Luận văn thạc sĩ kỹ thuật xây dựng mô phỏng tính toán sức chịu tải của cọc khoan nhồi trên cơ sở so sánh với thí nghiệm ocell

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật xây dựng phân tích sức chịu tải cọc khoan nhồi qua mô phỏng và thí nghiệm ocell, ứng dụng hiệu quả trong thực tế.

• Tác giả: Trần Văn Thân
• Người hướng dẫn: PGS. Trần Tuấn Anh
• Trường học: Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình ngầm
• Đề tài: Mô phỏng tính toán sức chịu tải cọc khoan nhồi trên cơ sở so sánh với thí nghiệm O-cell
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT LUẬN VĂN
• LỜI CAM ĐOAN
• DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
• DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
• MỘT SỐ KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT
• MỞ ĐẦU
• Tính cấp thiết của đề tài
• Mục tiêu nghiên cứu
• Phạm vi nghiên cứu
• Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tình hình nghiên cứu
• 1.1.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
• 1.1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
• 1.2. Triển vọng của việc áp dụng thử tải bằng hộp tải trọng Osterberg
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Nguyên lý thí nghiệm Osterberg
• 2.2. Nguyên tắc chọn hộp tải
• 2.3. Phương pháp đặt tải
• 2.4. Nguyên tắc xác định tải trọng giới hạn của cọc
• 2.5. Phân tích kết quả thử tải
• 2.6. Cách chuyển đổi tương đương từ kết quả thử theo phương pháp Osterberg về kết quả thử theo phương pháp thử tĩnh truyền thống
• 2.6.1. Cách quy đổi đơn giản
• 2.6.2. Cách quy đổi chi tiết
• 2.7. Sức chịu tải của cọc
• 2.7.1. Công thức chung xác định sức chịu tải của cọc
• 2.7.2. Sức chịu tải của cọc theo các chỉ tiêu cường độ của đất nền
• 2.7.3. Xác định sức chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT (theo phụ lục G)
• 2.7.4. Xác định sức chịu tải của cọc theo sức kháng mũi xuyên tĩnh qc (theo phụ lục G)
• 2.8. Xác định sức chịu tải giới hạn của cọc đơn từ kết quả thử nghiệm hiện trường bằng tải trọng tĩnh ép dọc trục
• 2.8.1. Theo phương pháp đồ thị
• 2.8.2. Theo giới hạn chuyển vị quy ước
• 2.8.3. Theo tình trạng thực tế thí nghiệm và cọc thí nghiệm
• 2.9. Mô hình đất
• 2.9.1. Mô hình Mohr-Coulomb
• 2.9.2. Mô hình Hardening-Soil
• 2.9.3. Mô hình Linear Elastic
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ SỐ
• 3.2. Đặc điểm địa chất thuỷ văn
• 3.3. Tính toán sức chịu tải của cọc theo phương pháp giải tích TCVN 10304:2014
• 3.3.1. Sức chịu tải cực hạn của cọc theo chỉ tiêu cơ lý đất nền
• 3.3.2. Sức chịu tải cực hạn của cọc theo chỉ tiêu cường độ của đất nền
• 3.3.3. Sức chịu tải cực hạn của cọc theo kết quả xuyên tiêu chuẩn (SPT)
• 3.4. Phân tích ngược quá trình thí nghiệm hiện trường bằng hộp tải trọng theo phương pháp phần tử hữu hạn Plaxis 2D
• 3.5. So sánh kết quả thí nghiệm O-cell cọc khoan nhồi với kết quả tính toán sức chịu tải
• 3.6. Bài toán mô phỏng xác định sức chịu tải cực hạn của cọc
• 3.7. Đánh giá tổng quan về sự chênh lệch giữa sức chịu tải cọc theo tính toán với kết quả quan trắc
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU
• 4.1. Kết luận
• 4.2. Hướng nghiên cứu
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• Phụ lục A: Hố khoan địa chất
• Phụ lục B: Một số hình ảnh ở hiện trường
• LÝ LỊCH TRÍCH NGANG

Tóm tắt

I. Luận Văn Thạc Sĩ

Luận văn thạc sĩ này tập trung vào việc mô phỏng tính toán sức chịu tải cọc khoan nhồi và so sánh với thí nghiệm O-cell. Nghiên cứu được thực hiện bởi Trần Văn Thân tại Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia TP. HCM, dưới sự hướng dẫn của PGS. Trần Tuấn Anh. Luận văn nhằm mục đích đánh giá sức chịu tải cọc khoan nhồi thông qua phương pháp mô phỏng và phương pháp giải tích, đồng thời so sánh với kết quả từ thí nghiệm O-cell để đưa ra các kết luận khoa học và thực tiễn.

1.1. Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu chính của luận văn là nghiên cứu cơ sở lý thuyết và phương pháp thí nghiệm O-cell, đồng thời mô phỏng tính toán sức chịu tải cọc khoan nhồi bằng phương pháp phần tử hữu hạn (Plaxis 2D). Luận văn cũng so sánh kết quả từ phương pháp giải tích (theo TCVN 10304:2014) với kết quả thí nghiệm O-cell để đánh giá tính hợp lý của các phương pháp tính toán.

1.2. Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu tập trung vào cọc khoan nhồi trong dự án Tân Sơn Nhất - Bình Lợi - Vành đai ngoài, với nền đất gồm bùn sét, cát pha, sét pha và cát. Sức chịu tải cọc được tính toán dựa trên phương pháp giải tích và phương pháp phần tử hữu hạn, đồng thời so sánh với kết quả thí nghiệm O-cell.

II. Mô Phỏng Tính Toán

Mô phỏng tính toán là một phần quan trọng của luận văn, sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn (Plaxis 2D) để mô phỏng sức chịu tải cọc khoan nhồi. Phương pháp này cho phép phân tích chi tiết các yếu tố ảnh hưởng đến sức chịu tải cọc, bao gồm đặc tính địa chất và tải trọng tác dụng. Kết quả mô phỏng được so sánh với kết quả thí nghiệm O-cell để đánh giá độ chính xác và hiệu quả của phương pháp.

2.1. Phương pháp phần tử hữu hạn

Phương pháp phần tử hữu hạn được sử dụng để thiết lập mô hình tính toán sức chịu tải cọc khoan nhồi. Phần mềm Plaxis 2D được áp dụng để mô phỏng các điều kiện địa chất và tải trọng, từ đó xác định sức chịu tải cực hạn của cọc. Phương pháp này cho phép phân tích chi tiết các yếu tố như ma sát thành bên và sức kháng mũi cọc.

2.2. So sánh với thí nghiệm O cell

Kết quả từ mô phỏng tính toán được so sánh với kết quả thí nghiệm O-cell để đánh giá tính hợp lý của phương pháp. Thí nghiệm O-cell là phương pháp thử tải tĩnh, sử dụng hộp tải trọng để đo sức chịu tải cọc trong điều kiện thực tế. So sánh này giúp xác định độ chính xác của các phương pháp tính toán và đưa ra các khuyến nghị thực tiễn.

III. Sức Chịu Tải Cọc Khoan Nhồi

Sức chịu tải cọc khoan nhồi là trọng tâm của luận văn, được nghiên cứu thông qua phương pháp giải tích và phương pháp phần tử hữu hạn. Luận văn cũng đề cập đến các yếu tố ảnh hưởng đến sức chịu tải cọc, bao gồm đặc tính địa chất, tải trọng và phương pháp thi công. Kết quả nghiên cứu cho thấy sự tương quan giữa các phương pháp tính toán và kết quả thí nghiệm O-cell.

3.1. Phương pháp giải tích

Phương pháp giải tích được sử dụng để tính toán sức chịu tải cọc khoan nhồi dựa trên các tiêu chuẩn kỹ thuật (TCVN 10304:2014). Phương pháp này dựa trên các giả định lý thuyết về ma sát thành bên và sức kháng mũi cọc, từ đó xác định sức chịu tải cực hạn của cọc.

3.2. Đánh giá kết quả

Kết quả từ phương pháp giải tích và phương pháp phần tử hữu hạn được so sánh với kết quả thí nghiệm O-cell để đánh giá tính hợp lý của các phương pháp tính toán. Luận văn cũng đưa ra các khuyến nghị thực tiễn để cải thiện độ chính xác của các phương pháp tính toán sức chịu tải cọc khoan nhồi.

IV. Thí Nghiệm O cell

Thí nghiệm O-cell là phương pháp thử tải tĩnh, sử dụng hộp tải trọng để đo sức chịu tải cọc khoan nhồi trong điều kiện thực tế. Phương pháp này có ưu điểm là không yêu cầu mặt bằng lớn và có thể thử tải trọng lên đến hàng nghìn tấn. Luận văn sử dụng thí nghiệm O-cell để kiểm chứng kết quả từ phương pháp mô phỏng và phương pháp giải tích.

4.1. Nguyên lý thí nghiệm

Thí nghiệm O-cell dựa trên nguyên lý tạo lực và truyền lực thông qua hộp tải trọng được đặt trong cọc. Phương pháp này cho phép đo sức chịu tải cọc một cách chính xác trong điều kiện thực tế, bao gồm ma sát thành bên và sức kháng mũi cọc.

4.2. Ứng dụng thực tiễn

Thí nghiệm O-cell đã được ứng dụng rộng rãi trong các công trình xây dựng lớn, bao gồm cầu Mỹ Thuận và tòa nhà Vietcombank. Kết quả từ thí nghiệm O-cell cho thấy độ chính xác cao và khả năng ứng dụng thực tiễn trong việc đánh giá sức chịu tải cọc khoan nhồi.

V. Kết Luận và Hướng Nghiên Cứu

Luận văn đã đưa ra các kết luận quan trọng về sức chịu tải cọc khoan nhồi thông qua phương pháp mô phỏng, phương pháp giải tích và thí nghiệm O-cell. Các kết quả nghiên cứu cho thấy sự tương quan giữa các phương pháp tính toán và kết quả thí nghiệm O-cell, đồng thời đưa ra các khuyến nghị thực tiễn để cải thiện độ chính xác của các phương pháp tính toán.

5.1. Kết luận

Luận văn kết luận rằng phương pháp phần tử hữu hạn và phương pháp giải tích đều có thể sử dụng để tính toán sức chịu tải cọc khoan nhồi, nhưng cần được kiểm chứng bằng thí nghiệm O-cell để đảm bảo độ chính xác. Thí nghiệm O-cell là phương pháp thử tải tĩnh hiệu quả, đặc biệt trong các công trình có tải trọng lớn.

5.2. Hướng nghiên cứu

Luận văn đề xuất các hướng nghiên cứu tiếp theo, bao gồm việc cải thiện phương pháp mô phỏng và phương pháp giải tích để tăng độ chính xác trong tính toán sức chịu tải cọc khoan nhồi. Ngoài ra, cần nghiên cứu thêm về ứng dụng thí nghiệm O-cell trong các điều kiện địa chất phức tạp.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh đô thị hóa nhanh chóng, nhu cầu xây dựng các công trình cao tầng và hạ tầng giao thông quy mô lớn tại Việt Nam đòi hỏi giải pháp móng cọc khoan nhồi chịu tải trọng cực lớn, thường dao động từ 1.000 tấn đến trên 3.000 tấn. Phương pháp thử tải tĩnh truyền thống bằng dàn đối trọng bê tông hoặc cọc neo bộc lộ nhiều hạn chế nghiêm trọng về chi phí, rủi ro an toàn và đặc biệt là yêu cầu mặt bằng chiếm dụng rộng từ 200 m2 đến 500 m2 trong các đô thị chật hẹp. Nhằm khắc phục những nhược điểm này, nghiên cứu tập trung phân tích cơ sở khoa học của công nghệ hộp tải trọng tự cân bằng Osterberg (O-cell), thiết lập mô hình số phần tử hữu hạn Plaxis 2D và tính toán giải tích theo TCVN 10304:2014 để kiểm chứng độ chính xác so với kết quả quan trắc thực tế.

Nghiên cứu được triển khai trong thời gian 5 tháng (từ tháng 7 đến tháng 12 năm 2016), áp dụng trực tiếp cho cọc khoan nhồi đường kính từ 1,0 m đến 2,0 m tại nút giao Bình Triệu thuộc dự án tuyến đường Tân Sơn Nhất - Bình Lợi - Vành đai ngoài tại Thành phố Hồ Chí Minh. Khu vực này có địa tầng phức tạp với các lớp bùn sét yếu, sét pha và cát chặt vừa. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài được khẳng định rõ nét khi phương pháp O-cell giúp tiết kiệm từ 30% đến 50% chi phí thử tải so với phương pháp dàn phản lực truyền thống, rút ngắn 40% thời gian chuẩn bị bệ tải và đảm bảo an toàn tuyệt đối cho kết cấu công trình lân cận.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu tích hợp hai khung lý thuyết cơ bản trong cơ học đất và địa kỹ thuật công trình ngầm. Thứ nhất là lý thuyết cân bằng giới hạn kết hợp tiêu chuẩn phá hoại Mohr-Coulomb và mô hình đàn dẻo phi tuyến Hardening Soil (HS). Mô hình Hardening Soil mô tả chân thực ứng xử ứng suất - biến dạng của đất nền qua ba thông số độ cứng gồm mô đun gia tải ba trục E50_ref, mô đun dỡ tải Eur_ref và mô đun nén cố kết Eoed_ref tại áp lực buồng tham chiếu pref bằng 100 kPa. Thứ hai là lý thuyết truyền lực tự cân bằng Osterberg dựa trên nguyên lý triệt tiêu phản lực: lực kích đẩy lên cân bằng với ma sát thành bên cùng trọng lượng cọc, lực kích đẩy xuống cân bằng với sức chống mũi cọc. Cơ sở pháp lý và tiêu chuẩn áp dụng bao gồm TCVN 10304:2014 về thiết kế móng cọc, TCVN 9393:2012 về thử tải tĩnh ép dọc trục, ASTM D1143 của Hoa Kỳ và tiêu chuẩn kỹ thuật DB32/T291-1999. Các khái niệm then chốt gồm sức chịu tải cực hạn, ma sát thành bên đơn vị, sức chống mũi cọc, chuyển vị đỉnh cọc tương đương và độ nén đàn hồi cọc.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu của luận văn được thu thập từ 1 hố khoan địa chất sâu trên 50 m với 6 lớp đất đại diện tại khu vực ngã tư Bình Triệu kết hợp số liệu quan trắc cọc thử O-cell hiện trường. Cỡ mẫu nghiên cứu gồm 1 cọc khoan nhồi thí nghiệm chịu tải trọng lớn, được lựa chọn theo phương pháp chọn mẫu có chủ đích tại vị trí địa chất đại diện phức tạp nhất nhằm đánh giá toàn diện khả năng làm việc của cọc. Dữ liệu đầu vào bao gồm chỉ số xuyên tiêu chuẩn SPT với giá trị N từ 2 đến trên 50 búa, lực dính c, góc ma sát trong phi và sức kháng mũi xuyên tĩnh qc. Hệ thống đo lường hiện trường sử dụng các đầu đo biến dạng tuyến tính LVDT có độ chính xác cao từ 0,01 mm đến 0,025 mm với hành trình đo 25 mm đến 150 mm.

Lý do lựa chọn phương pháp phân tích kết hợp giữa giải tích theo TCVN 10304:2014 (công thức Meyerhof và Viện Kiến trúc Nhật Bản) với phương pháp phần tử hữu hạn 2D đối xứng trục trên Plaxis 2D là nhằm mô phỏng chính xác sự tương tác tiếp xúc cọc - đất qua hệ số giao diện Rinter từ 0,67 đến 0,85. Toàn bộ chuỗi dữ liệu được xử lý và phân tích chi tiết trong khung thời gian từ tháng 7 đến tháng 12 năm 2016.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, tính toán giải tích theo chỉ tiêu cường độ cơ lý đất nền xác định tổng sức chịu tải cực hạn của cọc đạt từ 1.150 tấn đến 1.280 tấn. Trong cơ cấu chịu lực này, thành phần ma sát thành bên đóng góp chủ đạo chiếm 65% đến 72%, trong khi sức kháng mũi cọc chỉ chiếm từ 28% đến 35% tổng khả năng chịu tải.

Thứ hai, kết quả mô phỏng số bằng Plaxis 2D cho thấy đường cong tải trọng - chuyển vị tương đương bám sát số liệu quan trắc thực tế với độ lệch chuyển vị ở cấp tải thiết kế chỉ từ 4,2% đến 6,8%. Điều này chứng minh mô hình phần tử hữu hạn có độ tin cậy vượt trội trong việc dự báo ứng xử lún của móng cọc sâu.

Thứ ba, nghiên cứu chỉ ra sự chênh lệch rõ rệt về quy luật huy động sức kháng: ma sát thành bên đạt giá trị cực hạn rất nhanh ở độ lún nhỏ từ 5 mm đến 10 mm (tương đương 0,5% đến 1,0% đường kính cọc), trong khi sức chống mũi đòi hỏi chuyển vị lớn từ 25 mm đến 40 mm (khoảng 2,5% đến 4,0% đường kính cọc) mới phát huy tối đa công năng.

Thứ tư, việc quy đổi đường cong O-cell sang đường cong nén tĩnh truyền thống nếu bỏ qua độ nén đàn hồi của thân cọc sẽ gây sai số thiếu hụt chuyển vị từ 8% đến 12% ở các cấp tải trọng cao trên 2.000 tấn.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân của sự khác biệt giữa tính toán lý thuyết và quan trắc hiện trường xuất phát từ hiện tượng xáo động thành hố khoan và lượng bùn lắng đọng dưới đáy cọc trong quá trình thi công, làm suy giảm sức kháng mũi từ 15% đến 20% so với điều kiện nguyên dạng. Khi so sánh với các công trình thực tế như Cầu Mỹ Thuận (36 cọc khoan nhồi đường kính 2,0 m với tải thử O-cell 1.200 tấn) và tòa nhà Vietcombank Hà Nội (tải thử đạt 3.300 tấn), kết quả nghiên cứu tái khẳng định tính ưu việt của công nghệ O-cell trong việc tách biệt chính xác hai thành phần sức kháng mũi và ma sát bên.

Dữ liệu nghiên cứu được biểu diễn trực quan và khoa học thông qua hệ thống bảng biểu tổng hợp chu kỳ gia tải từ 25% đến 200% tải trọng thiết kế, đồ thị quan hệ tải trọng - chuyển vị hai hướng đi lên và đi xuống, cùng biểu đồ phân bố lực dọc theo chiều sâu thân cọc. Cách trình bày dạng biểu đồ này giúp kỹ sư dễ dàng nhận diện điểm uốn phá hoại của đất nền theo phương pháp DeBeer hoặc phương pháp 80% của Brinch Hansen, mang lại giá trị thực tiễn cao cho công tác kiểm định móng.

Đề xuất và khuyến nghị

Để nâng cao hiệu quả ứng dụng phương pháp O-cell và mô phỏng số trong xây dựng công trình ngầm, luận văn đề xuất 4 giải pháp trọng tâm:

Thứ nhất, chuẩn hóa quy trình tính toán vị trí đặt hộp tải trọng O-cell trong giai đoạn thiết kế kỹ thuật từ quý 1 đến quý 2 của dự án. Đơn vị tư vấn thiết kế cần tính toán cân bằng lực giữa đoạn cọc trên và đoạn cọc dưới với độ lệch không quá 10% đến 15%, giúp khai thác tối đa hành trình kích từ 100 mm đến 150 mm mà không gây lãng phí năng lực thiết bị.

Thứ hai, ứng dụng bắt buộc mô hình số Plaxis 2D với mô hình Hardening Soil để dự báo ứng xử cọc trước khi thử tải hiện trường trong thời gian từ 15 đến 30 ngày trước khi thi công cọc thử. Kỹ sư địa kỹ thuật cần hiệu chỉnh thông số giao diện Rinter trong khoảng 0,70 đến 0,80 để kiểm soát sai số dự báo sức chịu tải dưới 5%.

Thứ ba, kiểm soát nghiêm ngặt công tác làm sạch đáy hố khoan và quy trình bơm vữa hoàn trả sau thí nghiệm trong vòng 24 đến 48 giờ sau khi dỡ tải. Nhà thầu thi công và đơn vị giám sát phải duy trì chiều dày lắng cặn đáy hố dưới 5 cm và tiến hành bơm vữa xi măng mác cao với áp lực từ 20 bar đến 30 bar để phục hồi 100% khả năng chịu lực cho cọc công tác.

Thứ tư, xây dựng và hoàn thiện bộ tiêu chuẩn quốc gia chuyên biệt cho thí nghiệm O-cell trong lộ trình từ 12 đến 24 tháng tới. Cơ quan quản lý nhà nước như Bộ Xây dựng và Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng cần phối hợp ban hành hướng dẫn kỹ thuật tham chiếu ASTM D1143, nhằm mục tiêu nâng tỷ lệ áp dụng O-cell lên 40% đến 60% tại các dự án hạ tầng trọng điểm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Luận văn mang lại giá trị học thuật và ứng dụng thực tiễn to lớn cho 4 nhóm đối tượng chuyên môn:

Thứ nhất, kỹ sư thiết kế địa kỹ thuật và kết cấu công trình ngầm: Luận văn cung cấp phương pháp luận tính toán giải tích theo TCVN 10304:2014 kết hợp mô hình số Plaxis 2D, giúp tối ưu hóa chiều dài hạ cọc và tiết kiệm từ 10% đến 15% khối lượng vật liệu bê tông cốt thép cho các công trình có tải trọng thiết kế trên 1.500 tấn.

Thứ hai, nhà thầu thi công nền móng và công trình cao tầng: Tài liệu hướng dẫn chi tiết quy trình lắp đặt hộp Osterberg, kỹ thuật xử lý vữa áp lực cao và biện pháp tổ chức mặt bằng thi công siêu hẹp dưới 300 m2 mà không cần hệ dàn tải phản lực cồng kềnh.

Thứ ba, kỹ sư tư vấn giám sát và kiểm định chất lượng xây dựng: Cung cấp phương pháp quy đổi đường cong chuyển vị tương đương có xét đến độ nén đàn hồi cọc và quy trình đánh giá sức chịu tải theo TCVN 9393:2012 với độ tin cậy kết quả đạt trên 95%.

Thứ tư, giảng viên, nghiên cứu sinh và học viên cao học ngành Kỹ thuật Xây dựng Công trình ngầm: Luận văn là tài liệu tham khảo mẫu mực về quy trình phân tích phần tử hữu hạn, phân tích ngược số liệu thí nghiệm hiện trường và phát triển các đề tài nghiên cứu chuyên sâu về cơ học đất.

Câu hỏi thường gặp

Phương pháp thử tải O-cell có điểm gì vượt trội so với phương pháp thử tải tĩnh truyền thống bằng dàn đối trọng? Thí nghiệm O-cell sử dụng chính ma sát thân cọc và sức kháng mũi làm phản lực tự thân, loại bỏ hoàn toàn hệ đối trọng cồng kềnh từ 500 tấn đến 3.000 tấn. Giải pháp này giúp tiết kiệm 30% đến 40% kinh phí, chỉ yêu cầu diện tích mặt bằng dưới 50 m2 và đảm bảo an toàn tuyệt đối trong đô thị.

Vì sao cần chuyển đổi kết quả thí nghiệm O-cell sang đường cong nén tĩnh tương đương? Thí nghiệm O-cell tác dụng hai lực đẩy ngược chiều từ vị trí đặt hộp tải, trong khi công trình thực tế truyền tải trọng nén từ đỉnh cọc xuống. Việc quy đổi có xét đến biến dạng nén đàn hồi thân cọc từ 2 mm đến 8 mm giúp tái lập chính xác ứng xử lún theo TCVN 9393:2012 phục vụ thiết kế móng.

Vị trí đặt hộp tải trọng Osterberg trong thân cọc được xác định theo nguyên tắc nào? Hộp O-cell được đặt tại vị trí cân bằng lực sao cho sức kháng ma sát đoạn trên xấp xỉ bằng tổng sức chống mũi cộng ma sát đoạn dưới. Trong điều kiện địa chất tại dự án Bình Triệu, kích thường đặt cách mũi cọc từ 1,0 m đến 2,5 m nhằm khai thác tối đa công suất của thiết bị.

Mô hình Hardening Soil trong Plaxis 2D có ưu điểm gì vượt trội so với mô hình Mohr-Coulomb? Mô hình Hardening Soil mô phỏng chính xác tính phi tuyến của đất qua quan hệ hyperbolic và phân biệt độ cứng gia tải E50 với độ cứng dỡ tải Eur (Eur thường bằng 3 lần E50). Nhờ đó, sai số dự báo chuyển vị cọc giảm xuống dưới 7%, vượt trội so với mô hình đàn dẻo lý tưởng Mohr-Coulomb.

Cọc sau khi thí nghiệm thử tải bằng hộp O-cell có thể tiếp tục sử dụng làm cọc chịu lực chính không? Cọc hoàn toàn có thể tái sử dụng làm cọc chịu lực chính của công trình sau khi thử tải. Nhà thầu tiến hành bơm vữa xi măng không co ngót mác cao qua hệ thống ống lắp sẵn với áp lực từ 20 bar đến 30 bar để lấp đầy khe hở kích, phục hồi 100% khả năng chịu tải của cọc.

Kết luận

• Khẳng định tính ưu việt vượt trội và hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của công nghệ thử tải tự cân bằng O-cell cho cọc khoan nhồi chịu tải trọng lớn từ 1.000 tấn đến trên 3.000 tấn.
• Thiết lập thành công quy trình mô phỏng số 2D trên Plaxis 2D với mô hình Hardening Soil, đạt độ chính xác cao với sai số chuyển vị so với quan trắc chỉ từ 4,2% đến 6,8%.
• Chứng minh tính đúng đắn của phương pháp tính toán giải tích theo TCVN 10304:2014 khi kết hợp đánh giá chỉ tiêu SPT và cường độ cơ lý tại dự án Tân Sơn Nhất - Bình Lợi.
• Hoàn thiện phương pháp luận chuyển đổi đường cong tải trọng - chuyển vị tương đương có xét đến độ nén đàn hồi cọc, loại bỏ sai lệch từ 8% đến 12% ở các cấp tải trọng cao.
• Đề xuất lộ trình 12 đến 24 tháng tới để chuẩn hóa và mở rộng ứng dụng công nghệ O-cell tại 40% đến 60% các dự án công trình ngầm trọng điểm tại Việt Nam.

Luận văn thạc sĩ của tác giả Trần Văn Thân là công trình khoa học giá trị, cung cấp giải pháp toàn diện từ lý thuyết, mô phỏng số đến kiểm chứng hiện trường cho ngành xây dựng công trình ngầm. Các kỹ sư, nhà thầu và chủ đầu tư hãy chủ động ứng dụng công nghệ O-cell và mô hình số tiên tiến để tối ưu hóa chi phí và nâng cao chất lượng công trình ngay từ hôm nay.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TONG QUAN .1 Tình hình nghiên CỨU.1 Tình hình nghiên cứu trên thé giới .2 Tinh hình nghiên cứu trong nƯỚC.2 Triển vọng của việc áp dụng thử tai bang hộp tải trọng Osterberg. 20 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LY THUYÊT.- 2-5 SE SE+E+E+E#EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEErkrkrkrree 21 2.1 Nguyên ly thí nghiệm Osterberg .2 Nguyên tac chon hộp tai.3 Phương pháp dat tai.4 Nguyên tac xác định tải trọng giới han của CỌC.5 Phân tích kết quả thử tải.- - k3 SES SE SE cvcư cư g cvcv ng nererreg 30 2.6 Cách chuyền đổi tương đương từ kết quả thử theo phương pháp Osterberg về kết quả thử theo phương pháp thử tĩnh truyền thống .1 Cách quy đổi don giản. -c- k1 S191 5E TT ng ng 34 2.2 Cách quy đổi chỉ tiẾt.7 Sức chịu tải CUA CỌC.1 Công thức chung xác định sức chiu tải của COC .2 Sức chiu tải cua cọc theo các chỉ tiêu cường độ của đất nên. Xác định sức chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT (theo phụ lục G.4 Xác định sức chịu tai của cọc theo sức kháng mũi xuyên tinh qc (theo phụ lục G.- 1n SH TH TH ng ng tre 43 2.8 Xác định sức chịu tải giới hạn của cọc đơn từ kết quả thử nghiệm hiện trường bang tải trọng tĩnh ép dỌC tỤC.

- «+ + s33 EEE AE Erxrkrkrererkes 45 2.1 Theo phương pháp d6 thị.2 Theo giới hạn chuyỀn Vị QUY ƯỚC. Theo tinh trạng thực tế thí nghiệm và cọc thí nghiệm.9 Mô hình đất.-cccct th Hee 46 2.1 Mô hình Morh-Coulomb .2 Mô hình Hardening-SOIÏ. Mô hình Linear EÏASẨHC.- -- G G1391 1 vn ng ven 49 CHƯƠNG 3: KET QUA SỐ. GB TS 11111111111 111111 511111111 E11 nerkrkg 50 3.2 Đặc điểm địa chất thuỷ văn.3 Tinh toan suc chiu tai cua coc theo phuong phap giai tich TCVN 10304- “0L .1 Sức chiu tai cực hạn của cọc theo chỉ tiêu co lý đất nên.2 Sức chiu tai cực han cua coc theo chi tiêu cường độ của đất nén.3 Sức chịu tải cực han của cọc theo kết quả xuyên tiêu chuẩn (SPT).4 Phân tích ngược quá trình thí nghiệm hiện trường bang hộp tai trong theo phương pháp phan tử hữu hạn Plaxis 2 D.5 So sánh kết quả thí nghiệm O-cell cọc khoan nhôi với kết quả tinh toán sức CHIU tal 00107 .6 Bài toán mô phỏng xác định sức chịu tải cực hạn của cọc.7 Đánh giá tổng quan vé sự chênh lệch giữa sức chịu tải coc theo tính toán với kết quả quan tTẮC.

- - - k1 E19E9E5 3 E111 1 1 9111110111111 11 T111 HH ng rreg 79 CHƯƠNG 4: KET LUẬN VA HƯỚNG NGHIÊN CỨU.2 HurOng nghién CUU0n a4. 81 TÀI LIEU THAM KHAO. 84 Phụ luc A — Hỗ khoan địa Chat: .ccccccccccccssscscssssescseesesesesscseseseesesesceseseseesessescseseeceas 84 Phu luc B — Một số hình ảnh ở hiện trường: voces eseeeeesesesceesesesececscscscesesesevens 86 LY LICH TRÍCH NGANG.--- Sa St S3 18188581818 E5113 1811131111311 E15 1115155115 5e xeE 90 -X- DANH MUC CAC HINH VE Hình 2.1: Nguyên lý tạo lực va truyền lực của hộp O-cell.2: Sơ đồ bố trí thiết bị và chất tải.3: Nguyên lý thí nghiệm OsterberØE.4: So đồ thí nghiệm Osterberg cho cọc khoan nhồi. 2 2-2 +s+cz se: 24 Hình 2.5: Vị trí bố trí hộp tải trọng Osterberg.

cv gererree 25 Hình 2.6: Vị trí cọc lúc ban đầu và sau khi chuyển 2.7: Đường cong chuyển vi - tai trọng (ma sát bên đạt cực hạn).8: Đường cong chuyên vị - tải trọng do chất tải đầu cọc tương đương.9: Đường cong chuyén vi - tải trong (sức chống mũi dat cực hạn).10: Đường cong chuyên vị - tải trọng do chất tải đầu cọc tương đương.11: Sơ đồ tính độ nén đàn hồi lý thuyẾ.-- - + << SE eveveeeeecee 35 Hình 2.12: Sơ đồ tính độ nén đàn hồi lý thuyết trong thí nghiệm chất tai đầu cọc (TLT) dựa theo sự phát triển của ứng suất cắt thành bên.13: Biéu đồ lực dọc 0700155992000 d4: 38 Hình 2.14: Biểu đồ xác định hệ số. ¿522cc tre 39 Hình 2.15: Biểu d6 xác định hệ số Op và ÍI.16: Quan hệ ứng suất biến dạng hyperbo liC.1: Phối cảnh của công trÌnh. --¿- - kk+E#E#E#E#ESESESESESESEEEEEsErkekrkrkeerkekeed 50 Hình 3.2: Mặt bằng cầu Binh Lợi và nút giao thông Bình Triệu.3: Mặt cắt ngang địa chất công trình.4: Mô hình đối xứng trục coc đơn trong Plaxis 2Ì).5: Mesh lưới mô hình đối XUN frỤục COC ƠI.6: Mô phỏng quá trình thí nghiỆm.7: Kết quả mô phỏng thi nghidn. cs sececeesseesesesesesescscscscecscscececssssavavens 65 ~xj- Hình 3.8: Biểu đồ chuyển vị theo thời Gian.

eee esesececeesseesesessessetstseseeeeteeeteen 66 Hình 3.9: Biểu đồ tải trong theo thời gian. - -- c9 SE EEEEgEererrerers 66 Hình 3.10: Đường cong tải trong - chuyên vị di lên từ Plaxis 2D.11: Đường cong tải trọng - chuyên vị đi xuống từ Plaxis 2D.12: Đường cong tải trọng - chuyỂn vị. ¿xxx SE SE 5E Exrkrkrerereeo 69 Hình 3.13: Đường cong tải trọng - chuyển vị (tăng tải).- ¿cà exrxeeeree 69 Hình 3.14: Đường cong tải trọng Net - chuyỀn vị.15: Đường cong tải trong Net - chuyển vi ngoại SUy.---- sec cererees 71 Hình 3.16: Đường cong tải trọng - chuyén vị đầu coc tương đương (mô phỏng).17: Đường cong tải trọng - chuyền vị đầu cọc tương đương (quan trắc).18: Đường cong tải trọng - chuyền vị đầu cọc tương đương chưa ké đến độ nén dan hồi bố Sung. ----- + + tk 5 519151511111 1 1 1 111111 H1 0111 1311 01 re rrkg 75 Hình 3.19: Đường cong tải trọng - chuyển vị đầu cọc tương đương có kế đến độ nén ibn8 02 :5— 7 1277 75 Hình 3.20: Các phase dé tính sức chịu tải cực hạn của cọc bang Plaxis 2D.21: Quá trình tính sức chịu tải cực han của cọc băng Plaxis 2D.22: Quá trình tính toán Phase 3 bi ÍaIÏL.23: Sức chịu tải cực han của cọc bang mô phỏng Plaxis 2D.- - - 78 -XII- DANH MỤC CÁC BANG BIEU Bảng 2.1: Giá tri các hệ số k, ZL và Nh cho cọc trong đất cát.

ác con se sec seresssrez 40 Bang 2.3: Chuyén vị giới han Quy UGC.1: Dac trưng chỉ tiêu co lý trung bình của các lớp đất.3: Tinh toán gl1á tri Ufsilic cc ccccccccesssssssssneceeeeeceeeeeeeseeeseeesssssaaeeeeeeeceeeeeeeeees 57 Bang 3.4: Tính toán gl1á tri Lfcileincccccccsssssssssscceeeeeccceececeesesesesssssaceecaaeeeeseceeeeeseeeseegas 59 Bang 3.5: Tính toán gia tri 3Í: ¡Ì: ¡. cG G0101 0111113331 11111111 1 18011111 ng 1 re 60 Bảng 3.6: Kết qua tong hợp sức chịu tai Ca CỌC. set SE SEEEEkrkrkrkekekeed 60 Bảng 3.7: Bảng tong hợp thông số mô hình.- - - SE +E+E£E#E+E£E£E+EeEeEeEererrerees 63 Bảng 3.8: Bảng tong hợp chu kì nén tinh CỌC.-- - 5+ + SE ‡keveveeeeseee 64 Bảng 3.9: Bảng tổng hợp chuyỂn vị. --- x31 5E SE 5E Event 68 Bang 3.10: Bảng quy đổi tải trọng Gross thành tải trọng Net.11: Bang chuyển đổi tương đương từ kết quả thử theo phương pháp Osterberg về kết quả thử theo phương pháp thử tĩnh truyền thống (mô phỏng).12: Bảng chuyền đổi tương đương từ kết quả thử theo phương pháp Osterberg về kết quả thử theo phương pháp thử tĩnh truyền thống (quan trắc).13: Bảng kết quả tinh sức chiu tải cực hạn của CỌC.---------++<<<<<<<<s 79 SO KY HIỆU VA VIET TAT FEM Phuong pháp phan tử hữu han HTT Hộp tai trong TOS* Chuyén vi lén cua dau coc COMP Bién dang nén dan hồi của đoạn cọc phía trên O-cell BP Chuyén vị của tâm thép dưới SPT Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn Chuyên vi Trọng lượng ban thân cọc tính từ O-cell trở lên TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam Ci Hệ số trọng tâm Lo Chiều dài từ tắm thép trên đến đỉnh cọc Diện tích tiết điện cọc Chu vi tiết diện cọc Mô hình Hardening Soil dp Cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc fj Cường độ sức kháng trung bình của lớp đất thứ i Chiều dài đoạn cọc năm trong lớp đất thứ i Sức chịu tải cực hạn của cọc Đường kính cọc Số thứ tự Modul đàn hồi Hệ số quá cô kết Chiều dài cọc Mực nước ngâm -XiV- unsat Dung trọng của đất trên mực nước ngầm sat Dung trọng của đất dưới mực nước ngầm Hệ số mũ Es g'ef Độ cứng gia tải 3 trục Ew! Độ cứng d6/nén lại 3 trục Eoe get Độ cứng gia tải nén cô kết Vur Hệ số Poisson dỡ tải và gia tải lại p ref Ứng suất tham chiếu KVÈC Hệ số áp lực ngang cho đất cô kết thường Lực dính Góc ma sát Góc giãn nở Rinter Hệ số tương tác giữa cọc và đất kx Hệ số thắm theo phương ngang Hệ số thâm theo phương đứng -15- MO DAU 1.

Tinh cấp thiết của đề tài Tại các nước phương Tây phương pháp thử tải trọng cọc băng hộp tải trọng Osterberg được ứng dung từ những năm 70 của thé kỉ trước và đã được đưa vào tiêu chuẩn của nhiều nước phát triển. Ưu điểm của phương pháp nay là có thé thử tai trọng tĩnh tới tải trọng lên đến nhiều nghìn tan với giá thành hợp lí, không đòi hỏi mặt bằng và không gian chất tải lớn như các phương pháp thử tải tĩnh truyền thống. Dé xác định sức chịu tải của cọc trong phương pháp thử tải này nhiều nhà nghiên cứu đã đưa ra một số giả thiết chung quanh sức chịu tải cực hạn thân cọc và mũi cọc cho những điều kiện đất nên khác nhau. Hiện nay, tại các nước phát triển việc xây dựng tiêu chuân cho phương pháp thử này nói chung đều xoay quanh việc lựa chọn các giả thiết như vậy.

Viện Khoa học công nghệ GTVT, Viện Kỹ thuật xây dựng Ha Nội và một số đơn vị nghiên cứu khác trong nước đã có những nghiên cứu bước đầu về cơ sở khoa học và trình tự công nghệ của phương pháp để ứng dụng trong điều kiện Việt Nam theo hướng làm chủ công nghệ thí nghiệm, xây dựng quy trình thực hiện và phương pháp luận khoa học dé giải thích các kết quả thí nghiệm. Hiện nay, nhu cầu xây dựng các công trình cao tầng ở nước ta rất lớn, các cọc barette và khoan nhéi đường kính lớn có sức chịu tải trên một ngàn tan đang được áp dụng pho bién, vi vậy việc xác định sức chịu tải của chung là điều không thể tránh khỏi. Như vậy việc xác định sức chịu tải của các cọc khoan nhồi đường kính lớn và cọc barette có sức chiu tải lớn dang là vấn đề thời sự của Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh cũng như các công trình lớn khác trong cả nước. Chúng ta đã biết một số thí nghiệm của nước ngoài sử dụng phương pháp thử tải băng HTT Osterberg tại Việt Nam và đã đến lúc chúng ta phải nghiên cứu để làm chủ công nghệ này và có được thêm một phương pháp đánh giá sức chịu tải tin cậy với giá thành hợp lí.

Đến một giai đoạn nhất định tự chủ hoàn toàn thực hiện phương pháp này. Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu cơ sở lí thuyết — khoa học, trình tự công nghệ của phương pháp thí nghiệm O-cell và những van đề phải giải quyết để có kha năng ứng dụng công nghệ.