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

Mục lục chi tiết

• NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT LUẬN VĂN
• LỜI CAM ĐOAN
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• DANH MỤC CÁC HÌNH
• CÁC KÝ HIỆU DÙNG TRONG LUẬN VĂN
• MỞ ĐẦU
• 1. 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
• 1.2. Điều kiện để lựa chọn móng bè cọc
• 1.3. Điều kiện để lựa chọn móng bè cọc
• 1.4. Các trường hợp sử dụng móng bè cọc cho các công trình thực tế
• 1.4.1. Móng bè cọc trên nền đất tốt
• 1.4.2. Móng bè cọc trên nền đất mềm
• 1.5. Phương pháp phân tích móng bè cọc
• 1.5.1. Các phương pháp phân tích
• 2. 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
• 2.1. Các thông số cơ bản trong mô hình Plaxis
• 2.1.1. Loại vật liệu đất nền “Drained, Undrained, Non-porous”
• 2.1.2. Dung trọng không bão hoà và dung trọng bão hoà
• 2.1.3. Hệ số thấm
• 2.1.4. Thông số độ cứng của đất nền
• 2.1.5. Thông số sức kháng cắt của đất nền
• 2.2. Các mô hình đất nền trong Plaxis
• 2.2.1. Mô hình Morh-Coulomb
• 2.2.1.1. Tổng quát về mô hình
• 2.2.1.2. Xác định thông số cho mô hình
• 2.2.2. Mô hình Hardening Soil
• 2.2.2.1. Tổng quát về mô hình
• 2.2.2.2. Xác định thông số cho mô hình
• 2.3. Các phương pháp phân tích không thoát nước, thoát nước và phân tích kép (Không thoát nước kết hợp với cố kết) và ứng dụng các phương pháp này trong việc phân tích bằng Plaxis
• 2.3.1. Phân tích không thoát nước
• 2.3.2. Phân tích thoát nước
• 2.3.3. Phân tích kép (Couple Analysis)
• 2.4. Khái niệm thiết kế của móng bè cọc
• 2.4.1. Định nghĩa và khái niệm
• 2.4.2. Quan điểm và các phương án thiết kế
• 2.4.3. Vấn đề thiết kế
• 2.5. Phân loại các phương pháp phân tích
• 2.5.1. Phương pháp tính toán đơn giản
• 2.5.1.1. Phương pháp Poulos- Davis-Randolph (PDR)
• 2.5.1.2. Phương pháp Burland
• 2.5.2. Phương pháp phân tích gần đúng dựa trên máy tính
• 2.5.2.1. Phương pháp dải trên lò xo GASP
• 2.5.2.2. Phương pháp dải trên lò xo GASP
• 2.5.2.3. Phương pháp phần tử hữu hạn kết hợp với phần tử biên
• 2.5.3. Phương pháp tính chính xác hơn dựa trên máy tính
• 2.5.3.1. Phân tích số 2D
• 2.5.3.2. Phân tích số 3D
• 3. CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CỦA HỆ TƯỜNG VÂY-MÓNG BÈ-CỌC CÙNG CHỊU TẢI TRỌNG CÔNG TRÌNH
• 3.1. Số liệu của công trình được phân tích
• 3.1.1. Vị trí công trình
• 3.1.2. Kích thước móng
• 3.1.3. Thông số đất nền của dự án
• 3.2. Phân tích thử tải cọc D1800 bằng thí nghiệm nén tĩnh cọc với phần mềm Plaxis 3D
• 3.2.1. Mô phỏng cọc D1800 bằng Plaxis 3D
• 3.2.2. So sánh kết quả chuyển vị đầu cọc từ kết quả Plaxis 3D và thí nghiệm thử tĩnh cọc
• 3.2.3. So sánh kết quả co ngắn đàn hồi của cọc tại cao độ -99.5 m từ kết quả Plaxis 3D và thí nghiệm thử tĩnh cọc
• 3.2.4. So sánh kết quả lực dọc thân cọc theo độ sâu từ kết quả Plaxis 3D và thí nghiệm thử tĩnh cọc
• 3.2.5. So sánh kết quả độ lún dọc thân cọc theo độ sâu từ kết quả Plaxis 3D và thí nghiệm thử tĩnh cọc
• 3.3. Lựa chọn chiều sâu tường vây Barrette và biện pháp thi công hố đào
• 3.3.1. Thứ tự thi công hố đào
• 3.3.2. Phương pháp phân tích
• 3.3.3. Mô hình hình học
• 3.3.4. Mô hình vật liệu cho các cấu kiện
• 3.3.5. Kết quả phân tích
• 3.4. Phân tích ứng xử của hệ tường vây cọc Barrette – móng bè cọc
• 3.4.1. Khả năng tham gia chịu tải công trình của tường vây cọc Barrette trong hệ móng bè cọc – tường vây cọc Barrette
• 3.4.1.1. Xem xét trường hợp tường vây cọc barrette tham gia chịu tải của công trình
• 3.4.1.2. Xem xét trường hợp tường vây cọc barrette không tham gia chịu tải của công trình
• 3.4.2. Mô phỏng hệ tường vây cọc Barrette - móng bè cọc
• 3.4.3. Kết quả phân tích hệ móng với trường hợp móng bè kết hợp với tường vây
• 3.4.4. Kết quả phân tích hệ móng với trường hợp móng bè tách riêng tường vây
• 3.4.5. Tối ưu hóa số lượng cọc khi tận dụng tường vây chịu tải công trình
• 3.5. Ứng xử của móng khi thay đổi thông số của móng bè, móng cọc và tường vây Barrette
• 3.5.1. Kết quả phân tích
• 3.5.2. Tổng hợp các trường hợp đã phân tích
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

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.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong xu thế đô thị hóa hiện đại, các công trình cao tầng có từ 3 đến 5 tầng hầm ngày càng phát triển mạnh mẽ tại các đô thị lớn. Trong thiết kế truyền thống, kỹ sư thường giả định toàn bộ tải trọng công trình do hệ cọc tiếp nhận 100%, hoàn toàn bỏ qua sự tham gia chịu lực của đáy móng bè và hệ tường vây barrette. Quan niệm này dẫn đến việc gia tăng từ 15% đến 25% số lượng cọc không cần thiết, làm đội chi phí xây dựng và kéo dài tiến độ thi công. Luận văn thạc sĩ chuyên ngành Địa kỹ thuật xây dựng của tác giả Phạm Quốc Việt, thực hiện tại Trường Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh dưới sự hướng dẫn của Phó Giáo sư Tiến sĩ Lê Bá Vinh, đã giải quyết bài toán tối ưu hóa này.

Nghiên cứu tập trung phân tích ứng xử làm việc đồng thời của hệ tương tác phức tạp gồm tường vây barrette, móng bè và cọc khoan nhồi chịu tải trọng công trình nhà cao tầng. Dự án được khảo sát thực tế tại khu vực quận Ratchathewi, thủ đô Bangkok, Thái Lan trong giai đoạn nghiên cứu từ tháng 9 năm 2021 đến tháng 12 năm 2022 và bảo vệ thành công vào tháng 2 năm 2023. Mục tiêu cụ thể là xác định chính xác tỷ lệ phân chia tải trọng giữa các cấu kiện và đánh giá ổn định hố đào sâu có gia cố phản áp. Ý nghĩa thực tiễn nổi bật của đề tài là chứng minh hệ tường vây barrette tiếp nhận tới 15.90% tổng tải trọng đứng, từ đó giảm tỷ lệ chịu tải của hệ cọc từ 86.52% xuống còn 70.62%, mở ra giải pháp cắt giảm từ 10% đến 15% khối lượng cọc nhồi cho các dự án cao tầng tương đương.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu kế thừa và phát triển lý thuyết tương tác đất - kết cấu móng bè cọc theo quan điểm của Poulos và Katzenbach. Mô hình phân tích xem xét đầy đủ bốn cơ chế tương tác phức tạp trong không gian ba chiều: tương tác giữa đất và cọc, tương tác giữa đất và bè móng, tương tác giữa cọc và bè, cùng tương tác tương hỗ giữa các cọc trong nhóm.

Để mô phỏng chính xác phi tuyến tính của đất nền, tác giả áp dụng hai mô hình vật lý đất tiêu chuẩn trong địa kỹ thuật hiện đại:

• Mô hình đàn dẻo Mohr-Coulomb: Sử dụng trong phân tích sơ bộ với các tham số sức chống cắt gồm lực dính c và góc ma sát trong phi, kết hợp góc giãn nở psi.
• Mô hình đất tái bền nâng cao Hardening Soil: Mô tả biến dạng phi tuyến phụ thuộc vào mức ứng suất với ba thông số độ cứng độc lập gồm mô-đun cát tuyến 3 trục E50ref, mô-đun nén cố kết Eoedref và mô-đun dỡ tải - nén lại Eurref ở áp lực chuẩn pref bằng 100 kPa. Hệ số mũ m dao động từ 0.5 đối với đất cát đến 1.0 đối với đất sét mềm, cùng tỷ lệ mặc định Eurref bằng 3 lần E50ref.

Khung lý thuyết cũng tích hợp tiêu chuẩn trạng thái giới hạn chịu lực ULS và trạng thái giới hạn sử dụng SLS, kết hợp đánh giá hệ số suy giảm tiếp xúc Rinter giữa bê tông và nền đất.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng nguồn dữ liệu địa chất chi tiết từ hố khoan BH-8 tại khu vực quận Ratchathewi, Bangkok với địa tầng phân lớp rõ rệt từ sét mềm bề mặt đến các tầng cát và sét cứng chịu lực ở độ sâu lớn. Cỡ mẫu phân tích bao gồm kết quả thí nghiệm nén tĩnh hiện trường của cọc khoan nhồi đường kính D1800 cắm sâu đến cao độ âm 99.5 m, kết hợp cùng chuỗi dữ liệu quan trắc chuyển vị ngang hố đào sâu.

Lý do lựa chọn phương pháp phần tử hữu hạn số 3D và 2D thông qua bộ công cụ Plaxis 3D V20 và Plaxis 2D V22 là vì các phương pháp giải tích truyền thống như phương pháp dải lò xo GASP hay PDR không thể phản ánh chính xác hiệu ứng không gian 3 chiều và sự truyền tải phức tạp sang tường vây xung quanh. Mô hình số mô phỏng chính xác từng giai đoạn thi công: đào đất tầng hầm, thi công hệ giằng neo, hạ mực nước ngầm, gia cố đáy hố đào bằng công nghệ Jet Grouting và đặt tải trọng công trình toàn diện theo tổ hợp tĩnh tải cộng hoạt tải.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình mô phỏng số và phân tích dữ liệu đã đưa ra bốn phát hiện kỹ thuật mang tính đột phá:

• Kiểm chứng mô hình số với độ chính xác cao: Kết quả mô phỏng phần tử hữu hạn 3D của cọc khoan nhồi D1800 cho thấy sự trùng khớp với sai số dưới 4.5% so với thí nghiệm nén tĩnh hiện trường về cả độ lún đầu cọc, độ co ngắn đàn hồi thân cọc ở cao độ âm 99.5 m và biểu đồ phân bố lực dọc theo chiều sâu cọc.
• Xác định chính xác tỷ lệ phân chia tải trọng: Khi xét móng bè cọc độc lập không liên kết tường vây, móng bè tiếp nhận 13.48% tải trọng và hệ cọc gánh 86.52%. Khi kết hợp liên kết cứng giữa móng bè và tường vây cọc barrette, tỷ lệ tải trọng truyền lên móng bè giữ nguyên ở mức 13.48%, nhưng tải trọng truyền lên hệ cọc giảm mạnh xuống còn 70.62%, trong khi hệ tường vây barrette tiếp nhận tới 15.90% tổng tải trọng thẳng đứng của tòa nhà.
• Giảm tải trực tiếp cho hệ cọc nền: Việc tường vây barrette tham gia chịu lực giúp giảm tải trọng tác dụng lên hệ cọc 15.90%, tương đương mức giảm tuyệt đối 18.38% tải trọng nội tại của cọc so với phương án thiết kế truyền thống.
• Hiệu quả kiểm soát hố đào của Jet Grouting: Giải pháp gia cố đáy hố đào sâu bằng cọc vữa xi măng đất Jet Grouting giúp triệt tiêu áp lực nước lỗ rỗng thặng dư, kiểm soát chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây barrette luôn nằm trong giới hạn an toàn dưới 25 mm và ngăn chặn triệt để dòng thấm ngầm chảy vào hố móng.

Thảo luận kết quả

Cơ chế phân phối tải trọng được giải thích bởi độ cứng liên kết không gian giữa sàn đáy tầng hầm, đài móng bè và các tấm tường vây barrette chôn sâu trong địa tầng sét cứng. Khi công trình chịu tải trọng đứng, ma sát bên giữa bề mặt ngoài tường vây và khối đất xung quanh được huy động mạnh mẽ, biến tường vây thành một kết cấu móng sâu dạng bản khổng lồ cùng làm việc với hệ cọc khoan nhồi.

Dữ liệu nghiên cứu được biểu diễn trực quan qua biểu đồ đường cong quan hệ tải trọng - độ lún dạng hyperbolic và biểu đồ cột so sánh tỷ lệ phần trăm phân bố lực. So sánh với các nghiên cứu thực nghiệm của Katzenbach tại sét Frankfurt với tỷ lệ tham gia chịu tải của móng bè và tường chắn từ 12% đến 20%, kết quả 15.90% của luận văn hoàn toàn tương đồng và phản ánh trung thực bản chất cơ học đất đá đô thị.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả đạt được, luận văn đưa ra 4 nhóm khuyến nghị kỹ thuật thiết thực:

• Tích hợp tính toán liên kết tường vây trong thiết kế kết cấu: Các công ty tư vấn thiết kế địa kỹ thuật cần ứng dụng mô hình số phần tử hữu hạn 3D như Plaxis 3D ngay trong giai đoạn thiết kế kỹ thuật từ tháng thứ nhất đến tháng thứ hai của dự án, nhằm mô phỏng chính xác sự tham gia chịu lực 15% đến 18% của tường barrette thay vì bỏ qua như tiêu chuẩn cũ.
• Cắt giảm và tối ưu hóa hệ thống cọc khoan nhồi: Chủ đầu tư và kỹ sư kết cấu nên chủ động giảm bớt từ 10% đến 15% tổng số lượng cọc nhồi D1500 hoặc D1800 ở các vị trí sát biên đài bè, giúp tiết kiệm từ 12% đến 20% chi phí xây lắp phần ngầm và rút ngắn thời gian thi công cọc khoảng 20 đến 30 ngày.
• Bắt buộc áp dụng Jet Grouting đáy hố đào sâu: Nhà thầu thi công tầng hầm cần triển khai lớp nút bịt đáy bằng cọc xi măng đất Jet Grouting dày từ 1.5 m đến 2.5 m trong thời gian đào hố móng, nhằm khống chế chuyển vị ngang tường chắn dưới 25 mm và triệt tiêu nguy cơ xói ngầm đáy móng.
• Hoàn thiện tiêu chuẩn thiết kế nền móng công trình ngầm: Các cơ quan quản lý chuyên ngành xây dựng cần sớm ban hành hướng dẫn tính toán sức chịu tải đứng của tường barrette trong vòng 12 đến 24 tháng tới để tạo hành lang pháp lý đồng bộ cho việc thẩm định và nghiệm thu thiết kế móng tối ưu.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Tài liệu luận văn mang lại giá trị học thuật và ứng dụng thực tiễn cao cho 4 nhóm đối tượng chính:

• Kỹ sư thiết kế kết cấu và địa kỹ thuật công trình ngầm: Học hỏi quy trình thiết lập thông số đất nền trong mô hình Hardening Soil và phương pháp mô hình hóa tương tác 3D móng bè - cọc - tường vây để ứng dụng trực tiếp cho các dự án tháp cao từ 30 đến 70 tầng.
• Chủ đầu tư và các ban quản lý dự án xây dựng: Nắm bắt cơ sở khoa học xác đáng để yêu cầu tư vấn rà soát, tối ưu hóa khối lượng cọc khoan nhồi, giúp tiết kiệm hàng tỷ đồng chi phí đầu tư cho mỗi dự án quy mô lớn.
• Nhà thầu thi công nền móng và công trình ngầm: Tiếp cận chi tiết biện pháp kỹ thuật thi công hố đào sâu, công nghệ gia cố Jet Grouting ngăn thấm và phương pháp quan trắc chuyển vị ngang tường barrette nhằm bảo đảm an toàn cho các công trình lân cận.
• Giảng viên, nghiên cứu sinh và học viên cao học ngành Địa kỹ thuật: Sử dụng toàn bộ hệ thống số liệu địa chất, dữ liệu thí nghiệm nén tĩnh cọc D1800 và thuật toán mô phỏng Plaxis 3D làm nguồn tài liệu tham khảo giảng dạy và phát triển đề tài nghiên cứu mở rộng.

Câu hỏi thường gặp

• Tường vây cọc barrette có thực sự tham gia chịu tải trọng đứng của công trình cao tầng không? Có. Kết quả phân tích số 3D chứng minh tường barrette tiếp nhận 15.90% tổng tải trọng đứng của tòa nhà khi được liên kết toàn khối với đài móng bè và sàn tầng hầm, giúp giảm tải trực tiếp cho hệ cọc khoan nhồi từ 86.52% xuống 70.62%.

• Tại sao mô hình Hardening Soil lại vượt trội hơn mô hình Mohr-Coulomb trong tính toán móng bè cọc? Mô hình Hardening Soil phân biệt rõ ba mô-đun biến dạng độc lập gồm E50ref, Eoedref và Eurref phụ thuộc vào ứng suất thực tế, giúp phản ánh chính xác hiện tượng biến cứng của đất nền và giảm thiểu sai số tính toán độ lún từ 20% đến 30% so với mô hình Mohr-Coulomb cổ điển.

• Việc tận dụng tường vây chịu tải giúp tiết kiệm chi phí xây dựng cụ thể như thế nào? Nhờ san sẻ 15.90% tải trọng sang tường vây hiện hữu, công trình có thể cắt giảm từ 10% đến 15% số lượng cọc khoan nhồi D1500 - D1800 hoặc rút ngắn chiều dài cọc từ 3 m đến 5 m, tiết kiệm hàng trăm mét khối bê tông cốt thép và rút ngắn đáng kể tiến độ.

• Vai trò kỹ thuật then chốt của giải pháp Jet Grouting đáy hố đào sâu là gì? Lớp cọc xi măng đất Jet Grouting đóng vai trò như một màng ngăn thấm và thanh chống mềm dưới đáy hố móng, giúp khống chế chuyển vị ngang tường chắn dưới 25 mm, triệt tiêu áp lực nước kẹt và chống hiện tượng bùng nền nguy hiểm trong quá trình hạ mực nước ngầm.

• Độ tin cậy giữa kết quả mô phỏng Plaxis 3D và thí nghiệm nén tĩnh hiện trường đạt mức nào? Độ tin cậy của mô hình số là rất cao. Độ chênh lệch về chuyển vị đầu cọc, độ co ngắn đàn hồi thân cọc ở cao độ âm 99.5 m và lực dọc trục giữa mô hình Plaxis 3D với kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc D1800 ngoài hiện trường đều đạt mức sai số nhỏ hơn 4.5%.

Kết luận

• Đề tài đã xây dựng thành công mô hình phần tử hữu hạn 3D mô phỏng chính xác sự làm việc đồng thời của hệ tường vây barrette, móng bè và cọc khoan nhồi.
• Luận văn xác lập bằng chứng khoa học rõ ràng: tường barrette tiếp nhận 15.90% tải trọng đứng, móng bè gánh 13.48% và hệ cọc chịu 70.62%.
• Nghiên cứu cung cấp giải pháp tối ưu hóa thiết kế nền móng giúp cắt giảm từ 10% đến 15% số lượng cọc nhồi mà vẫn đảm bảo độ lún an toàn dưới ngưỡng 30 mm.
• Khẳng định tính khả thi vượt trội của công nghệ Jet Grouting trong việc kiểm soát dòng thấm và ổn định chuyển vị hố đào sâu đô thị.
• Định hướng nghiên cứu tiếp theo trong giai đoạn 2024-2026 là mở rộng phân tích tác động của tải trọng động do động đất và dao động gió lên hệ móng bè cọc liên kết tường vây barrette. Hãy áp dụng ngay quy trình tính toán số 3D tiên tiến này vào các dự án công trình ngầm cao tầng để tối ưu hóa chi phí và nâng cao chất lượng công trình.

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.