intTypePromotion=1
ADSENSE

Tối ưu hóa hệ móng bè cọc của cống kênh thủy lợi

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:8

20
lượt xem
0
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nghiên cứu này ứng dụng phương pháp PDR (Poulous - Davis - Randolph) và phần mềm Plaxis 3D để phân tích móng cọc và đánh giá khả năng ứng dụng của hai phương pháp trong từng giai đoạn thiết kế móng. Đề xuất phương án bố trí cọc hiệu quả dưới bản đáy cống nhằm tối ưu hóa việc đặt cọc dưới bè nhằm tăng tối đa sức chịu tải của cọc và tiết kiệm 41% số lượng cọc bố trí dưới bản đáy cống. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Tối ưu hóa hệ móng bè cọc của cống kênh thủy lợi

  1. TỐI ƯU HÓA H MÓNG BÈ CỌC CỦA CỐNG KÊNH THỦY LỢI LÊ BÁ VINH ĐOÀN TẦN DUY* N UYỄN NHỰT NHỨT Optimization of rafts- piles foundations of irrigation canals. Abstract: Reinforced concrete sluices are used for tidal control and water regulation in irrigation systems. With the structure of the culvert bottom slab which is also the foundation on the reinforced concrete pile foundation, the culvert foundation structure acts as the pile raft system. The method of calculating pile foundation culverts with the concept of the pile bearing the entire vertical weight of the project and evenly spreading the piles on the sluice bottom slab is applied by many designers, making the calculation and arrangement of piles simple. but will not reflect the actual working model of the actual pile foundation system. The author has applied PDR method (Poulous - Davis - Randolph) and Plaxis 3D software to analyze pile foundation foundation and evaluate the applicability of the two methods in each foundation design stage. Proposing an effective pile arrangement under the culvert bottom slab to optimize the placement of the piles under the raft to maximize the pile load capacity and save 41% of the number of piles arranged under the culvert bottom slab. Keywords: Reinforced concrete sluices, numerical analysis, piled raft foundation, PLAXIS 3D. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ * các cọc dƣới bản đáy Có thể thấy rằng, với Hiện nay, đối với các công trình cống kênh quan niệm tính toán nhanh và bố trí cọc đơn thủy lợi có nhiệm vụ chính là kiểm soát, điều giản sẽ không phản ánh đúng mô hình làm việc tiết ngu n nƣớc (mặn, lợ, ngọt), Hình 1 Bản của hệ móng ngoài th c tế, Hình 3 Hiện nay, đã đáy cống kênh đặt tr c tiếp trên nền cọc bê tông có các nghiên cứu và phƣơng pháp tính toán cốt thép và đất nền bên dƣới, do đó hệ kết cấu móng bè cọc làm việc đ ng thời 1 , 2 , 3 móng của cống kênh làm việc nhƣ 1 hệ móng bè Tác giả ứng dụng phƣơng pháp giải tích theo lý cọc, Hình 2. thuyết của Poulous – Davis – Randolph (PDR) Thông thƣờng, ngƣời thiết kế sẽ tính toán kết để phân tích ứng xử phân chia tải của móng bè cấu móng với quan niệm là các cọc chịu toàn bộ cọc cống kênh và sử dụng phƣơng pháp số để mô tải trọng đứng của công trình và bố trí rãi đều phỏng lại móng bè cọc cống kênh trên phần mềm Plaxis 3D Kết quả phân tích giúp ta hiểu r s * B ô ị cơ – Nề g Kh th yd g làm việc th c tế của móng bè cọc và có phƣơng T g i học Bách h - i học Q c gia Thành án bố trí cọc làm việc tối ƣu và hiệu quả hơn về ph Hồ Chí Mi h. kinh tế nhƣng v n đảm bảo công trình ổn định Email:dbtduy.sdh19@hcmut.edu.vn ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2 - 2021 81
  2. 2. PHÂN TÍCH ẾT CẤU MÓN CHO CÔN TRÌNH CỤ THỂ 2.1. Mó è ọ ố ê Hình 1. C g ê h h y ợi Hình 2. M g bè cọc c g ê h H h 4. M b g b í cọc d ới c g ê h Công trình cống kênh thủy lợi với kích thƣớc móng bè cọc có chiều dài Lm = 39m và chiều rộng Bm = 22m, chiều dày bản đáy dm = 1,0m, chiều dày bản thành t = 1,0m, tổng tải tác dụng lên bè bao g m công trình bên trên cống và trọng lƣợng bản thân của cống là Q = 56007kN  T ơ g ác cọc- ấ ;  T ơ g ác cọc-cọc; Công trình sử dụng cọc bê tông cốt thép vuông  T ơ g ác bè- ấ ;  T ơ g ác bè-cọc; cạnh (0,35x0,35)m, chiều dài cọc Lc = 22m với H h 3. Hiệ ứ g ơ g ác giữ ấ v g sức chịu tải của cọc theo thiết kế Ptk = 1600kN. bè cọc c ze b ch e . 1998 d Số lƣợng cọc cần bố trí dƣới bè n = 77 cọc, Katzenbach et al. (2000) Hình 4. 82 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2 - 2021
  3. 2.2. P á P u us - Davis - B ng 1. B ng kiểm tr độ lún c m ng bè cọc Ra d (PDR) và á ầ tử ữu ạ ( ầ ề P axis 3D) Số t Stứ t ời S [S] S ≤ [S] Tổng hợp từ nhiều nghiên cứu trên thế giới, (cm) (cm) (cm) cho phép cho phép (cm) tác giả chia các phƣơng pháp phân tích móng bè 1,68 1,44 3,11 8 Thỏa cọc thành các phƣơng pháp sau: Phƣơng pháp tính toán đơn giản bao g m các phƣơng pháp của Poulos và Davis (1980) [4], Randolph (1983) [5], Poulos (2001) [6]. Các phƣơng pháp này đƣợc xây d ng d a trên lý thuyết đàn h i tuyến tính Phƣơng pháp phần tử hữu hạn là một trong các phƣơng pháp mạnh nhất để phân tích móng bè cọc Trong phƣơng pháp này, các kết cấu g m bè cọc và nền đều đƣợc rời rạc hóa Khi đó số lƣợng phƣơng trình cân bằng sẽ rất lớn, chỉ có thể tính toán d a vào máy tính ở đây tác giả sử dụng phần mềm Plaxis 3D H h 6. Bi ồq hệ ải ọ g v ú g bè cọc í h he PDR. ả 2. ả ia tải ủa ó è ọ ố ê t t e PDR Cọ Bè % % Tổ tải ịu ịu ọ Bè Q Qp Qr ịu ịu (kN) (kN) (kN) αp αr 50.500 5.507 90,2 9,8 56.007 H h 5. Mô h h g bè cọc ê h ề Plaxis 3D Ta thấy trên Hình 6 khi độ lún của móng tăng cao thì phần trăm phân chia tải lên bè tăng và  Kết quả phân tích móng bè cọc cống phân chia tải lên nhóm cọc giảm Theo Bảng 2 kênh theo phƣơng pháp PDR: nhận xét thấy phần trăm phân chia tải lên bè Với phƣơng pháp PDR, xác định khả năng chiếm khoảng 9,8% và độ lún của móng bè mang tải của nhóm cọc, khả năng mang tải của cống kênh khoảng 3,11cm là không lớn bè và độ lún của móng bè cọc  Kết quả phân tích móng bè cọc cống kênh Móng bè cọc thỏa các điều kiện về độ lún theo phƣơng pháp phần tử hữu hạn (phần mềm của móng bè cọc cống kênh ở Bảng 1 Plaxis 3D: ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2 - 2021 83
  4. ả 3. T số địa ất á ớ đất tr mô hình PLAXIS 3D Lớp 1: Sét Lớp 2: Sét Đặc hữu cơ, xám nâu, Đơn vị trƣng xám xanh, xanh vàng, nâu đen xám tro Material Hardening Hardening Model model soil soil Drainage Type Undrained Undrained H h 7. L ới h ửc ôh h g type h ề Plaxis 3D hi m 17 12 γunsat kN/m3 15,6 19,1 γsat kN/m3 15,7 19,2 e0 - 1.951 0.852 kx m/day 8,424E-03 8,424E-03 ky m/day 3,370E-03 3,370E-03 Eref50 kN/m2 6830 13198 Erefodm kN/m2 6830 13198 Erefur kN/m2 20490 39594 m - 0,5 1 H h 8. L c dọc c cọc g P xi 3D. 2 c' kN/m 17,9 33 ' 18,28 23,68 ả 4. ả iể tra độ ú ủa ó è ọ , ỏ P axis 3D 0,2 0,2 S (cm) Scho phép (cm) S ≤ Scho phép Để tƣơng đ ng với phƣơng pháp tính PDR 2,99 8 Thỏa là bỏ qua độ cứng của bản thành cống kênh, xem tổng tải tác dụng lên bè là tải phân bố đều ả 5. ả ia tải ủa ó với giá trị q = Q (B m.Lm) = 56007/(39x22) = è ọ ố ê t t e P axis 3D 65,26 kN/m2 . Cọ Bè % % L c dọc trong cọc Hình 8, tải tác dụng lên Tổ tải ịu ịu ọ Bè cọc lớn nhất |N|max = 1508kN < Ptk = 1600 kN, Q Qp Qr ịu ịu thỏa điều kiện tải trọng tác dụng lên cọc và thỏa (kN) (kN) (kN) αp αr điều kiện độ lún của móng bè cọc cống kênh ở 50.928 5.079 91,0 9,0 56.007 Bảng 4. 84 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2 - 2021
  5. Phần trăm chia tải lên bè thấp khoảng 9% quá lớn, độ lún của móng bè cọc không lớn trong Bảng 5, do độ lún của bè không lớn chỉ Nhƣ đã nói ở trên, khả năng tham gia gánh tải khoảng 2,99cm Bảng 4. công trình của bè có hiệu quả cao khi móng bè  So sánh kết quả tính toán theo phƣơng cọc đạt một độ lún lớn pháp PDR và Plaxis 3D. 3. TỐI U HÓ Ố TRÍ CỌC CHO MÓN È CỌC CỐN ÊNH Trong phƣơng án móng bè cọc cho công trình cống kênh, việc bố trí các cọc sao cho tối ƣu và hiệu cần đƣợc quan tâm một cách nghiêm túc hơn, chứ không phải lúc c ng bố trí cọc với phƣơng án rãi đều các cọc dƣới bè Tác giả tiến hành khảo sát tiếp tục mô hình móng bè cọc cống kênh với phƣơng án 77 cọc nhƣ Hình 4, Hình 11 và xem xét loại bỏ hoặc rút ngắn các cọc chịu tải nhỏ, làm việc không hiệu quả H h 9. ú c g bè cọc c g ê h tính theo PDR và h ề Plaxis 3D Hình 11. Mô hình c g bè cọc ê h H h 10. Ph ă chi ải c g bè cọc ề Plaxis 3D c g ê h he PDR v h ề Plaxis 3D. Độ lún của móng bè cọc cống kênh tính theo PDR và phần mềm Plaxis 3D trên Hình 9 có s tƣơng đ ng nhau, nhƣng xu hƣớng tính lún theo phƣơng pháp PDR cho ra độ lún của móng bè cọc lớn hơn độ lún của móng bè khi tính theo phần mềm Plaxis 3D Điều đặt biệt ở đây là phần trăm chia tải của móng bè cọc trên Hình 10, ta nhận thấy s phân chia tải lên bè là rất nhỏ và khoảng dƣới 10% là do tải trọng của H h 12. M g bè cọc c g ê h công trình tác dụng theo phƣơng đứng không TH1: L0 = L1 = L2 = L3 = L4 = L5 = 22m ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2 - 2021 85
  6. H h 13. M g bè cọc c g ê h H h 16. M g bè cọc c g ê h TH2: L0 = L2 = L3 = L5 = 22m TH5: L0 = L3 = 22m. H h 14. M g bè cọc c g ê h H h 17. M g bè cọc c g ê h TH3: L0 = L2 = L3 = L5 = 22m TH6: L0 = 22m. Hình 15. M g bè cọc c g ê h TH4: L0 = L3 = 22m. Hình 18. L c dọc g cọc c TH1 86 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2 - 2021
  7. Do đặc điểm phân bố l c của cống kênh tập trung phân bổ nhiều ở vị trí thành cống và mép biên của bè móng, vì thế mà tải trọng tác dụng nhiều vào các cọc ở vị trí thành cống và ở biên, còn các cọc ở giữa chịu tác dụng của tải trọng nhỏ hơn nhƣ trên Hình 18 Từ hiệu quả làm việc của các cọc giữa là không nhiều, nên tác giả khảo sát các trƣờng hợp loại bỏ các cọc L1, L2, L3, L4, L5 nhƣ trên Hình 13; Hình 14; Hình 15; Hình 16; Hình 17. Hình 21. L c dọc g cọc c TH6. Độ lún của các trƣờng hợp loại bỏ cọc Hình 12, Hình 13, Hình 14, Hình 15, Hình 16, Hình 17 không thay đổi nhiều, khoảng 3,9cm Từ các phƣơng án tối ƣu hóa bố trí cọc dƣới bè cống kênh thì phƣơng án loại bỏ hết các cọc làm việc không hiệu quả trong trƣờng hợp TH6 H h 19. Giá ị ú c các g hợ đem lại hiệu quả tiết kiệm nhất và giảm đƣợc i bỏ cọc cọc bố trí dƣới bè, tiết kiệm đƣợc 41% số lƣợng cọc nhƣng v n đảm bảo đƣợc khả năng chịu tải của cọc |N| max =1568kN < Ptk =1600 kN và thỏa điều kiện độ lún của móng bè cọc cống kênh S = 3,9cm < S = 8cm 4. ẾT LUẬN Thông qua việc so sánh hai phƣơng pháp tính PDR và phần mềm Plaxis 3D cho kết cấu móng bè cọc cống kênh và các trƣờng hợp tối ƣu hóa bố trí cọc dƣới bè đáy cống kênh, tác giả rút ra đƣợc những kết luận nhƣ sau: - Kết quả tính toán theo phƣơng pháp PDR và phần mềm Plaxis 3D cho kết quả độ lún và phân chia tải của móng bè cọc tƣơng đƣơng Hình 20. Ph ă chi ải ê g bè cọc nhau, nhƣng phƣơng pháp PDR không xem xét c các g hợ i bỏ cọc. đƣợc độ lún lệch trong móng, c ng nhƣ nội l c ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2 - 2021 87
  8. trong bè và các cọc Do đó, phƣơng pháp PDR TÀI LIỆU TH M HẢO chỉ nên đƣợc sử dụng trong tính toán thiết kế [1] Katzenbach R, Arslan U, Moormann C. sơ bộ móng bè cọc, để xem xét đầy đủ các yếu (2000) Piled raft foundation projects in tố về hình dạng kết cấu bản đáy, bản thành và Germany Design pplications of Raft công trình phụ trợ bên trên cống cùng làm việc Foundations, Hemsley. Thomas Telford, đ ng thời với đất nền ta cần phải sử dụng London; pp. 323–91. phƣơng pháp phần tử hữu hạn để mô phỏng và [2] Badelow, F., Kim, S., Poulos, H.G. and phân tích đúng đắn hơn bdelrazaq, (2009) Foundation design for a - Tối ƣu hóa bố trí cọc dƣới bè giúp tận tall tower in a reclamation area Proc 7th Int dụng tối khả năng chịu tải của cọc và tiết kiệm Conf. Tall Buildings, Hong Kong, Ed. F.T.K. đƣợc 41% số lƣợng cọc bố trí dƣới bản đáy Au, Research Publishing, pp.815-823. [3] Yamashita K, Hamada J, Soga Y. (2010) cống kênh Việc bố trí cọc dƣới móng bè cọc Settlement and load sharing of piled raft of a cống kênh cần đƣợc phân tích thật cẩn thận khi 162m high residential tower In: Proc tải trọng tác dụng lên bè tập trung cục bộ tại international conference on deep foundations các thành cống, do đó cần tập trung bố trí các and geotechnical in situ testing, Shanghai, cọc dọc theo bên dƣới thành cống và dọc theo China; pp. 26–33. mép biên của bè (b í cọc he ch vi c bả [4] H. G. Poulos and E. H. Davis, Pile áy c g ẽ giú ch c g ê h chị ợc ải Foundation Analysis and Design. New York: ọ g g g hơ hi g cử c g ch Wiley, 1980. [5] M. F. Randolph, Design of pile raft dò g ớc). foundations: Cambridge University Engineering Department, 1983. Lời ả 6 H Poulos, Pile raft foundations: design Chúng tôi xin cảm ơn Trƣờng Đại học Bách and applications, Geotechnique, vol 51, pp Khoa, ĐHQG-HCM đã hỗ trợ thời gian, phƣơng 95-113, 2001. tiện và cơ sở vật chất cho nghiên cứu này [7] PLAXIS 3D Manual 2018. Ng i hả biệ : GS, TS NGUYỄN VĂN THƠ 88 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2 - 2021
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2