Luận văn Nghiên cứu sự làm việc của cọc đơn và nhóm cọc đất xi măng cho công trình nhà cao tầng

ệu ứng và xác định hệ số nhóm của nó. 6 1.4. Một số đặc điểm địa chất khu vực Đà Nẵng – Quảng Nam và triển vọng ứng dụng cọc SCP cho nhà cao tầng Các nghiên cứu và kết quả khảo sát cho thấy đặc điểm địa chất thành phố Đà Nẵng có các lớp đất cát phân bố trên bề mặt chiều dày từ 13m đến 18m. Lớp cát này rất hợp lý khi sử dụng giải pháp cọc SCP làm móng cho công trình xây dựng cao tầng đến cấp II (đến 19 tầng). Hình 1.15. Một mặt cắt địa chất tiêu biểu của thành phố Đà Nẵng [15] 1.5. Một số vấn đề tồn tại trong nghiên cứu và ứng dụng cọc đất xi măng cho công trình nhà cao tầng 1.5.1. Một số vấn đề tồn tại Về vật liệu: Các nghiên cứu cho vật liệu cọc đất gia cố xi măng thường tập trung cho mục đích xử lý nền đất sét yếu, không phù hợp cho ứng dụng cọc SCP như là một giải pháp cọc chịu lực. Về sức chịu tải của cọc và nhóm cọc: các phương pháp tính sức chịu tải của cọc, nhóm cọc theo vật liệu, theo đất nền đều dựa trên sức kháng cắt của đất yếu xung quanh cọc và nhóm cọc. Cách tính này không phù hợp với cọc SCP với quan niệm làm việc như cọc. 1.5.2. Nhiệm vụ đặt ra cho luận án Luận án phát triển nghiên cứu về đặc tính cường độ của vật liệu cọc SCP đối với các loại đất đặc trưng có thể tạo ra cọc chịu lực. Nghiên cứu sự làm việc của cọc đơn và nhóm cọc SCP thông qua mô hình thí nghiệm kích thước thật và mô phỏng số 3D. Đồng thời xây dựng một trình tự tính toán để bước đầu ứng dụng trong tính toán, thiết kế thực tế trong điều kiện chưa có tiêu chuẩn. 7 CHƯƠNG 2 MỘT SỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VỀ ĐẶC TÍNH CƯỜNG ĐỘ VẬT LIỆU CỌC ĐẤT XI MĂNG 2.1. Đặt vấn đề Sự làm việc của cọc SCP như quá trình truyền tải, huy động sức kháng, hiệu ứng nhóm cọc, sức chịu tải trọng ngang sẽ phụ thuộc vào hai chỉ tiêu: cường độ nén nở hông qu và cường độ chịu uốn qb của vật liệu cọc. Do vậy trước khi phân tích sự làm việc của cọc đơn và nhóm cọc SCP thì cần có các kết quả nghiên cứu về đặc tính và tương quan về cường độ. Chương này sẽ trình bày một số kết quả thí nghiệm trong phòng về đặc tính cường độ của vật liệu cọc SCP. 2.2. Phạm vi lấy mẫu và thí nghiệm đất, xi măng Phạm vi lấy mẫu đất: Chương trình thí nghiệm sẽ tập trung cho 04 nhóm đất xây dựng bao gồm: nhóm No1: đất cát pha, nhóm No2: cát hạt mịn, nhóm No3: cát nhỏ và nhóm No4: cát hạt thô. Biểu đồ thành phần hạt 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0.001 0.01 0.1 1 10 100 Đường kính hạt đất (mm) Lư ợ ng l ọt s àn g tí ch l ũy (% ) Nhóm No1 Nhóm No2 Nhóm No3 Nhóm No4 Hình 2.2. Biểu đồ thành phần hạt của 04 nhóm đất Các thí nghiệm phân tích hóa đất thông qua máy XRF được thực hiện để xác định hàm lượng các oxit có trong đất. Xi măng và nước: Các thí nghiệm hóa tính của của hai loại xi măng PCB30 và PCB40 cũng được phân tích. Sử dụng nước sạch tại phòng thí nghiệm để trộn mẫu. 8 2.3. Phương pháp thí nghiệm, cách tính toán và đánh giá kết quả Hình 2.4. Chương trình thí nghiệm trong phòng và khai thác kết quả Việc trộn, đúc và dưỡng hộ mẫu và cách tính toán kết quả theo (TCVN9403:2012)[21]. Nén và uốn mẫu trên máy tự động vẽ biểu đồ ứng suất – biến dạng bằng phần mềm Trapezium 2.24. 2.4. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm 2.4.1. Kết quả thí nghiệm nén mẫu Một số biểu đồ tương quan giữa qu-ax-t, và E50 - qu - ax y = 0.67Ln(x) + 0.22 y = 1.07Ln(x) + 0.46 y = 1.08Ln(x) + 5.97 y = 1.05Ln(x) + 2.43 y = 1.18Ln(x) + 2.30 y = 1.19Ln(x) + 3.45 0 2 4 6 8 10 12 0 10 20 30 40 50 60 Thời gian (ngày) C ư ờ ng đ ộ qu (N /m m 2) TH1 TH2 TH3 TH4 TH5 TB Hình 2.16. Biểu đồ tương quan qu-ax-t cho nhóm đất No4 y = 84.31x R2 = 1.00 y = 90.66x R2 = 0.83 y = 98.58x R2 = 1.00 y = 113.40x R2 = 0.99 y = 124.84x R2 = 1.00 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 0 2 4 6 8 10 12 qu(N/mm2) E 5 0( N /m m 2) TH1 TH2 TH3 TH4 TH5 Hình 2.20. Tương quan giữa E50 - qu - ax nhóm No4 Đất Xi măng ax=150kg/m3 ax=200kg/m3 ax=200kg/m3 ax=300kg/m3 ax=350kg/m3 qu, qb (7ngày) qu, qb (14ngày) qu, qb (28ngày) qu, qb (56ngày) Tương quan %qu, qb -ax-t qu, qb - ax - t E50 - qu qu - qb qu, qb--t 9 Bảng 2.7. Tổng hợp tăng trưởng cường độ qu - t Nhóm đất qu7-qu28 qu14-qu28 qu56-qu28 Nhóm No1 qu7=(0,36÷0,51)qu28 qu14=(0,43÷0,67)qu28 qu56=(1,09÷1,20)qu28 Nhóm No2 qu7=(0,46÷0,65)qu28 qu14=(0,64÷0,81)qu28 qu56=(1,03÷1,05)qu28 Nhóm No3 qu7=(0,60÷0,80)qu28 qu14=(0,76÷0,94)qu28 qu56=(1,02÷1,04)qu28 Nhóm No4 qu7=(0,62÷0,82)qu28 qu21=(0,84÷0,96)qu28 qu56=(1,02÷1,10)qu28 Bảng 2.8. Các phương trình tương quan tăng trưởng qu - t Á cát (No1) Cát mịn (No2) Cát vừa (No3) Cát thô (No4) qu=0,52Ln(t)-0,13 qu=0,66Ln(t)+0,37 qu=0,75Ln(t)+2,03 qu=1,05Ln(t)+2,43 Bảng 2.9. So sánh với các kết quả nghiên cứu khác về qu-t Theo P.V.An [1] Trung Quốc [1] Nhật Bản [39] Thụy Điển [51] qu14=(0,43÷0,67)qu28 qu14=(0,62÷0,8)qu28 qu7=(0,63÷0,694)qu28 qu7=0,58qu28 qu21=0,56qu28 qu56=(1,15÷1,46)qu28 qu21=0,56qu28 qu14=0,79qu28 qu56=(1,04÷1,25)qu28 qu90=(1,31,8)qu28 qu56=(1,04÷1,25)qu28 qu56=1,208qu28 2.4.2. Kết quả thí nghiệm uốn mẫu Một số biểu đồ tương quan giữa qb-t-ax và qu-qb-ax y = 0.35Ln(x) + 0.24 y = 0.52Ln(x) + 0.45 y = 0.54Ln(x) + 1.84 y = 0.45Ln(x) + 1.12 y = 0.43Ln(x) + 1.29 y = 0.42Ln(x) + 1.78 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 0 10 20 30 40 50 60 Thời gian (ngày) C ư ờ ng đ ộ qb (N /m m 2) TH1 TH2 TH3 TH4 TH5 TB Hình 2.28. Biểu đồ tương quan qb-ax-t nhóm đất No4 y = 0.29x + 0.00 R2 = 1.00 y = 0.65x - 0.03 R2 = 0.96 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 2 4 6 8 10 qu(N/mm2) qb (N /m m 2) Hình 2.29. Tương quan qu- qb-ax các nhóm đất nghiên cứu Bảng 2.15. Tổng hợp tương quan qb– qu cho các loại đất Nhóm đất Á cát (No1) Cát mịn (No2) Cát vừa (No3) Cát thô (No4) qb/qu 0,29÷0,458 0,35÷0,463 0,452÷0,508 0,38÷0,65 Nhận xét: kết quả tương quan giữa qb và qu có biên độ thay đổi ít hơn so với kết quả nghiên cứu của giáo sư Terashi thực hiện trên cả chất gia cố là vôi kết hợp xi măng qb/qu = (0,1÷0,6)[39]. 10 2.4.3. Xây dựng tương quan giữa hàm lượng xi măng ax và qu y = 1.08Ln(x) - 3.79 R2 = 0.97 y = 2.13Ln(x) - 8.90 R2 = 1.00 y = 5.13Ln(x) - 23.22 R2 = 0.99 y = 8.36Ln(x) - 39.44 R2 = 0.98 0 2 4 6 8 10 12 150 200 250 300 350 400 ax(kg/m3) qu (N /m m 2) No1 No2 No3 No4 Hình 2.30. Tương quan giữa qu - ax cho các nhóm đất y = 54.85x2.00 R2 = 0.98 y = 71.84x 1.21 R2 = 0.99 y = 67.04x0.83 R2 = 0.98 y = 72.14x0.68 R2 = 1.00 0 50 100 150 200 250 300 350 400 1.5 3.5 5.5 7.5 9.5 11.5 qu (N/mm2) ax (k g/ m 3) No1 No2 No3 No4 Hình 2.31. Tương quan giữa ax và qu cho các nhóm đất 2.4.4. Ảnh hưởng của thành phần hạt và hóa tính của đất 0 2 4 6 8 10 12 0.35 0.45 0.55 0.65 0.75 0.85 0.95 Pd=d>0,25/d>0,1 qu (M Pa ) ax=150kg/m3 ax=200kg/m3 ax=250kg/m3 ax=300kg/m3 ax=350kg/m3 Hình 2.32b. Ảnh hưởng của tỷ lệ hạt Pd đến qu (Pd=d>0,25mm/d>0,1mm) 0 20 40 60 80 100 120 1 2 3 4 Loại đất (No) T ỷ lệ % SiO2 Fe2O3 Al2O3 SO3 K2O CaO Ti2O Hình 2.33a. Ảnh hưởng tỷ lệ các khoáng có trong đất đến qu 2.4.5. Tương quan cường độ trong phòng và hiện trường Kết hợp thí nghiệm trên 03 dự án thực tế đã cho được tỷ lệ cường độ hiện trường quf và cường độ trong phòng qul là: quf=(0,621,5)qul 2.5. Kết luận chương 2 Kết quả chương 2 đã xây dựng được phương trình tăng trưởng cường độ qu, qb theo thời gian và hàm lượng ax , qu-E50-ax. Xác định tỷ lệ giữa cường độ chịu uốn qb và qu, xây dựng tương quan giữa hàm lượng xi măng ax và qu và ngược lại cho 04 loại đất. Đồng thời đánh giá ảnh hưởng của thành phần hạt thông qua hệ số Pd và hóa tính của đất đất đến cường độ qu, đánh giá tương quan cường độ hiện trường từ các dự án thực tế quf và trong phòng qul. 11 CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU SỰ LÀM VIỆC CỦA CỌC ĐƠN VÀ NHÓM CỌC ĐẤT XI MĂNG BẰNG MÔ HÌNH KÍCH THƯỚC THẬT 3.1. Đặt vấn đề Mục đích của việc xây dựng mô hình: Việc xây dựng mô hình thí nghiệm kích thước thực là để tìm hiểu về sự vận động ứng suất – biến dạng, cơ chế truyền tải, huy động lực ma sát thành bên, sức kháng ở mũi của cọc đơn và nhóm cọc SCP. Trên cơ sở phân tích kết quả thí nghiệm sẽ xác định các hệ số sức chịu tải, hệ số nhóm cọc và các tỷ lệ phân phối sức chịu tải của các cọc trong nhóm. Công nghệ, thiết bị và tiêu chuẩn áp dụng: Cọc SCP theo công nghệ của Nhật Bản, phương pháp trộn ướt. Có sử dụng thiết bị đo biến dạng dọc trục Geokon 4911 và 4200. Các tiêu chuẩn áp dụng và tham khảo: TCVN 4903:2012, TCVN 9393:2012, ASTM D1143. 3.2. Chuẩn bị thí nghiệm Vị trí thí nghiệm tại Khu vui chơi giải trí Tuyên Sơn – thành phố Đà Nẵng, các kết quả thí nghiệm Địa kỹ thuật như hình 3.5 và 3.6. 10 20 30 40 50 Wd(%) Wch(%) 16 17 18 19 Dung troüng tæû nhiãn (kN/m )3 Caït mën maìu xaïm tràõng Seït pha, deío mãöm Caït mën, traûng thaïi chàût væìa Caït buûi chàût væìa AÏ seït, maìu xaïm xanh, deío cæïng Cát Caït Seït Buûi MNN Caït Caït Caït Caït Buûi Buûi Buûi BuûiSeït 0 2 4 6 8 10 12 14 Låïp âáút Thaình pháön haût (%) 0 20 40 60 80100 Hình 3.5. Phân bố chỉ tiêu vật lý của đất theo độ sâu CPT-qc(MPa) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 0 5 10 15 20 25 Đ ộ s âu ( m ) CPT-fs(kPa) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 0 25 50 75 100 Đ ộ s âu ( m ) Hình 3.6. Kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh CPTu 12 Låïp 1:Caït haût mën. chiãöu daìy: 2,0m Låïp 2: Seït pha, chiãöu daìy: 2,0m Låïp 3: Caït haût nhoí âãún mën, chiãöu daìy: 5,5m 0.00 -2.00 -4.00 ST#1: -1.5m ST#2: -3.5m ST#3: -5.5m ST#4: -7.3m Muîi coüc: -7.50 ÄÚng theïp D60mm Strain gages Ca ït h aût m ën Se ït p ha C aït h aût n ho í â ãún m ën Coüc SCP D600 Âáöu coüc: +0.2 Så âäö mä hçnh coüc âån Coüc SCP: D600, L=7,5m 0.00 -2.00 -4.00 Ca ït m ën Se ït p ha C aït n ho í â ãún m ën +0.25Âaìi coücBã täng 35MPa 70 0 0.00 -2.00 -4.00 Ca ït m ën Se ït p ha C aït h aût n ho í â ãún m ën +0.25 80 0 2200 22 00 ÄÚng theïp D60 d=1,2mm (A9) Strain gages Telltale d=22mm TP5 TP4 Strain gagesTelltale d=22mm Strain gages Telltale d=22mm Strain gages Telltale d=22mm Strain gages Strain gages 2250 2250 TP1 TP2 TP3 TP6 TP7 TP8 TP10 TP9 Så âäö mä hçnh nhoïm G1: 03 coüc Coüc SCP: D600, L=7,5m Så âäö mä hçnh nhoïm G2 Coüc SCP: D600, L=7,5m Coüc SCP D600 Coüc SCP D600 Âaìi coüc Bã täng 35MPa Låïp 2: Seït pha, chiãöu daìy: 2,0m Låïp 2: Seït pha, chiãöu daìy: 2,0m ÄÚng theïp D60mm ÄÚng theïp D60mm ÄÚng theïp D60 d=1,2mm (A9) ÄÚng theïp D60 d=1,2mm (A9) ÄÚng theïp D60 d=1,2mm (A9) ÄÚng theïp D60 d=1,2mm (A9) ÄÚng theïp D60 d=1,2mm (A9)ÄÚng theïp D60 d=1,2mm (A9) 900 900 900 Låïp 1:Caït haût mën. chiãöu daìy: 2,0m Låïp 1:Caït haût mën. chiãöu daìy: 2,0m Muîi coüc: -7.50 Muîi coüc: -7.50 Låïp 3: Caït haût nhoí âãún mën, chiãöu daìy: 5,5m Låïp 3: Caït haût nhoí âãún mën, chiãöu daìy: 5,5m ST#1: -1.5m ST#2: -3.5m ST#3: -5.5m ST#4: -7.3m ST#1: -1.5m ST#2: -3.5m ST#3: -5.5m ST#4: -7.3m Hình 3.8. Sơ đồ mô hình lắp đặt thiết bị cho cọc đơn và nhóm cọc 3.3. Xây dựng mô hình và tiến hành thí nghiệm Một số hình ảnh thi công và gia tải thí nghiệm mô hình Bảng 3.2. Thiết kế bố trí các thiết bị đo cho mô hình STT Tên cọc Thiết bị đo STT Tên cọc Thiết bị đo 01 TP4 ST(01), GKA9 (01)Telltale (01) 06 TP6 ST(01), Telltale (01) 02 TP5 GKA9 (01) 07 TP7 ST(01), Telltale (01) 03 TP1 Telltale (01), GKA9 (01) 08 TP8 GKA9 (01) 04 TP2 Strain gages (01), Telltale (01) 09 TP9 GKA9 (01) 05 TP3 GKA9 (01) 10 TP10 Telltale (01) Cọc SCP đường kính 600mm, chiều dài 7,5m, qutk=5,5MPa. 13 3.4. Phân tích kết quả thí nghiệm 3.4.1. Cơ sở phân tích truyền tải và sức chịu tải giới hạn 3.4.2. Phân tích cọc đơn 3.4.2.1. Phân tích truyền tải cọc đơn Tải trọng (kN) -7.5 -6.5 -5.5 -4.5 -3.5 -2.5 -1.5 -0.5 0 200 400 600 800 1000 1200 Đ ộ s âu ( m ) Ma sát thành bên (kPa) -7.5 -6.5 -5.5 -4.5 -3.5 -2.5 -1.5 -0.5 0 20 40 60 80 Đ ộ sâ u (m ) Hình 3.17. Biểu đồ truyền tải dọc trục cọc đơn TP5 Hình 3.18. Biểu đồ phân bố ma sát bên cọc đơn TP5 3.4.2.2. Phân tích sức chịu tải giới hạn (Qu) cọc đơn Tải trọng P(kN) -45 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 0 200 400 600 800 1000 1200 C hu yể n vị S (m m ) TP4 TP5 Davission Offset Theo De Beer Theo Snip TB Cọc đơn Hình 3.25. Xác định Qu cọc đơn TP4 và TP5 y = 0.0007x + 0.0057 R2 = 0.9995 y = 0.0007x + 0.005 R2 = 0.9991 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0 10 20 30 40 50 S(mm) S/ P TP4 TP5 Hình 3.26. Xác định Qu từ ngoại suy Chin Konder Sức kháng thành bên cọc qua các lớp đất được đánh giá qua hệ số  theo phương pháp của Bjerrum-Burland, và tính toán ngược hệ số kháng bên Cs theo Eslami and Fellenius từ thí nghiệm xuyên tĩnh. 14 Tính toán ngược hệ số sức kháng bên và kháng mũi trong công thức tính sức chịu tải cho cọc SCP theo Meyerhof (3.4), hệ số K1, K2 cho thấy rõ sự giảm kháng mũi tăng của sức kháng bên của cọc SCP. stbau ANKNKQ ... 21  (3.4) Bảng 3.17. Hệ số K1 và K2 cho công thức của Meyerhof Hệ số sức chịu tải Cọc đóng Cọc khoan nhồi Cọc SCP Hệ số K1 (kPa) 400 120 100 Hệ số K2 (kPa) 2,0 1,0 2,5 3.4.3. Phân tích nhóm cọc 3.4.3.1. Phân tích truyền tải và phân bố ma sát của cọc trong nhóm Tải trọng(kN) -7.5 -6.5 -5.5 -4.5 -3.5 -2.5 -1.5 -0.5 0 200 400 600 800 1000 Đ ộ sâ u( m ) Tải trọng (kN) -7.5 -6.5 -5.5 -4.5 -3.5 -2.5 -1.5 -0.5 0 200 400 600 800 1000 Đ ộ sâ u (m ) Tải trọng (kN) -7.5 -6.5 -5.5 -4.5 -3.5 -2.5 -1.5 -0.5 0 200 400 600 800 1000 Đ ộ s âu (m ) Truyền tải cọc TP3-G1 Truyền tải cọc TP7-G2 Truyền tải cọc TP8-G2 Biểu đồ tổng hợp huy động ma sát và kháng mũi cho các cọc đơn và cọc trong nhóm Qf(kN) -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 0 150 300 450 600 750 S( m m ) TP5 TP3 TP7 TP8 Hình 3.46. Biểu đồ huy động ma sát Qr(kN) -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 0 150 300 450 600 750 S m (m m ) TP5 TP3 TP7 TP8 Hình 3.47. Biểu đồ huy động kháng mũi 15 Biểu đồ phân bố ma sát thành bên dọc thân cọc theo các cấp tải trọng cho các cọc TP3, TP7, TP8 như hình vẽ Ma sát thành bên (kPa) -7.5 -6.5 -5.5 -4.5 -3.5 -2.5 -1.5 -0.5 0 20 40 60 80 Đ ộ s âu ( m ) Sức kháng bên đơn vị (kPa) -7.5 -6.5 -5.5 -4.5 -3.5 -2.5 -1.5 -0.5 0 20 40 60 80 Đ ộ s âu ( m ) Sức kháng bên đơn vị (kPa) -7.5 -6.5 -5.5 -4.5 -3.5 -2.5 -1.5 -0.5 0 20 40 60 80 Đ ộ s âu (m ) Phân bố fi cọc TP3-G1 Phân bố fi cọc TP7-G2 Phân bố fi cọc TP8-G2 Bảng 3.18. Huy động sức kháng thành đơn vị fs từ kết quả thí nghiệm (kPa) Độ sâu TP5 TP3 TP7 TP8 0-2,0m 62,12 62,02 63,62 62,99 2-4,0m 26,79 25,79 24,44 26,39 4,0-5,5m 53,25 51 41,25 49,50 5,5-7,5m 57,75 54 50,25 51,00 Bảng 3.19. Sức kháng bên và sức kháng mũi huy động của các cọc (kN) Sức kháng TP5 TP3 TP7 TP8 Qf 638,17(0%) 625,5(-1,98%) 535,03(-16.16%) 611,52(-4,17) Qr 582,68 (0%) 290,4(-45,1%) 304,97(-47,66%) 228,48(-60,78%) 3.4.3.2.Phân tích sức chịu tải giới hạn của cọc Tải trọng P(kN) -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 0 180 360 540 720 900 1080 C hu yể n vị S (m m ) TP4 TP5 G1 G2 Davission Of fset Theo De Beer Theo Snip TB Cọc đơn Hình 3.54. Phân tích Qu các cọc y = 0.0007x + 0.0057 Cọc đơn TP5 y = 0.0007x + 0.005 Cọc đơn TP4 y = 0.0008x + 0.0116 Nhóm G1 y = 0.0009x + 0.0208 Nhóm G2 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0 10 20 30 40 50 60 S(mm) S/ P Hình 3.55. Phân tích Qu theo ngoại suy 16 Bảng 3.21. Kết quả hệ số nhóm của cọc SCP theo thí nghiệm Hệ số nhóm  xác định từ Qu theo các phương pháp Nhóm De Beer Snip Davission Chin Nhóm G1 (03 cọc) 0,685 0,684 0,664 0,875 Nhóm G2 (05 cọc) 0,608 0,586 0,554 0,778 Phương pháp xác định Qu theo Davission được chọn để tính hệ số nhóm. Bảng 3.22. So sánh hệ số nhóm theo thí nghiệm với các công thức lý thuyết So sánh hệ số nhóm  với các công thức tính toán Cọc/nhóm cọc Thí nghiệm Feld’s Terzaghi & Peck Convese- Labarre Coduto, 2001 Sayed và Bakeer Cọc đơn 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 G1 (03 cọc) 0,664 0,87 0,75 0,69 0,595 0,796 G2 (05 cọc) 0,554 0,80 0,688 0,56 0,455 0,566 3.5. Đề nghị phương pháp tính sức chịu tải cho nhóm cọc SCP Tính sức chịu tải nhóm cọc SCP theo Terzaghi&Peck: uug QnnQ .. 21 (3.5) Cu Cu (6-9)Cu M àût p ha ï h oa ûi q B L H Hình 3.56. Sơ đồ tính theo khối “Block” của Bergado, 1994 C oüc S CP Qf Qr N MH C oüc S CP H Hình 3.57. Sơ đồ tính nhóm “Group” được đề nghị cho cọc SCP 3.6. Kết luận chương 3 Xây dựng mô hình thí nghiệm thực có sử dụng thiết bị đo biến dạng dọc trục strain gages, đánh giá huy động ma sát thành bên và kháng mũi của cọc đơn và cọc trong nhóm, xác định hệ số nhóm và đề nghị sơ đồ tính nhóm cọc SCP theo quan điểm làm việc nhóm "Group". 17 CHƯƠNG 4 MÔ PHỎNG SỐ VÀ XÂY DỰNG TƯƠNG QUAN VỀ HỆ SỐ NHÓM CHO CỌC ĐẤT XI MĂNG 4.1. Mục đích và phương pháp Nháûp dæî liãûu âáút nãön: kc, E Nháûp thäng säú cuía coüc: kE, D, L kêch thæåïc âaìi coüc Mä hçnh âáút Mohr - Coulonb Phán têch mä hçnh thê nghiãûm Nhoïm coüc G1 Nhoïm coüc G2 Nhoïm tæì 4 âãún 25 coüc SCP Tyí säú: d/D=1, 1.5, 2, 3, 6, 8 So saïnh våïi kãút quaí thê nghiãûm Coüc âån TP4 Phán têch âæåìng cong P-S Xaïc âënh hãû säú nhoïm Phán têch caïc cäng trçnh thæûc tãú So saïnh våïi kãút quaí thê nghiãûm Phán têch xáy dæûng tæång quan Mä phoíng phán têch säú liãûu cuía 5 cäng trçnh thæûc tãú Hình 4.2. Sơ đồ các trường hợp mô phỏng số cho cọc SCP Hình 4.4. Sơ đồ mô phỏng số 3D cọc đơn và nhóm cọc x x x x x x 4 15 6 12 3 8 2 11 5 13 5 6 3 210 9 4 1 14    Hình 4.3. Phần tử axisymmetry 3D D L L Coüc âáút xi màngÂáút nãön Âáút nãön Coüc âáút xi màng D d xy z II II a) b) xy z Co üc âá út x i m àn g P Co üc âá út x i m àn g Âaìi coüc P I I II II I-I II-II  áút n ãön  áút n ãön 18 4.2. Mô phỏng số cho mô hình thí nghiệm Thực hiện mô phỏng số bằng phần mềm theo phương pháp PTHH Plaxis 3D Foundation cho cọc đơn, nhóm G1 và nhóm G2. Kết quả mô phỏng số cho kết quả hợp lý với số liệu nén tĩnh từ mô hình. Tải trọng P(kN) -45 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 0 200 400 600 800 1000 1200 C h u yể n v ị S (m m ) Thí nghiệm TN4 FEM 3D TN4 Davission Line Hình 4.7. Biểu đồ đường cong P-S cọc TP4 Tải trọng P(kN) -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 0 200 400 600 800 1000 C h u yể n v ị S (m m ) Thí nghiệm G1 FEM-3D-G1 Davission Line Hình 4.9. Biểu đồ đường cong P-S nhóm G1 Tải trọng P(kN) -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 0 200 400 600 800 1000 C h u yể n v ị S (m m ) Thí nghiệm G2 FEM-3D-G2 Davission Line Hình 4.11. Biểu đồ đường cong P-S nhóm G2 4.3. Mô phỏng số cho cọc SCP các công trình thực tế Mô phỏng số 3D cho cọc đơn và các nhóm 02, 04, 05 và 07 cọc SCP với các khoảng cách khác nhau tương ứng của 05 dự án thực tế tại Đà Nẵng và Quảng Nam: Showroom KIA Đà nẵng, Khu phức hợp văn phòng FPT, Chung cư thu nhập thấp tại khu dân cư An trung 2, Bệnh viện Đa khoa Điện Bàn và đường đầu cầu Trần Thị Lý. So sánh đường cong P-S cho kết quả sát với thí nghiệm nén tĩnh. 4.4. Mô phỏng số xây dựng tương quan hệ số nhóm cọc SCP Mô phỏng số cho 06 trường hợp nhóm cọc có 4, 6, 9, 16, 20 và 25 cọc với khoảng cách d/D=(1, 1,5, 2, 3, 6, 8). Xác định hệ số nhóm, xây dựng tương quan hệ số nhóm cho cọc SCP. 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1 2 3 4 5 6 7 8 d/D H ệ số n hó m  Nhóm 4 cọc Nhóm 6 cọc Nhóm 9 cọc Nhóm 16 cọc Nhóm 20 cọc Nhóm 25 cọc Hình 4.31. Hệ số nhóm cọc theo tỷ số d/D của các trường hợp y = 0.76x-0.34 y = 0.92x-0.31 y = 1.01x-0.26 y = 1.06x-0.19 y = 1.07x-0.11 y = 1.07x-0.07 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 Số cọc n H ệ số n hó m  d=1D d=1.5D d=2D d=3D d=6D d=8D Power (d=1D) Hình 4.32. Biểu đồ xác định hệ số nhóm xét đến ảnh hưởng số cọc 19 Theo biểu đồ hình 4.31 cho phép xác định hệ số nhóm cho các nhóm cọc có số cọc n=(425) với khoảng cách tim cọc d=(1,08,0)D. Biểu đồ hình (4.32) cho phép xác định hệ số nhóm cọc  ứng với số lượng cọc n trong nhóm và phương trình hồi quy tương ứng tính hệ số . 4.5. Kết luận chương 4 Sử dụng phần mềm theo phương pháp PTHH Plaxis 3D Foundation và mô hình vật liệu đất Mohr-Coulomb mô phỏng mô hình thí nghiệm và cho kết quả của 05 dự án thực tế. Trên cơ sở sự hợp lý giữa mô phỏng và kết quả thí nghiệm, tiến hành mô phỏng cho các trường hợp khác nhau của nhóm cọc về số lượng và khoảng cách khác nhau, bước đầu xây dựng toán đồ và phương trình xác định hệ số nhóm áp cho tính toán sức chịu tải cho móng cọc SCP. CHƯƠNG 5 NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CỌC ĐẤT XI MĂNG CHO CÔNG TRÌNH NHÀ CAO TẦNG 5.1. Giới thiệu chung Nội dung chương này là xây dựng một trình tự tính toán thiết kế móng cọc SCP trong điều kiện chưa có tiêu chuẩn. Đồng thời xây dựng phần mềm SCPile tính toán, thiết kế cọc SCP và ứng dụng cho một công trình thực tế. 5.2. Xây dựng trình tự tính toán móng cọc SCP Trên cơ sở thừa kế Tiêu chuẩn thiết kế móng cọc TCVN 205 :1998, Tiêu chuẩn TCVN 9403 :2012, kết quả nghiên cứu trong nước, trên thế giới và kết quả của luận án. Tác giả xây dựng trình tự tính toán, thiết kế móng cọc SCP gồm 16 bước, kiểm tra móng cọc SCP theo các trạng thái giới hạn dựa trên các giả thiết và sơ đồ cơ học. 5.3. Xây dựng chương trình SCPile tính toán thiết kế móng cọc SCP Sơ đồ thuật toán tổng quát của chương trình máy tính SCPile được xây dựng dựa trên trình tự tính toán ở mục 5.2 như sau: 20 Input Nháûn dæî liãûu: Thäng säú cå lyï cuía âáút nãön, chè säú SPT, taíi troüng, kêch thæåïc coüc,kêch thæåïc moïng, thäng säú kyî thuáût váût liãûu) Tênh toaïn thäng säú cå lyï âáút nãön, coüc Tênh sæïc chëu taíi cuía coüc, kiãøm tra væîa Kiãøm tra khäúi moïng quy æåïc Kiãøm tra cæåìng âäü âáút nãön, tênh luïn Kiãøm tra låïp âáút yãúu, luïn theo thåìi gian Kiãøm tra taíi troüng âæïng: Pmax, Pmin Kiãøm tra taíi troüng ngang: Hn, [H] Tênh hãû säú nhoïm, sæïc chëu taíi nhoïm coüc Tênh toaïn, choün chiãöu cao âaìi coüc Tênh toaïn, bäú trê cäút theïp cho âaìi coüc Xuáút baíng tênh Exel, cå såí dæî liãûu Output Ngôn ngữ lập trình sử dụng để viết chương trình máy tính tính toán móng cọc đất xi măng SCPile là Visual Basic.net (VB.net). Phần mềm cho phép tính toán, kiểm tra và nhập, xuất bảng tính từ Exel. Hình 5.3. Giao diện của chương trình SCPile – Phần tính toán Đồ họa kết quả Biễu diễn tính toán Menu tính toán Tính toán kết quả 21 5.4. Áp dụng tính toán thiết kế tại công trình FPT Complex Áp dụng tính toán thiết kế tại công trình FPT Complex trên 1200 cọc đường kính D800mm, chiều dài L=10m. Cọc được bố trí khoảng cách giữa các tim là 1,5D=1,2m, cọc ngàm vào đài 20cm. Hình 5.6. Mặt bằng thiết kế móng cọc SCP cho công FPT Complex 5.5. Đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thuật So sánh về giá thành của cọc SCP với các loại cọc thông dụng cho 06 dự án trên địa bàn Đà Nẵng như hình 5.13. 0 20 40 60 80 100 1 2 3 4 5 6 Trường hợp Tỷ lệ % Cọc khoan nhồi D800 Cọc ống DUL D500 Cọc ép 350*350 Cọc SCP D800 Hình 5.13. So sánh theo % giá thành của các loại cọc của 6 dự án 5.6. Những kết quả đạt được của chương 5 Xây dựng trình tự tính toán thiết kế cọc SCP trong điều kiện chưa có tiêu chuẩn. Từ đó đó lập thuật toán tổng quát và thuật toán chi tiết, xây dựng chương trình SCPile và áp dụng cho công trình thực tế. 4800 28 50 48 00 76 50 2400 1200 1200 4800 2850 4800 7650 240 0 1 200 120 0 480 0 2850 4800 7650 24 00 12 00 12 0 0 4 80 0 2850 4800 7650 24 00 120 0 480 0 2850 4800 7650 2 40 0 12 00 48 00 2850 4800 7650 24 00 12 00 12 00 48 00 12 00 600 6 00 2400 3600 36 00 30 0 0 6 6 00 600 2400 600 3600 36 00 30 00 66 00 600 3600 68 00 600 240 0 6 00 360 0 3600 3000 6600 60 0 60 0 2 40 036 00 3600 3000 6600 60 0 2 40 0 6 00 36 00 3600 3000 6600 600 2400 3600 36 00 32 00 68 00 600 600 2400 3600 36 00 32 00 68 00 600 600 240 0360 0 3600 3200 6800 60 0 60 0 24 0036 00 3600 3200 6800 4800 4 80 0 26 00 7 40 0 360 0 600 4800 4800 2600 7400 3600 4 80 0 32 0 0 80 00 4800 300 0 900 900 4800 60 00 10800 72 00 4800 2400 7200 24 00 48 00 48 00 24 00 7200 480 0 24 00 72 00 4800 14653 4800 3000 3200 600 0 6 00 4800 48 00 26 00 7 40 0 4800 410410 48 00 790 4800 8996 4800 6001 2006 00 240 0 60 0 12 00 12 00 60 0 36 00 12 0 012 00 24 00 40