Luận văn thạc sĩ kỹ thuật xây dựng nghiên cứu mô phỏng ảnh hưởng của ma sát âm đến ứng xử của cọc khoan nhồi của móng mố cầu vượt ở tp hcm

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật nghiên cứu kỹ thuật xây dựng nghiên cứu mô phỏng ảnh hưởng của ma sát âm đến ứng xử của cọc khoan nhồi của, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên nhân,

• Tác giả: Tran Hoai Nam
• Người hướng dẫn: TS. Lê Bá Khánh
• Trường học: Đại học Bách Khoa - ĐHQG TP.HCM
• Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng
• Đề tài: Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Ma Sát Âm Đến Cọc Khoan Nhồi Trong Xây Dựng Cầu Tại TP.HCM
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: TP.HCM

Mục lục chi tiết

• LỜI CÁM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƯỢNG MA SÁT ÂM
• 1.1. Tổng quan về ma sát âm
• 1.2. Khái niệm về ma sát âm
• 1.3. Các trường hợp cần xem xét đến ảnh hưởng của ma sát âm
• 1.4. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
• 1.5. Tình hình nghiên cứu trong nước
• 1.6. Nhận xét của chương
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Các phương pháp phân tích ma sát âm
• 2.2. Sức chịu tải của cọc bằng phương pháp truyền tải trọng theo Fellenius
• 2.2.1. Sức kháng bên
• 2.2.2. Sức kháng mũi
• 2.2.3. Sức chịu tải cực hạn
• 2.3. Phương pháp thống nhất xác định sức chịu tải của cọc
• 2.4. Dự báo sức chịu tải của cọc đơn
• 2.4.1. Sức chịu tải của cọc theo độ bền của vật liệu
• 2.4.2. Sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu đất nền
• 2.4.2.1. Sức chịu tải cực hạn ở mũi cọc (Qm)
• 2.4.2.2. Sức chịu tải cực hạn do ma sát thành cọc (Qs)
• 2.4.2.3. Sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu trạng thái của đất nền
• 2.5. Sức chịu tải của cọc đơn từ kết quả thí nghiệm nén tĩnh
• 2.5.1. Xác định sức chịu tải giới hạn theo phương pháp đồ thị
• 2.5.2. Xác định sức chịu tải giới hạn theo chuyển vị giới hạn quy ước
• 2.6. Phân tích độ lún cố kết của nền
• 2.6.1. Xác định độ lún cố kết của nền đất theo phương pháp tổng phân bố
• 2.6.2. Xác định độ lún tính theo đường quan hệ e-logσ' của thí nghiệm cố kết
• 2.7. Xác định độ lún cố kết của nền theo thời gian
• 2.7.1. Phương trình vi phân cố kết thấm
• 2.7.2. Lời giải phương trình vi phân cố kết thấm
• 2.7.3. Bài toán cố kết một chiều, thoát nước hai biên
• 2.7.4. Bài toán cố kết một chiều, thoát nước một biên
• 2.8. Phân tích độ lún của cọc đơn
• 2.9. Cơ sở lý thuyết phần mềm Plaxis
• 2.10. Các mô hình ứng xử của đất
• 2.10.1. Mô hình Mohr-Coulomb
• 2.10.1.1. Ứng xử đàn hồi dẻo thuần túy
• 2.10.1.2. Các công thức sử dụng trong mô hình Mohr-Coulomb
• 2.10.1.3. Xác định thông số cho mô hình
• 2.10.1.4. Ưu điểm và khuyết điểm của mô hình Mohr-Coulomb
• 2.10.2. Mô hình Linear Elastic
• 2.11. Nhận xét của chương
• 3. CHƯƠNG 3: ẢNH HƯỞNG CỦA MA SÁT ÂM - ÁP DỤNG CHO CÔNG TRÌNH CẦU CÂY KHÔ
• 3.1. Giới thiệu chung
• 3.1.1. Giới thiệu công trình
• 3.1.2. Đặc điểm địa tầng và địa chất thủy văn
• 3.2. Sức chịu tải của cọc từ thí nghiệm hiện trường
• 3.2.1. Sức chịu tải cực hạn của cọc bằng thí nghiệm nén tĩnh
• 3.2.2. Sức chịu tải cực hạn của cọc bằng thí nghiệm PDA
• 3.2.3. Sức chịu tải của cọc theo vật liệu
• 3.2.4. Ma sát âm đơn vị từ các thí nghiệm trong phòng và hiện trường
• 3.3. Ma sát âm đối với cọc đơn do phụ tải
• 3.3.1. Sức chịu tải cực hạn đối với cọc đơn
• 3.4. Ma sát âm đối với cọc đơn
• 3.4.1. Thiết lập bài toán và các bước phân tích
• 3.4.2. Kết quả phân tích
• 3.5. Xác định vị trí mặt phẳng trung hòa
• 3.6. Xác định ma sát âm trong cọc đơn theo độ cô kết của nền bằng phương pháp PTHH
• 3.6.1. Quy trình mô phỏng
• 3.6.2. Kết quả phân tích
• 3.7. Xác định ma sát âm trong cọc đơn theo độ cô kết của nền bằng phương pháp khác
• 3.7.1. Quy trình tính toán
• 3.7.2. Tính toán ảnh hưởng của ma sát âm trong cọc đơn
• 3.7.2.1. Độ lún của nền theo các mức độ cố kết
• 3.7.2.2. Ảnh hưởng của ma sát âm trong cọc đơn theo độ cô kết của nền
• 3.8. Ảnh hưởng ma sát âm của cọc đơn theo độ cô kết của nền
• 3.8.1. Yếu tố cường độ tiếp xúc
• 3.8.2. Yếu tố độ cứng của cọc
• 3.8.3. Yếu tố đường kính của cọc
• 3.8.4. Yếu tố tải trọng trục
• 3.9. Ma sát âm trong nhóm cọc
• 3.9.1. Đặt vấn đề nghiên cứu
• 3.9.2. Ma sát âm trong nhóm 5 cọc
• 3.9.3. Ma sát âm trong nhóm 5 cọc có đất đắp
• 3.9.4. Ma sát âm trong nhóm 9 cọc
• 3.9.5. Ma sát âm trong nhóm 9 cọc có đất đắp
• 3.10. Nhận xét của chương
• 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Tổng quan về ảnh hưởng của ma sát âm đến cọc khoan nhồi

Nghiên cứu về ma sát âm trong cọc khoan nhồi là một lĩnh vực quan trọng trong xây dựng cầu tại TP.HCM. Hiện tượng này ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng chịu tải của cọc, đặc biệt trong điều kiện đất yếu. Việc hiểu rõ về ảnh hưởng của ma sát âm giúp các kỹ sư thiết kế các công trình an toàn và hiệu quả hơn. Nghiên cứu này sẽ cung cấp cái nhìn tổng quan về các yếu tố ảnh hưởng và phương pháp phân tích liên quan.

1.1. Khái niệm về ma sát âm trong cọc khoan nhồi

Ma sát âm là lực tác động ngược lên cọc khi đất xung quanh bị lún. Hiện tượng này thường xảy ra trong các công trình xây dựng trên nền đất yếu, làm giảm sức chịu tải của cọc. Việc xác định chính xác giá trị ma sát âm là rất cần thiết để đảm bảo an toàn cho công trình.

1.2. Tình hình nghiên cứu ma sát âm trên thế giới

Nhiều nghiên cứu đã được thực hiện trên thế giới để phân tích ma sát âm. Các phương pháp như mô phỏng phần tử hữu hạn và thí nghiệm thực địa đã được áp dụng để đánh giá ảnh hưởng của ma sát âm đến cọc khoan nhồi. Những nghiên cứu này cung cấp cơ sở lý thuyết vững chắc cho các kỹ sư trong thiết kế công trình.

II. Vấn đề và thách thức trong nghiên cứu ma sát âm

Một trong những thách thức lớn trong nghiên cứu ma sát âm là sự biến đổi của tính chất đất theo thời gian. Đặc biệt, trong các công trình xây dựng cầu tại TP.HCM, việc xác định chính xác các yếu tố ảnh hưởng đến ma sát âm là rất khó khăn. Điều này có thể dẫn đến sai sót trong tính toán sức chịu tải của cọc, gây ra rủi ro cho công trình.

2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến ma sát âm

Các yếu tố như độ ẩm, cấu trúc đất và tải trọng tác động đều có thể làm thay đổi giá trị ma sát âm. Việc không xem xét đầy đủ các yếu tố này có thể dẫn đến những sai lệch trong thiết kế và thi công.

2.2. Thách thức trong việc mô phỏng ma sát âm

Mô phỏng ma sát âm bằng phần mềm như Plaxis 2D và 3D đòi hỏi kiến thức chuyên sâu và kinh nghiệm thực tiễn. Việc lựa chọn mô hình phù hợp và xác định các thông số đầu vào chính xác là rất quan trọng để có được kết quả tin cậy.

III. Phương pháp nghiên cứu ảnh hưởng của ma sát âm

Để nghiên cứu ảnh hưởng của ma sát âm đến cọc khoan nhồi, nhiều phương pháp đã được áp dụng. Trong đó, phương pháp mô phỏng phần tử hữu hạn là một trong những phương pháp hiệu quả nhất. Phương pháp này cho phép phân tích chi tiết ứng xử của cọc dưới tác động của ma sát âm.

3.1. Phương pháp mô phỏng phần tử hữu hạn

Phương pháp mô phỏng phần tử hữu hạn sử dụng phần mềm Plaxis 2D và 3D để phân tích ứng xử của cọc trong điều kiện đất yếu. Phương pháp này giúp xác định chính xác ảnh hưởng của ma sát âm đến sức chịu tải của cọc.

3.2. Phương pháp truyền tải trọng

Phương pháp truyền tải trọng của Fellenius cũng được áp dụng để xác định giá trị ma sát âm. Phương pháp này dựa trên nguyên lý truyền tải trọng từ cọc vào đất, giúp đánh giá chính xác hơn về sức chịu tải của cọc.

IV. Ứng dụng thực tiễn và kết quả nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu về ma sát âm đã được áp dụng trong nhiều công trình xây dựng cầu tại TP.HCM. Những ứng dụng này không chỉ giúp cải thiện thiết kế mà còn nâng cao độ an toàn cho công trình. Việc áp dụng các phương pháp nghiên cứu hiện đại đã mang lại những kết quả khả quan trong việc đánh giá sức chịu tải của cọc.

4.1. Kết quả từ mô phỏng thực tế

Các mô phỏng thực tế cho thấy rằng việc xem xét ma sát âm có thể làm tăng đáng kể sức chịu tải của cọc. Điều này đã được chứng minh qua các thí nghiệm thực địa và mô phỏng phần tử hữu hạn.

4.2. Ứng dụng trong thiết kế cầu

Nghiên cứu này đã được áp dụng trong thiết kế cầu Cây Khô, giúp cải thiện đáng kể khả năng chịu tải của cọc khoan nhồi. Việc áp dụng các phương pháp tính toán hiện đại đã giúp tối ưu hóa thiết kế và giảm thiểu rủi ro cho công trình.

V. Kết luận và tương lai của nghiên cứu ma sát âm

Nghiên cứu về ma sát âm trong cọc khoan nhồi là một lĩnh vực quan trọng và cần thiết trong xây dựng cầu tại TP.HCM. Kết quả nghiên cứu không chỉ cung cấp kiến thức lý thuyết mà còn có giá trị thực tiễn cao. Tương lai của nghiên cứu này sẽ tiếp tục mở rộng với việc áp dụng công nghệ mới và phương pháp phân tích hiện đại.

5.1. Tầm quan trọng của nghiên cứu tiếp theo

Việc tiếp tục nghiên cứu về ma sát âm sẽ giúp cải thiện độ an toàn và hiệu quả của các công trình xây dựng. Các nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào việc phát triển các phương pháp tính toán mới và cải tiến các mô hình hiện có.

5.2. Hướng phát triển công nghệ trong nghiên cứu

Công nghệ mô phỏng và phân tích hiện đại sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc nghiên cứu ma sát âm. Việc áp dụng trí tuệ nhân tạo và học máy có thể giúp nâng cao độ chính xác trong các dự đoán và phân tích.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Hiện tượng ma sát âm trong móng cọc khoan nhồi là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng tiêu cực đến sức chịu tải và độ ổn định của công trình xây dựng, đặc biệt tại các vùng đất yếu như khu vực huyện Nhà Bè, TP. Hồ Chí Minh. Theo các nghiên cứu thực nghiệm và quan trắc hiện trường, lực ma sát âm có thể đạt đến hàng trăm tấn, làm giảm khả năng chịu tải của cọc và gây ra hiện tượng lún không mong muốn. Ví dụ, tại Na Uy, lực kéo xuống do ma sát âm trên cọc thép có thể vượt quá 4000 kN, tương đương khoảng 400 tấn, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến kết cấu móng. Tại Việt Nam, các sự cố nền móng do ma sát âm đã được ghi nhận tại nhiều công trình như nhà khoa học tại Hà Nội, các chung cư ở khu vực Ngọc Khánh, và nhà máy tại Hải Phòng.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là mô phỏng và đánh giá ảnh hưởng của ma sát âm đến ứng xử của cọc khoan nhồi đơn và nhóm cọc trong điều kiện đất yếu, dựa trên phương pháp truyền tải trọng kết hợp lý thuyết cố kết Terzaghi và phần mềm phân tử hữu hạn Plaxis 2D, 3D. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào công trình cầu bắc qua kênh Cây Khô, huyện Nhà Bè, TP. Hồ Chí Minh, trong giai đoạn từ năm 2017 đến 2018. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao độ tin cậy thiết kế móng cọc, đặc biệt trong bối cảnh tiến độ thi công nhanh và điều kiện đất yếu phổ biến tại các đô thị lớn.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn áp dụng hai khung lý thuyết chính để phân tích ma sát âm:

1. Phương pháp truyền tải trọng của Fellenius: Phương pháp này dựa trên biểu đồ phân bố lực dọc thân cọc, xác định sức kháng bên và sức kháng mũi cọc, đồng thời tính toán vị trí mặt phẳng trung hòa – điểm chuyển đổi giữa lực ma sát âm và lực ma sát dương. Các công thức xác định sức kháng bên đơn vị và sức kháng mũi dựa trên các hệ số như hệ số Bjerrum-Burland và hệ số chịu mũi N, được hiệu chỉnh theo đặc tính đất nền.

2. Lý thuyết cố kết thấm của Terzaghi: Lý thuyết này mô tả quá trình cố kết của đất yếu dưới tải trọng, ảnh hưởng đến sự phát triển ma sát âm theo thời gian. Độ lún cố kết của nền đất được xác định qua các phương trình vi phân cố kết thấm, từ đó dự báo sự biến đổi ứng suất hiệu quả và lực ma sát âm tác động lên cọc.

Các khái niệm chuyên ngành quan trọng bao gồm: ma sát âm (negative skin friction), mặt phẳng trung hòa (neutral plane), sức kháng bên cực hạn (ultimate side resistance), sức kháng mũi (tip resistance), và độ lún cố kết (consolidation settlement). Mô hình đất nền sử dụng mô hình Mohr-Coulomb với các thông số đặc trưng như lực dính hiệu quả, hệ số Poisson, và mô đun đàn hồi.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm số liệu thí nghiệm nén tĩnh, thí nghiệm PDA, và quan trắc hiện trường tại công trình cầu Cây Khô. Phân tích mô phỏng được thực hiện bằng phần mềm Plaxis 2D và Plaxis 3D, sử dụng mô hình phần tử hữu hạn để mô phỏng ứng xử tương tác giữa cọc và đất, đặc biệt là ảnh hưởng của ma sát âm theo các giai đoạn cố kết khác nhau.

Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm các mô hình cọc đơn và nhóm cọc với các kích thước và chiều dài khác nhau, phù hợp với điều kiện thực tế tại công trình. Phương pháp chọn mẫu dựa trên đặc điểm địa chất và thiết kế móng thực tế. Quá trình nghiên cứu kéo dài từ tháng 9/2017 đến tháng 7/2018, bao gồm các bước thu thập số liệu, mô phỏng, phân tích kết quả và so sánh với phương pháp giải tích truyền thống.

Phương pháp phân tích kết hợp giữa mô phỏng phần tử hữu hạn và phương pháp truyền tải trọng cho phép đánh giá chính xác sự phát triển ma sát âm, vị trí mặt phẳng trung hòa, và ảnh hưởng của các tham số như độ cứng cọc, đường kính cọc, và mức độ cố kết đất nền.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của ma sát âm đến sức chịu tải cọc đơn: Kết quả mô phỏng cho thấy lực ma sát âm có thể chiếm đến 30-40% tổng tải trọng tác dụng lên cọc đơn, làm giảm sức chịu tải hiệu quả. Ví dụ, tại mức độ cố kết trung bình (U=60%), lực ma sát âm đạt khoảng 150 kN trên cọc đường kính 0.7 m, tương đương 25% sức kháng mũi cọc.

2. Vị trí mặt phẳng trung hòa thay đổi theo độ cố kết: Mặt phẳng trung hòa dịch chuyển sâu hơn khi độ cố kết của đất tăng, từ khoảng 10 m ở U=30% lên đến 25 m ở U=85%. Điều này ảnh hưởng trực tiếp đến phân bố lực ma sát âm và sức kháng bên dọc thân cọc.

3. Ảnh hưởng của ma sát âm trong nhóm cọc: Mô phỏng nhóm 5 và 9 cọc cho thấy hiệu ứng nhóm làm giảm ma sát âm trung bình trên mỗi cọc khoảng 15-20% so với cọc đơn. Tuy nhiên, ma sát âm vẫn phát triển đáng kể ở các cọc ngoài cùng của nhóm, đặc biệt khi có lớp đất đắp phía trên.

4. So sánh phương pháp mô phỏng và giải tích: Kết quả mô phỏng phần tử hữu hạn tương đồng với phương pháp truyền tải trọng của Fellenius trong việc dự báo lực ma sát âm và vị trí mặt phẳng trung hòa, với sai số dưới 10%. Phương pháp mô phỏng cung cấp thêm thông tin chi tiết về phân bố ứng suất và chuyển vị dọc thân cọc.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự phát triển ma sát âm là do sự chuyển vị tương đối giữa đất nền và thân cọc trong quá trình cố kết, đặc biệt khi có lớp đất đắp hoặc hạ thấp mực nước ngầm. So với các nghiên cứu quốc tế, kết quả tại TP. Hồ Chí Minh tương đồng về xu hướng và mức độ ảnh hưởng, tuy nhiên đặc điểm địa chất đặc thù như đất sét yếu dày và lớp đất đắp mới làm tăng đáng kể lực ma sát âm.

Việc mô phỏng bằng phần mềm Plaxis 2D và 3D giúp trực quan hóa sự phân bố lực và chuyển vị, có thể trình bày qua biểu đồ lực dọc thân cọc theo độ sâu và biểu đồ chuyển vị đầu cọc theo thời gian cố kết. So sánh với các nghiên cứu thực nghiệm tại Na Uy và Nhật Bản, kết quả mô phỏng phù hợp với các quan sát về vị trí mặt phẳng trung hòa và mức độ phát triển ma sát âm.

Ý nghĩa của nghiên cứu là cung cấp cơ sở khoa học để thiết kế móng cọc an toàn hơn, đặc biệt trong điều kiện thi công nhanh và đất yếu phổ biến tại các đô thị lớn như TP. Hồ Chí Minh.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng phương pháp mô phỏng phần tử hữu hạn trong thiết kế móng cọc: Khuyến nghị các đơn vị thiết kế sử dụng phần mềm Plaxis 2D và 3D để đánh giá chính xác ảnh hưởng ma sát âm, đặc biệt cho các công trình cầu và nhà cao tầng tại vùng đất yếu. Thời gian áp dụng: ngay lập tức; Chủ thể: các công ty tư vấn thiết kế.

2. Xem xét bổ sung hệ số an toàn cho ma sát âm trong tính toán sức chịu tải: Đề xuất tăng hệ số an toàn lên ít nhất 1.5 lần cho các công trình có lớp đất đắp hoặc có khả năng hạ thấp mực nước ngầm. Thời gian áp dụng: trong vòng 1 năm; Chủ thể: cơ quan quản lý xây dựng và thiết kế.

3. Tăng cường quan trắc và thí nghiệm hiện trường: Thực hiện các chương trình đo lực ma sát âm và chuyển vị cọc tại các công trình thực tế để cập nhật dữ liệu và hiệu chỉnh mô hình tính toán. Thời gian: 2-3 năm; Chủ thể: viện nghiên cứu, trường đại học, nhà thầu thi công.

4. Đào tạo nâng cao năng lực kỹ sư thiết kế và thi công: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về ma sát âm, mô phỏng phần tử hữu hạn và phương pháp truyền tải trọng cho cán bộ kỹ thuật. Thời gian: 6-12 tháng; Chủ thể: các trường đại học, trung tâm đào tạo chuyên ngành.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư thiết kế móng công trình giao thông và dân dụng: Nắm bắt kiến thức về ma sát âm giúp thiết kế móng cọc an toàn, tối ưu chi phí và đảm bảo tiến độ thi công.

2. Nhà thầu thi công móng cọc: Hiểu rõ ảnh hưởng của ma sát âm giúp điều chỉnh biện pháp thi công, kiểm soát chất lượng và giảm thiểu rủi ro lún không đều.

3. Cơ quan quản lý xây dựng và quy hoạch đô thị: Sử dụng kết quả nghiên cứu để ban hành tiêu chuẩn, quy định về thiết kế móng trong vùng đất yếu, đảm bảo an toàn công trình.

4. Giảng viên và nghiên cứu sinh chuyên ngành kỹ thuật xây dựng công trình giao thông: Tài liệu tham khảo bổ ích cho việc giảng dạy, nghiên cứu sâu về tương tác cọc-đất và mô phỏng phần tử hữu hạn.

Câu hỏi thường gặp

1. Ma sát âm là gì và tại sao nó lại ảnh hưởng đến móng cọc?
   Ma sát âm là lực kéo xuống phát sinh do sự chuyển vị tương đối giữa đất nền và thân cọc trong quá trình cố kết đất yếu. Nó làm tăng tải trọng tác dụng lên cọc, giảm sức chịu tải hiệu quả và có thể gây lún không đều, ảnh hưởng đến ổn định công trình.

2. Phương pháp truyền tải trọng và mô phỏng phần tử hữu hạn khác nhau như thế nào?
   Phương pháp truyền tải trọng dựa trên biểu đồ phân bố lực dọc thân cọc và các hệ số kinh nghiệm, trong khi mô phỏng phần tử hữu hạn sử dụng mô hình toán học chi tiết mô phỏng tương tác cọc-đất, cho kết quả chính xác và trực quan hơn.

3. Vị trí mặt phẳng trung hòa có ý nghĩa gì trong thiết kế móng?
   Mặt phẳng trung hòa là điểm chuyển đổi giữa lực ma sát âm và lực ma sát dương trên thân cọc. Xác định chính xác vị trí này giúp đánh giá đúng phân bố lực và thiết kế móng phù hợp, tránh quá tải hoặc thiết kế thừa.

4. Ảnh hưởng của nhóm cọc đến ma sát âm như thế nào?
   Hiệu ứng nhóm làm giảm ma sát âm trung bình trên mỗi cọc do phân bố tải trọng và tương tác giữa các cọc. Tuy nhiên, các cọc ngoài cùng vẫn chịu ma sát âm đáng kể, cần được xem xét kỹ trong thiết kế.

5. Làm thế nào để giảm thiểu ảnh hưởng của ma sát âm trong thi công?
   Có thể sử dụng lớp phủ bitum hoặc vật liệu giảm ma sát trên thân cọc, kiểm soát quá trình đắp đất và mực nước ngầm, đồng thời áp dụng biện pháp thi công phù hợp để hạn chế sự phát triển ma sát âm.

Kết luận

• Ma sát âm là yếu tố quan trọng ảnh hưởng tiêu cực đến sức chịu tải và độ lún của cọc khoan nhồi tại vùng đất yếu TP. Hồ Chí Minh.
• Phương pháp truyền tải trọng kết hợp lý thuyết cố kết và mô phỏng phần tử hữu hạn Plaxis 2D, 3D cho phép đánh giá chính xác ảnh hưởng ma sát âm.
• Vị trí mặt phẳng trung hòa dịch chuyển sâu hơn khi độ cố kết đất tăng, ảnh hưởng đến phân bố lực dọc thân cọc.
• Hiệu ứng nhóm cọc làm giảm ma sát âm trung bình trên mỗi cọc nhưng vẫn cần lưu ý các cọc ngoài cùng.
• Đề xuất áp dụng mô phỏng phần tử hữu hạn trong thiết kế, tăng cường quan trắc hiện trường và đào tạo kỹ sư để nâng cao chất lượng thiết kế móng.

Next steps: Triển khai áp dụng mô phỏng trong các dự án thực tế, cập nhật tiêu chuẩn thiết kế, và mở rộng nghiên cứu về ảnh hưởng ma sát âm trong các điều kiện địa chất khác nhau.

Các đơn vị thiết kế và thi công nên tích hợp kết quả nghiên cứu này vào quy trình làm việc để đảm bảo an toàn và hiệu quả cho các công trình xây dựng trên nền đất yếu.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TONG QUAN VE HIỆN TUONG MA SÁT AM 1.1 Tông quan về ma sat âm 1.1 Khái niệm về ma sát âm Ma sát âm xảy ra khi dat lin nhiều hơn cọc. Nguyên nhân chính là sự cô kết của đất yếu do phụ tải đất dap, hạ thấp mực mước ngâm và tái cố kết đất sau khi đóng cọc. Ma sát âm cũng xảy ra trong vật liệu kém dính không bị nén như sỏi phủ lên đất sét mềm. Sự cố kết làm tăng ứng suất có hiệu của đất và làm tăng ma sát âm dọc trục cọc (Fellenius, 2006).

Một nguyên nhân khác được báo cáo là sự nén chặt đất là do rung động đất (Davison, 1993). Độ lớn của ma sát âm gia tăng trên cọc phụ thuộc vào sự chuyển động tương đối giữa các lớp đất và thân cọc, độ nén đàn hồi của cọc và ty lệ cố kết của các lớp đất chịu nén (Fellenius, 2006).2 Điểm trung hòa Độ lún của cọc do ma sát âm đến điểm cân bang mà tai đó các lớp đất ở phía trên tạo một lực hướng xuống trong khi các lớp đất phía dưới tạo một lực hướng lên tác dụng lên cọc. VỊ trí chuyển đôi giữa lực cắt âm và lực cắt dương được gọi là mặt phăng trung hòa (Hình 1. Nó cũng là vị trí không có sự chuyển dịch tương đối gitra cọc va dat va la diém ma coc chiu tai trong tối da.

Vị trí mặt phăng trung hòa phụ thuộc vào chiều dài cọc ngam trong đất (Fellenius, 2006). Trong các cọc chịu tải thì mặt phăng trung hòa năm ở phía trên nên đất cứng một khoảng cách nhỏ. Trong khi đối với cọc nồi thì vị trí mặt phăng trung hòa năm phía trên mũi cọc. Đối với đất cứng như cát hoặc đá phong hóa, dịch chuyển giữa cọc và đất tương đối nhỏ, mặt phang trung hòa hoi dịch chuyển phía trên mũi cọc.

HV: Trân Hoài Nam MSHV: 1570666 Loaổ Settlement Qạ , ; , / ; ˆ : I / | | , ‘a 'Qn | ‘ Qn / | ‘ Ũ ‹ ; | $ ; ( H —- , Neutral se H = ‘ ( ¿ | ¬ i | >4 2- | ~| ( | — | ole — | + — Resistance j † = Hình 1. Phân bố tải trọng trong cọc đơn Phân bố tải trọng trong cọc chịu tai trọng phục vụ, Qg [1] Qa = Ri + Rs — Qn (1.1) Trong do : Qa, - Tai trọng phục vu R, — Suc khang mũi coc Q, — Luc kéo xuống R; — Sức kháng thành cọc dn — Ma sát âm r, — Sức kháng đơn vi dương thành cọc (Truong hợp đơn giản : qy = fr, ) 1.3 Các trường hợp cần xem xét đến ảnh hướng của ma sát âm Ma sát âm là một trong những yếu tô tác động tiêu cực đến hoạt động của móng cọc. Lực ma sát âm trong cọc có thé phat triển lên đến một 1á tri rất lớn so với sức chịu tải của cọc. Johannessen va Bjerrum (1965), Bjerrum và các cộng sự (1969), Bozozuk (1972) đã công bố các kết quả nghiên cứu cho thấy lực ma sát âm đã vượt quá tai trong tac dụng cho phép của cọc.

Bjerrum và các cộng sự (1969) công bố kết HV: Trân Hoài Nam MSHV: 1570666 quả của thí nghiệm đo lực ma sát âm trên cọc thép với đường kính 500mm được đóng xuyên qua đất dày 55m đến lớp đá cứng, lớp đất bị lún dưới ảnh hưởng của khối gia tải và giá trị lực ma sát âm đo được là 4000 kN [2] Ở Việt Nam, hiện tượng ma sát âm trên cọc có thể là nguyên nhân chính dẫn đến sự cố nền móng của một số công trình xây dựng như : Nha của khoa vật ly thuộc trường Dai học sư phạm Ha Nội sử dụng cọc đóng tiết diện 30x30 cm. Do ảnh hưởng của hiện tượng hạ mực nước ngầm xung quanh khu vực nhà máy nước Mai Dịch, móng của công trình đã bị lún làm hư hỏng kết cầu bên trên. Một số chung cư và công trình công cộng tại khu vực Ngọc Khánh, Thành Công và lần cận. Một nhà máy tại khu công nghiệp Đình Vũ, Hải Phòng.

Sự cố cục bộ xảy ra ở một cọc móng công trình ở Bà Ria-Viing Tàu. Theo tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05 [3] phải xét đến các phát triển có thể của các tải trọng kéo xuống lên các cọc khi : - Ở những nơi cọc năm dưới lớp đất sét, bùn hoặc than bùn. - Ở những noi đất đắp mới được dap lên trên bề mặt trước đây. - Khi mức nước ngầm bị hạ đáng kê.

Wi AS, YY pif ⁄⁄ ⁄⁄ F4 777) YH; ⁄⁄ F4 7A. ⁄⁄ ⁄⁄YH ⁄⁄⁄⁄ 2 Of, 77Yf2⁄2Yn yyG4 ¢ ⁄ ; ¥ Tanochiu luc Hình 1. Ma sát âm ở móng của mô câu HV: Trân Hoài Nam MSHV: 1570666 1.2 Tình hình nghiên cứu trên thế giới Đã có rất nhiều các phương pháp tính toán ma sát âm đã được đề xuất, trong đó có thể phân thành 3 nhóm chính như sau : phương pháp kinh nghiệm (empirical methods), phương pháp truyền tải trọng (load -tranfer methods), phương pháp mô hình phần tử hữu hạn. Phương pháp kinh nghiệm dựa trên sự thay đôi ứng suất tiếp mặt bên của thân cọc, ứng suất tiếp này khi có ma sát âm sẽ chia thành 2 thành phần âm và dương, phân cách nhau bởi mặt phăng trung hòa.

Phương pháp truyền tải trọng sử dụng biéu đồ truyền tải trọng dọc theo thân cọc để phân tích ứng xử của cọc và nhóm cọc. Phương pháp mô hình đất được sử dụng để phân tích mối quan hệ giữa cọc và đất đồng thời dựa trên các mô hình đất nền như Mohr-Coulomb, Camclay. và các phân mềm phan tử hữu hạn (Abaqus, Plaxis .); Do đó để có những kết luận chính xác về hiện tượng ma sát âm và lựa chọn phương pháp tính toán phù hợp ta cần đánh giá được tổng quan nghiên cứu về hiện tượng ma sát âm. Theo Terzaghi và Peck (1948) |4].

hiện tượng đầu tiên về ma sát âm được quan sát ở Ha Lan, nơi có nhiễu tòa nhà năm ở vùng đồng bang ven biển nằm trên các cọc được đóng qua các tang địa chat rất yếu để ngam trên lớp cát. Bat cứ nơi nào tại công trường được dap một lớp đất dày trước khi đóng cọc, các tòa nhà được chống đỡ bởi các cọc bị lún quá mức. Chellis (1961) [5] cũng ghi lại một số sự cô sớm nhất của phá hủy cọc do những ảnh hưởng có hại của ma sát âm trên cọc từ những năm 1920. Nói chung, hầu hết các phá hoại nền móng được ghi lại trong tài liệu liên quan trực tiếp đến độ lún kéo cọc xuống quá mức do ma sát âm (ví dụ Brand, 1975; Inoue, 1977; Jacob va Kenneth, 1997; Yalcin, 1994).

Trong các trường hợp ít phố biến hon, sự cố kết cấu của coc, đặc biệt là cọc 26, do tải trọng kéo xuống quá mức cũng đã được báo cáo (Chellis, 1961 [5]; Kog, 1987 và 1990; Davisson, 1993) [6] Bjerrum và cộng sự (1969) [7] đã giới thiệu một trường hợp nghiên cứu của 4 cọc thép D300 mm được xuyên vào lớp đá cứng ở Na Uy. Các cọc được đóng xuống chân cọc bị chối xuyên qua qua khoảng 20m đất sét bùn, trên đó có khoảng HV: Trân Hoài Nam MSHV: 1570666 10m đất dap. Cac coc duoc gan đồng hồ đo biến dạng nén của cọc ở các độ sâu khác nhau. Biến dạng nén được chuyền đối thành tải trọng trung bình giữa hai đồng hồ đo.3 cho thay mặt cat dia chat và các cọc thí nghiệm.

Coc chính là cọc A và cọc B. Coc thứ hai được phủ một lớp nhựa bitum dày 1 mm để làm giam ma sát âm dọc theo thân cọc. Pile: A D B Cc E Enlorged pile points Bentonite Bitumen Cathodic ` Elev +35 slurry coated protected Orig. sea - SAND ‘<: ees | porter là bottom elev -35 |]GRAVEL SN SOON | A 3 1O ẤM.

* ei Ti la = ~~ he ak Y-. afr uo Silty š CLAY c =~ —~F x “ar 5 it e 20 O _ te k el =~ ¬ an Ver ay 30,0 dy — me weer Bedrock—> ‘om Measurement point 7mm \ h 530cm Enl ` d nlarged poin int ST TẾ h 40cm Hình 1. Mặt cắt địa chất và các cọc thí nghiệm (Bjerrum và cộng sự 1969) Hình 1.4 cho thấy sự phân bố tải trong các cọc được đánh giá từ đồng hỗ do biến dạng nén của cọc kế từ sau 18 tháng quan sát. Biểu đỗ ở bên phải so sánh phân phối tải được đánh giá cho cọc A và B và chứng minh sự thành công của lớp phủ bitum: cọc A được thu ngăn do lực kéo xuống khoảng 110 tan, trong khi các hồ sơ từ Pile B chỉ chiếm khoảng một phần mười tải trọng đó.

Cũng chú ý rằng sự xuất hiện của mặt phăng trung hòa đối với cọc A. Tải trọng tối da được tính toán trong phân tích ứng suất có hiệu tương ứng với hệ số beta về ứng suất quá tải hiệu dụng 0,25. Đất dap tạo áp lực lỗ rỗng quá mức vào đất sét va "Au" được hién thị trong HV: Trân Hoài Nam MSHV: 1570666 biểu đỗ bên trái cho thay áp lực lỗ rỗng dư còn lại sau 18 tháng. Bề mặt đất tại công trường bị lún xuống khoảng 160 mm trong thời gian quan sát 18 tháng.

__ Top of fill elev + 3.Orm | E ttective stress,tim? Downdrag in tons ỷ o O 10 a: eee O 35 7 05 0 35 70 105 —— >. sea bottom | | : | có 5 elev - 3.5m | | | | h h h | Dmeiptnrhs zo_Ƒˆ bi dã | L _—a ; i NX! ! ko & A 30 O to 20 30 0 5 O O 1OOO O | ra 1000 2000 Excess pore pressure, tum? Shortening of pile,mm Stee! stresses, kg/cm* Hình 1. Phân bố ứng suất, áp lực lỗ rỗng du, rút ngăn cọc và phân bồ tải trọng (BJerrum và cộng sự 1969) Sau khi đóng cọc không tác dụng ngoại lực lên đầu cọc tuy nhiên kết quả quan trắc sau 18 tháng cho thấy có lực nén lớn nhất dat 110 tan trong cọc, thí nghiệm này chứng minh ma sát âm gây ra lực kéo xuống lớn nhất đạt 110 tan. Tổng hợp nghiên cứu về ma sát âm ở Na Uy (Bjerrum và cộng sự 1969) Nguồn tài | Loại cọc | Điều L (m) d(cm) | Masát | Ghi chú liệu kiện dat âm (tần) nên Johannesen |Cọc ống |Sét yếu, 53 47 ~400 | Không &BJerrum thép, mũi |trầm tích quét (1965) kín, đóng | biển hi 30 300 | bitum vao da 4] 50 250 Bjerrum & |Cọc A :|7m đất ~30 30 120 Không Johannesen lông thép |lâp, sét quét (1969) mũi kín, |pha, cát bitum đóng pha chông vào đá Cọc B 27 30 10 Có.