CHƯƠNG 1 TONG QUAN VE MONG COC DAI BE 1.GIỚI THIỆU CHUNG VE MONG COC DAI BE Móng coc dai bè được sử dung rộng rãi trong kết cau nhà cao tầng vì kha năng chịu lực, độ lún của bè và cọc được cải thiện đáng kế so với các loại móng thông thường. Khái niệm móng cọc đài bè không thật sự mới mẻ và đã được trình bày bởi nhiều tác giả như: Zeevaert, Davis và Pouslos, Hooper, Burland, Price và Wardle, Franke. NĂNG | Q, ae USS ` NN cˆa INA Y ` INTERACTION BETWEEN PILED RAFT AND SOIL > _ A > h< `" sp! | | ƒ — H7.1 Sự tương tác giữa móng cọc đài bè và đất nên (theo Katzenbach)[1] Trong đó: qi = ứng suất tac dụng Q; = tải truyền đến cọc qr = áp lực truyền lên đất (S-P) Tương tác giữa đất và cọc (S-R) Tương tác giữa đất và bè (P-R) Tương tác giữa cọc và bè (P-P) Tương tác giữa cọc và cọc Móng cọc đài bè là một hệ thống móng kết hợp bao gồm ba phan tử chịu lực là: cọc, bè và đất nền bên dưới (hình 1. Theo Randolph, phần móng bè có khả năng chịu được tải trọng của kết cấu bên trên, các cọc được thêm vào với mục đích làm tăng khả năng chịu tải của hệ thống bè — cọc và làm giảm sự lún lệch giữa bè — cọc, đồng thời van đảm bảo độ lún nằm trong phạm vi cho phép, tức là các cọc phải được thiết kế sao cho huy động hết khả năng làm việc của cọc khi chịu tải.
Viggiani (2001), De Sanctis và cộng sự (2001) [2] chia ra 2 loại móng cọc đài bè: - Móng cọc đài bè “nhỏ”, có chiều rộng bè từ 5m đến 15m, khi đó các cọc được thêm vào có tác dụng chính là nhằm làm tăng hệ số an toàn. - Móng cọc đài bè “lớn”, khi phần móng bè đủ khả năng chịu được tải trọng của kết cầu bên trên, còn cọc được thêm vào dé giảm độ lún và độ lún lệch. Trong trường hợp này bề rộng của bè thường lớn hơn chiều dài của coc (thông thường chiều rộng bồ trí cọc vượt quá chiều dài của coc).MOT SO VAN DE KHI THIẾT KE MONG COC DAI BE Như bat kì hệ thống móng nao, khi thiết kế móng cọc dai bè cần chú ý đến một số van dé sau: - Kha năng chịu tải cuối cùng theo phương đứng, phương ngang va moment tác dung. - Moment va lực cat của bè.
- Sức chịu tai và moment của cọc. Trong nhiều tài liệu nghiên cứu có sẵn chỉ ra rang khả năng chịu tải và độ lún dưới tác dụng của tải trọng thăng đứng là rất quan trọng nhưng những vẫn đề khác cũng cần được quan tâm. Trong một số trường hợp, các cọc có thé bị chi phối bởi moment lật do tải trọng gió hơn là tải thang đứng gồm tĩnh tai và hoạt tải. Bên cạnh đó, Poulos (2000) [3] đã đưa ra các điều kiện thuận lợi và bất lợi của lớp đất nền bên dưới khi thiết kế móng cọc đải bè như sau: a) Thuận lợi: - Lớp đất bên dưới là lớp sét tương đối cứng; - Lớp đất bên dưới là lớp cát tương đối chặt.
b) Bat lợi: Lớp sét mém gan bê mat; Lớp cat mêm gân bê mat; Lớp đât có tính chịu nén yêu ở độ sâu tương đôi nông; Lớp đất có thé đã bị lún cố kết do các nguyên nhân bên ngoài; Lớp đất đã bị trương nở do các nguyên nhân bên ngoài.MỘT SO CONG TRÌNH SU DỤNG MONG COC DAI BE 1.: Toà tháp Westend, Frankfrut, Đức Toà tháp Westend ở Frankfrut là toà nhà 51 tầng, cao 208m, đã được mo tả bởi Franke và các đồng nghiệp [3]. Mặt cắt ngang toà nhà được thể hiện trên hình 1. Phương án móng được sử dụng là móng cọc dai be, số lượng cọc là 40 cọc, mỗi cọc dài 30m, đường kính 1.3m; phần tâm móng bè dày 4.5m, giảm dân còn 3m ở biên móng. Công trình nằm trên một lớp đất sét cứng Frankurt.
Theo kết quả thí nghiệm của Franke và các đồng nghiệp, module đàn hồi trung bình của đất là 62. Polous va các đồng nghiệp đã sử dụng một số phương pháp phân tích khác nhau để tính toán và dự đoán ứng xử của công trình: - Phương pháp phan tir hữu hạn (Ta va Small). - Phuong phap GARP. Phương pháp dãy cọc (Polous).
Phương pháp tính tay đơn giản, được mô tả bởi Polous and David. Phương pháp xấp xi tuyến tính được phát triển bởi Randoph. Phương pháp tính kết hợp giữa phương pháp PTHH và phương pháp phân tử biên, được phát triển bởi Sinha. - Phương pháp tính kết hợp giữa phương pháp PTHH và phương pháp phân tử biên, được mô tả bởi Franke và các đồng nghiệp.
Main Tower 208 m ⁄⁄Side Building 15m =" | .2 Toà tháp Westend, Frankfrut, Đức 200 — 150 — &STmal GARP GASP aFerltnk |&DPoauvlis Randolph Sinha téThuc | | | 6 ƠI oO | Hình 1.3 So sánh kết quả về độ hin của từng phương pháp với thực tế -10- Hình 1.3 so sánh kết quả dự đoán ứng xử của công trình bang những phương pháp kế trên với kết quả quan trắc thực tế. Các phép tinh được thực hiện với một tải trọng thang đứng 968MN, tương đương với áp lực tác dụng trung bình 323 KPa. Kết quả tính toán tập trung vào những điểm sau: - Độ lún lớn nhất đo được khoảng 105mm, và hau hết các phương pháp đều đưa ra kết quả dự đoán lớn hơn độ lún thực tế. Tuy nhiên, các kết quả nay đều có thể chấp nhận được.
- Hệ cọc gánh đỡ khoảng 50% tổng tải trọng. Hầu hết các phương pháp đều cho kết quả dự đoán lớn hơn thực tế. Tuy nhiên, nhìn từ quan điểm thiết kế, các kết quả dự đoán đều có thé chấp nhận được. - Tất cả các phương pháp khi tính toán tải trọng tác dụng lên từng cọc riêng lẻ đều kết luận rang hau hết các cọc gánh chịu phan lớn tải trong, khả năng chịu tải của cọc đều được tận dụng day đủ.
Điều này cũng phù hợp với kết quả đo đạc thực tế. - Cac kết quả dự đoán có sự khác biệt khi tính toán tải trọng nhỏ nhất tác dụng lên cọc. Một vải phương pháp cho kết quả dự đoán lớn hơn kết quả đo đạc thực tế. Các kết quả từ việc nghiên cứu trên đã hoàn toàn chứng minh quan điểm thiết kế ban đầu là toàn bộ kha năng chịu tải của cọc đều được huy động tối da, và sẽ cho kết quả tính toán có lợi về mặt kinh tế mà van đáp ứng các điều kiện 6n định.
Các phương pháp được sử dụng để tính toán, dự đoán ứng xử của công trình dường như đã cung cấp một nên tảng đáng tin cậy cho công tác thiết kế. Toà tháp Messe Turm, Frankfurt, Đức. Đây là một trong những công trình tiên phong trong việc thiết kế sử dụng móng cọc đải bè. Công trình này đã được mô tả rất nhiều qua các nghiên cứu như Sommer và cộng su, Sommer, El-Mossallamy va Franke, Tamaro [3].
Toa nhà Messs Turm cao 256m, và tại thoi điểm xây dung, đó là công trình cao nhất Châu Au. Công trình năm trên một móng bè có chiều day 6m ở tâm mong, và giảm dan đến 3m ở mép móng. Bên dưới móng là 64 cọc được sắp xếp thành 3 vòng tròn đồng tâm. Các coc có đường kính 1.3m, chiều dài thay đối 26.
Khoảng -11- cách giữa các cọc thay đổi trong khoảng 3.5 — 6 lần đường kính cọc (hình 1. Các cọc được thiết kế để phát huy toàn bộ sức chịu tải của chúng và gánh đỡ khoảng 50% tải trọng thiết kế.9m Téng tai trong doc 1880MN es ~~ aie, Oo Si 64 coc dk 1.3m ` „2"1%,FF "s[ 28 cọc dai 26 9m +4 S88m| TN rh | 20 cọc dai 30.7 è Val "mat 16 cọc dai 34 9m — Hình 1.4 Mong cọc dai bè cua công trình Messe Turm, Frankfurt, Đúc Cac thiét bi do dac duoc lap dung để khảo sát sự làm việc của móng, bang cách do độ lún và góc xoay của mong, độ lún bên dưới bề mặt móng, tải trọng tác dụng lên đầu cọc, và sự phân bồ tải trọng dọc theo thân cọc. Ứng xử của móng trở nên phức tạp hơn do việc hạ mực nước ngầm của công trình thi công dao đường ham Metro gần đó.5 cho thay kết quả đo độ lún theo thời gian của công trình, và chỉ ra rằng vào cuối năm 1995, khoảng 7 năm sau khi hoàn thành công trình, tổng độ lún của công trình vào khoảng 115 mm. Cũng từ hình 1.5, có thé thay kết quả tính toán dự đoán độ lún của công trình theo thời gian tương đối phù hợp với kết quả đo đạc thực tế.
Công trình này một lần nữa chứng minh tính khả thi của việc thiết kế móng cọc đài bè, với các cọc phát huy toàn bộ khả năng chịu lực. Tamaro đã đưa ra một sự so sánh thú vi giữa công trình Tháp Messe Turm và Toà nhà Commerz Bank, lúc bay giờ là toa nha cao nhất Châu Au (cao 300m). Phan móng của Toà nhà Commerz Bank được thiết kế là móng cọc đài bè theo kiểu truyền thống, với các phép tính có xét đến sự làm việc đồng thời của móng bè day 2.5m -|2- : 1600 G as 29 0H: 00100 EE OE EE a ee ee ae a “ orn “~~ Đường giả định tính toán E 1200 ha - E if 2 Ạ ob ⁄ Thực tê Es E ⁄ =" ° 400 , a 6 1988 1989 1990 1991 1992 1993 i994 1995 1996 ì L a Tang hạ mực nước | Tang hạ mực nước ngâm thứ Ï ngâm thứ II g 50 : | “.i a lon do tại trung tam oe — —_—< 5 120 ‹@‹+ ia] 160 Pham vi vung lon duoc tinh toan 200 SSS / Hình 1.5 Độ lún tính toán và thực té của công trình Messe Turm. Móng cọc đài bè trong đất mềm Tan va cộng sự (2006) [4] đã trình bày việc sử dụng móng cọc dai bè cho đất sét mềm ở công trình như hình 1.
Tải lớn nhất tác dụng ở chân cột là 750 KN, tải tường tác dụng là 9 KN/m và hoạt tải là 2. Diện tích của công trình là 25x70 m với bề dày của bẻ là 300 mm và sử dụng các dãy băng gia cường diện tích 350x700 mm. = 70m @@@@@@@@@@@ooeeoeooeeeeoeeeeoøoeeeeeeeoe ộ: t$Ệ# SSR ESSE ESR SERS SERS ERE SES A ®- FEE - 96-3699 9-9-9699 8-9 EH EB ® <:—--X--X—X--X--X—X--X--X—X--X--X—X--X-—-X—X--X--X—X--X--X—X--X-— BSE @-| —x- xxx >x->*x<~mẽ m8 8 88 86. B—E BS << 3x EE : SBE Bt _ @- a ee oie £ = 25m @®@-|_—=-=-=—š--= =——-.