, những công trình xây chen không thể thi công chấn động nhƣ các loại cọc khác. 2.1.2. Ứng dụng móng bè cọc. Móng bè cọc thƣờng đƣợc sử dụng tƣơng đối nhiều trong các công trình xây dựng nhà cao tầng. Sở dĩ phải làm móng bè cọc vì trƣờng hợp đất yếu rất dày, bố trí cọc theo đài đơn hay băng trên cọc không đủ. Cần phải bố trí cọc trên toàn bộ diện tích xây dựng mới mang đủ tải trọng của công trình. Hơn nữa bè cọc sẽ làm tăng tính cứng tổng thể của nền móng bù đắp lại sự yếu kém của nền đất. - Chủ yếu là móng bè trên cọc nhồi hoặc barrette. Móng bè - cọc thích hợp với kết cấu ống, kết cấu khung vách. Hình 2.2: Mặt bằng kết cấu móng tòa nhà 97- Láng Hạ [1] Một ví dụ về công trình Toà nhà 97- Láng Hạ - Đống Đa - Hà nội, mặt bằng 43,6 x 34,5 m kết cấu khung - vách, sử dụng cọc khoan nhồi đƣờng kính 1200. Sức chịu tải tính toán cọc đơn là 650 tấn, phần móng gồm 65 cọc đƣợc bố trí khắp nhà. Bè móng dày 2,0 m.
8 Hình 2.3 : Mặt bằng kết cấu tháp đôi Petronas - Malaysia Tháp đôi Petronas Towers (Malaysia) cao trên 100 tầng (~450 m); có hầm nhiều tầng với chiều sâu 20 m và đã dùng 29000 m2 tƣờng trong đất bằng bê tông cốt thép dày 0,80 m, sâu 30 m để làm các tầng hầm. Móng dùng hai loại cọc barrette 1,20 - 2,80 m sâu từ 60 – 125 m và cọc 0,80 - 2,80 m sâu từ 40 - - 60 m. Đài cọc của các cọc barrette này là loại móng bè dày 4,50 m làm bằng bê tông cốt thép. Tƣờng trong đất có chân đặt vào lớp sét cứng, còn tất cả các cọc barrette đều chống vào đá gốc nên rất vững chắc. 2.2. Cơ chế làm việc của móng bè cọc. Đặc điểm nổi bật của móng bè - cọc là sự ảnh hƣởng tƣơng hỗ giữa đất và kết cấu móng trong quá trình chịu tải theo bốn ảnh hƣởng sau:  - Sự tƣơng tác giữa cọc và đất;  - Sự tƣơng tác giữa cọc và cọc;  - Sự tƣơng tác giữa đất và móng bè;  - Sự tƣơng tác giữa cọc và móng bè;