Luận Văn Thạc Sĩ: Nghiên Cứu Và Tính Toán Ứng Xử Móng Cọc Đài Bè Trong Địa Kỹ Thuật Xây Dựng

Luận văn thạc sĩ địa kỹ thuật xây dựng nghiên cứu tính toán ứng xử móng cọc đài bè, phân tích hiệu quả kết cấu trong điều kiện địa chất phức tạp.

• Tác giả: Lê Nguyễn Anh Vũ
• Người hướng dẫn: TS. 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 và tính toán ứng xử trong móng cọc đài bè
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2011
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về móng cọc đài bè

Móng cọc đài bè là một giải pháp kết cấu hiệu quả trong xây dựng nhà cao tầng, đặc biệt khi địa kỹ thuật yêu cầu khả năng chịu lực và kiểm soát độ lún. Phương pháp này kết hợp cọc bê tông, đài bè, và đất nền để tối ưu hóa khả năng chịu lực và giảm thiểu độ lún. Katzenbach (2000) và Randolph (1994) đã chứng minh hiệu quả kinh tế và kỹ thuật của móng cọc đài bè trong các điều kiện địa chất khác nhau.

1.1. Khái niệm và ứng dụng

Móng cọc đài bè được sử dụng khi móng bè đơn thuần không đáp ứng yêu cầu về tải trọng và độ lún. Phương pháp này tận dụng sự tương tác giữa cọc, bè, và đất nền để phân bố tải trọng một cách hiệu quả. Các nghiên cứu của Poulos (2001) và Katzenbach (2000) đã chỉ ra rằng móng cọc đài bè đặc biệt hiệu quả trong các điều kiện địa chất phức tạp.

1.2. Điều kiện lựa chọn

Franke et al. (2000) đề xuất quy trình lựa chọn móng cọc đài bè dựa trên địa chất công trình và tải trọng. Phương pháp này phù hợp khi đất nền có lớp sét cứng hoặc cát dày, nhưng không hiệu quả trong điều kiện đất mềm hoặc không ổn định.

II. Phương pháp phân tích ứng xử móng cọc đài bè

Các phương pháp tính toán ứng xử của móng cọc đài bè bao gồm phương pháp đơn giản hóa và phương pháp số. Burland (1995) đề xuất phương pháp đơn giản hóa, trong khi Poulos (2000) và Reul (2004) sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) để mô phỏng chính xác hơn.

2.1. Phương pháp đơn giản hóa

Burland (1995) đề xuất phương pháp đơn giản hóa, tập trung vào việc giảm độ lún bằng cách sử dụng cọc ma sát trong đất sét. Phương pháp này phù hợp cho các công trình có tải trọng vừa phải và địa chất ổn định.

2.2. Phương pháp số

Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) được sử dụng để phân tích ứng xử của móng cọc đài bè trong các điều kiện phức tạp. Các nghiên cứu của Reul (2004) và Poulos (2000) đã chứng minh hiệu quả của phương pháp này trong việc dự đoán độ lún và phân bố tải trọng.

III. Nghiên cứu ứng xử móng cọc đài bè trong công trình thực tế

Nghiên cứu ứng xử của móng cọc đài bè trong các công trình xây dựng thực tế cho thấy sự ảnh hưởng của các thông số như chiều dài cọc, khoảng cách giữa các cọc, và bề dày bè. Các kết quả phân tích bằng Plaxis 3D Foundation đã chỉ ra rằng độ lún và mômen uốn phụ thuộc nhiều vào các thông số này.

3.1. Ảnh hưởng của chiều dài cọc

Chiều dài cọc ảnh hưởng đáng kể đến độ lún và khả năng chịu lực của móng cọc đài bè. Các nghiên cứu cho thấy rằng tăng chiều dài cọc giúp giảm độ lún nhưng cũng làm tăng mômen uốn trong bè.

3.2. Ảnh hưởng của bề dày bè

Bề dày bè có tác động lớn đến độ lún và phân bố tải trọng. Khi bề dày bè tăng, độ lún giảm nhưng mômen uốn trong bè tăng. Điều này cần được cân nhắc trong thiết kế móng để đảm bảo hiệu quả kinh tế và kỹ thuật.

IV. Kết luận và kiến nghị

Nghiên cứu và tính toán ứng xử móng cọc đài bè đã cung cấp cơ sở lý luận quan trọng cho việc thiết kế móng trong các công trình xây dựng hiện đại. Các phương pháp phân tích và kết quả nghiên cứu thực tế đã chỉ ra rằng móng cọc đài bè là giải pháp hiệu quả trong điều kiện địa kỹ thuật phức tạp.

4.1. Ý nghĩa khoa học

Nghiên cứu này giúp cải thiện hiểu biết về ứng xử của móng cọc đài bè và cung cấp các công cụ tính toán chính xác hơn cho các kỹ sư xây dựng.

4.2. Ứng dụng thực tế

Các kết quả nghiên cứu có thể áp dụng trực tiếp vào thiết kế móng cho các công trình xây dựng tại Việt Nam, đặc biệt trong điều kiện địa chất phức tạp như tại thành phố Hồ Chí Minh.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU. BỐI CẢNH NGHIÊN CỨU. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU.

PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI. TỔNG QUAN VỀ VIỆC NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ TRONG MÓNG CỌC ĐÀI BÈ. GIỚI THIỆU MÓNG CỌC ĐÀI BÈ.

ĐIỀU KIỆN ĐỂ LỰA CHỌN MÓNG CỌC ĐÀI BÈ. CÁC TRƢỜNG HỢP SỬ DỤNG MÓNG CỌC ĐÀI BÈ CHO CÁC CÔNG TRÌNH THỰC TẾ. Móng cọc đài bè trên đất tốt. Móng cọc đài bè trong đất mềm.

PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH MÓNG CỌC ĐÀI BÈ. Các phƣơng pháp phân tích. Các kết luận đƣợc rút ra từ những nghiên cứu trƣớc của Poulos. CÁC PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ỨNG XỬ TRONG MÓNG CỌC ĐÀI BÈ.

KHÁI NIỆM THIẾT KẾ CỦA MÓNG CỌC ĐÀI BÈ. Định nghĩa và khái niệm. Quan điểm các phƣơng án thiết kế. Vấn đề thiết kế.

Phân loại các phƣơng pháp phân tích. Phƣơng pháp tính toán đơn giản. Phƣơng pháp Poulos-Davis-Randolph (PDR). Phƣơng pháp Burland.

Phƣơng pháp tính gần đúng dựa trên máy tính. Phƣơng pháp dãy trên lò xo GASP. Phƣơng pháp tấm trên lò xo (GARP). Phƣơng pháp phần tử hữu hạn kết hợp với phần tử biên.

Phƣơng pháp tính chính xác hơn dựa trên máy tính. Phân tích số 2D. Phân tích số 3D. SO SÁNH CÁC PHƢƠNG PHÁP TÍNH MÓNG CỌC ĐÀI BÈ.

So sánh các phƣơng pháp tính toán móng bè sử dụng bài toán của Poulos (1994). Mô hình tính toán và kết quả phân tích. Mô hình tính toán. Mô hình tính toán bằng Plaxis 3D Foundation.

Kết quả tính toán theo các phƣơng pháp. Nhận xét và kết luận. NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ TRONG MÓNG CỌC ĐÀI BÈ CHO CÔNG TRÌNH THỰC TẾ. NGHIÊN CỨU TRƢỜNG HỢP THỰC TẾ.

Dự án căn hộ GREEN BUILDING. Điều kiện địa chất. Thông số đất nền. Mô hình tính toán Căn hộ GREEN BUILDING.

Mô hình Etabs. Mặt bằng móng. Sơ đồ tính của móng. Mô hình tổng thể Plaxis 3D Foundation.

Quá trình quan trắc lún tại hiện trƣờng. Kết quả phân tích. NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN. PHÂN TÍCH CÁC THÔNG SỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN ỨNG XỬ CỦA MÓNG CỌC ĐÀI BÈ.

XEM XÉT ẢNH HƢỞNG CỦA CHIỀU CAO BÈ VÀ KHOẢNG CÁCH GIỮA CÁC CỌC TRONG MÓNG CỌC ĐÀI BÈ. Các trƣờng hợp nghiên cứu. Thông số đất nền và vật liệu. Mô hình tính toán bằng Plaxis 3D Foundation.

Trƣờng hợp 1 và trƣờng hợp 2:. Trƣờng hợp 3:. Trƣờng hợp 4:. Kết quả phân tích bằng Plaxis 3D Foundation.

Trƣờng hợp 1:. Trƣờng hợp 2:. Trƣờng hợp 3:. Trƣờng hợp 4:.

Nhận xét và kết luận. XEM XÉT ẢNH HƢỞNG CỦA CHIỀU DÀI CỌC TRONG MÓNG CỌC ĐÀI BÈ. Các trƣờng hợp nghiên cứu. Thông số đất nền và vật liệu.

Mô hình tính toán bằng Plaxis 3D Foundation. Trƣờng hợp 1. Trƣờng hợp 2. Trƣờng hợp 3.

Kết quả phân tích bằng Plaxis 3D Foundation. Nhận xét và kết luận. XEM XÉT ẢNH HƢỞNG CỦA MÓNG CỌC ĐÀI BÈ TRONG MÓNG LÕI CỨNG CỦA NHÀ CAO TẦNG. Ứng dụng Plaxis 3D Foundation trong thiết kế móng lõi cứng.

Mô hình tính toán. Tính toán móng bằng phƣơng pháp giải tích. Tính toán tải trọng tác dụng lên đầu cọc. Tính toán móng bằng phần mềm Plaxis 3D.

Quy môment về cặp ngẫu lực tƣơng đƣơng. Mô hình tính toán và kết quả. So sánh hai kết quả giữa giải tích và Plaxis 3D. Công trình thực tế.

Cao ốc văn phòng Lý Chính Thắng. Giới thiệu công trình Lý Chính Thắng. Điều kiện địa chất công trình Lý Chính Thắng. Thông số đất nền công trình Lý Chính Thắng.

Mô hình Etabs tính toán công trình Lý Chính Thắng. Xuất kết quả nội lực lõi cứng của công trình Lý Chính Thắng. Mặt bằng móng lõi cứng của công trình Lý Chính Thắng.Cách tính môment để khai báo cho móng lõi cứng trong mô hình Plaxis 3D Foundation. Mô hình tính toán Plaxis 3D Foundation cho móng lõi cứng của công trình Lý Chính Thắng.

Kết quả tính toán bằng Plaxis 3D móng lõi cứng của công trình Lý Chính Thắng. Kết quả tính toán bằng phần mềm safe cho móng lõi cứng của công trình Lý Chính Thắng. Chung cƣ Sacomreal – Hùng Vƣơng. Giới thiệu công trình chung cƣ Sacomreal – Hùng Vƣơng.

Điều kiện địa chất công trình Sacomreal – Hùng Vƣơng. Thông số đất nền công trình Sacomreal – Hùng Vƣơng. Mô hình Etabs tính toán công trình Sacomreal – Hùng Vƣơng. Xuất kết quả nội lực lõi cứng của công trình Sacomreal.

Mặt bằng móng lõi cứng của công trình Sacomreal. Cách tính môment để khai báo cho móng lõi cứng trong mô hình Plaxis 3D Foundation. Mô hình tính toán Plaxis 3D Foundation cho móng lõi cứng của công trình Sacomreal – Hùng Vƣơng. Kết quả tính toán bằng Plaxis 3D móng lõi cứng của công trình Sacomreal – Hùng Vƣơng.

Kết quả tính toán bằng phần mềm safe cho móng lõi cứng của công trình Sacomreal – Hùng Vƣơng. Nhận xét và kết luận.113 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.115 TÀI LIỆU THAM KHẢO. BỐI CẢNH NGHIÊN CỨU. Móng cọc đài bè đƣợc sử dụng rộng rải trong kết cấu nhà cao tầng vì khả năng chịu lực, độ lún của bè và cọc đƣợc cải thiện đáng kể so với móng cọc thông thƣờng.

Katzenbach (2000) đã cho thấy đƣợc lợi thế của việc sử dụng móng cọc đài bè và cung cấp cho ta một số ví dụ về việc áp dụng móng cọc đài bè vào đất sét cứng. Ngoài ra còn có một số ví dụ khác về việc sử dụng móng cọc đài bè cho các cấu trúc đất khác nhau có thể tìm thấy trong sách của Hemsley (2000). Nói chung sự hiệu quả về kinh tế của móng cọc đài bè hầu hết đƣợc trình bày bởi Randolph (1994) là những chiếc bè mà tự bản thân bè có khả năng chịu đƣợc các tải trọng của kết cấu bên trên, các cọc đƣợc thêm vào nhằm làm tăng sức chịu tải tổng và làm cho sự lún, lún lệch giữa bè-cọc vẫn nằm trong phạm vi cho phép. Nói một cách rõ ràng là các cọc phải đƣợc thiết kế làm sao huy động gần hết khả năng làm việc của cọc khi chịu tải.

Ngày nay, chúng ta phải thừa nhận chắc rằng: ứng xử của móng bè bản phẳng có hiệu quả nổi bật khi bên dƣới bè đƣợc bố trí thêm các cọc với số lƣợng hạn chế tối thiểu. Mỗi móng cọc đài bè đặc biệt có hiệu quả trong tình huống mà độ cứng bè và khả năng mang tải ƣớc tính đủ, độ lún tổng hoặc độ lún lệch của bè lại nằm trong giá trị giới hạn cho phép. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI. Phƣơng pháp tính toán móng bè - cọc hiện nay ở Việt Nam đơn giản là hệ cọc chịu (xem nhƣ cọc chịu hoàn toàn tải trọng của công trình) hoặc hệ bè chịu (bè chịu hoàn toàn tải trọng của công trình).

Phƣơng pháp này có ƣu điểm là các bƣớc tính toán áp dụng các lý thuyết kết cấu thông dụng, đơn giản. Nhƣng phƣơng pháp này không đúng với điều kiện làm việc thực tế của công trình, không tận dụng hết khả năng chịu lực của kết cấu cũng nhƣ đất nền. Kết quả là sử dụng vật liệu nhiều hơn so với các phƣơng án móng khác. Do đó móng cọc đài bè đƣợc coi nhƣ là một phƣơng án “lãng phí” và hầu nhƣ không nằm trong kế hoạch thiết kế của các kỹ sƣ.

-2- Nghiên cứu thực hiện trong luận văn này nhằm phân tích các ứng xử của móng cọc đài bè trong điều kiện địa chất ở khu vực thành phố Hồ Chí Minh, đồng thời đề xuất ra một phƣơng pháp có thể dùng hiệu quả trong công tác thiết kế. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU. Mục tiêu tổng thể của nghiên cứu này là tìm ra cơ chế của sự phân bố tải và độ lún của móng cọc đài bè dƣới tác động của tải trọng. Sự ảnh hƣởng của các thông số hình học đến ứng xử (độ lún, môment…)của móng nhƣ: - Khoảng cách giữa các cọc và chiều dài cọc.

- Độ dày của bè. Để đạt đƣợc mục tiêu nghiên cứu trên, thì các vấn đề sau đây cần đƣợc xem xét: 1. Sự quan hệ giữa tải trọng và độ lún. Sự phân bố tƣơng tác giữa đất và móng 3.

Sự phân bố tải giữa cọc và bè. Tải trọng phân bố dọc trục của cọc. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. Sử dụng mô hình 3D trong phân tích phần tử hữu hạn, đƣợc nghiên cứu bằng cách sử dụng các phần mềm Plaxis 3D Foundation để phân tích tất cả các trƣờng hợp nghiên cứu.

Các trƣờng hợp mô phỏng tính toán: 1. Chiều dài giữa các cọc khác nhau. Khoảng cách giữa các cọc khác nhau. Chiều dày bè khác nhau.

Bố trí cọc theo các sơ đồ khác nhau. Dƣới đây là phần trình bày về sơ đồ tổng thể của phƣơng pháp nghiên cứu. -3- Nội dung của vấn đề - Sự quan hệ giữa tải trọng và độ lún. Mục tiêu nghiên cứu - Sự phân bố tải giữa cọc và bè.

- Tải trọng phân bố dọc trục của cọc - Khoảng cách giữa các cọc khác nhau - Chiều dài khác nhau Phƣơng pháp nghiên cứu - Chiều dày bè khác nhau. asccucccứu - Bố trí cọc theo các sơ đồ khác nhau. Công trình thực tế Thu thập số liệu Phân tích bằng phần mềm Đánh giá ảnh hƣởng của sự lún liên quan đến cấu hình của các cọc và Phân tích kết quả chiều dày của bè Mục tiêu là lựa chọn phƣơng pháp thiết kế tối ƣu cho móng cọc đài bè và móng lõi ứng với đất ở thành phố Hồ Chí Minh Hình: Sơ đồ tổng thể của phƣơng pháp nghiên cứu -4- 1. Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI.

Đề tài “ Nghiên cứu và tính toán ứng xử trong móng cọc đài bè” giúp cho ngƣời thiết kế có thêm một cơ sở lý luận chính xác hơn trong việc lựa chọn các thông số về bề dày bè, chiều dài và khoảng cách giữa các cọc trong móng cọc đài bè. TỔNG QUAN VỀ VIỆC NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ TRONG MÓNG CỌC ĐÀI BÈ 1. GIỚI THIỆU MÓNG CỌC ĐÀI BÈ. Khi móng bè không đáp ứng đủ các yêu cầu về thiết kế, cọc đƣợc đƣa 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 đƣợc sử dụng trong một móng đƣợc gọi là móng cọc đài bè. Khái niệm về móng cọc đài bè đƣợc đƣa ra bởi Poulos (2001a, 2001b) và rất nhiều nhà nghiên cứu khác và có thể đƣợc diển tả nhƣ hình 1.1: Móng bè , móng cọc đài bè và móng cọc Móng cọc đài bè là sự kết hợp của 3 yếu tố: cọc, bè và đất. Do đó ứng xử của móng cọc đài bè phụ thuộc vào sự tƣơng tác giữa phần tử móng và đất. Katzenbach et al.

(2000) đã xác định đƣợc 4 loại tƣơng tác nhƣ trong hình 1.2 và điều này rất cần thiết để đƣa vào trong phân tích ứng xử của móng cọc đài bè.