CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước đã công bố Giới thiệu chung. Theo tiến trình phát triển của công nghiệp xây dựng, các công trình có quy mô, có kích thước, 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 người thiết kế phải đưa ra phương án móng an toàn đảm bảo được khả năng chịu lực và kinh tế.Nếu chỉ sử dụng phương pháp móng bè thì do tải trọng công trình truyền xuống quá lớn, trong khi sức chịu tải của nền đất có giới hạn dẫn tới kích thước móng quá lớn.Mặt khác, công trình cao tầng chịu tải ngang phần lớn dẫn đến dễ bị trượt hoặc lật.Vì vậy, phương án móng bè cũng có giới hạn. Nếu sử dụng phương án móng cọc thì số lượng cọc nhiều hoặc chiều dài cọc lớn.
Do đó, làm sao kết hợp được cả hai phương án móng bè và móng cọc để tận dụng hết ưu điểm của cả hai nhằm đặt được hiệu quả kinh tế cao nhất. Tuy nhiên, việc tính toán và thiết kế móng bè cọc còn gặp nhiều khó khăn, phương pháp tính toán còn phức tạp vì cần phải xem xét sự tương tác đồng thời giữa bè – cọc – đất. Do đó, luận văn nghiên cứu “Phân tích ứng xử móng bè-cọc bằng phương pháp số” từ đó có thể đưa ra phương pháp tính toán thiết kế đơn giản hóa sử dụng phần mềm hiện đại thay cho phương pháp tính tay phức tạp và đạt được độ chính xác cao hơn. Tình hình nghiên cứu ngoài nước.
Helen Sze Wai Chow, B. “Analysis of piled-raft foundations with piles of different lengths and diameters” [1] đã phân tích sự làm việc hiệu quả của móng bè cọc chịu tải công trình khi thay đổi đường 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 chưa so sánh với kết quả chuẩn hay kết quả của các tác giả trước đã nghiên cứu và công bố. Reza ZIAIE_MOAYED, Meysam SAFAVIAN, 2007.
“Pile raft foundation behavior with different pile diameters” [2], đã phân tích đánh giá sự làm việc đồng 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 đường 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 đường kính cọc không thay đổi. Hạn chế của tác giả chưa đánh giá so sánh với kết quả từ các mô hình chuẩn được phân tích bởi phần mềm đáng tin cậy. 1 Tình hình nghiên cứu trong nước.
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” [3] 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 ( đường kính cọc) và tính toán nội lực móng có xét đến độ tin cậy của đất nền thì số lượng giá trị ngẫu nhiên đưa 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 chưa đánh giá hay so sánh với kết quả chuẩn. Trần Quang Hộ, (2007),“ Hiệu quả kinh tế của móng bè - cọc” [4], đã phân tích tính hiệu quả kinh tế của móng bè cọc so với móng cọc khoan nhồi. Hạn chế của tác giả là chưa kiểm tra được mô hình và cách mô phỏng móng bè cọc so với một mô hình chuẩn đã được tính toán. Hạn chế của tác giả là chưa 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).
Mục đích nghiên cứu đề tài. Phân tích ứng xử của móng bè cọc. Đề xuất phương pháp thiết kế móng bè cọc đơn giản, tin cậy. Ý nghĩa và giá trị thực tiễn của đề tài.
Đề tài nghiên cứu này nhằm mục đích xây dựng phương pháp đơn giản hóa trong mô phỏng tính toán móng bè cọc trên nền đất nhiều lớp nhưng 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 phương pháp trong thực tiễn thiết kế. Phương pháp nghiên cứu. Để tài nghiên cứu nội dung trên được sinh viên sử dụng phương 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 được. Nội dung nghiên cứu Đề tài này tập trung vào những nội dung sau: a) Phân tích ứng xử của móng bè cọc. b) Xây dựng phương pháp tính toán đơn giản hóa theo mô hình nền đàn hồi cục bộ có kể đến ảnh hưởng của nền nhiều lớp.
2 c) Ứng dụng phương pháp đơn giản hóa để mô phỏng ứng xử của móng bè cọc bằng phần mềm Sap, kết quả sẽ được so sánh với kết quả thu được từ việc mô phỏng móng bè cọc theo mô hình bán không gian đàn hồi trong Plaxis. d) Đánh giá so sánh kết quả và nhận xét về tính chính xác của phương pháp tính toán. 3 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Phương pháp tính lún cho móng bè [6] Khi tính lún cần xác định các thông số quan trọng như sau: i) Xác định mô đun biến dạng của đất nền. ii) Xác định được vùng nền quy ước.
iii) Xác định được sự phân bố ứng suất dưới đáy móng. Lưu ý: Việc chọn sơ đồ tính lún phụ thuộc vào điều kiện đất nền bên dưới và mối tương quan giữa ứng suất gây lún và ứng suất do trọng lượng bản thân do lớp đất gây ra. Có 2 phương pháp tính lún: Phương pháp (PP) 1: Tính độ lún trung bình theo phương pháp lớp biến dạng tuyến tính. Phạm vi áp dụng: Theo mục C1.9 và chú thích trong phần này của phụ lục C, TCVN 9362-2012, đồng thời có thể xem kỹ hơn ở khoản b, mục 4.
Chiều dày vùng nền: được xác định theo mục C1.9, phụ lục C TCVN 9362-2012. Tuy vậy, trong bảng tính này đối với trường hợp nền gồm nhiều lớp cát và sét xen kẹp phép tính được lấy theo tiêu chuẩn Snip (Tiêu chuẩn gốc mà TCVN 9362-2012 dựa vào đó để biên soạn). Nền toàn cát: Hc = (6 + 0.1Bm )k p (2-1) Nền toàn sét: Hs = (9 + 0.15Bm )k p (2-2) Trong phạm vị từ Hc đến Hs chỉ có cát : n H1 = H c + (k p / 3) h siB (2-3) i =1 Trong phạm vi từ Hc đến Hs chỉ có sét: n H1 = H c + (5k p / 12) h siB (2-4) i =1 Công thức tính lún: Công thức C. 4 n k i − k i −1 SC = Bm pM (2-5) i =1 Ei Phương pháp (PP) 2: Tính độ lún trung bình theo phương pháp bán không gian đàn hồi.
Phạm vi áp dụng: Khi bên dưới chiều dày H được xác định bởi phương pháp lớp biến dạng tuyến tính có lớp đất với mô đun E < 10 MPa và có chiều dày vượt quá 5m. Chiều dày vùng nền: được xác định trên cơ sở mối quan hệ giữa ứng suất gây lún và ứng suất do trọng lượng bản thân của lớp đất gây ra, từ đó xác định vùng tắt lún quy ước là từ 5-10 phụ thuộc vào việc có hay không sự hiện diện của một lớp đất yếu ngay dưới đáy móng nền vừa xác định. Điều này nên lấy theo mục C1.5, phụ lục C TCVN 9362- 2012. Công thức tính lún: Công thức C.6, TCVN 9362-2012: n pi h i SC = (2-6) i =1 E i Kiểm tra điều kiện lún giới hạn cho toàn bộ phương pháp: SC [S] = 8cm (2-7) Với [S] là độ lún cho phép Phương pháp tính toán SCT cọc: [7] Thông tin đầu vào Thông tin đất nền: đã thực hiện ở phần thống kê địa chất.Thông tin vật liệu làm móng: Loại thép và bê tông, cường độ của thép và bê tông tương ứng.Thông tin tải trọng: Phản lực chân cột tương ứng với các tổ hợp nội lực tương ứng Chọn kích thước cọc: Chiều dài cọc Lc thường được chọn phụ thuộc vào vị trí đặt mũi cọc và điều kiện tải trọng tương ứng.
Tính sức chịu tải theo chỉ tiêu cơ lý đất nền R cu = c ( cq q b Ab + u cf fi li ) (2-8) c : hệ số điều kiện làm việc của cọc trong nền c = 1.0; cq và cf hệ số điều kiện làm việc của đất dưới mũi cọc và trên thân cọc (tra bảng 4 TCVN 10304:2012); qb : cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc (tra bảng 2 TCVN 10304:2012); 5 Hình 2-2 Xác định sức kháng của đất dưới mũi cọc dành cho đất hạt thô Hình 2-1 Xác định sức kháng của đất dưới mũi cọc dành cho đất hạt mịn Ab : diện tích tiết diện ngang của cọc; u: chu vi tiết diện ngang thân cọc; fi: cường độ sức kháng trung bình của lớp đất thứ i trên thân cọc (tra bảng 3 TCVN 10304:2012); 6 li: chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất thứ i; Hình 2-4 Cường độ sức kháng trung bình của lớp đất thứ i (đất hạt thô) trên thân cọc Hình 2-3 Cường độ sức kháng trung bình của lớp đất thứ i (đất hạt mịn) trên thân cọc Tính sức chịu tải theo cường độ đất nền: R cu = c ( cq q b Ab + u cf fi li ) (2-9) Ap : diện tích tiết diện ngang mũi cọc; 7 u : chu vi tiết diện ngang thân cọc; fi : sức kháng trung bình của lớp đất thứ i trên thân cọc; li : chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất thứ i.