Luận Văn Thạc Sĩ Về Phân Tích Sức Chịu Tải Cọc Trong Địa Kỹ Thuật Xây Dựng

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu địa kỹ thuật xây dựng phân tích sức chịu tải cọc từ kết quả thử động biến dạng lớn pda và nén tĩnh, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện

• Đề tài: Phân Tích Sức Chịu Tải Cọc Qua Thử Động Biến Dạng Lớn PDA và Nén Tĩnh Trong Địa Kỹ Thuật Xây Dựng

Tóm tắt

I. Tổng quan sức chịu tải cọc từ kết quả PDA và nén tĩnh

Sức chịu tải cọc là một trong những yếu tố quan trọng trong thiết kế móng cọc. Phương pháp thử động biến dạng lớn (PDA) và nén tĩnh là hai phương pháp chủ yếu được sử dụng để đánh giá sức chịu tải cọc. Theo nghiên cứu của Goble và các cộng sự, sức chịu tải cọc từ kết quả PDA có thể được xác định với độ tin cậy cao và có thể thay thế một phần thí nghiệm nén tĩnh. Đặc biệt, trong khoảng sức chịu tải nhỏ, dự đoán sức chịu tải cọc theo PDA cho kết quả gần giống với nén tĩnh. Tuy nhiên, trong các khoảng sức chịu tải lớn hơn, kết quả từ PDA thường có độ lệch lớn hơn so với nén tĩnh. Việc sử dụng PDA giúp tiết kiệm thời gian và chi phí trong quá trình thi công, đặc biệt là trong điều kiện thi công khó khăn.

1.1. Phương pháp thử động biến dạng lớn PDA

Phương pháp PDA được sử dụng để đo lường sức chịu tải của cọc thông qua các tải trọng động. Với độ tin cậy cao, phương pháp này cho phép xác định sức chịu tải cọc mà không cần phải thực hiện quá nhiều thí nghiệm nén tĩnh. Kết quả từ PDA có thể được so sánh với các kết quả từ nén tĩnh để đánh giá độ chính xác. Nghiên cứu cho thấy rằng hệ số tương quan giữa sức chịu tải từ PDA và nén tĩnh thường dao động quanh giá trị 1, cho thấy độ tin cậy cao của phương pháp này trong đánh giá sức chịu tải cọc. Các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng việc áp dụng PDA giúp giảm thiểu số lượng thí nghiệm nén tĩnh cần thiết, từ đó tiết kiệm chi phí và thời gian cho dự án.

1.2. Phương pháp nén tĩnh

Phương pháp nén tĩnh là phương pháp truyền thống để xác định sức chịu tải cọc. Mặc dù có độ tin cậy cao, phương pháp này thường tốn nhiều thời gian và chi phí. Đặc biệt, trong các điều kiện thi công khó khăn, việc thực hiện nén tĩnh có thể gặp nhiều trở ngại. Kết quả từ nén tĩnh thường cần được xác minh và điều chỉnh dựa trên các điều kiện thực tế của công trình. Nghiên cứu cho thấy rằng mặc dù nén tĩnh cho kết quả chính xác, nhưng việc kết hợp với phương pháp PDA có thể mang lại lợi ích lớn hơn, đặc biệt trong việc giảm thiểu chi phí và thời gian thi công. Việc sử dụng cả hai phương pháp này sẽ giúp kỹ sư có cái nhìn toàn diện hơn về sức chịu tải của cọc.

II. Lý thuyết sức chịu tải cọc từ PDA và nén tĩnh

Lý thuyết về sức chịu tải cọc dựa trên các nguyên tắc cơ học và địa chất. Sức chịu tải của cọc được xác định thông qua các yếu tố như vật liệu cọc, điều kiện đất nền và phương pháp thi công. Phương pháp PDA sử dụng mô hình hóa để phân tích sức chịu tải cọc dựa trên các dữ liệu thu thập được từ thí nghiệm. Các nghiên cứu cho thấy rằng sức chịu tải cọc có thể được dự đoán chính xác hơn khi áp dụng các phương pháp mô phỏng như Plaxis. Bằng cách sử dụng các mô hình này, kỹ sư có thể xác định được tải trọng cực hạn của cọc mà không cần phải thực hiện quá nhiều thí nghiệm nén tĩnh, từ đó giảm thiểu chi phí và thời gian thi công.

2.1. Sức chịu tải dọc trục của cọc

Sức chịu tải dọc trục của cọc được xác định dựa trên tải trọng tác dụng và khả năng chịu lực của cọc. Phương pháp PDA cho phép đo lường các thông số này một cách chính xác thông qua các tải trọng động. Nghiên cứu cho thấy rằng sức chịu tải cọc từ kết quả PDA có thể gần giống với kết quả từ nén tĩnh, đặc biệt trong các khoảng sức chịu tải nhỏ. Việc áp dụng phương pháp PDA giúp tiết kiệm thời gian và chi phí, đồng thời cung cấp thông tin đáng tin cậy về sức chịu tải cọc trong các điều kiện thi công thực tế.

2.2. Thí nghiệm thử động biến dạng lớn PDA

Thí nghiệm PDA được thực hiện bằng cách sử dụng các thiết bị đo lường để ghi nhận các thông số như lực và vận tốc trong quá trình thử nghiệm. Kết quả từ PDA cho phép xác định sức chịu tải cọc một cách nhanh chóng và hiệu quả. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng phương pháp này có thể thay thế một phần thí nghiệm nén tĩnh, đặc biệt trong những trường hợp mà điều kiện thi công không cho phép thực hiện nén tĩnh. Việc kết hợp giữa PDA và nén tĩnh sẽ mang lại kết quả chính xác hơn và tiết kiệm thời gian cho các dự án xây dựng lớn.

III. Mô phỏng nén tĩnh cọc trong tuyến hành lang ven biển phía Nam

Mô phỏng nén tĩnh cọc trong tuyến hành lang ven biển phía Nam được thực hiện thông qua phần mềm Plaxis. Phần mềm này cho phép mô phỏng các điều kiện địa chất và tải trọng tác dụng lên cọc một cách chính xác. Kết quả từ mô phỏng cho thấy rằng sức chịu tải cọc có thể được xác định một cách chính xác, từ đó giúp kỹ sư đưa ra các quyết định thiết kế hợp lý. Việc sử dụng mô phỏng không chỉ giúp tiết kiệm thời gian mà còn cung cấp thông tin đáng tin cậy về sức chịu tải cọc trong các điều kiện thực tế.

3.1. Giới thiệu dự án đường hành lang ven biển phía Nam

Dự án đường hành lang ven biển phía Nam là một trong những dự án lớn tại Việt Nam, với nhiều cọc khoan nhồi được thi công. Việc xác định sức chịu tải cọc là rất quan trọng để đảm bảo tính an toàn và ổn định của công trình. Trong bối cảnh này, việc áp dụng phương pháp PDA và mô phỏng Plaxis trở nên cần thiết để có được kết quả chính xác và đáng tin cậy về sức chịu tải cọc.

3.2. Kết luận chương

Kết quả từ mô phỏng nén tĩnh cho thấy rằng sức chịu tải cọc có thể được xác định một cách chính xác và đáng tin cậy. Việc kết hợp giữa các phương pháp thử nghiệm và mô phỏng sẽ giúp kỹ sư có cái nhìn toàn diện hơn về sức chịu tải cọc, từ đó đưa ra các quyết định thiết kế hợp lý. Điều này không chỉ giúp tiết kiệm thời gian và chi phí mà còn đảm bảo tính an toàn cho công trình.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TONG QUANSUC CHIU TAI COC TỪ PDA VA NEN TĨNH 1.1 Sức chịu tai coc từ tương quan thử động biến dang lớn (PDA) và nén tĩnh Phương pháp thử động biến dạng lớn (PDA) dùng Capwap xác định sức chịu tải CỌC bằng thí nghiệmvới tải trọng động với độ tin cậy cao và có thể thay thế một phân thí nghiệm nén tĩnh. Năm 1980, Goble và các cộng sự đã nghiên cứu sức chịu tải cọc từ kết quả PDA và nén tĩnh. Sức chịu tải coc theo hai phương pháp có đồ thị như hình 1., + ° + 0 0 1000 2000 3000 (kN] Nền tinh Hình 1.1 Đồ thị sức chịu tải cọc từ kết quả PDA dùng Capwap và nén fĩnh theo Goble. Nhận xét: e_ Trong khoảng giá trị sức chịu tải cọc nhỏ (đến 1000 T), dự đoán sức chịu tải cọc theo PDA cho giá trị gan giéngkét quả xác định theo nén tĩnh.

e Trong khoảng giả trị sức chịu tải cọc tu 1000 T:đến 2000 T, dự đoán theo Capwap thường cho giá trị nhỏ hơn kết quả xác định theo nén tĩnh với độ lệch nhỏ. e Trong khoảng giả tri sức chịu tai cọc từ 2,000T đến 3,000 T, dự đoán theo Capwap thường cho giá trị lon hơn kết quả xác định theo nén tĩnh, nhưng với độ lệch lớn. e Goble và các cộng sự chưa xét đến loại cọc (cọc bê tông cối thép, cọc thép ) và biện pháp thi công (đóng, ép hay đồ tại chỗ) Năm 1996, LiKin và các cộng sự đã nghiên cứu tương quan giữa thu động dùng CAPWAP và nén tĩnh. Kết quả thể hiện ở hình 1.* + ẨỔẦồỎ + > 2000 3 _— _ ws 1 + 0 + ` 0 2000 4000 6000 8000 [kN] Nén tinh Hình 1.2 Đồ thi sức chịu tải coc từ kết qua PDA ding Capwap và nén tĩnh theo LiKin Nhận xét: Kết quả trình bày của LiKin gan giống với Goble, năm 1980: e 7rong khoảng giá trị sức chịu tải cọc đến 2000 T, dự đoán theo Capwap cho giá trị sức chịu tai cọc gan giông két qua xác định theo nén tinh.

e - Trong khoảng giá tri sức chịu tai coc tu 2000 Tián đến 4000 Tần, dự đoán theo Capwap thường cho gid trị nhỏ hơn kết quả xác định theo nén tinh, nhưng với độ lệch nhỏ. e - Trong khoảng giá tri sức chịu tai cọc tu 4000 1:án đến 6000 Tần, dự đoán theo Capwap thường cho giá trị lớn hơn kết quả xác định theo nén tĩnh, với độ lệch lớn hơn. Nguyên nhân là do nén tĩnh cọc có tai trọng lớn thì phải tập kétdoi trọng lớn, điều kiện thi công không cho phép. Trong kỳ hội nghị lần thứ 6 về sóng ứng suất, tổ chức tại Brazil từ ngày 11 đến 13 tháng 9 năm 2000 ( [13]) có vô số bài báo viết về tương quan giữa xác định sức chịu tải bằng phương pháp động dùng CAPWAP với nén tĩnh.

Thống kê kết quả thé hiện ở bang sau : Bảng 1. Thống kê tương quan giữa sức chịu tai từ PDA với nén tinh, [18]. Thời gan HệsốK C.OV Sôcọc Hệ sô tương quan 1980 1.168 77 0960 Goble etai 1980 study 1996 0.177 Si 0951 Best match 1996 1012 0.971 radiation damping “SW” from 6 “Stress SW 0.984 all piles: Wave” Conferences SW 0.987 all driven piles SW 0.161 70 0,968 all driven concrete SW 0.149 46 0,990 all driven steel SW 1.981 all drilled and cía SW 1,028 0.990 BOR 5+ days SW 0972 0.200 49 0,933 all piles SW 0.989 all piles All 0.146 75 Paikowsky Hệ số K = Kết quả từ Capwap/ kết từ nén tĩnh ; C.V là độ lệch Nhận xét số liệu trong bang 1.1: Trong da số các trường hợp thong kê ở bang 1.1, hệ số tương quan dao động trong khoảng [0.990] gan bằng Ichứng tỏdự đoán theo Capwap cho gid trị gân giống kết quả theo nén tĩnh. e Hệ số K = (Kết quả từ Capwap)/(kết qua từ nén tinh) dao động quanh giá trị 1 có lúc giá trị từ Capwap lớn hơn giá trị từ nén tinh và có lúc ngược lại fùy theo dia chất, điều kiện thi công, thời gian cọc nghỉ.

Sức chịu tải của cọc xác định băng phương pháp thử động cho 119 cọc đóng và 23 cọc đô tại cho rat gân với giá tri nén tinh.3D6 thi sức chịu tải coc từ kết quaPDA và nén tinh cọc dong, [18].4D6 thi sức chịu tải coc từ kết quaPDA và nén tĩnhcọc khoan nhôi, [18]. Nhận xét: Đối với cọc đóng, sức chịu tải nhỏ (đến khoảng 20001) hệ số tương quan gan bằng nhau, dự đoán theo Capwap cho giá trị tin cậy. Vào năm 1984, Seidel và Rausche đã dùng CAPWAP dự đoán sức chịu tải cọc là 21,200 kN và nén tĩnh dự đoán là 20,000 KN. Duzzceer ( 2002 ) so sánh 12 trường hop phá hoại khác nhau bang nén tĩnh trên tong số 24 cọc thử nghiệm ( 14 cọc đóng va 10 cọc khoan nhdi ), tương quan kết quagitta CAPWAP và nén tĩnh là 0,98.

CW versus SLTmax (N= 179) 40000 30000 $ CW(kN) 20000 *# 0 10000 20000 30000 40000 SLT max (KN) Hình 1.5 Đồ thị sức chịu tải coc từ kết quảPDA dùng CAPWAP và nén tinh [18]. Kết hợp nghiên cứu của Goble và LiKins năm 1996 trước hội nghị về sóng ứng suất, 303 trường hợp được trình bay ở hình 1.6,thi nghiệm PDA dùng CAPWAP có độ tin cậy cao khi mô hình độ cứng cọc, đất và thành phần ma sát. Tương quan PDA và nén tỉnh (N=303) 40,000 oe 30,000 ¬ š š 20,000 : ˆ m. + & ©Ẳ > 10,000 ot 0 Fi0 10000 20,000 30,000 40,000} SLT [kN] Hình 1.6 Dé thị sức chịu tai coc từ PDA ding CAPWAP và nén tinh, {18].

CAPWAP cing da du doan lakét quả sức chịu tải coc cao hon nén tinh, thể hiện ở hình 1. Tổng số cọc thí nghiệm N = 179 2 25.0% + ©Ô + z 2 $ PF PF b ` SF ££ ^ SF ` LK bì LF N N LPS NX & “ eC? (@ FFP vy S SCX SX Kết quả sức chịu tải cọc theo CAPWAP/nén tĩnh Hình 1.7 Biểu đô kết quả sức chị tải theo CAPWAP và nén tĩnh, [18]. Đồ thị giữa kết quả CAPWAP với kết quả nén tĩnh ứng với chuyền vị 20 mm thé hiện trong hình 1. CAPWAP (KN) So sánh tại mức chuyên vị 20mm 15,000 10,000 ‡ + © 5,000 ‡ oa 0 + r i 0 5.000 10000 15,000 Nén tĩnh (KN) Hình 1.8 Đồ thị sức chịu tảitừ kết quả CAPWAP và nén tinh, [18].

Tại Việt Nam, TS. Bùi Trường Son đã nghiên cứu khả năng chịu tai cọc từ kết quả PDA và nén tinh, [6] e Đối với coc đóng hoặc ép,giá tri xác định từ PDA lớn hon giá tri theo nén tĩnh. Do nén tĩnh chịu giới han giá trị nén theo hồ sơ thiết kế nên đa số chưa đạt giá trị cực hạn còn PDA có thể đạt gia tri cực hạn nên cho giá tri dự đoán chính xác hơn. e_ Đối với cọc khoan nhôi, giá tri xác định từ PDA gần VỚI gia tri theo nén tĩnh,do nén tinh tới giá tri giới han.3, độ chênh sức chịu tải cực hạn theo PDA và nén tinh có gia tri trung bình là 5,57 %, phù hợp với kết quả nén fĩnh nếu được nén với tải trọng cực hạn.2Stc chịu tải cọc từ kết qua PDA dùng CAPWAP và nén tinhcuc hạn, |6].

«oe | RutheoCAPWAP | Néntnh | Tỷ chênh lệch cọc ? (Tén) (Tan) (%) TP02 1653.84 1698 2,60 Coc TN0I ¡099,28 1102 0, 25 khoan | TNO2 961,42 1102 12,76 nhôi P3 1014.4 1193 4,33 10 Sức chịu tải cọc xác định từ Capwap và nén tinh cho cọc đóng va cọc khoan nhoi thé hiện ở bảng 1.3Suc chịu tải cọc từ Capwap và nén tinh, |6]. Khả năng chịu tải của cọc (tan) ee vn oe CAPW AP Nén tĩnh | Thiết kế Coc | G055 | 172,86 173,20 150 60 hic dn G158 | 227,93} 221482 150 60 G282 | 252,14 | 25187 150 60 G455 | 205,78 | 206,15 150 60 G561 | 229,41 228,88 150 60 P908 | 157,60 157,99 128 64 P925 | 146,35 | 14647 | 128 64 P952 | 128,56 | 128,72 | 128 64 P25 | 23937| 24024 | 180 | 9 TP02 | 16504 1653.84 | 1698 750 Coc | TN01| 74457| 109928 | 1102 380 khoan | TN02 | 812,72 961,42 1102 380 hhổi | pạ | 96844) 101459 | 1102 380 0 | 82641 | 11414 | 1193 530 1.2 Tổng quan phương pháp thí nghiệm độngbiến dạng lớn PDA.[2] Phương pháp tiễn hành thu nhận và phân tích dữ liệu về lực và vận tốc của cọc dưới tác dụng của lực xung kích để đánh giá sức chịu tải của cọc, độ đồng nhất, và tương quan về độ lún- tải trọng. Đây là phương pháp thí nghiệm không phá hủy, cho kết quả nhanh và có tính cơ động cao. Phương pháp này sử dụng lý thuyết truyền sóng và các mô hình búa -cọc -đất dé dự báo sức chịu tải cọc , độ chối cọc, đánh gia Ứng suất và biễn dạng cọc với ba mô hình cơ bản: Smith, Case và CAPWAP.

Mô hình Smith chưa đề cập đến như sự lan truyền sức cản động, quá trình dỡ tải và tai chat tải, sứckháng động của vật liệu cọc, ứng xử củamũi cọc. 11 Mô hình Case cho phép tinh toán sức chịu tải ngay sau khi kết thúc thí nghiệm, phươngpháp tính toán không dựa trên sự phù hợp tín hiệu sóng tính toán giả định và sóng thực đo, đây là sự khác biệt so với hai mô hình còn lại. Mô hình CAPWAP là mô hình phát triển hoàn thiện hơn của mô hình Smith do sự kế thừa, kết hop mô hình Smith và mô hình Case trên cơsở chung của nguyên lý truyền sóng ứng suất và ứng dụng phương trình truyền sóng ứng suất trong phân tích ứng xử khác của hệ cọc - đất và đặcbiệt là sự tiếp cận đến ứng xử đàn hồi -déo - nhớt củađất nền(xem chỉ tiết trong phụ lục 1) 1. Tổng quan phương pháp thí nghiệm nén tĩnh.[2] Phương pháp thí nghiệm là tăng tải từng cấp lên cọc thử và đo độ lún ồn định tương ứng, cho tới lúc đạt giá trị cực hạn của tải tác động.

Từ đường quan hệ tải - độ lún có thể suy ra sức chịu tải cực han Q„sức chịu tải từ biến Q., và sức chịu tải cho phép Q; của cọc. Tuy nhiên hiện nay có nhiều khác biệt giữa các tiêu chuẩn và đòi hỏi vai trò người kỹ sư thiết kế chon lựa các tiêu chuẩn dé áp dụng cho thiết kế cua mình. Theo quy phạm Mỹ, ASTM 1143 về thử cọc nghiệm lưu tải (thí nghiệm nén tĩnh) và thí nghiệm nén nhanh. Phương pháp nén với nhịp xuyên vào đất với vận tốc hăng số gần với thí nghiệm động, chỉ được sử dụng cho cọc trong nên cát.