Phân tích tính toán sức chịu tải của cọc khoan thả

Nội dung text: Phân tích tính toán sức chịu tải của cọc khoan thả

1. PHÂN TÍCH TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC KHOAN THẢ Nguyễn Đức Việt1,* 1Trường Đại học Xây dựng miền Trung Tóm tắt Công nghệ thi công khoan thả, sử dụng cọc bê tông ly tâm đúc sẵn kết hợp vữa xi măng đất đang được sử dụng ngày càng rỗng rãi trong và ngoài nước. Tuy nhiên, việc xác định chiều dài và sức chịu tải cọc một cách nhanh chóng đang là vấn đề cấp thiết. Mô phỏng số phần nào có thể đáp ứng được yêu cầu trên. Xây dựng mô phỏng sự làm việc của cọc bằng phần mềm Plaxis 3D Foundation phần nào hỗ trợ việc tính toán, kiểm tra lý thuyết tính toán Trong đó sử dựng lý thuyết cận Ruess của vật liệu composite để xác định các đặc trưng của lớp vật liệu tương đương từ hỗn hợp vữa xi măng đất. So sánh với kết quả thí nghiệm thực tế và mô phỏng bằng phần mềm Plaxis 2D V8.5 cho thấy việc áp dụng lý thuyết trên là hợp lý.Mô hình MC được chọn là mô hình ứng xử đặc trưng của đất. Kết quả mô phỏng được so sánh với kết quả thí nghiệm nén tĩnh thực tế cho thấy quan hệ tải trọng, chuyển vị của cọc ở hai trường hợp gần như nhau, chứng tỏ phương pháp xây dựng mô phỏng cọc là đáng tin cậy. Từ khoá: Khoan thả, mô hình ứng Xử vật liệu, lý thuyết cận Rues. 1. Giới thiệu: 2. Cơ sở lý thuyết: Khoan thả là phương pháp thi công sử dụng Mô hình ứng xử của vật liệu: công nghệ khoan dẫn cọc bê tông ly tâm đúc sẵn kết hợp hỗn hợp vữa xi măng – đất tại - Đất: Mô hình ứng xử Morh – Coulomb mũi và xung quanh cọc, nhằm tăng sức chịu dùng để tính toán các ứng xử giai đoạn đầu tải mũi và hông cọc. Phương pháp này đã của đất, trong mô hình này đất được xem là được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trên thế giới, đặc biệt là Nhật Bản. vật liệu đàn hồi – dẻo lý tưởng. Tại Việt Nam, phương pháp thi công khoan thả cọc đã được ứng dụng vào một số công trình tại TP.HCM. Tuy nhiên, việc xác định chiều dài và sức chịu tải cho cọc để sản xuất đại trà cần phải thí nghiệm thự tế tốn nhiều thời gian và chi phí. Vì vậy, cần có công cụ hỗ trợ để kiểm tra và dự đoán một cách nhanh chóng, tiết kiệm thời gian và tiền của. Xây dựng mô hình số là phương án có thể Hình 11: Các mặt bao phá hoại mô hình MC đáp ứng được yêu cầu trên, và nó cũng trở trong không gian ứng suất chính nên cấp thiết hiện nay. -1-
2. - Cọc, xi măng – đất: Chọn mô hình Linear Elastic. 2.1 Đặc trưng vật liệu tương đương: Công thức Ruess: 1 SS1 1 1 2.1 EEEL 1 2 1 SS1 1 1 2.2    L 1 2 Trong đó: Hình 2.2: Phân tích cọc thi công theo công EEE,,,  , , : lần lượt là mô đun đàn L 1 2 L 1 2 nghệ Basic hồi và hệ số Poisson của hỗn hợp xi măng – α: Hệ số khả năng chịu tải của cọc. đất, vật liệu xi măng và vật liệu đất. α = 315 với đất cát S1: là diện tích của phần vật liệu xi măng α = 320 với đất sét Sử dụng số liệu thí nghiệm cọc xi măng đất tại công trình đường liên cảng Cái Mép – β = 5: Hệ số kháng ma sát cọc trong cát Thị Vải để kiểm chứng lý thuyết γ = 0.5: Hệ số kháng ma sát cọc trong sét Bảng 2.1: So sánh Mô đun đàn hồi tương 3. Xây dựng mô phỏng số: đương từ lý thuyết và thực nghiệm 3.1 Mô phỏng 2D: E Tỷ lệ CL Tên Etd (kPa) (kPa) (%) Sử dụng phần mềm Plaxis 2D V8.5 mô hình mẫu lại một số mẫu thí nghiệm theo số liệu thí Đất XM Đất XM TN LT (%) 4-8 3090 1.92E6 0.80 0.20 39079 38450 1.61 nghiệm cọc xi măng đất tại công trình 5-4 4400 1.92E6 0.80 0.20 55631 54658 1.75 đường liên cảng Cái Mép – Thị Vải 6-4 2020 1.92E6 0.80 0.20 26998 25170 6.77 Bảng 3.1: Dữ liệu đầu vào cho mô phỏng 7-6 3310 1.92E6 0.79 0.21 42322 41906 0.98 phần 2D 8-7 2580 1.92E6 0.79 0.21 33230 32698 1.60 Kích thước Đặc trưng vật liệu 9-1 3870 1.92E6 0.79 0.21 47557 48957 2.95 Tên d h γ E 10-7 3090 1.92E6 0.77 0.23 38639 39816 3.05 mẫu unsat ν (mm) (mm) (kN/m3) (kPa) 11-8 1820 1.92E6 0.77 0.23 24086 23497 2.44 4-8 70.00 138.00 15.61 39079.00 0.25 12-4 5130 1.92E6 0.77 0.23 67541 65897 2.43 6-4 70.00 140.00 15.13 26998.00 0.27 12-5 5990 1.92E6 0.77 0.23 75003 76844 2.45 11-8 70.00 136.00 15.70 24086.00 0.27 2.2 Tính toán thiết kế cọc khoan thả theo 12-4 70.00 136.00 15.70 67541.00 0.22 phương pháp Basic: 12-5 70.00 130.00 15.46 75003.00 0.22 1 R NA  N L  q L 2.3 a3 p s s u c  -2-
3. 700,0 ) 600 a ) a P k P 600,0 ( k 500 ( t ấ t u ấ 500,0 s u s 400 g n g 400,0 Thí n Ứ Ứ 300 nghiệm 300,0 Mô hình Thí 200 200,0 nghiệm 100,0 Mô hình 100 0,0 00 0,00 1,00 2,00 000 001 001 Biến dạng (%) Biến dạng (%) Hình 3.1: So sánh quan hệ ứng suất, biến Hình 3.4: So sánh quan hệ ứng suất, biến dạng giữa mô phỏng và TN mẫu 4-8 dạng giữa mô phỏng và TN mẫu 12-4 900 ) a ) 800 a P P 800 k ( 700 k ( t ấ t 700 ấ u 600 s u s 600 g 500 g n n 500 Ứ Ứ 400 400 Thí 300 300 Thí nghiệm nghiệm 200 200 Mô 100 hình 100 Mô 00 00 hình 000 001 001 002 000 002 004 Biến dạng (%) Biến dạng (%) Hình 3.2: So sánh quan hệ ứng suất, biến Hình 3.5: So sánh quan hệ ứng suất, biến dạng giữa mô phỏng và TN mẫu 6-4 dạng giữa mô phỏng và TN mẫu A12-5 400 3.2 Mô phỏng 3D: ) a P 350 k ( Xây dựng mô hình tính toán bằng phần mềm t 300 ấ u Plaxis 3D Foundation V1.6 cho cọc thuộc s 250 g công trình: Trung tâm thương mại – cao ốc n Ứ 200 Thí văn phòng – căn hộ Intresco 150 nghiệm 100 Mô hình 50 00 000 001 002 Biến dạng (%) Hình 3.3: So sánh quan hệ ứng suất, biến dạng giữa mô phỏng và TN mẫu 11-8 Hình 3.6: Cấu tạo cọc -3-
4. Bảng 3.2: Mô đun đàn hồi tương đương Tải trọng (T) 1 3 4 5 6 8 1 3 6 1 2 3 5 7 2 7 2 2 2 5 7 0 , Mô đun đàn Tỷ lệ trộn , , , , 5 0 5 0 5 0 Tên 5 5 5 5 hồi E (kPa) (%) E (kPa) mẫu tđ 0 Đất XM Đất XM 5 Đáy 10190 2110000 0.10 0.90 97655.46 10 Thân 5800 368000 0.75 0.25 7692.92 ) m 15 Thử m ( tải Bảng 3.3: Hệ số nở hông tương ị v 20 n Mô Hệ số nở Tỷ lệ trộn ể y phỏng Tên u 25 hông ν (%) ν tđ h mẫu C Đất XM Đất XM 30 Đáy 0.3 0.22 0.10 0.90 0.23 Hình 3.9: So sánh quan hệ tải trọng, chuyển Thân 0.3 0.22 0.75 0.25 0.28 vị giữa mô phỏng và thực nghiệm chu kỳ 2 Tải trọng (T) Tải trọng (T) 1 3 4 5 6 8 6 8 1 3 6 8 1 1 1 2 3 3 4 5 5 6 6 7 8 1 2 3 5 6 7 7 2 7 2 7 2 2 6 2 8 5 1 7 3 0 6 2 8 5 1 2 5 7 0 2 5 , , , , , , , 0 2 5 7 0 2 5 7 0 2 5 7 0 2 0 5 5 5 5 5 5 5 5 0 5 0 5 0 , , , , , , , , , , , , , , 5 0 5 0 5 0 5 0 5 0 5 0 5 0 0 0 10 10 20 20 30 Thử 40 tải 30 ) m 50 Mô Chu m 40 ( phỏng kỳ 1 ị v 60 ) 50 n m Chu ể 70 y m u ( kỳ 2 ị 60 h 80 v C Chu n ể kỳ 3 y 70 Hình 3.10: So sánh quan hệ tải trọng, u h C 80 chuyển vị giữa mô phỏng và thực nghiệm Hình 3.7: Quan hệ tải trọng, chuyển vị của chu kỳ 3 cọc từ mô phỏng theo từng chu kỳ 4. Ứng dụng vào địa chất TP.HCM: 4.1 Quận 6: Tải trọng (T) 1 1 2 3 6 2 8 5 1 0 5 7 0 2 2 Áp dụng địa chất ông trình: Trụ sở nhà làm , , , , , , 5 0 5 0 5 0 việc ngân hàng Á Châu. 0 2 Địa chỉ: 747 Hồng Bàng, P6, Q6, Tp.HCM ) 4 m Thử tải Sức chịu tải cọc thiết kế: 3633 kN m 6 ( ị v 8 Mô n ể phỏng y 10 u h 12 C Hình 3.8: So sánh quan hệ tải trọng, chuyển vị giữa mô phỏng và thực nghiệm chu kỳ 1 -4-
5. Tải trọng (T) 5. Kết luận: 1 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 9 0 1 8 7 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 9 - Lý thuyết cận Ruess có thể áp dụng để 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 xác định các đặc trưng tương đương cho hỗn hợp vữa xi măng đất. 10 - Mô hình ứng xử Morh Coulomb mới chỉ 20 phân tích trạng thái làm việc ban đầu của 30 đất. 40 Chu kỳ 1 - Cách tiếp cận và phương pháp mô phỏng ) 50 m cọc cho kết quả quan hệ tải trọng, chuyển vị m Chu ( ị 60 kỳ 2 cọc gần sát với kết quả nén tĩnh tải cọc thực v n ể 70 tế. Với kết quả mô phỏng đạt được, có thể y Chu u h kỳ 3 dự đoán mối quan hệ tải trọng, chuyển vị C 80 cho cọc trước khi thí nghiệm thực tế, tiết Hình 4.1: Quan hệ tải trọng, chuyển vị của kiệm thời gian. cọc mô phỏng công trình Trụ sở nhà làm việc ngân hàng Á Châu - Sau khi áp dụng cơ sở lý thuyết để thiết kế cọc và mô phỏng sự làm việc của cọc cho 4.2 Quận Tân Phú: một số vùng khác nhau, kết quả thu được Áp dụng địa chất ông trình: Khu căn hộ cao phản ánh rằng cọc đảm bảo sức chịu tải mà tầng Packsimex. thiết kế đề ra. Địa chỉ: 262/13 - 162/15, Lũy Bán Bích, Tài liệu tham khảo: P.Hòa Thạnh, Q.Tân Phú, Tp.HCM [1] Hiệp hội cầu đường Nhật Bản, Tiêu Sức chịu tải cọc thiết kế: 2840 kN chuẩn thiết kế cầu đường – Chương 12, 2002, pp. 289 – 385. Tải trọng (T) 1 2 2 3 4 4 5 6 7 7 8 9 4 1 8 5 2 9 6 3 0 7 4 1 7 [2] Yusuke Homma, Yoshikazu Suzuki, 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Phan Van Quang and Lu Trieu Duong, Excavation investigation of enlarged base 10 part around nodular piles installed by pre- th 20 boring method (hyper-mega method),13 Conference on Science and Technology - 30 Geotechnical & Infrastructure Session, Chu 40 kỳ 1 2013. ) Chu m [3] Yoshikazu Suzuki, Phan Van Quang, m 50 kỳ 2 ( ị Yusuke Homma, Lu Trieu Duong, v Chu n 60 ể kỳ 3 Introduction of base enlarged pre-boring y u h method with nodular pile (hyper-mega 70 C th method), 13 Conference on Science and Hình 4.2: Quan hệ tải trọng, chuyển vị của Technology - Geotechnical & Infrastructure cọc mô phỏng công trình Khu căn hộ cao Session, 2013. tầng Packsimex -5-
6. [4] Phan Van Quang, Yousuke Honma, [10] K. Ishikawa, A. Ito, H. Ogura and M. Yoshikazu Suzuki, Lu Trieu Duong, 2013. Nagai, effect of strength and tiplength of Application of the hyper-mega method to nlarged groutedbase on bearing capacity mid-tohigh-Rise building foundation ofnodular pile – Model tests on enlarged th structures, 13 Conference on Science and grouted base of bored precast pile, Part1-., Technology - Geotechnical & Infrastructure J.Struct. Constr. Eng., AIJ, Vol.76 No.670, Session, 2013. 2011, pp.2107-2113. (in Japanese) [5] Lu Trieu Duong, Dang Van Truong, [11] K. Kobayashi & H. Ogura (Japan Yoshikazu Suzuki, Introduction and case Pile Corporation), Vertical bearing capacity study of pre-boring method using pre-cast of bored pre-cast pile with enlarged base th concrete piles - basic method, 13 considering diameter of the enlargement Conference on Science and Technology - excavation around pile toe, Advances in Geotechnical & Infrastructure Session, Deep Foundations, 2007, pp277-283. 2013. [12] Ogura,H. & Kobayashi, K. [6] Phan Văn Quảng, Phương pháp Calculation Method of Pile Toe Average khoan lấy mẫu và phân tích phần tử hữu hạn SPT N-Value for Bored Pile by Base của phần mở rộng mũi xung quanh cọc đốt Enlarged Pre-boring and Grouting Method, được thi công bằng công nghệ Hyper-Mega, Summaries of Technical papers of th 13 Conference on Science and Technology Annual Meetin_ rchitecture Institute of - Geotechnical & Infrastructure Session, Japan., Vol.B-1, 2005, pp.567-568. (in 2013. Japanese). [7] Trần Thanh Huy, Calculation of [13] Báo cáo khảo sát địa chất công trình bored pile bearing capacity by using finite Trụ sở làm việc ngân hang Á Châu, số 745 – Element method,Tạp chí Khoa học Công 747 Hồng Bàng, Phường 6, Quận 6, 2010. nghệ Hàng hải, số 27 – 08/2011. [14] [8] Ogura,H.,Komatsu,G.,Manabe,M., hread.php?tid=227&page=3 Oshima,A,. Chikusa,N., Hosoda,Y., Sumi, [15] Châu Ngọc Ẩn, Nền móng, NXB Đại M.& Mimura,T. Enlarged Boring Diameter học Quốc gia TP.HCM, 2002, pp. 29. and Vertical bearing Capacity Installed by Root Enlarged and Solidified Prebored [16] R.B.J Brinkgreve et al.: PLAXIS - Piling Method of Precast Pile, G.B.R.C., Finite Element Code for Soil and Rock Vo.32, 2007, No.1,10-21 (in Japanese). Analyses. A.A. BALKEMA/ ROTT/ BROOKFIELD. The Netherlands, 2002. [9] Ogura,H. & Kobayashi,K. Calculation Method of Pile Toe Average [17] Plaxis 3D Foundation manuals. SPT Nvalue for Bored Pile by Base [18] Autar K. Kaw, Mechanics of Enlarged Preboring and Grouting Method, Composite Materals, Taylor & Francis Summaries of Technical papers of Annual Group, 2006. Meeting Architecture Institute of Japan., [19] Kết quả thí nghiệm nén nở hông tự Vol.B-1, 2005, pp.567-568. (in Japanese) do mẫu xi măng – đất - công trình Đường liên Cảng Cái Mép – Thị Vải, giai đoạn 3, 2010. -6-
7. [20] Hồ sơ địa chất công trình Đường [23] Báo cáo kết quả thí nghiệm thử tải liên Cảng Cái Mép – Thị Vải, giai đoạn 3, tĩnh công trình Trung tâm thương mại – cao 2010. ốc văn phòng – căn hộ Intresco, số 146 Nguyễn Văn Trỗi – 223 Hoàng Văn Thụ, [21] Kết quả thí nghiệm nén mẫu xi măng - công trình Đường liên Cảng Cái Mép – Q.Phú Nhuận, TP.HCM, 2011. Thị Vải, giai đoạn 3, 2010. [24] Tiêu chuẩn xây dựng TCVN [22] Hồ sơ khảo sát địa chất công trình 9393:2012: Cọc - phương pháp thử nghiệm Trung tâm thương mại – cao ốc văn phòng – hiện trường bảng tải trọng tĩnh ép dọc trục, căn hộ Intresco, số 146 Nguyễn Văn Trỗi – 2012. 223 Hoàng Văn Thụ, Q.Phú Nhuận, [25] Hồ sơ khảo sát địa chất công trình TP.HCM, 2011. Khu căn hộ cao tầng Packsimex - 262/13 - 162/15, Lũy Bán Bích, P.Hòa Thạnh, Q.Tân Phú, Tp.HCM, 2010. * Nguyễn Đức Việt Trường Đại học xây dựng miền Trung ĐT: 0937512601 Email: ducvietspkt@gmail.com -7-
8. BÀI BÁO KHOA HỌC THỰC HIỆN CÔNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ Bài báo khoa học của học viên có xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn B n ti ng Vi t ©, T NG I H C S PH M K THU T TP. H CHÍ MINH và TÁC GI Bản quếy n táệc ph mRƯ ãỜ cĐ bẠ o hỌ b Ưi Lu tẠ xu t Ỹb n vàẬ Lu t S hỒ u trí tu Vi t Nam. NgẢhiêm c m m i hình th c xu t b n, sao ch p, phát tán n i dung khi c a có s ng ý c a tác gi và ả ng ề i h ẩ pđh đưm ợK thuả tộ TP.ở H ậChí Mấinh.ả ậ ở ữ ệ ệ ấ ọ ứ ấ ả ụ ộ hư ự đồ ủ ả Trườ Đạ ọCcÓ Sư BÀI BạÁO KHỹ OA ậH C T ồT, C N CHUNG TAY B O V TÁC QUY N! ĐỂ Ọ Ố Ầ Ả Ệ Ề Th c hi n theo MTCL & KHTHMTCL h c 2017-2018 c a T vi n ng i h c S ph m K thu t Tp. H Chí Minh. ự ệ Năm ọ ủ hư ệ Trườ Đạ ọ ư ạ ỹ ậ ồ