Nghiên cứu ứng xử của hệ tường vây - móng bè cọc trên nền gia cố bằng cọc xi măng đất

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:15

Thêm vào BST

Báo xấu

14
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết Nghiên cứu ứng xử của hệ tường vây - móng bè cọc trên nền gia cố bằng cọc xi măng đất sử dụng phần mềm Plaxis 3D mô phỏng hệ tường vây – móng bè cọc trên nền gia cố bằng cọc xi măng đất để nghiên cứu, phân tích.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu ứng xử của hệ tường vây - móng bè cọc trên nền gia cố bằng cọc xi măng đất

NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CỦA HỆ TƢỜNG VÂY - MÓNG BÈ CỌC TRÊN NỀN GIA CỐ BẰNG CỌC XI MĂNG ĐẤT LÊ BÁ VINH* NGUYỄN NHỰT NHỨT LÊ ĐỨC LINH Study on the behavior of diaphragm walls - piled raft foundation reinforced by soil cement columns Abstract: Method of using the soil cement piles in order to increase the resistance, soil intensity of ground final layer which is constructed below for preventing basal heave instability, controlling wall deflections and reducing the strut loads for braced excavations in deep deposits of soft clay. In designing the piled raft foundations for civil engineering having more than two floors, load capacity of the raft and the diaphragm wall in vertical direction should be studied in order to arrange the number of piles under the raft foundation optimally and economically. In this thesis, the involvement of the diaphragm wall system together with the piled raft foundation was analyzed and evaluated by the PLAXIS 3D software for specific projects. With the solution of diaphragm walls - piled raft foundation reinforced by soil cement columns, the percentage of the load on the raft is about 26%, on the diaphragm walls is approximate 14% and on the piles group is 60%. The effect of diaphragm walls is siginicant in the load distribution of the pile group, especially load of piles being nearby the diaphragm walls can decrease from 21% to 33%. Keywords: Numerical analysis, Jet grout pile, piled raft foundation, Wall deflection. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ * không có gia cố nền nhằm so sánh, đánh giá tính Trong thiết kế móng bè cọc với nhà cao tầng phù hợp và mức độ ảnh hƣởng đến hệ móng khi có tầng hầm [1,2,3], thƣờng quan niệm toàn bộ nền không đƣợc gia cố để có cái nhìn tổng quan tải trọng công trình do nhóm cọc tiếp nhận. hơn trong nghiên cứu hệ tƣờng vây – móng bè Đóng góp của bè móng và của tƣờng vây cọc cọc trên nền gia cố bằng cọc xi măng đất từ đó barrette thƣờng bỏ qua mặc dù bè và sàn tầng có thể bố trí lại số lƣợng cọc dƣới bè mang lại hầm đƣợc liên kết trực tiếp vào vách tƣờng vây hiệu quả và tiết kiệm cho công trình. cọc barrette. Đối với khu vực có nền địa chất yếu, bề dày Trong nghiên cứu này, tác giả sử dụng phần lớp bùn lớn, việc lựa chọn tƣờng vây cọc mềm Plaxis 3D mô phỏng hệ tƣờng vây – móng barrette để giữ ổn định hố đào khi thi công tầng bè cọc trên nền gia cố bằng cọc xi măng đất để hầm là phù hợp. Tuy nhiên, khi thi công tƣờng nghiên cứu, phân tích. Trong đó, phân tích thêm vây cọc barrette trong lớp đất yếu dày dễ gây các trƣờng hợp hệ móng bè cọc làm việc khi mất ổn định công trình. Giải pháp xử dụng cọc xi măng đất làm tăng sức kháng cắt, cƣờng độ * Bộ môn Địa cơ - Nền móng, khoa Kỹ thuật Xây dựng, đất nền nhằm giảm chuyển vị ngang tƣờng vây Trường Đại học Bách khoa - Đại học Quốc gia thành cọc barrette và chống đẩy trồi đáy hố đào tăng phố Hồ Chí Minh. khả năng ổn định công trình sẽ đem lại hiệu quả. Email:lebavinh@hcmut.edu.vn ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4 - 2021 73
Tác giả phân tích, tính toán các phƣơng án bố vấn đề này tác giả sử dụng cọc xi măng đất để trí cọc xi măng đất để khảo sát, lựa chọn gia cƣờng nền đất yếu trong quá trình thi công phƣơng án tối ƣu và kiến nghị giải pháp gia cố hố đào sâu. nền làm giảm chuyển vị ngang tƣờng vây trong Tác giả sử dụng công trình thực tế thuộc khu thi công hố đào sâu: vực Đài Bắc, chiều dài công trình 51m, rộng 24m  PA1: Bố trí cọc xi măng đất theo lƣới tam và đào sâu 9,31m, tƣờng Diaphragm wall dày giác [hình 1(a)]. 600mm, cắm sâu đến độ sâu -21m, có lắp đặt thiết  PA2: Bố trí cọc xi măng đất theo dải bị quan trắc chuyển vị ngang của tƣờng vây. tƣờng đơn [hình 1(b)]. Wengang Zhang (2020) [5] đã nghiên cứu  PA3: Bố trí cọc xi măng đất theo ô cờ hiệu quả sử dụng của cọc xi măng đất xử lý nền [hình 1(c)]. đất yếu trong thi công hố đào sâu. Tác giả sử  PA4: Bố trí cọc xi măng đất theo khối dụng cọc xi măng đất đƣợc thi công bằng công [hình 1(d)]. nghệ Jet grout piles (JGP) để cải tạo các lớp đất dƣới đáy hố móng nhằm giữ ổn định chân tƣờng vây và giảm tải cho hệ thanh chống. Mặt bằng công trình có chiều dài 51m, rộng 24m đƣợc sử dụng để nghiên cứu [hình 3]. (a) (b) (c) (d) Hình 1: (a) Bố trí theo lưới tam giác; (b) bố trí theo dải tường; (c) bố trí theo ô cờ; (d) bố trí theo khối Phần mềm Plaxis 3D đƣợc sử dụng để phân tích ổn định hố đào sâu đƣợc gia cƣờng bằng cọc xi măng đất trong các trƣờng hợp trên [hình 2]. Hình 3: Mặt bằng Dự án Song - San và hệ thanh chống Trong nghiên cứu này, Zhang kế thừa và phát triển nghiên cứu của Chang-Yu Ou (2007) [4], khảo sát công trình thực tế thuộc Dự án Song - Hình 2: Phương án cải thiện đất trong hố đào San nằm ở khu vực K1 của lƣu vực Đài Bắc. sâu bằng cọc xi măng đất Địa tầng gồm lớp đất đắp dày 1,5m, hệ tầng 2. PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH TƢỜNG VÂY gồm nhiều lớp phù sa và lớp đất sét yếu, mực TRONG HỐ ĐÀO SÂU ĐƢỢC GIA nƣớc ngầm xuất hiện ở độ sâu GL-3,3m. Tƣờng CƢỜNG BẰNG CỌC XI MĂNG ĐẤT vây Diaphragm wall dày 600mm, sâu đến độ Chang-Yu Ou (2007) [4] cho rằng chuyển vị sâu -21m. Hố đào sâu 9,31m, với ba cấp độ tƣờng và độ lún là nguyên nhân gây ra các phá thanh chống đƣợc sử dụng để hỗ trợ trong quá hủy đến các công trình lân cận và để giải quyết trình thi công hố đào [hình 4]. 74 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4 - 2021
2.1. Mô hình toán số Phần mềm Plaxis 3D [6] đã đƣợc sử dụng để tiến hành các phân tích số. Để đơn giản và do tính đối xứng, mô phỏng ¼ hình chữ nhật (mặt bằng 51m x 24m). Biên mô hình 50m x 100m x 40m (trục xyz) đã đƣợc sử dụng để phân tích. Hình 4: Mặt cắt ngang của hố đào Dự án Song - San (mô phỏng theo Chang-Yu Ou) a) Thông số đất nền Bảng 1: Thông số địa chất các lớp đất trong PLAXIS 3D Lớp 3 Lớp 1 Lớp 2 Lớp 4 Lớp 5 Lớp 6 Thông số Đơn vị (Silty (Fill) (Silty clay) (Silty clay) (Silty clay) (Silty clay) sand) Độ sâu m 0,0-1,5 1,5-3,8 3,8-9,7 9,7-15 15-20 > 20 Mô hình HS HS HS HS HS HS Undrained Undrained Undrained Undrained Phân tích Drained Drained (B) (B) (B) (B) γunsat kN/m 3 18,0 17,76 18,34 18,54 17,76 18,05 γsat kN/m3 18,0 17,76 18,34 18,54 17,76 18,05 kx m/day 1 0 1 0 0 0 ky m/day 1 0 1 0 0 0 E50ref kN/m2 5000 7500 7500 20400 27600 54000 Eeodref kN/m2 5000 7500 7500 20400 27600 54000 Eurref kN/m2 15000 22500 22500 61200 82800 162000 m (-) 0,5 0 0,5 0 0 0 Su kN/m2 - 15 - 34 46 87 c’ref kN/m2 0 - 0 - - - φ' φ' (O) 28 - 29 - - - υur (-) 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 pref kN/m2 100 100 100 100 100 100 Rf (-) 0,6 0,9 0,6 0,9 0,9 0,9 b) Thông số cọc xi măng đất Bảng 2: Thông số cọc xi măng đất Thông số γ (kN/m3) Su (kPa) E0 (MPa) Kích thƣớc (m) Base slab 18,5 170 100 Dày 0,8 m Jet grout pile 18,5 115 67 Dài 11,4m, D1600 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4 - 2021 75
c) Thông số tường vây và thanh chống Tƣờng vây đƣợc mô hình hóa bằng các phần tử đàn hồi tuyến tính với độ cứng EwIw = 4,12×105 kPa. Các thanh chống thép đƣợc mô hình hóa bằng các phần tử dầm đàn hồi tuyến tính với diện tích mặt cắt A= 218,69 cm2 và cƣờng độ Es = 2,06×108 kPa Hình 6: Bố trí cọc xi măng đất (H400x400x13x21). theo lưới tam giác (PA1) 2.2. Các phƣơng án bố trí cọc xi măng b) B trí ọ i ă đất t eo dải tƣờ đơ a) Bố trí cọc xi măng đất theo lưới tam giác Khoảng cách cọc xi măng đất (s) là 3,05m x 3,23m, đƣờng kính cọc 1,6m, dài 11,4m, tỷ lệ thay thế cọc Li=72%L = 72% x 51m = 36,8m [hình 5]. Hình 7: Bố trí cọc xi măng đất theo dải tường đơn (PA2) c) Bố trí cọc xi măng đất theo ô cờ Hình 5: Mặt bằng bố trí cọc JGP Hình 8: Bố trí cọc xi măng đất theo ô cờ (PA3) d) Bố trí cọc xi măng đất theo khối 76 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4 - 2021
Hình 11: Kết quả chuyển vị ngang của tường vây - bố trí cọc xi măng đất theo lưới tam giác Qua phân tích phần tử hữu hạn Plaxis 3D [hình 11], cho thấy chuyển vị lớn nhất của tƣờng vây theo phƣơng án bố trí cọc xi măng đất theo lƣới tam giác (PA1) tại vị trí khảo sát SI-1 là 35,8mm và chuyển vị lớn nhất theo quan trắc tại vị trí SI-1 là 35,6mm (Chang-Yu Ou, 2007). Kết quả chuyển vị lớn nhất của tƣờng vây theo PA1 so với kết quả quan trắc có sự Hình 9: Bố trí cọc xi măng đất tƣơng đồng về độ lớn và hình dạng đƣờng cong theo khối (PA4) chuyển vị ngang tƣờng theo độ sâu. Cọc xi măng đất đƣợc mô hình hóa bằng Từ kết quả phân tích hình 12, quan sát thấy phần tử volume trong Plaxis 3D. rằng kết quả phân tích từ phần tử hữu hạn Plaxis 3D mô phỏng theo các phép đo tại chỗ một cách hợp lý cả về định tính và định lƣợng, vì vậy xác định mô hình số hiện tại. Do đó, cùng một mô hình số sẽ đƣợc tác giả sử dụng để phân tích các trƣờng hợp bố trí cọc xi măng đất theo các phƣơng án khác nhau. Hình 10: Mô hình cọc xi măng đất - Plaxis 3D 2.3. Kết quả u ể vị v ội l ủ tƣờ vâ t eo p ƣơ x, vị trí ảo sát SI-1 a) Kết quả chuyển vị ngang (Ux) của tường Hình 12: Kết quả chuyển vị ngang tường vây của các phương án tại vị trí khảo sát SI-1 Kết quả phân tích quá trình thi công hố đào khi chƣa gia cố nền bằng cọc xi măng đất (PA0), chuyển vị ngang tƣờng vây lớn nhất là 62,3mm. ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4 - 2021 77
Khi nền đƣợc cải thiện, gia cố bằng cọc xi đất tiếp xúc trực tiếp vào tƣờng vây thì giá trị măng đất với cùng một thể tích xi măng đất thay lực cắt giảm từ 46% đến 56% so với trƣờng hợp thế nhƣ nhau khoảng 500m3 thì chuyển vị ngang không xử lý nền và giảm từ 14% đến 28% so của tƣờng vây tại vị trí SI-1 cho kết quả nhƣ sau với phƣơng án bố trí theo lƣới tam giác [hình [hình 12]: 14, bảng 3].  Phƣơng án bố trí cọc xi măng đất theo lƣới tam giác (PA1) cho kết quả chuyển vị ngang tƣờng vây là 35,8mm.  Phƣơng án bố trí cọc xi măng đất theo dải tƣờng đơn (PA2) cho kết quả chuyển vị là 27,7mm.  Phƣơng án bố trí cọc xi măng đất theo ô cờ (PA3) cho kết quả chuyển vị ngang là 32,4mm.  Phƣơng án bố trí cọc xi măng đất theo khối (PA4) cho kết quả chuyển vị ngang là 28,7mm. Nhƣ vậy, phƣơng án bố trí cọc xi măng đất theo dải tƣờng đơn (PA2) và phƣơng án bố trí cọc xi măng đất theo khối (PA4) đem lại hiệu Hình 13: Mô men uốn tường vây của quả trong việc khống chế chuyển vị ngang của các phương án tại vị trí khảo sát SI-1 tƣờng vây. b) Kết quả nội lực tường vây theo phương x Mô men lớn nhất trong trƣờng hợp không xử lý nền có giá trị là 1.640,5 kNm, khi nền đƣợc gia cố bằng cọc xi măng đất với phƣơng án bố trí theo lƣới tam giác, giá trị Mô men lớn nhất là 940,3 kNm, giảm 43% so với khi không xử lý nền; Đối với các phƣơng án bố trí cọc xi măng đất tiếp xúc trực tiếp vào tƣờng vây, giá trị Mô men giảm từ 51% đến 59% so với trƣờng hợp không xử lý nền và giảm từ 14% đến 28% so với phƣơng án bố trí theo lƣới tam giác [hình 13, bảng 3]. Lực cắt lớn nhất trong trƣờng hợp không xử lý nền có giá trị là 2.112,8 kN, khi nền đƣợc gia cố bằng cọc xi măng đất với phƣơng án bố trí Hình 14: Lực cắt tường vây của các phương án tại vị trí khảo sát SI-1 theo lƣới tam giác có giá trị lực cắt lớn nhất là 1.309,7 kN, giảm 38% so với khi không xử lý nền; Đối với các phƣơng án bố trí cọc xi măng Bảng 3: Tổng hợp kết quả chuyển vị ngang và nội lực của tƣờng vây tại SI-1 Thể tích xi Chuyển vị M11 Lực cắt Q13 Phƣơng án mă ng đất ngang max max tại SI-1 (m3) lớn nhất tại SI-1 (kNm) (kN) 78 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4 - 2021
tại SI-1 (mm) Kết quả quan trắc (Chang - 492,9 35,6 Yu Ou) PA0 - Không xử lý nền 0,0 62,3 1640,5 2112,8 PA1 - Bố trí cọ c xi mă ng đất 492,9 35,8 940,3 1309,7 theo lƣới tam giác PA2 - Bố trí cọ c xi mă ng đất 472,5 27,7 765,7 1110,0 theo dải tƣờng đơn PA3 - Bố trí cọ c xi mă ng đất 478,8 32,4 806,4 1130,8 theo ô cờ PA4 - Bố trí cọ c xi mă ng đất 475,2 28,7 674,5 936,7 theo khố i Kết quả phân tích đƣợc tổng hợp tại [bảng 3], cọc xi măng đất theo khối (PA4) đem lại hiệu ta thấy khi nền đƣợc cải thiện, gia cố bằng cọc quả trong việc khống chế chuyển vị ngang của xi măng đất với cùng một thể tích xi măng đất tƣờng vây. thay thế nhƣ nhau khoảng 500m3 thì phƣơng án bố trí cọc xi măng đất theo dải tƣờng đơn (PA2) và phƣơng án bố trí cọc xi măng đất theo khối (PA4) cho kết quả chuyển vị ngang của tƣờng vây, mô men và lực cắt theo phƣơng x nhỏ nhất. 2.4. Kết quả u ể vị v ội l ủ tƣờ vâ t eo p ƣơ y, vị trí ảo sát SI-2 a) Kết quả chuyển vị ngang (Uy) của tường Qua phân tích phần tử hữu hạn Plaxis 3D [hình 15, bảng 4], cho thấy chuyển vị lớn nhất của tƣờng vây theo phƣơng án bố trí cọc xi măng đất theo lƣới tam giác (PA1) tại vị trí khảo sát SI-2 là 30,4mm và chuyển vị lớn nhất theo quan trắc tại vị trí SI-2 là 31,7mm (theo Chang-Yu Ou, 2007). Hình 15: Kết quả chuyển vị ngang tường vây Nhƣ vậy, phƣơng án bố trí cọc xi măng đất của các phương án tại vị trí khảo sát SI-2 theo dải tƣờng đơn (PA2) và phƣơng án bố trí Bảng 4: Tổng hợp kết quả chuyển vị ngang và nội lực của tƣờng vây tại SI-2 Chuyển vị M11 Lực cắt Thể tích xi ngang max Q13 max Phƣơng án mă ng đất lớn nhất tại tại SI-2 tại SI-2 (m3) SI-2 (mm) (kNm) (kN) Kết quả quan trắc (Chang - Yu Ou) 492,9 31,7 PA0 - Không xử lý nền 0 43,8 827,3 1250,5 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4 - 2021 79
PA1 - Bố trí cọ c xi mă ng đất theo lƣới 492,9 30,4 537,8 861,3 tam giác PA2 - Bố trí cọ c xi mă ng đất theo dải 472,5 25,2 478,9 770,9 tƣờng đơn PA3 - Bố trí cọ c xi mă ng đất theo ô 478,8 27,2 510,3 806,5 cờ PA4 - Bố trí cọ c xi mă ng đất theo 475,2 26,1 485,0 761,4 khố i Trên cơ sở kết quả phân tích ổn định của tƣờng vây trong hố đào sâu đƣợc gia cƣờng bằng cọc xi măng đất của công trình thực tế thuộc Dự án Song - San nằm ở khu vực K1 của lƣu vực Đài Bắc. Với phƣơng án bố trí cọc xi măng đất theo dải tƣờng đơn và phƣơng án bố trí cọc xi măng đất theo khối mang lại hiệu quả trong việc khống chế chuyển vị ngang và làm giảm nội lực trong tƣờng vây cọc barrette. Hình 16: Mặt bằng bố trí cọc khoan nhồi D800 Các kết quả phân tích từ phần mềm Plaxis 3D mô phỏng theo các phép đo tại chỗ một cách hợp lý cả về định tính và định lƣợng, vì vậy xác định mô hình số hiện tại. Do đó, trên cùng một mô hình số sẽ đƣợc tác giả sử dụng để phân tích tiếp hệ tƣờng vây - móng bè cọc trên nền gia cố bằng cọc xi măng đất nhằm nghiên cứu ứng xử giữa bè - cọc, tƣờng vây - bè - cọc và tƣờng vây - bè cọc - cọc xi măng đất. 3. PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CỦA HỆ TƢỜNG VÂY - MÓNG BÈ CỌC TRÊN NỀN GIA CỐ BẰNG CỌC XI MĂNG ĐẤT 3.1. Thiết kế móng bè cọc Cọc khoan nhồi: Bê tông B30, đƣờng kính cọc D800, sức chịu tải thiết kế của cọc Qtk = 485 tấn. Tổng diện tích mặt bằng S = (24 x 51)m, tải phân bố đều trên bè 500kN/m2, bè dày 2m, số lƣợng cọc bố trí trong bè là 128 cọc. Mô phỏng trong Plaxis 3D ¼ hình chữ nhật (mặt bằng 24mx51m), số lƣợng cọc bố trí trong bè: 32 cọc, khoảng cách cọc bố trí 3d < S = 3m < 4d. 80 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4 - 2021
3.2. Mô phỏng hệ tƣờng vây - móng bè cọc trƣờng hợp hệ móng bè cọc làm việc khi trên nền gia cố bằng cọc xi măng đất. không có gia cố nền nhằm so sánh, đánh giá Sử dụng phần mềm Plaxis 3D mô phỏng hệ mức độ ảnh hƣởng đến hệ móng khi nền tƣờng vây - móng bè cọc trên nền gia cố bằng không đƣợc xử lý, nhƣ vậy có 06 trƣờng hợp cọc xi măng đất bố trí theo khối để nghiên cần phân tích: cứu, phân tích. Đồng thời, phân tích thêm các TT Hệ móng Liên kết TH1 Hệ Tƣờng vây - Móng bè cọc Bè liên kết ngàm với tƣờng vây Hệ Tƣờng vây - Móng bè cọc trên nền gia TH2 Bè liên kết ngàm với tƣờng vây cố bằng cọc xi măng đất TH3 Hệ Móng bè cọc Bè liên kết ngàm trƣợt tƣờng vây Hệ Móng bè cọc trên nền gia cố bằng cọc TH4 Bè liên kết ngàm trƣợt tƣờng vây xi măng đất TH5 Hệ Móng bè cọc Bè không liên kết tƣờng vây (tự do) Hệ Móng bè cọc trên nền gia cố bằng cọc TH6 Bè không liên kết tƣờng vây (tự do) xi măng đất móng bè cọc trên nền gia cố bằng cọc xi măng đất thì độ lún của bè thay đổi không đáng kể [hình 18]. Hình 18: Biểu đồ kết quả độ lún của Hình 17: Mô phỏng hệ tường vây - móng các trường h p phân tích bè cọc trên nền gia cố bằng cọc xi măng đất b) Phân chia tải với phương án bố trí theo khối 3.3. Kết quả a) Độ lún của móng Khi xem liên kết giữa bè và tƣờng vây là “liên kết ngàm”, kết quả độ lún của bè nhỏ hơn các trƣờng hợp liên kết giữa bè và tƣờng vây là “liên kết ngàm trƣợt” và trƣờng hợp bè không kiên kết tƣờng vây, tuy nhiên độ lún thay đổi không nhiều. Nhƣ vậy, khi xét tƣờng vây tham gia vào chịu tải công trình cùng hệ tƣờng vây - Hình 19: Biểu đồ kết quả độ lún của ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4 - 2021 81
các trường h p phân tích Khi xem liên kết giữa bè và tƣờng vây là “liên kết ngàm” trong phân tích hệ tƣờng vây - móng bè cọc trên nền gia cố bằng cọc xi măng đất, bè móng và tƣờng vây có tham gia chịu tải công trình. Phần trăm phân chia tải lên bè chiếm khoảng 26%, phần trăm phân chia tải lên tƣờng vây cọc barrette chiếm khoảng 14% và phần Hình 21: Lực cắt Q13 trong bè các trăm phân chia tải lên nhóm cọc là 60%. Nhƣ trường h p phân tích vậy, tƣờng vây cùng tham gia gánh tải công trình trong hệ hệ tƣờng vây - móng bè cọc trên nền gia cố bằng cọc xi măng đất là đáng kể [hình 19]. c) Nội lực trong bè  Mô men, lực cắt, lực dọc trong bè tại mặt cắt qua SI-1 [hình 3] theo phương cạnh ngắn Mô men trong bè: Khi xem liên kết giữa bè và tƣờng vây là “liên kết ngàm” (TH1, TH2) và “liên kết ngàm trƣợt” (TH3, TH4) trong hệ móng: Tại vị trí bè tiếp giáp với tƣờng vây đều Hình 22: Lực dọc N1 trong bè xuất hiện mô men trong bè ở gối có giá trị lớn các trường h p phân tích M11(-) từ 598,1 kNm đến 745,4 kNm. Mô men uốn ở giữa tâm bè của trƣờng hợp “liên kết Lực cắt trong bè: Từ biểu đồ quan hệ lực cắt ngàm” có giá trị lớn hơn so với trƣờng hợp qua mặt cắt SI-1 theo phƣơng cạnh ngắn khác, giá trị mô men lớn nhất là M11(+) = (phƣơng x) [hình 21]. Giá trị lực cắt của tất cả 2532,6 kNm. Trong khi đó, khi bè và tƣờng các trƣờng hợp móng gần nhƣ bằng nhau từ vị vây không liên kết nhau (TH5, TH6), mô ment trí tâm bè đến vị trí cách tƣờng vây khoảng 2m. của bè tại vị trí tiếp giáp với tƣờng vây rất nhỏ Trong trƣờng hợp khi xem liên kết giữa bè và (M11(-) = 21,1 kNm). Điều đó, cho thấy khi tƣờng vây là “liên kết ngàm”, tại vị trí bè tiếp liên kết giữa bè và tƣờng vây là “liên kết giáp với tƣờng vây giá trị lực cắt tăng cục bộ và ngàm” và “liên kết ngàm trƣợt”, tƣờng vây đã đạt giá trị lớn nhất. Điều đó, cho thấy tại vị trí tác động vào bè và gây ra mô men ở gối lớn tiếp xúc bè và tƣờng vây, tải trên bè đã truyền [hình 20]. lên tƣờng vây trên toàn bộ chu vi tƣờng. Lực dọc trong bè: Xét mặt cắt qua SI-1 theo phƣơng cạnh ngắn (phƣơng x) [hình 22]. Khi xem liên kết giữa bè và tƣờng vây là “liên kết ngàm” (TH1, TH2) và “liên kết ngàm trƣợt” (TH3, TH4), lực dọc trong bè tại vị trí tiếp giáp với tƣờng vây có giá trị từ 471,2 kN đến 532,2 kN. Trƣờng hợp khi liên kết giữa bè và tƣờng vây là “tự do”, lực dọc trong bè tại vị trí tiếp giáp với tƣờng vây gần bằng 0. Hình 20: Mô men uốn M11 trong bè Nhƣ vậy, khi liên kết giữa bè và tƣờng vây là các trường h p phân tích “liên kết ngàm” và “liên kết ngàm trƣợt”, tƣờng vây đã gây nén cho bè, bè có khả năng chống đỡ 82 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4 - 2021
tƣờng vây và làm cho mô men, lực cắt và lực dọc bè tăng cao. d) Lực dọc trong cọc khoan nhồi Để kiểm tra, đánh giá sự thay đổi lực dọc thân cọc trong hệ móng bè cọc, móng bè cọc – tƣờng vây và hệ tƣờng vây – móng bè cọc trên nền gia cố bằng cọc xi măng đất, ta lựa chọn 01 cọc gần vị trí tâm bè, 01 cọc biên sát tƣờng vây theo phƣơng cạnh ngắn để khảo sát, phân tích [hình 23]. Hình 25: Lực dọc cọc P2 các trường hợp phân t ch Lực dọc thân cọc P 1 theo độ sâu của tất cả Hình 23: Vị trí cọc P1, P2 các trƣờng hợp phân tích [hình 24] có hình  Lực dọc trong cọc P1 dạng tƣơng đồng, giá trị lực dọc các trƣờng hợp gần nhƣ bằng nhau. Trong khi đó, đối với cọc P2, khi xem liên kết giữa bè và tƣờng vây là “liên kết ngàm” (TH1, TH2) thì lực dọc tác dụng lên đầu cọc P2 nhỏ hơn các trƣờng hợp khác từ 26% đến 33%. Điều này, cho thấy tải truyền lên các cọc biên giảm do tải đƣợc chia sẻ vào tƣờng vây và tƣờng vây đã tham gia gánh tải công trình, e) Nội lực tường vây tại vị trí quan trắc SI-1 [hình 3] Từ biểu đồ mô men uốn theo độ sâu của các trƣờng hợp phân tích tại vị trí quan trắc SI-1 [hình 26]. Khi xem liên kết giữa bè và tƣờng vây là “liên kết ngàm” (TH1, TH2) và “liên kết Hình 24: Lực dọc cọc P1 các trường hợp phân t ch ngàm trƣợt” (TH3, TH4), tại vị trí tƣờng vây  Lực dọc trong cọc P2 tiếp xúc với bè ở độ sâu -9,3m xuất hiện mô men cục bộ căng thớ ngoài, trong TH2 có giá trị lớn nhất Mmax = 640,2 kNm. Khi xem liên kết giữa bè và tƣờng vây là “tự do” (TH5, TH6), mô men bị căng thớ trong có giá trị nhỏ. Điều này, cho thấy khi xem xét tƣờng vây cọc barrette tham gia vào chịu tải công trình cùng hệ tƣờng vây - móng bè cọc trên nền gia cố cọc xi măng đất, bè và tƣờng vây tác động qua lại chia sẻ nội lực cho nhau. ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4 - 2021 83
Khi xem liên kết giữa bè và tƣờng vây là “liên kết ngàm”: Phần trăm phân chia tải lên bè chiếm khoảng 26%, phần trăm phân chia tải lên tƣờng vây cọc barrette chiếm khoảng 14% và phần trăm phân chia tải lên nhóm cọc là 60%. Khi xét tƣờng vây cọc barrette tham gia vào chịu tải đứng cùng hệ móng bè cọc, tƣờng vây ảnh hƣởng rất nhiều đến sự phân chia tải trong nhóm cọc, đặc biệt là tải trọng tác dụng lên các cọc biên gần vách tƣờng vây giảm đi từ 21% đến 33%. Nhƣ vậy, có thể giảm số lƣợng cọc, phân bố lại nội lực trong bè để tối ƣu hóa giải pháp hệ tƣờng vây - móng bè cọc trên nền gia cố bằng cọc xi măng đất so với phƣơng án tính toán, Hình 26: Mô men uốn của tường vây tại vị trí thiết kế móng bè cọc thông thƣờng. quan trắc SI-1 (phương x) 4. TỐI ƢU HÓA GIẢI PHÁP HỆ TƢỜNG VÂY – MÓNG BÈ CỌC TRÊN f) Nội lực tường vây tại vị trí quan trắc SI-2 NỀN GIA CỐ BẰNG CỌC XI MĂNG ĐẤT [hình 3] Dựa vào kết quả tải tác dụng đầu cọc [hình Kết quả tƣơng tự (vị trí quan trắc SI-1), mô 28], tải tác dụng đầu cọc lớn nhất là Pmax = 3539 men uốn theo độ sâu của các trƣờng hợp phân kN nhỏ hơn sức chịu tải thiết kế cọc Ptk =4850 tích tại vị trí quan trắc SI-2 [hình 27], khi bè và kN. Nhƣ vậy, có thể tiến hành khảo sát giảm cọc tƣờng vây liên kết ngàm (TH2) có giá trị mô men dƣới bè và sắp xếp, bố trí lại cọc khoan nhồi để lớn nhất Mmax = 514,9 kNm. Qua đó, ta thấy khi xem xét, phân tích sự phân bố nội lực trong bè, xem tƣờng vây cọc barrette tham gia vào chịu tải nhóm cọc và tƣờng vây khi làm việc đồng thời công trình cùng hệ tƣờng vây – móng bè cọc trên nhằm tối ƣu hóa giải pháp hệ tƣờng vây - móng nền gia cố cọc xi măng đất, bè và tƣờng vây tác bè cọc trên nền gia cố cọc xi măng đất. động qua lại chia sẻ nội lực cho nhau. Hình 28: Tải tác dụng đầu cọc khoan nhồi (32 cọc) được tổng hợp kết quả xuất từ Plaxis 3D 4.1. Phƣơng án giảm cọc Khảo sát giảm số lƣợng cọc khoan nhồi lần lƣợt: 4 cọc, 8 cọc, 12 cọc, 14 cọc và bố lại cọc dƣới bè hợp lý trong hệ tƣờng vây - móng bè Hình 27: Mô men uốn của tường vây tại vị trí cọc trên nền gia cố cọc xi măng đất, tổng hợp quan trắc SI-2 (phương y) kết quả lực tác dụng đầu cọc nhƣ sau: 84 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4 - 2021
Khi khảo sát giảm số lƣợng cọc khoan nhồi lần lƣợt: 4 cọc, 8 cọc, 12 cọc, 14 cọc và phân bố lại cọc dƣới bè hợp lý, độ lún của móng vẫn đảm bảo độ lún cho phép và thay đổi không nhiều, tăng khoảng 9% khi giảm từ 32 cọc xuống còn 18 cọc . b) Phân chia tải Hình 29: Tải tác dụng đầu cọc (20 cọc) sau khi giảm 12 cọc Hình 30: Tải tác dụng đầu cọc (18 cọc) sau khi giảm 14 cọc Hình 32: Phần trăm phân chia tải các Dựa vào kết quả phân tích [hình 29, hình 30], trường h p khảo sát tải tác dụng đầu cọc sau khi giảm 12 cọc có giá trị lớn nhất là 4766 kN gần bằng sức chịu tải Khi khảo sát giảm số lƣợng cọc khoan nhồi, thiết kế Ptk = 4850 kN. Điều đó, cho thấy khi phần trăm phân chia tải lên bè, tƣờng vây, nhóm giảm 12 cọc thì cọc vẫn đảm bảo sức chịu tải. cọc thay đổi không đáng kể. Trong trƣờng hợp Khi giảm 14 cọc thì tải tác dụng đầu cọc có giá giảm 12 cọc còn lại 20 cọc, phần trăm phân chia trị lớn nhất là 5067 kN lớn hơn sức chịu tải thiết tải lên bè khoảng 30%, phần trăm phân chia tải kế cọc Ptk = 4850 kN, không thỏa điều kiện sức lên tƣờng vây 13% và phần trăm phân chia tải chịu tải của cọc. lên nhóm cọc là 56%. 4.2. Kết quả phân tích hệ kết cấu móng b) Nội lực trong bè - mặt cắt qua SI-1 [hình 3] a) Độ lún Hình 33: Mô men uốn M11 trong bè tại mặt cắt Hình 31: Độ lún móng các trường h p khảo sát qua vị trí quan trắc SI-1 phương x ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4 - 2021 85
Hình 34: Mô men uốn Q13 trong bè tại mặt cắt qua vị trí quan trắc SI-1 phương x Hình 37: Lực cắt của tường vây vị trí quan trắc SI-1 Khi khảo sát giảm số lƣợng cọc khoan nhồi lần lƣợt: 4 cọc, 8 cọc, 12 cọc và phân bố lại cọc dƣới bè hợp lý trong hệ tƣờng vây - móng bè cọc trên nền gia cố cọc xi măng đất, giá trị mô men và lực cắt trong tƣờng tại vị trí quan trắc Hình 35: Lực dọc N1 trong bè tại mặt cắt SI-1 theo phƣơng cạnh ngắn (phƣơng x) của tất qua vị trí quan trắc SI-1 phương x cả các trƣờng hợp giảm cọc gần nhƣ tƣơng đƣơng nhau. Khi khảo sát giảm số lƣợng cọc khoan nhồi 4. KẾT LUẬN lần lƣợt: 4 cọc, 8 cọc, 12 cọc và phân bố lại cọc Qua kết quả phân tích, đánh giá các phƣơng dƣới bè hợp lý trong hệ tƣờng vây - móng bè án bố trí cọc xi măng đất để gia cố nền và phân cọc trên nền gia cố cọc xi măng đất thì nội lực tích hệ tƣờng vây - móng bè cọc trên nền gia cố trong bè gồm: mô men, lực cắt, lực dọc tại mặt bằng cọc xi măng đất, có thể rút ra một số kết cắt qua vị trí quan trắc SI-1 theo phƣơng cạnh luận sau: ngắn (phƣơng x) thay đổi không đáng kể, có giá  Phƣơng án bố trí cọc xi măng đất theo dải trị tƣơng đồng nhau [hình 33, hình 34, hình 35]. tƣờng và phƣơng án bố trí cọc xi măng đất theo c) Nội lực trong tường - mặt cắt SI-1 [hình 3] khối cho kết quả chuyển vị ngang tƣờng vây giảm 20%, mô men giảm 23% và lực cắt trong tƣờng vây giảm 22% so với phƣơng án bố trí cọc xi măng đất theo lƣới tam giác.  Trong phân tích hệ tƣờng vây - móng bè cọc trên nền gia cố bằng cọc xi măng đất, bè móng và tƣờng vây cùng tham gia chịu tải công trình. Phần trăm phân chia tải lên bè chiếm khoảng 26%, phần trăm phân chia tải lên tƣờng vây cọc barrette khoảng 14% và phần trăm phân chia tải lên nhóm cọc là 60%. Nhƣ vậy, bè và tƣờng vây đã tham gia gánh tải công trình rất Hình 36: Mô men của tường vây tại vị trí đáng kể. quan trắc SI-1 phương cạnh ngắn  Khi tƣờng vây cọc barrette tham gia vào 86 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4 - 2021
chịu tải đứng cùng hệ tƣờng vây - móng bè cọc nén, chịu uốn, chịu cắt của bè và tƣờng vây. trên nền gia cố bằng cọc xi măng đất, tƣờng vây Nghĩa là, cần phải có tính toán, thiết kế tổng thể ảnh hƣởng rất nhiều đến sự phân chia tải trong hệ tƣờng vây - móng bè cọc trên nền gia cố nhóm cọc, đặc biệt là tải trọng tác dụng lên các bằng cọc xi măng đất trƣớc khi thiết kế biện cọc biên gần vách tƣờng vây giảm đi từ 21% pháp thi công tầng hầm đảm bảo an toàn, ổn đến 33%. định công trình.  Khi giảm số lƣợng cọc khoan nhồi đến 12 cọc còn lại 20 cọc và phân bố lại cọc dƣới bè Lời cảm ơn hợp lý trong phân tích hệ tƣờng vây - móng bè Chúng tôi xin cảm ơn Trƣờng Đại học cọc trên nền gia cố cọc xi măng đất cho kết quả Bách khoa, ĐHQG - HCM đã hỗ trợ thời về độ lún, phần trăm phân chia tải, nội lực trong gian, phƣơng tiện và cơ sở vật chất cho bè và nội lực trong tƣờng vây thay đổi không nghiên cứu này. đáng kể.  Phƣơng án tính toán, thiết kế hệ tƣờng vây TÀI LIỆU THAM KHẢO - móng bè trên nền gia cố bằng cọc xi măng đất, việc giảm bớt đƣợc 12 cọc trên tổng số 32 cọc [1] Randolph MF. Design methods for pile khoan nhồi tiết kiệm đƣợc 38% khối lƣợng bê groups and piled rafts. In: Proc. 13th tông cọc. international conference on soil mechanics and KIẾN NGHỊ foundation engineering, vol. 5, New Delhi,  Mặc dù có nhiều phƣơng án bố trí cọc xi India; 1994. p. 61–82. măng đất để gia cố đáy hố đào, giữ ổn định chân [2] Poulos, H. G. (2001a). Methods of tƣờng vây, tuy nhiên nên bố trí cọc xi măng đất analysis of piled raft foundations. A report theo dải tƣờng hoặc theo khối tiếp xúc trực tiếp prepared on behalf of technical committee TC18 và vuông góc với tƣờng vây để mang lại hiệu on piled foundations. ISSMGE. quả trong việc khống chế chuyển vị ngang và [3] Poulos, H. G. (2001b). Piled raft làm giảm nội lực trong tƣờng. foundations: Design and applications.  Khi thiết kế phƣơng án móng bè cọc cho Geotechnique, 51 (2), 95–113. công trình dân dụng có từ hai tầng hầm trở lên [4] Chang-Yu Ou, Fu Chen Teng, I-Wen nên xét thêm khả năng tham gia chịu tải của bè Wang. “Analysis and design of partial ground và khả năng tham gia chịu tải đứng của tƣờng inprovement in deep excavation’’, Computers vây để từ đó có thể bố trí lại số lƣợng cọc dƣới and Geotechnics 35, pp 576-584, 2007. bè mang lại hiệu quả và tiết kiệm. [5] Wengang Zhang, Yongqin Li, A.T.C.  Khi tính toán, thiết kế hệ tƣờng vây - Goh, Runhong Zhang. “Numerical study of the móng bè cọc trên nền gia cố bằng cọc xi măng performance of jet grout piles for braced đất, nếu xét khả năng tham gia chịu tải của bè excavations in soft clay”, Computers and và tƣờng vây làm việc đồng thời cùng hệ kết cấu Geotechnics 124 (2020) 103631. móng, cần phải kiểm tra thêm khả năng chịu [6] PLAXIS 3D Manual 2018. Người phản biện: PGS, TS VÕ PHÁN ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4 - 2021 87