Tiếp cận mới trong xác định sức chịu tải của cọc khoan nhồi phụt vữa thân cọc theo phương pháp số

Chia sẻ: Nhan Chiến Thiên | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:8

Thêm vào BST

Báo xấu

12
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài báo "Tiếp cận mới trong xác định sức chịu tải của cọc khoan nhồi phụt vữa thân cọc theo phương pháp số" trình bày một mô hình số theo phương pháp phần tử hữu hạn, thông số của mô hình được xác định từ việc phân tích ngược kết quả thí nghiệm xác định sức chịu tải của cọc khoan nhồi phụt vữa thân cọc thiết lập các cảm biến đo biến dạng cọc. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tiếp cận mới trong xác định sức chịu tải của cọc khoan nhồi phụt vữa thân cọc theo phương pháp số

. 215 TIẾP CẬN MỚI TRONG XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC KHOAN NHỒI PHỤT VỮA THÂN CỌC THEO PHƢƠNG PHÁP SỐ Lê Thành Trung*, Trần Hữu Bằng, Nguyễn Ngọc Huệ r n Đại học Thủ Dầu Một Tóm tắt Nhữn năm ần ây, n u công trình nhà cao tần ư c xây dựng tại Tp. Hồ Chí Minh, m t thành phố l n nhất v năn ng nhất của Việt Nam v i phần l n diện tích nằm dọc theo ven sông S Gòn v s n ồn N , ặc biệc là các qu n trung tâm. Cọc khoan nhồi của các móng nhà cao tầng cần phả kí t ư c và chi u sâu l n ể xuyên qua l p ất phù sa trầm tích có chi u sâu l n. Kỹ thu t phụt vữa thân cọ ư c áp dụn ể tăn sức kháng thành của cọc khoan nhồi. Bài báo này trình bày m t mô hình số t o p ư n pháp phần tử hữu hạn, thông số củ m n ư c x ịnh t việ p ân tí n ư c k t quả thí nghiệm x ịnh sức chịu tải của cọc khoan nhồi phụt vữa thân cọc thi t l p các cảm bi n o n dạng cọ M n n y ư c xây dựng t việc tính toán sức chịu tải của m t cọc khoan nhồi ở m t công trình tại khu vực Qu n 1, TP Hồ Chí Minh. K t quả dự báo củ m n ư c so sánh v i số liệu quan tr c ngoài hiện trường cho thấy l n tn c y. K t quả tính toán t mô hình cho phép dự o ư c sức chịu tải của cọc và cung cấp m t tài liệu tham khảo cho công tác thi t k cọc. Từ khóa: Cọc khoan nhồi, phụt vữa thân cọc, s c kháng thành, mô hình số của cọc. 1. Đặt vấn đề Hiện nay, việc dự báo sức chịu tải của cọc khoan nhồi có phụt vữa thân cọc dựa hoàn toàn các lý thuy t tính toán của cọc khoan nhồi theo tiêu chuẩn TCVN 10304-2012; TCVN 11823-2017. u n y ã ẫn n sự chênh lệch khá l n giữa giá trị tính toán dự báo và thực t là khá l n theo các k t quả nghiên cứu của B.D Little Child và nnk 2018; Phan, V.K và Pham, Q.D, 2013; T.D. N uy n v nnk, 2018; Tr n V T, 2020; L n V H v Trun T L , 2020 Do , ự án phát sn p í tron qu tr n ầu tư xây ựng, t , n t t ử tải hiện trường trở nên h t sức quan trọng. Thí nghiệm thử tải cọc là m t cách hiệu quả ể x m n p ư n p p t t k cọc v n k n ảm bảo trong các thông số củ ất. Các loại thí nghiệm thử tải cọc bao gồm thí nghiệm n n tĩn truy n thống, thí nghiệm n n tĩn O-cell, thí nghiệm thử ng bi n dạng l n (PDA)… C t n t n cần thi t ư c cung cấp bởi m t thí nghiệm x ịnh tải trọng cọc bao gồm k t cấu giữa tải trọng - chuyển vị, khả năn ịu tải cực hạn, ặc tính truy n tải và tính trọn vẹn cấu trúc của cọ ư c xây dựng. Thí nghiệm n n tĩn ọ ư c xem là thí nghiệm truy n thống, phổ bi n tại các dự án. Thí nghiệm n n tĩn ư c thực hiện theo tiêu chuẩn TCVN 9393:2012. T qu n ểm trên, m t p ân tí n ư ư c thực hiện ể mô phỏng lại thí nghiệm n n tĩn tại m t cọc khoan nhồi tại m t dự án ở khu vực vực Qu n 1, TP. Hồ Chí Minh. Nhóm tác giả sử dụn p ư n p p p ần tử hữu hạn (Pl x s 3D v rs on 2019) ể phân tích ứng xử của cọc dựa trên k t quả thử tĩn ọc. Mục tiêu là tìm ra cách mô phỏng chính xác ứng xử cọc bằng p ư n p p số dựa trên các thông số ịa chất, mô h n ất và nhữn tư n qu n v cứng ất. K t quả nghiên cứu có thể áp dụng cho việc dự o n trư c sức chịu tải cọc bằn p ư n * Ngày nhận bài: 04/3/2022; Ngày phản biện: 30/3/2022; Ngày chấp nhận n : 10/4/2022 * Tác giả liên hệ: Email: lttrung@tdmu.edu.vn
216 pháp mô phỏng số mà không cần phải thực hiện nhi u thử tĩn ọc tại hiện trườn , óp phần làm giảm chi phí xây dựng công trình. 2. Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu Sử dụn p ư n p p p ần tử hữu hạn k t h p v i k t quả quan tr ư c t thí nghiệm n n tĩn ọc tại hiện trườn ể nh giá tính h p lý trong cách tính sức chịu tải cọc. 2.1. Đối tượng nghiên cứu Cọc khoan nhồi ư c sử dụng ể mô phỏng trong nghiên cứu thu c dự án Friendship Tower, tọa lạc tại số 31 ườn L Duẩn, Qu n 1, TP. Hồ Chí Minh. Cọc khoan nhồi phun vữa TP2 có kí t ư ường kính D là 1.200mm, chi u dài cọc L là 65m, phun vữa t -42m n -64m so v i mặt ất. Cọ ư c thí nghiệm thử tải tố n 300% tải thi t k , tư n ứng là 3.150 tấn và cọc TP2 sẽ k n ư c dùng lại sau khi thí nghiệm nhằm thu th p ư ầy ủ t n tn ể n ứng xử của cọc khoan nhồi trong quá trình làm việc, sự uy ng các thành phần sức kháng của các l p ất, cọc thí nghiệm ư c bố trí các thi t bị cảm bi n (strain gauge) dọc thân cọc, loạ ầu o ư c sử dụng là Geokon 4200. Hình 1. Chi tiết cọc TP2, D1200mm, L65m theo INGEFCO JSC, 2017
. 217 V t liệu vữa phun thân cọc cho cọ TP2 ư c thi t k theo cấp phối và các thành phần pha tr n bao gồm x măn : 100k ; nư c: 66.6 lít; Bentonite: 1.5kg; Bentoryl 186: 150ml và Daracem 100 (phụ gia siêu hóa d o, giảm lư n nư c): 400ml. 2.2. Điều kiện địa chất ịa tầng công trình gồm 9 l p ất ặ ểm ịa chất các l p cụ thể: L p 1: sét gầy pha cát, sét gầy p t lẫn sỏ , x m nâu, nâu ỏ, xám xanh. B dày l p H = 10m, chỉ số SPT trung bình là 15. L p 2: c t s t, nâu ỏ, xám xanh, xám vàng, b dày l p H = 10m, chỉ số SPT trung bình là 12. L p 3: cát cấp phối tốt lẫn ụi và sỏi, xám vàng, l p này có b dày H = 5m, chỉ số SPT trung bình là 14. L p 4: cát sét, bụi, xám vàng, l p n y mặt ầu h t ở tất cả các hố khoan, nằm bên ư i l p 3, l p này có b dày H = 15m, chỉ số SPT trung bình là 17. L p 5: s t o lẫn t, nâu vàng, xám xanh. B dày trung bình l p H = 14, chỉ số SPT trung bình là 19. L p 6: sét gầy pha cát, xám vàng, l p này có b y tư n ối mỏng nằm n ư i l p 5, chỉ số SPT trung bình là 40. L p 7: cát sét, bụi, xám xanh, xám tr ng, chi u dày trung bình l p là 12m, chỉ số SPT trung bình là 35. L p 8: cát sét, xám xanh, l p n y tư n ối mỏng nằm n ư i l p 7, chi u dày trung bình l p là 3m và chỉ số SPT trung bình là 45. L p 9: cát cấp phối tốt lẫn ụi, xám vàng, xám xanh, chi u dày trung bình l p là 12m, chỉ số SPT trung bình l p 50. Mự nư c ngầm khảo sát t các hố khoan nằm ở sâu -7.5m so v mặt ất tự nhiên. Các l p ất ư c phân bố tại hố khoan BH2 ư c bố trí các vị trí ặt ầu o n dạng dọc thân cọc tạ ểm ranh gi i của l p ất ể x ịnh ma sát thành cọc. C o l p ặt ầu o ủ TP2 ư c thể hiện trong hình 1. 2.2. Quy trình thí nghiệm cọc Thí nghiệm n n tĩn v i 3 chu kỳ liên tục gia tải và dỡ tải tuân thủ theo tiêu chuẩn hiện hành TCVN 9393:2012. Chu kỳ 1: Tại cấp tải trọng 100% tải trọng thi t k (tư n ư n 1.050 tấn), tổn l n ầu cọc là 10.02mm. Sau khi giảm tả o n to n, l n ư òn 3 48mm. Chu kỳ 2: Tại cấp tải trọng 200% tải trọng thi t k (tư n ư n 2.100 tấn), tổn l n ầu cọc là 25.87mm. Sau khi giảm tả o n to n, l n ư òn 10 73mm. Chu kỳ 3: Tại cấp tải trọng 300% tải trọng thi t k (tư n ư n 3.150 tấn), tổn l n ầu cọc là 42.59mm. Sau khi giảm tải o n to n, l n ư òn 18 35mm. K t quả l n ầu cọc ứng v i tải trọng tác dụng, ma sát n vị o ư c tại vị trí các l p ất, tải trọng phân bố dọc thân cọc tại các chu kỳ gia tả ư c thể hiện t hình 2. K t quả tính toán lực ma sát thành cọ ư uy ng l n nhất so v i chỉ số NSPT (fs/NSPT) t o sâu z thể hiện ở hình 4, ư c tổng h p t dữ liệu o ạc t các strength gause dọc thân cọc thể hiện tại hình 3. Hình 2. Biểu đồ tải trọng P và độ lún đầu cọc y từ kết quả thử tĩnh cọc TP2 theo INGEFCO JSC, 2017
218 a) b) Hình 3. Biểu đồ lực ma sát đơn vị đo được tại các đoạn cọc TP2 a) Tại đoạn cọc 1-2, 3-4, 4-5; b) Tại đoạn cọc 5-7, 6-7, 7-8 Hình 4. Giá trị ma sát fs/NSPT theo độ sâu z từ kết quả thí nghiệm 3. Mô phỏng tính toán M n ất n n ư c sử dụn l m n H r n n So l ư c lựa chọn ể phân tích k t quả thử tĩn ọ , ây l m n nân o có sử dụn cứng dỡ tải Eur phù h p v i ứng xử dỡ tải khi thử tĩn ọ , n o r m n x t n thành phần bi n dạng d o củ ất. Trong mô hình phân tích, 2 thông số quan trọng nhất là thông số b n ( o ồm lự ín v m s t φ) và thông số v cứng E, các thông số này ản ưởng trực ti p v n kể n k t quả chuyển vị và n i lực cọc. V mặt x ịnh thông số b n cho mô hình phân tích cọc, thông số b n 2 ín l m s t n vị fs (kN/m ) o ư c tạ oạn cọc khác nhau, hay hiểu m t n 2 giản l t n số kháng c t oặ lực dính giữa cọ v ất c (kN.m ). Còn thành phần m s t φ ã uyển toàn b s n m s t n vị fs phụ thu c vào áp lự n n , o t ể xem
. 219 φ = 0 và c = fs tron trườn p này. Giá trị fs ối v oạn cọc không phun vữa nằm trong phạm vi fs = (2.8-4.3)NSPT, trung bình là fs = 3.2NSPT. Giá trị fs ối v oạn cọc phun vữa nằm trong phạm vi fs = (6.7-7.3)NSPT, trung bình là fs = 7.1NSPT. Trên thực t , dựa trên chỉ số NSPT trung bình củ oạn cọ t o sâu ta có thể ư lư n ư c giá trị lự ín t n qu m s t n vị fs tính t NSPT u này dễ dàng cho việ x ịnh thông số b n om n ất. V thông số cứng E của các l p ất ư c lấy t o tư n qu n v i giá trị fs, E = 500fs. Các giá trị cứng Eoed và Eur lấy theo khuy n cáo của Plaxis. Sự phân chia các l p ất t o sâu, thông số b nv cứng củ ất cho mô hình phần tử hữu hạn ư tổn p trong bảng 1. Bảng 1. Bảng thông số mô phỏng Plaxis 3D cho cọc phun vữa TP2 Depth c=fs  E50ref E50ref Eurref L p ất fs/NSPT NSPT vur m (m) (kPa) ( ) (kPa) (kPa) (kPa) L p 1: Sét pha 0-10 4.33 15 65 0 0.2 1 L p 2: Sét pha 10-14 4.17 12 50 0 0.2 1 L p 3: Sét pha 14-21 4.14 14 58 0 0.2 1 L p 4: Cát pha 21-25 3.12 17 53 0 0.2 0.5 ref ref L p 5: Cát pha 25-32 2.84 19 54 0 500fs E50 3E50 0.2 0.5 L p 6: Cát pha 32-41 3.79 19 72 0 0.2 0.5 L p 7: Sét pha 41-55 6.88 40 275 0 0.2 1 L p 8: Sét pha 55-57 7.63 35 267 0 0.2 1 L p 9: Cát pha 57-75 6.69 45 301 0 0.2 0.5 Cọ ư c mô hình bằng phần tử Embedded pile v m un n ồ ọ tư n ứng v i v t liệu làm cọ v m s t n vị phụ thu c vào l p ất ườn kín ọ ư c khai báo là 1.200m. Khai báo v t liệu cọ tron m n Pl x s ư c thể hiện hình 5. Trong Axial skin resistance của v t liệu cọc chọn layer dependent tứ l m s t n vị fs của cọc sẽ phụ thu c trực ti p vào thông số b n c của các l p ất. Giá trị Tmax (kN/m) là sức kháng ma sát thành l n nhất t o sâu của cọ Tron tín to n m s t uy ng thì giá trị ma s t uy ng của cọ k n vư t quá Tmax. Giá trị n y ư c lấy t k t quả o m s t fs l n nhất nhân v i chu vi cọc. V sứ k n mũ Fmax (kN) là giá trị lực l n nhất uy ng ở mũ ọc. Giá trị n y ư c lấy theo giá trị l n nhất sứ k n mũ fb (kN/m2) o ư c tạ mũ ọc nhân v i diện tích cọc A (m2). u kiện biên củ m n 3D ư c lựa chọn sao cho biên của mô hình l n n v n ảnh ưởng của cọ , t n t ườn v n ản ưởng của cọ ư c lấy bằng 3 lần ườn kín ọc. Tác giả lựa chọn kíc t ư c mô phỏng của biên là 25mx25mx75m cho cọ ườn kín 1.200mm và chi u 65m Tron p ư n p p p ần tử hữu hạn ể tính toán ứng suất và bi n dạng thì cần phả lư i phần tử, t n t ườn l lư i phần tử t m oặ l p ần tử vuông. Trong mô hình Plaxis 3D sử dụn lư i phần tử tam giác. Tác giả lựa chọn ch lư i mịn (f n ) ể xem xét k t quả m t cách chính xác nhất C oạn mô phỏng, tính toán k t quả thử tĩn ọ o ồm 3 oạn ín G oạn 1: Tính toán thi t l p i u kiện n ầu, o ồm p lực ất và áp lự nư c tạ t ờ ểm trư c khi ti n hành xây dựn (In t l P s ) G oạn 2: Thi công cọc (kích hoạt phần tử cọ Em pl ) G oạn 3: Gia tải và dỡ tải theo trình tự thí nghiệm ã t ực hiện.
220 Hình 5. Khai báo vật liệu cọc TP2 Hình 6. Kết quả tính toán cọc ở cấp tải lớn nhất cọc TP2 4. Kết quả tính toán mô phỏng 3D và so sánh với kết quả thử tĩnh Hình 6 thể hiện k t quả tính toán bi n dạng cọc và vùng ản ưởng của cọc ra xung quanh. T hình này có thể thấy rằn u kiện n ã ọn ở tr n l ảm bảo. Tại các vị trí biên không phát sinh ứng suất và bi n dạn ư o v ệc gia tả ầu cọc gây ra. K t quả mô phỏng 3D và k t quả thử tĩn ư c vẽ trên cùng 1 biểu ồ ể so sánh. Hình 7 cho thấy rằng k t quả mô phỏng bằng Plaxis 3D hoàn toàn trùng kh p v i k t quả thử tĩn , s số k n n kể. K t quả này cho thấy p ư n p p m p ỏng bằng các thông số, tác giả lựa chọn là h p lý, sở v ăn ứ ể áp dụng cho các mô phỏng cọc bằng phần tử Embedded pile. Cụ thể tại cấp tải l n nhất ở chu kỳ 3 l n ầu cọ o ư c t k t quả thử tĩn l 42 59mm tron k trị t mô phỏng 3D là 43.1mm sự khác biệt là nhỏ n 5% H n ạng biểu ồ v xu ư ng bi n dạng củ ầu cọc khi gia tải và dỡ tải của mô phỏng khá phù h p v i thử tĩn Sự khác biệt giữa mô phỏn oạn cọc phun vữa và không phun vữa trong cọc TP2 là giá trị b n v cứng E của các l p ất. Tạ oạn cọc không phun vữa giá trị c = fs ư v o
. 221 m n , tron trị fs trung bình fs = 3.2NSPT và E = 500fs. Tạ oạn cọ ư c phun vữa giá trị fs trun n ư c lấy là fs = 7.1NSPT và E = 500fs. Sự khác biệt chỉ là sự tăn b nv cứng củ ất tạ oạn cọc phun vữ , ườn kín ọc giữ n uy n k n tăn u này hoàn toàn phù h p vì việ x ịn ín x y oạn phun vữa ở sâu l n ư i n n ất là rất k k ăn v k n t ín x ư dày l p phun vữa là bao nhiêu. Ngoài ra, việc phun tron ất s t v ất t dày l p vữa sẽ khác nhau, k n ồn n ất, cho nên việc quy hiệu quả của phun vữa v sự tăn b n củ ất fs v cứng E tại l p phun là m t cách ti p c n h p lý v ủ tin c y so v x m x t tăn ườn kín ọc do l p vữa phun. Hình 8 so sánh ma sát t n t o sâu của cọc t k t quả o thực t và mô hình, có thể thấy rằng k t quả mô phỏng bằng Plaxis 3D trùng kh p 90% so v i thực t . K t quả này cho thấy tin c y củ p ư n p p mô phỏng mà tác giả ã xuất trên. Hình 7. So sánh kết quả thử tĩnh và mô phỏng quan hệ P-y cọc TP2 Hình 8. So sánh ma sát thành fs giữa mô phỏng và thí nghiệm cọc TP2 5. Kết luận K t quả phân tích so sánh cho thấy p ư n p p t ả sử dụn ể mô phỏn o oạn cọc phun vữ v oạn cọc không phun vữ l ủ tin c y. K t quả ã ư c kiểm chứng qua cọc thử
222 tĩn TP2 ườn kín 1.200mm chi u dài 65m phun vữa t sâu -42m n -64m. Sự khác biệt giữa mô phỏn oạn cọc phun vữa và không phun vữa trong cọc TP2, L = 65m này là giá trị b n v cứng E của các l p ất. Tạ oạn cọc không phun vữa giá trị c = fs ư v o m n , tron trị fs trung bình fs = 3.2NSPT và E = 500fs. Tạ oạn cọ ư c phun vữa giá trị fs trun n ư c lấy là fs = 7.1NSPT và E = 500fs. Sự khác biệt chỉ là sự tăn b n và cứng củ ất tạ oạn cọc phun vữ , ườn kín ọc giữ n uy n k n tăn P ư n p p t p c n này có thể áp dụng mô phỏng số ể mô phỏng so sánh sức chịu tải cực hạn của cọc không phun vữa và có phun vữa cùng chi u dài dựa trên biểu ồ qu n ệ tải trọng P v l n ầu cọc y t k t quả mô phỏn P ư n p p n y ểu n ản l p ư n p p t ử tĩn tr n m n ũn tư n tự n ư t ử tĩn ện trườn , k t quả là biểu ồ P-y ư x ịnh, dựa vào biểu ồ n y t ể x ịnh sức chịu tải cực hạn t o p ư n p pk n uv lún gi i hạn Smax. Tài liệu tham khảo B Xây dựng, 2012. TCVN 9393:2012, Cọc - P ư n p p t í n ệm bằng tải trọn tĩn ép dọc trục. NXB Xây dựng, Hà N i. B Xây dựng, 2014. TCVN 10304:2014. Móng cọc - Tiêu chuẩn thi t k , NXB Xây dựng, Hà N i. B Giao thông v n tải, 2017. TCVN 11823-2017. Design of road bridge, Ha Noi. INGEFCO JSC, 2017 o o n n tĩn ọc khoan nhồi công trình: Tòa nhà hữu nghị Việt Nam - Slovakia tạ 31 L Duẩn, Qu n 1, Thành phố Hồ Chí Minh. PLAXIS 3D Foundation. Plaxis Computer Program, Version 1.5 tutorial manual. B.D Little Child and etc, 2018. Shaft Grouted pile in Sand and clay in Bangkok. In Proceedings of the 7th International Exhibition on Piling and Deep Foundations Conference, 15-17 June 1998, Austra. Phan, V.K. and Pham, Q.D., 2013. Analysis of load bearing capacity of shaft grouted barrettes based on experiential coefficients and its effects on piling design in Vietnam. In Proceedings of the 18th Southeast Asian Geotechnical & Inaugural AGSSEA Conference, 29-31 May 2013, Singapore. T.D. Nguyen and etc, 2018. Shaft resistance of shaft-grouted bored piles and barrettes recently constructed. Geotechnical Engineering Journal of the SEAGS & AGSSEA Vol. 50 No. 3 September 2019, ISSN 0046-5828. Lan V. H. Bach and Trung T. Le, 2020. Shaft grouting efficiency investigated by bidirectional loading test of barrette pile at vinhomes golden river project in ho chi minh city Viet Nam. Vietnam Journal of Construction, No. 7 July 2020, ISSN 0866-8762. Tran V.T, 2020, Nghiên cứu tính toán sức chịu tải của cọ rr tt tr n sở so sánh v i thí nghiệm O- cell. Vietnam Journal of Construction, No. 6 June 2020, ISSN 0866-8762.