Nghiên cứu sức chịu tải cọc xi măng đất cốt cứng trong địa kỹ thuật

LỜI CẢM ƠN

1. CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CỌC XI MĂNG ĐẤT CỐT CỨNG

1.1. Những phát triển gần đây của phương pháp cọc xi măng đất (DCM)

1.2. Lịch sử phát triển công nghệ trụ đất trộn xi măng gia cố nền đất yếu

1.3. Ứng dụng trụ đất trộn xi măng để gia cố nền đất yếu

1.4. Giới thiệu cọc xi măng đất có cốt cứng

1.5. Cấu tạo cọc xi măng đất có cốt cứng (SDCM) và cơ chế làm việc

1.6. Sức chịu tải cọc cao và chi phí xây dựng thấp là ưu điểm lớn nhất cọc

1.7. Độ tin cậy kết cấu cao

1.8. Góp phần làm giảm tác động đến môi trường

1.9. Khả năng ứng dụng

1.10. Công nghệ thi công cọc xi măng đất có cốt cứng

1.11. Thiết kế cọc xi măng đất có cốt cứng (SDCM)

2. CHƯƠNG II - CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN CỌC XI MĂNG ĐẤT CỐT CỨNG

2.1. Sức chịu tải của cọc xi măng đất

2.2. Phương pháp tính toán theo quan điểm trụ làm việc như “cọc”

2.3. Phương pháp tính toán theo quan điểm như nền tương đương

2.4. Phương pháp tính toán theo quan điểm hỗn hợp

2.5. Sức chịu tải của cọc xi măng đất có cốt cứng (SDCM)

2.5.1. Thí nghiệm sức kháng ma sát

2.5.2. Mô hình thí nghiệm nghiên cứu sự truyền lực cơ học của cọc SDCM

2.5.3. Thí nghiệm hiện trường nghiên cứu sức chịu tải cọc SDCM

2.5.4. Phương pháp thiết kế cọc SDCM

2.5.5. Ảnh hưởng các thông số cọc đến sức chịu tải dọc trục và sức chịu tải ngang của cọc SDCM

2.6. Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) và phần mềm Plaxis 3D

2.6.1. Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM)

2.6.2. Phần mềm Plaxis 3D Foundation (version 1)

2.6.3. Các mô hình tính

3. CHƯƠNG III - MÔ PHỎNG VÀ NGHIÊN CỨU CÁC THÔNG SỐ CỌC XI MĂNG ĐẤT CỐT CỨNG DƯỚI TẢI TRỌNG NGANG VÀ TẢI TRỌNG DỌC TRỤC BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN (FEM)

3.1. Số liệu tính toán

3.1.1. Giới thiệu công trình

3.1.2. Giải pháp kỹ thuật gia cố đất nền và các thông số cọc DCM

3.1.3. Kết quả nén tĩnh cọc DCM ngoài hiện trường

3.2. Quá trình mô phỏng bài toán cọc chịu tải trọng ngang và dọc trục

3.2.1. Kết quả quá trình mô phỏng bài toán

4. CHƯƠNG IV - ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỌC XI MĂNG ĐẤT CỐT CỨNG TRONG THIẾT KẾ MÓNG CÔNG TRÌNH TRÊN NỀN ĐẤT YẾU

4.1. Đặt bài toán, tính toán sức chịu tải cọc SDCM

4.1.1. Vị trí khảo sát, địa chất công trình

4.1.2. Tính toán sức chịu tải cọc xi măng đất cốt cứng (SDCM)

4.1.3. Mô phỏng bài toán, phân tích kết quả

4.1.3.1. Mô phỏng bài toán

4.1.3.2. Kết quả chạy mô hình

4.1.4. Nhận xét kết quả mô phỏng

4.2. So sánh bài toán kinh tế khi sử dụng cọc SDCM với các loại cọc khác

4.2.1. Thiết kế cọc khoan nhồi

4.2.2. Thiết kế cọc bê tông đúc sẵn

4.2.3. So sánh sơ bộ bài toán kinh tế các phương án cọc

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHẦN PHỤ LỤC

I. Tổng quan về cọc xi măng đất cốt cứng SDCM

Trong thời gian gần đây, công nghệ cọc xi măng đất cốt cứng (SDCM) đã trở thành một giải pháp quan trọng trong việc xử lý nền đất yếu. Sức chịu tải của loại cọc này được cải thiện đáng kể so với cọc xi măng đất thông thường (DCM). Cọc SDCM được cấu tạo từ cọc xi măng đất và được chèn thêm cốt cứng vào tâm cọc, giúp tăng cường khả năng chịu tải. Các nghiên cứu cho thấy rằng, cọc SDCM không chỉ có sức chịu tải cao mà còn giúp giảm chi phí xây dựng. Đặc biệt, cọc SDCM có thể được sử dụng trong các công trình có tải trọng lớn, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật khắt khe trong xây dựng. Việc áp dụng cọc SDCM không chỉ mang lại hiệu quả kinh tế mà còn góp phần bảo vệ môi trường do giảm thiểu tác động của việc thi công. Theo một nghiên cứu, cọc SDCM có thể chịu tải gấp đôi so với cọc DCM trong các điều kiện tương tự.

1.1 Lịch sử phát triển công nghệ cọc xi măng đất

Công nghệ cọc xi măng đất đã được phát triển từ những năm 1980 và đã trải qua nhiều giai đoạn cải tiến. Ban đầu, cọc DCM được sử dụng chủ yếu trong các công trình xây dựng dân dụng. Tuy nhiên, với sự gia tăng yêu cầu về sức chịu tải và độ bền của cọc trong các công trình lớn, cọc SDCM đã được giới thiệu như một giải pháp thay thế. Nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng cốt cứng trong cọc SDCM giúp cải thiện đáng kể sức chịu tải và độ tin cậy của kết cấu. Sự phát triển này không chỉ đáp ứng nhu cầu xây dựng mà còn tạo ra một bước tiến mới trong công nghệ xử lý đất yếu.

II. Cơ sở lý thuyết tính toán cọc xi măng đất cốt cứng

Cơ sở lý thuyết tính toán cọc SDCM dựa trên các phương pháp phân tích cơ học và mô hình hóa. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng sức chịu tải của cọc phụ thuộc vào nhiều yếu tố như chiều dài, tiết diện và loại cốt cứng sử dụng. Phương pháp tính toán theo quan điểm trụ làm việc cho phép xác định sức chịu tải của cọc trong các điều kiện tải trọng khác nhau. Đặc biệt, việc sử dụng phần mềm mô phỏng như Plaxis 3D Foundation giúp phân tích sâu hơn về khả năng chịu tải của cọc SDCM dưới tải trọng dọc trục và ngang. Các kết quả mô phỏng cho thấy rằng, cọc SDCM có thể chịu được tải trọng lớn hơn so với DCM, nhờ vào sự hỗ trợ của cốt cứng. Điều này mở ra khả năng ứng dụng rộng rãi cho cọc SDCM trong thiết kế móng công trình.

2.1 Phương pháp tính toán sức chịu tải

Phương pháp tính toán sức chịu tải cọc SDCM bao gồm việc xác định các thông số như cường độ của vật liệu, điều kiện địa chất và tải trọng tác động. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, sức chịu tải của cọc SDCM có thể được tính toán thông qua các mô hình lý thuyết và thực nghiệm. Trong đó, phương pháp FEM (Phân tích phần tử hữu hạn) được sử dụng để mô phỏng hành vi của cọc dưới tải trọng. Kết quả từ các mô phỏng cho thấy rằng, cọc SDCM có khả năng phân bố ứng suất tốt hơn, giúp giảm thiểu độ lún trong đất nền. Điều này chứng tỏ rằng cọc SDCM không chỉ cải thiện sức chịu tải mà còn đảm bảo tính ổn định cho các công trình xây dựng.

III. Mô phỏng và nghiên cứu các thông số cọc xi măng đất cốt cứng

Mô phỏng cọc SDCM dưới tải trọng ngang và dọc trục đã được thực hiện bằng phương pháp FEM. Các thông số như chiều dài và tiết diện của cốt cứng được thay đổi để đánh giá ảnh hưởng đến sức chịu tải. Kết quả cho thấy rằng, việc tăng chiều dài và tiết diện của cốt cứng có thể làm tăng đáng kể sức chịu tải của cọc SDCM. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng, cọc SDCM có thể chịu được tải trọng ngang lớn hơn so với DCM, nhờ vào cấu trúc cốt cứng bên trong. Điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc thiết kế móng cho các công trình xây dựng trên nền đất yếu, nơi mà tải trọng ngang thường là một yếu tố quan trọng.

3.1 Kết quả mô phỏng và phân tích

Kết quả mô phỏng cho thấy rằng, cọc SDCM có khả năng chịu tải tốt hơn trong các điều kiện tải trọng khác nhau. Sự phân bố ứng suất trong cọc SDCM đồng đều hơn, giúp giảm thiểu nguy cơ phá hoại. Ngoài ra, việc phân tích độ lún trong đất nền cho thấy rằng, cọc SDCM có độ lún thấp hơn so với DCM, điều này chứng tỏ tính hiệu quả của cọc SDCM trong việc xử lý nền đất yếu. Các nghiên cứu thực nghiệm cũng đã xác nhận rằng cọc SDCM có thể thay thế cho các loại cọc khác trong thiết kế móng công trình, mang lại hiệu quả kinh tế và kỹ thuật cao.

IV. Đánh giá khả năng ứng dụng cọc xi măng đất cốt cứng trong thiết kế móng

Đánh giá khả năng ứng dụng của cọc SDCM trong thiết kế móng công trình trên nền đất yếu cho thấy rằng, cọc này có thể đáp ứng tốt các yêu cầu kỹ thuật trong xây dựng. Việc sử dụng cọc SDCM giúp giảm thiểu chi phí xây dựng, đồng thời nâng cao sức chịu tải và độ bền cho các công trình. Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng, cọc SDCM không chỉ phù hợp cho các công trình có tải trọng lớn mà còn có thể sử dụng cho các công trình dân dụng. Điều này mở ra nhiều cơ hội ứng dụng cho cọc SDCM trong ngành xây dựng.

4.1 So sánh kinh tế giữa cọc SDCM và các loại cọc khác

So sánh kinh tế giữa cọc SDCM và các loại cọc khác cho thấy rằng, cọc SDCM mang lại lợi ích kinh tế cao hơn. Với khả năng chịu tải tốt hơn và chi phí thi công thấp hơn, cọc SDCM là một lựa chọn hợp lý cho các công trình xây dựng hiện đại. Nghiên cứu chỉ ra rằng, việc áp dụng cọc SDCM có thể tiết kiệm chi phí xây dựng lên đến 20% so với các loại cọc truyền thống. Điều này không chỉ giúp giảm thiểu chi phí cho nhà đầu tư mà còn thúc đẩy sự phát triển bền vững trong ngành xây dựng.

Luận văn thạc sĩ về sức chịu tải cọc xi măng đất cốt cứng trong địa kỹ thuật