Luận văn thạc sĩ về ứng xử của hệ tường vây móng bè cọc dưới tải trọng công trình

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật phân tích địa kỹ thuật xây dựng nghiên cứu ứng xử của hệ tường vâymóng bècọc cùng chịu tải trọng công trình, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất

• Tác giả: Phạm Quốc Việt
• Người hướng dẫn: PGS. Lê Bá Vinh
• Trường học: Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc Gia TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Địa kỹ thuật xây dựng
• Đề tài: Nghiên Cứu Ứng Xử Tường Vây Móng Bè Cọc Trong Địa Kỹ Thuật Xây Dựng
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu ứng xử tường vây móng bè cọc

Nghiên cứu ứng xử của hệ tường vây, móng bè và cọc trong địa kỹ thuật xây dựng là một lĩnh vực quan trọng. Hệ thống này không chỉ ảnh hưởng đến độ ổn định của công trình mà còn quyết định đến hiệu quả kinh tế trong thiết kế. Việc hiểu rõ về cách thức hoạt động của các thành phần này giúp tối ưu hóa thiết kế và giảm thiểu rủi ro trong quá trình thi công.

1.1. Ảnh hưởng của tường vây đến móng bè cọc

Tường vây đóng vai trò quan trọng trong việc phân phối tải trọng lên móng bè cọc. Sự tham gia của tường vây giúp giảm tải cho cọc, từ đó tối ưu hóa thiết kế móng.

1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến ứng xử của hệ thống

Các yếu tố như loại đất, độ sâu của móng và tải trọng công trình đều ảnh hưởng đến ứng xử của hệ tường vây, móng bè và cọc. Việc phân tích kỹ lưỡng các yếu tố này là cần thiết để đảm bảo tính ổn định của công trình.

II. Vấn đề và thách thức trong thiết kế móng bè cọc

Trong thiết kế móng bè cọc, nhiều kỹ sư thường bỏ qua sự tham gia của tường vây. Điều này dẫn đến việc tính toán không chính xác và có thể gây ra các vấn đề nghiêm trọng trong quá trình thi công. Việc nhận thức rõ về các thách thức này là rất quan trọng để cải thiện thiết kế.

2.1. Thiếu sót trong tính toán tải trọng

Nhiều thiết kế hiện tại không tính đến sự tham gia của tường vây, dẫn đến việc cọc phải chịu tải trọng lớn hơn thực tế. Điều này không chỉ làm tăng chi phí mà còn ảnh hưởng đến độ bền của công trình.

2.2. Khó khăn trong việc phân tích ứng xử

Việc phân tích ứng xử của hệ tường vây và móng bè cọc là một thách thức lớn. Cần có các phương pháp phân tích chính xác để đảm bảo tính chính xác trong thiết kế.

III. Phương pháp phân tích ứng xử tường vây móng bè cọc

Để phân tích ứng xử của hệ tường vây, móng bè và cọc, các phương pháp như phần tử hữu hạn được sử dụng rộng rãi. Phương pháp này cho phép mô phỏng chính xác các điều kiện làm việc của hệ thống trong thực tế.

3.1. Phương pháp phần tử hữu hạn

Phương pháp phần tử hữu hạn giúp mô phỏng ứng xử của tường vây và móng bè cọc dưới tải trọng. Điều này cho phép đánh giá chính xác hơn về khả năng chịu tải của hệ thống.

3.2. Mô hình hóa điều kiện địa chất

Việc mô hình hóa điều kiện địa chất là rất quan trọng trong phân tích. Các thông số như độ cứng, sức kháng cắt của đất nền cần được xác định chính xác để đảm bảo tính chính xác của mô hình.

IV. Ứng dụng thực tiễn và kết quả nghiên cứu

Nghiên cứu ứng xử của hệ tường vây, móng bè và cọc đã cho thấy những kết quả khả quan trong việc tối ưu hóa thiết kế. Các ứng dụng thực tiễn từ nghiên cứu này đã giúp cải thiện hiệu quả kinh tế và độ bền của công trình.

4.1. Kết quả từ mô phỏng Plaxis

Mô phỏng bằng phần mềm Plaxis cho thấy sự tham gia của tường vây giúp giảm tải cho cọc, từ đó tối ưu hóa thiết kế móng bè cọc.

4.2. Ứng dụng trong các công trình thực tế

Nghiên cứu đã được áp dụng trong nhiều công trình thực tế, cho thấy hiệu quả rõ rệt trong việc giảm chi phí và tăng cường độ bền cho công trình.

V. Kết luận và tương lai của nghiên cứu ứng xử tường vây móng bè cọc

Nghiên cứu ứng xử của hệ tường vây, móng bè và cọc là một lĩnh vực đang phát triển mạnh mẽ. Tương lai của nghiên cứu này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều giải pháp tối ưu hơn cho thiết kế công trình.

5.1. Hướng nghiên cứu tiếp theo

Các nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào việc phát triển các phương pháp phân tích mới, giúp cải thiện độ chính xác trong thiết kế.

5.2. Tối ưu hóa thiết kế công trình

Tối ưu hóa thiết kế công trình sẽ giúp giảm thiểu chi phí và tăng cường độ bền, từ đó nâng cao hiệu quả kinh tế cho các dự án xây dựng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

PHẦN MỞ ĐẦU: Nêu lý do chọn đề tài, mục đích nghiên cứu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu, ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài. HV: Phạm Quốc Việt MSHV: 2070006 –4– CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN CỨU ỨNG XỬ CỦA HỆ TƯỜNG VÂY-MÓNG BÈ-CỌC CÙNG CHỊU TẢI TRỌNG CÔNG TRÌNH CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN TRONG VIỆC PHÂN TÍCH CHUYỂN VỊ NGANG CỦA TƯỜNG VÂY TRONG HỐ ĐÀO VÀ ỨNG XỬ TRONG MÓNG BÈ CỌC. CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CỦA HỆ TƯỜNG VÂY-MÓNG BÈ- CỌC CÙNG CHỊU TẢI TRỌNG CÔNG TRÌNH PHẦN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Nhận xét, đánh giá và rút ra kết luận về hệ móng bè cọc kết hợp tường vây khi chịu tải trọng của công trình. Đồng thời định hướng nghiên cứu tiếp sau nghiên cứu này.

HV: Phạm Quốc Việt MSHV: 2070006 –5– CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN CỨU ỨNG XỬ CỦA HỆ TƯỜNG VÂY-MÓNG BÈ-CỌC CÙNG CHỊU TẢI TRỌNG CÔNG TRÌNH 1.1 Giới thiệu móng bè cọc Khi móng bè không đáp ứng đủ các yêu cầu về thiết kế, cọc được đưa ra để cải thiện các khả năng về: chịu tải, độ lún, độ lún lệch không đều và cả độ dày cần thiết của bè. Cả hai bè và cọc được sử dụng trong một móng được gọi là móng bè cọc. Khái niệm về móng bè cọc được đưa ra bởi Poulos (2001) và rất nhiều nghiên cứu khác, được mô phỏng như hình 1. Móng bè, móng bè cọc và móng cọc [1] Móng bè cọc là sự kết hợp của 3 yếu tố: cọc, bè và đất.

Do đó ứng xử của móng bè cọc phụ thuộc vào sự tương tác giữa phần tử móng và đất. Katzenbach et al. (2000) đã xác định được 4 loại tương tác (hình 1.2) và điều này rất cần thiết để đưa vào trong phân tích ứng xử của móng bè cọc. HV: Phạm Quốc Việt MSHV: 2070006 –6– qt = ứng suất tác dụng Qt = 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 Hình 1-2.

Hiệu ứng tương tác giữa đất và cấu trúc trong móng bè cọc của Katzenbach et al. (1998) and Katzenbach et al. Trong thiết kế móng bè cọc, có 5 vấn đề cần thiết được xem xét bao gồm: 1. Khả năng giới hạn mang tải thẳng đứng, tải ngang và môment; 2.

Độ lún tổng lớn nhất; 3. Độ lún chênh lệch lớn nhất; 4. Đánh giá các giá trị về lực cắt, môment đối với kết cấu móng bè; HV: Phạm Quốc Việt MSHV: 2070006 –7– 5. Đánh giá các giá trị về môment và sức chịu tải của cọc đối với thiết kế móng cọc.2 Điều kiện để lựa chọn móng bè cọc.

Cọc barrette là một loại cọc nhồi bê tông, khác cọc khoan nhồi về hình dạng tiết diện và phương pháp tạo lỗ: tạo lỗ bằng máy đào (máy cạp) để đào đất hoặc các phương pháp khác chứ không dùng phương pháp khoan bằng máy khoan. Tiết diện cọc nhồi là hình tròn còn cọc barrette là chữ nhật, chữ thập, chữ I, chữ H. và được tạo lỗ bằng gầu ngoạm. Cọc Barrette được người Pháp cải tiến từ cọc nhồi để tạo ra sức chịu tải lớn hơn với cùng một thể tích bê tông sử dụng.3 Điều kiện để lựa chọn móng bè cọc.

Franke et al. (2000) đã đề nghị một quy trình để lựa chọn móng bè cọc như hình 1. Các móng bè cọc có thể được lựa chọn nếu như một mình bè vẫn không có đủ hệ số an toàn để chống lại sự phá hoại và sự lún lệch lớn. Poulos (2000) đã chỉ ra điều kiện thuận lợi và không thuận lợi cho lớp đất bên dưới khi sử dụng cho móng bè cọc như sau: 1.

Tình huống thuận lợi. Đất có cấu tạo bao gồm lớp sét tương đối cứng b. Đất có cấu tạo bao gồm lớp cát tương đối dày 2. Tình huống không thuận lợi.

Đất có cấu tạo chứa các lớp sét mềm gần bề mặt. Đất có cấu tạo chứa các lớp cát không chặt gần bề mặt. Đất cấu tạo có tính chịu nén yếu ở độ sâu tương đối nông. Đất cấu tạo đã trải qua quá trình cố kết lún do các nguyên nhân bên ngoài e.

Đất cấu tạo đã trải qua quá trình trương nở do các nguyên nhân bên ngoài. HV: Phạm Quốc Việt MSHV: 2070006 –8– Móng của nhà cao tầng Kiểm tra khả năng sử Kiểm tra khả năng sử dụng móng bè cọc dụng móng bè 1. Lớp đất nền bên dưới 1. Chỉ có một mình bè, hệ phù hợp với móng bè cọc số an toàn phù hợp chống 2.

Phải có sự làm việc đồng lại sự phá hoại (ultimate thời giữa bè và cọc để tăng limit state design ULS) hệ số an toàn chống lại sự 2. Liên quan đến chuyển vị phá hoại (ULS) của móng (tổng độ lún, sự 3. Liên quan đến chuyển vị lún lệch, nghiêng) phải của móng (tổng độ lún, sự nằm trong phạm vi cho lún lệch, nghiêng) phải phép (serviceability limit nằm trong phạm vi cho phép (SLS) Có sử dụng số lượng nhỏ cọc bên dưới cấu trúc chịu tải lớn làm cho sự lún giữa các phần tải khác nhau là không cần thiết hoặc làm giảm ứng suất bên trong bè Thay thế bằng những móng khác Sử dụng móng Không sử dụng VD: móng cọc, cọc đài bè móng bè cọc móng giếng Hình 1-3. Phương pháp chọn lựa quy trình thiết kế đơn giản cho móng bè cọc của Franke et al.

(2000) HV: Phạm Quốc Việt MSHV: 2070006 –9– 1.4 Các trường hợp sử dụng móng bè cọc cho các công trình thực tế.1 Móng bè cọc trên nền đất tốt. Móng bè cọc trên nền sét Frankfurt được tóm tắt trên bảng 1.1 theo Katzenbach et al. HV: Phạm Quốc Việt MSHV: 2070006 – 10 – Bảng 1-1 Móng bè cọc trên nền sét Frankfurt Katzenbach et al. Americ Congre Buildin Torhau Messe Westen Euroth Main an Japan Franfurt ss g data s turn d1 eum Tower Expres Centre er Welle Centre s H(m) 130 256.2 25 55 60 40-60 - H: Chiều cao lớn nhất của tòa nhà; P: tổng tải tác dụng; A diện tích bè; tr: chiều dày bè; zr: chiều sâu chôn bè; n: số lượng cọc; Lp: chiều dài cọc; dp: đường kính cọc; i: khoảng các trung bình của cọc; Pp: tải đo được ở cọc; S: độ lún αpr Pile load share Total load HV: Phạm Quốc Việt MSHV: 2070006 – 11 – Hình 1-4.

Cấu tạo lớp đất bên dưới của Thành phố Frankfurt 1.2 Móng bè cọc trên nền đất mềm. Tan et al. (2006) đã trình bày việc sử dụng móng bè cọc 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 30x70 m với bề dày của bè là 300 mm và sử dụng các dãy băng gia cường diện tích 350x700 mm. Cọc sử dụng có diện tích là 200x200 mm chiều dài cọc dao động từ 18->24 m. Tổng cộng ta có 504 cọc. Kết quả quan trắc từ khi xây dựng đến khi kết thúc công trình ta đo được độ lún trung bình là 87 mm và độ lún lệch là 27 mm, góc nghiêng là 1/685.

HV: Phạm Quốc Việt MSHV: 2070006 – 12 – Hình 1-5. Mặt bằng bố trí cọc Hình 1-6. Hình thể hiện chi tiết của công trình HV: Phạm Quốc Việt MSHV: 2070006 – 13 – Hình 1-7. Chi tiết mặt cắt của bè Hình 1-8.

Bố trí các vị trí quang trắc 1.5 Phương pháp phân tích móng bè cọc.1 Các phương pháp phân tích. Đã có rất nhiều phương pháp nghiên cứu được đề xuất để phân tích móng bè cọc. Burland (1995) đã đề nghị một cách đơn giản hóa trong việc thiết kế móng bè cọc. Trong đó cọc được thiết kế nhằm làm giảm sự lún của móng (Ghi chú chỉ sử dụng cho cọc ma sát trong đất sét).

Horikoshi et al. (1999) đã phát triển một phương pháp nhằm ước lượng độ lún tổng thể của móng bè cọc. Poulos (2000) and Poulos (2001) cũng đã tổng kết rất nhiều phương pháp đơn giản và phương pháp số trong việc thiết kế móng bè cọc. Phương pháp giải bài toán 3 chiều bằng phần tử hữu hạn (3D-FEM) được áp dụng để dự đoán ứng xử của móng bè cọc đã được Reul et al.

HV: Phạm Quốc Việt MSHV: 2070006 – 14 – (2003, 2004), Reul (2004), Katzenbach et al. Novak et al. (2005), Sanctis et al. (2006) Ningombam Thoiba Singh et al.

(2008), Phongpat Kitpayuck (2009) and JinHyung Lee et al. Ngoài ra việc áp dụng các máy ly tâm trong thí nghiệm để dự đoán các hành vi ứng xử của móng bè cọc cũng được Horikoshi et al. (1996, 1998), Conte et al. (2003) and Vincenzo Fioravante et al.

Các phương pháp được sử dụng để phân tích móng bè cọc, được chia thành 3 nhóm: 1. Đơn giản hóa phương pháp tính (e. Poulos-Davis-Randolph (PDR) Poulos (2001a) and Burland (1995). Phương pháp tính gần đúng dựa trên máy tính.

Phương pháp lò xo trong dãy (e. Phương pháp lò xo trong tấm (e. Phương pháp tính chính xác dựa trên máy tính. Phương pháp phần tử biên (BEM) (Butterfield, et al.

Phương pháp kết hợp phần tử biên cho các cọc và phân tích phần tử hữu hạn cho bè (Hain and Lee (1978), Ta and Small (1996), Small and Zhang (2002) and Mendonca et al. Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) (Katzenbach et al. (2005), Sanctis et al. (2006), Ningombam Thoiba Singh et al.

(2008) and JinHyung Lee et al. Các kết luận được rút ra từ những nghiên cứu trước của Poulos. HV: Phạm Quốc Việt MSHV: 2070006 – 15 – 1. Phương pháp đơn giản có thể được sử dụng với sự tin cậy cho mục đích thiết kế cơ sở, với những phương pháp phức tạp hơn thì được sử dụng cho giai đoạn thiết kế chi tiết.

Phương pháp phân tích 2D như là FLAC 2D có thể dẫn đến việc ước lượng lớn về độ lún và phần trăm tải trọng tác dụng lên cọc. Phương pháp phân tích 3D như là FLAC 3D, có khả năng cho kết quả chính xác nhất trong các phương pháp phân tích móng bè cọc. Tuy nhiên cần nhiều thời gian để tạo mô hình và chạy kết quả. Trong móng bè cọc luôn có sự tương tác tồn tại giữa các thành phần: cọc-cọc, cọc-bè, bè-cọc và bè-bè.

Những tương tác này thường được bỏ qua trong hầu hết các phân tích cấu trúc thông thường, sự tương tác này có thể thật sự được đánh giá thấp về độ lún, độ lún lệch và lượng tải được mang bởi đất xung quanh bè. Móng bè cọc có tiềm năng về kinh tế, nếu phù hợp với điều kiện địa chất bên dưới.