I. Tổng Quan Về Ảnh Hưởng Tường Vây Đến Móng Cọc Đài Bè
Ngày nay, việc sử dụng tường vây trong xây dựng tầng hầm ngày càng phổ biến. Tường vây bê tông cốt thép có nhiều ưu điểm như độ cứng cao, thi công cơ giới hóa, ít gây tiếng ồn. Tường thường được dùng để chắn đất và làm tường ngoài cho tầng hầm. Tuy nhiên, trong thiết kế, tường vây thường được coi là kết cấu chắn giữ chịu áp lực ngang, mà chưa được đánh giá đầy đủ về khả năng chịu tải trọng dọc trục. Luận văn này tập trung vào việc phân tích sự làm việc đồng thời của tường vây bê tông cốt thép với hệ móng cọc đài bè khi chịu tải trọng thẳng đứng của công trình.
1.1. Mối quan hệ giữa tường vây và hệ móng công trình
Có hai loại quan hệ chính giữa tường vây và phần ngầm công trình. Thứ nhất, tường vây chỉ đóng vai trò là kết cấu chắn đất, giữ cho tường ngoài và phần cọc dưới đáy bè không chịu áp lực ngang. Thứ hai, tường vây không chỉ chắn giữ mà còn làm tường ngoài của phần ngầm, có tác dụng hạn chế chuyển vị ngang và giảm lún cho nhóm cọc dưới móng bè. Việc xét đến ma sát thành của tường để chịu lực ngang và momen là rất quan trọng, cũng như là khả năng chịu tải trọng dọc trục theo phương đứng như là một thành phần chịu lực trong kết cấu móng của công trình.
1.2. Vấn đề thiết kế riêng rẽ tường vây và móng cọc
Trong quá trình thiết kế hiện nay, hệ tường vây và hệ móng thường được thiết kế riêng lẻ, dẫn đến sai lệch lớn giữa giá trị thực tế và giá trị quan trắc. Ngoài các yếu tố như sai số khảo sát địa chất, xác định sai mô hình đất, việc không xét đến ảnh hưởng của tường vây đến sự làm việc của móng cọc đài bè là một nguyên nhân quan trọng. Vì vậy, cần thiết phải phân tích các ảnh hưởng của tường vây bê tông cốt thép đến sự làm việc của hệ móng bè, để đưa ra kết luận về sự làm việc của hệ móng cọc đài bè - tường.
II. Thách Thức Tính Toán Tương Tác Đất Tường Vây Móng Cọc
Việc tính toán khả năng chịu tải và chuyển vị của hệ móng cọc đài bè đã có nhiều tiến bộ. Tuy nhiên, khi xét đến sự làm việc đồng thời của hệ tường vây bê tông cốt thép với hệ móng cọc đài bè, xuất hiện sự tương tác phức tạp giữa các thành phần. Các tương tác này bao gồm: đất - bè - cọc - tường. Phạm vi nghiên cứu này tập trung vào sự làm việc đồng thời của tường vây với hệ móng cọc đài bè khi chịu tải trọng thẳng đứng, để so sánh và đánh giá khả năng chịu tải, chuyển vị so với hệ móng cọc đài bè khi chịu tải trọng đứng.
2.1. Sự phức tạp của tương tác đất công trình
Khi tính toán nền móng, cần xét đến sự làm việc của nhóm cọc và bè móng. Nếu phân tích các yếu tố chịu tải, cần xét đến ma sát của tường ngoài tầng hầm và áp lực đẩy nổi của nước lên đáy móng bè. Nếu tường vây được dùng làm tường ngoài của phần ngầm, cần kể thêm ma sát của mặt ngoài và mặt trong của tường vây. Sự tương tác giữa đất, tường vây, và móng cọc tạo ra một bài toán phức tạp.
2.2. Ứng dụng thực tế và yêu cầu tối ưu thiết kế
Với diện tích đất xây dựng hạn chế, việc tăng số lượng tầng hầm ngày càng phổ biến. Trong xây dựng tầng hầm, sử dụng hệ tường vây bê tông cốt thép để chắn giữ hố đào và làm tường vĩnh cửu đã được ứng dụng rộng rãi. Việc thiết kế tối ưu hệ móng cọc đài bè và so sánh với các phương án móng khác là rất quan trọng để đảm bảo an toàn và hiệu quả kinh tế. Đặc biệt là trong việc xem xét và tính toán lại hệ số an toàn cho công trình.
III. Phương Pháp Phân Tích Tác Động Tường Vây Lên Móng Cọc Đài
Luận văn sử dụng phần mềm Plaxis 3D Foundation để mô phỏng các công trình. Các thông số của tường vây và tải trọng được thay đổi để tìm hiểu quy luật ứng xử của hệ móng cọc đài bè khi xét đến sự làm việc của tường vây. Các giá trị tải trọng do cọc gánh đỡ và độ lún của hệ móng được dùng để so sánh. Từ các kết luận rút ra, tác giả chọn một trường hợp điển hình nhất để tối ưu lại thiết kế.
3.1. Mô phỏng bài toán móng cọc đài bè bằng Plaxis 3D
Để kiểm tra năng lực tính toán của phần mềm Plaxis 3D Foundation, tác giả mô phỏng lại bài toán kinh điển về hệ móng cọc đài bè do Poulos đề xuất. So sánh kết quả với các phương pháp thông dụng khác. Móng của một công trình thực tế bao gồm hệ móng cọc đài bè và tường vây bê tông cốt thép được mô phỏng trong Plaxis 3D Foundation.
3.2. Các bước phân tích ảnh hưởng của tường vây
Để phân tích ảnh hưởng của tường vây, tác giả thay đổi các thông số của tường vây và tải trọng. Tìm hiểu quy luật ứng xử của hệ móng cọc đài bè. Các giá trị được dùng để so sánh là tải trọng do cọc gánh đỡ và độ lún của hệ móng. Từ kết quả mô phỏng, kết luận được sự khác nhau khi hệ móng cọc đài bè làm việc riêng lẻ và khi kết hợp với tường vây để cùng chịu tải trọng công trình.
3.3. Tối ưu thiết kế dựa trên kết quả phân tích
Trên cơ sở giảm dần số lượng cọc đến khi nội lực thân cọc vượt quá giá trị sức chịu tải thiết kế của cọc hoặc chuyển vị cọc vượt quá giá trị độ lún cho phép. So sánh kết quả đạt được với trường hợp không có tường vây để chọn được thiết kế tối ưu nhất. Đây là một bước quan trọng để chứng minh tường vây bê tông cốt thép có khả năng chịu tải trọng công trình khi xem tường như là một bộ phận của hệ móng công trình.
IV. Ứng Dụng Phân Tích Móng Cọc Đài Bè Cho Nhà Cao Tầng
Nghiên cứu ứng dụng phương pháp trên để phân tích móng cọc đài bè cho một công trình chung cư 18 tầng. Kết quả cho thấy tường vây chịu một phần tải trọng của công trình, khiến tải trọng tác dụng lên cọc và bè móng giảm đi. Khi chiều dài tường vây càng lớn thì ảnh hưởng của tường đến hệ cọc – bè càng lớn, đặc biệt các cọc nằm gần tường vây.
4.1. Giới thiệu công trình và thông số địa chất
Mô phỏng móng cọc đài bè của công trình chung cư 18 tầng bằng Plaxis 3D Foundation. Phân tích các kết quả tính toán. Các kết quả này cho thấy sự khác biệt khi hệ móng cọc đài bè làm việc riêng lẻ và khi kết hợp với tường vây để cùng chịu tải trọng công trình.
4.2. Phân tích ảnh hưởng của tường vây đến tải trọng cọc
Một số ảnh hưởng của tường với các thành phần bè, cọc về mặt chịu lực cũng được phân tích để giải thích sự làm việc của hệ móng cọc bè – tường. Nghiên cứu đề cập đến một số tương tác giữa cọc – tường, bè – tường mà chưa được đề cập đến trong các nghiên cứu về móng bè - cọc trước đây. Ảnh hưởng của vị trí tường đến sức chịu tải của các cọc, đặc biệt là các cọc nằm ở biên đài móng, được rút ra từ nghiên cứu.
4.3. Đánh giá ứng suất dưới đáy bè và chuyển vị của đất
Phân tích giá trị ứng suất lớn nhất dưới đáy bè và chuyển vị của đất trong các mô hình có tường vây. Kết quả cho thấy tường vây có khả năng chịu tải trọng công trình khi xem tường như là một bộ phận của hệ móng công trình. Nghiên cứu này cung cấp cơ sở để thiết kế tối ưu hệ móng cọc đài bè và so sánh với các phương án móng khác.
V. Kết Luận Hướng Nghiên Cứu Về Móng Cọc Đài Bè Tường Vây
Nghiên cứu chứng minh tường vây bê tông cốt thép có khả năng chịu tải trọng công trình khi xem tường như là một bộ phận của hệ móng. Nghiên cứu đề cập đến một số tương tác giữa cọc – tường, bè – tường. Kết luận từ nghiên cứu này có thể giúp người thiết kế có thêm cơ sở để tối ưu thiết kế cho hệ móng cọc đài bè khi kết cấu tường bao che cho tầng hầm là hệ tường bê tông cốt thép.
5.1. Đánh giá kết quả nghiên cứu và đóng góp
Về mặt khoa học, kết quả nghiên cứu chứng minh tường vây bê tông cốt thép có khả năng chịu tải trọng công trình khi xem tường như là một bộ phận của hệ móng công trình. Nghiên cứu đề cập đến một số tương tác giữa cọc – tường, bè – tường mà chưa được đề cập đến trong các nghiên cứu về móng bè - cọc trước đây.
5.2. Hướng phát triển nghiên cứu tương lai
Nghiên cứu này cung cấp cho người thiết kế cơ sở để thiết kế tối ưu hệ móng cọc đài bè và so sánh với các phương án móng khác. Cần có thêm các nghiên cứu về ảnh hưởng của vị trí tường đến sức chịu tải của các cọc. Đặc biệt là các cọc nằm ở biên đài móng, cần có cơ sở để bố trí hợp lý vị trí các cọc trong hệ móng cọc đài bè.
