Tóm tắt Luận án Nghiên cứu ảnh hưởng của hiệu ứng nhóm đến khả năng chịu tải dọc trục và độ lún của nhóm cọc thẳng đứng

c dụng tương hỗ giữa hệ cọc-đất. - Đề xuất công thức tính số mũ  trong công thức thực nghiệm để xác định tỷ số độ lún (RS) của Fleming và cộng sự. - Đề xuất trình tự tính toán thay đổi chiều dài cọc trong nhóm, nhằm cải thiện khả năng làm việc của nhóm cọc thẳng đứng, có đài cứng, chịu lực nén dọc trục. 7. Cấu trúc của luận án Lời cam đoan - Lời mở đầu Chương 1: Nghiên cứu tổng quan về hiệu ứng nhóm cọc Chương 2: Nghiên cứu hiệu ứng nhóm bằng các thí nghiệm nén tĩnh cọc trên mô hình vật lý tỷ lệ nhỏ. Chương 3: Ứng dụng hệ số tương tác trong việc phân tích hiệu ứng trong nhóm cọc thẳng đứng chịu tải trọng nén đúng tâm. Chương 4: Sử dụng phương pháp số trong phân tích hiệu ứng nhóm cọc Chương 5: Các đề xuất Kết luận và kiến nghị Danh mục các công trình khoa học đã công bố Tài liệu tham khảo Phụ lục Chương 1 NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ HIỆU ỨNG NHÓM CỌC -4- 1.1 Khái quát về hiệu ứng nhóm cọc 1.2 Các công thức xác định hiệu ứng nhóm cọc 1.2.1 Công thức xác định hệ số nhóm a. Công thức của Converse – Labarre (1941) b. Hệ số nhóm theo nguyên tắc của Feld (1943) c. Hệ số nhóm theo công thức của Sayed và Bakeer (1992) d. Hệ số nhóm theo công thức của Das (1998) 1.2.2 Công thức xác định tỷ số độ lún a. Công thức kinh nghiệm Skempton (1953) b. Công thức của Randolph và Clancy (1993) c. Công thức của của Fleming và cộng sự (1985) 1.3 Các nghiên cứu thực nghiệm về hiệu ứng nhóm cọc 1.3.1 Phân tich kết quả nghiên cứu Để đánh giá độ chính xác của các công thức lý thuyết ta so sánh các kết quả phân tích hiệu ứng nhóm từ thí nghiệm của Barden và Mockton (1970) và G. Dai và cộng sự (2012) với các kết quả tương ứng thu được từ công thức tính hệ số nhóm và tỷ số độ lún trình bày ở mục 1.2.1 và 1.2.2. 1.3.2 Nhận xét - Các công thức tính hệ số nhóm, tỷ số độ lún thường chỉ xét đến các yếu tố hình học của nhóm cọc, mà chưa xét đến các thông số như: Chiều dài cọc; Tính chất tiếp xúc của đài cọc; Phương pháp thi công cọc; Tính chất cơ lý của nền đất - Độ chính xác khi tính hệ số nhóm, tỷ số độ lún bằng các công thức chưa cao, thiếu tính nhất quán khi đối chiếu với các kết quả xác định các giá trị tương ứng từ thí nghiệm. 1.4 Quy định về việc xác định hiệu ứng nhóm trong các tiêu chuẩn xây dựng của Việt nam Giới thiệu các quy định về hiệu ứng nhóm trong các tiêu chuẩn TCXD 205:1998; 22 TCN 272:05 và TCVN 10304: 2014. -5- 1.5 Nhận xét Chương 1 - Các công thức xác định hệ số nhóm và tỷ số độ lún chưa xét hết các thông số ảnh hưởng, do đó độ chính xác chưa cao và thiếu tính nhất quán khi đối chiếu với các kết quả từ thí nghiệm. - Công thức tính hệ số nhóm của Sayed và Bakeer (1992) có thêm các thông số mới, tuy nhiên khi áp dụng với các loại nền khác nhau, thì chưa cho kết quả chính xác. - Các quy định về hiệu ứng nhóm trong các tiêu chuẩn xây dựng Việt nam chưa cung cấp đủ thông tin để áp dụng khi tính sức chịu tải của nhóm cọc từ sức chịu tải của cọc đơn. Với mục tiêu nghiên cứu hiệu ứng nhóm cho móng cọc xây dựng trên nền đất sét yếu khu vực TP.HCM, nhiệm vụ của luận án, là: (1) Sử dụng một số phương pháp để nghiên cứu ảnh hưởng của hiệu ứng nhóm đến sự phân phối tải, sự huy động ma sát bên, kháng mũi của các cọc trong nhóm, giá trị của hệ số nhóm; tỷ số độ lún của các nhóm cọc. (2) Các đề xuất khi sử dụng hệ số nhóm, tỷ số độ lún để xác định khả năng làm việc của nhóm cọc thông qua kết quả nén tĩnh cọc đơn. Chương 2 NGHIÊN CỨU HIỆU ỨNG NHÓM BẰNG CÁC THÍ NGHIỆM NÉN TĨNH CỌC TRÊN MÔ HÌNH VẬT LÝ TỶ LỆ NHỎ 2.1 Cơ sở lý thuyết các thí nghiệm nén tĩnh cọc 2.1.1. Qui trình gia tải nén tĩnh cọc Các thí nghiệm nén tĩnh cọc đơn và nhóm cọc có kết hợp đo biến dạng của cọc, trên mô hình vật lý tỷ lệ nhỏ được sử dụng qui trình thử tải nhanh [11] để giúp giảm thời gian thí nghiệm; chi phí; tránh sai số do hiện tượng từ biến của nền và tồn tại các biến dạng dư trong cọc dưới tác động của việc lưu tải. -6- 2.1.2. Phân tích thí nghiệm nén tĩnh cọc 2.2. Xây dựng mô hình vật lý tỷ lệ nhỏ cho thí nghiệm nén tĩnh cọc trong phòng 2.2.1. Mở đầu 2.2.2. Ưu nhược điểm của mô hình vật lý tỷ lệ nhỏ Mô hình vật lý tỷ lệ nhỏ tuy chỉ mô phỏng được áp lực địa tầng ở cao trình nhất định, nhưng vẫn được sử dụng như một công cụ hữu hiệu để nghiên cứu vì giá thành thấp và vẫn mô phỏng được các thuộc tính nội tại của đất, như: lực dính, lực ma sát 2.2.3. Lập phương trình xác định sery thí nghiệm Sử dụng phép phân tích thứ nguyên theo định luật П của Buckingham để chuyển đổi một quan hệ hàm số thành các tổ hợp không thứ nguyên, giúp giảm được số biến cần nghiên cứu. 2.2.4 Cơ sở lý thuyết về hiệu ứng tỷ lệ trong thí nghiệm cọc Áp dụng các về các quy luật tỷ lệ [28] để xác định đường kính tối thiểu của cọc trong mô hình vật lý tỷ lệ nhỏ là dmin=5mm, nhằm giảm thiểu sai số về ma sát bề mặt giữa cọc – đất. Chọn đường kính cọc mẫu d=16mm để thỏa mãn yêu cầu về tỷ lệ và việc chế tạo cọc cho mô hình nhóm cọc tỷ lệ nhỏ. Sử dụng các công thức tính độ cứng của tấm do Horikoshi và Randolph (1997) đề xuất, để xác định chiều dày đài cọc tr=25mm, để thỏa mãn giả thiết đài cọc cứng. 2.2.5. Vật liệu cọc Cọc được làm bằng các ống nhôm, để biến dạng dọc trục cọc đủ lớn, dễ đo đạc khi thí nghiệm và khả thi cho việc chế tạo cọc. 2.2.6. Kích thước thùng chứa đất trong thí nghiệm Để giảm thiểu sai số, kích thước của thùng cần thỏa các yêu cầu: (1) Đủ không gian để mô phỏng nền đất, tránh sai số do hiệu ứng biên và sự phân phối ứng suất trong nền đất xung quanh cọc. (2) Thùng không quá lớn, để dễ di chuyển và chế bị đất. -7- Sử dụng các bài toán mô phỏng thí nghiệm nén tĩnh cọc bằng Plaxis để xác định vùng ảnh hưởng xung quanh nhóm cọc. Kết hợp với việc tổng hợp các thí nghiệm cọc trên mô hình tỷ lệ nhỏ trong phòng của các tác giả trong và ngoài nước, để lựa chọn kích thước của thùng chứa đất là 700×700×800 (mm). 2.2.7. Thiết bị cho thí nghiệm nén tĩnh cọc 2.3. Thí nghiệm nén tĩnh cọc trên mô hình vật lý tỷ lệ nhỏ trong phòng 2.3.1. Qui mô các thí nghiệm Các thí nghiệm nén tĩnh trên mô hình vật lý tỷ lệ nhỏ với các nhóm cọc có quy mô: 2x2 cọc; 3x2 cọc và 3x3 cọc. Đường kính cọc d=16mm; Các tỷ số chiều dài trên đường kính là: L/d=20; 25; 30; Các tỷ số khoảng cách trên đường kính cọc S/d= 3; 4; 5 và 6. Mỗi nhóm cọc đều có tối đa 3 cọc ở các vị trí: góc, biên và giữa nhóm được lắp đặt strain gauge đo biến dạng dọc trục. 2.3.2 Chế bị đất Chế bị đất cho thí nghiệm bằng phương pháp đầm nén tại độ ẩm tự nhiên. Đất đưa vào thùng thành từng lớp, được đầm nén kỹ cho tới khi đạt tới trọng lượng thể tích ứng với độ ẩm tự nhiên của mẫu. Để dễ chế bị, ta lựa chọn các mẫu đất sét ở trạng thái có độ ẩm W=[49÷52] %; dung trọng =[15.6÷16.5] kN/m3. 2.3.3 Kết quả thí nghiệm Từ các đồ thị quan hệ giữa Độ lún – Tải trọng của cọc trong thí nghiệm nén tĩnh trên mô hình tỷ lệ nhỏ trong phòng (Hình 2.14 đến 2.16), ta xác định sức chịu tải cực hạn qui ước của cọc đơn và các nhóm cọc ứng với độ lún giới hạn [U]=8mm và tính các giá trị của hệ số nhóm () và tỷ số độ lún (RS) của các nhóm cọc bằng công thức (2.2) và (2.3). -8- Hình 2.14. Biểu đồ Độ lún - Tải trọng của cọc đơn và nhóm 4 cọc Hình 2.15. Biểu đồ Độ lún - Tải trọng của cọc đơn và nhóm 6 cọc Hình 2.16. Biểu đồ Độ lún - Tải trọng của cọc đơn và nhóm 9 cọc 2.3.4. Phân tích kết quả Hình 2.17.và 2.18 là các biểu đồ hệ số nhóm () và tỷ số độ lún (RS) theo tỷ số S/d của các nhóm cọc xác định từ kết quả thí -9- nghiệm được đối chiếu với các giá trị tương ứng tính bằng công thức của Converse - Labarre và Randolph - Clancy. Hình 2.17. Biểu đồ Hệ số nhóm – Tỷ số S/d của các nhóm cọc Hình 2.18. Biểu đồ Tỷ số độ lún – Tỷ số S/d của các nhóm cọc Hình 2.23. Biểu đồ (fS) TB – Độ lún của các nhóm 9 cọc, có L/d=30 -10- Phân tích số liệu về biến dạng cọc cho thấy: Lực phân chia vào các cọc không đồng đều nhau. Cường độ sức kháng mũi, sức kháng thành (Hình 2.23) của cọc trong nhóm đều nhỏ hơn so với cọc đơn, xếp theo thứ tự giảm dần: cọc góc; cọc biên, cọc giữa. 2.4. Thí nghiệm nén tĩnh cọc trên mô hình vật lý tỷ lệ nhỏ tại hiện trường Hạn chế của các thí nghiệm nén tĩnh cọc trong phòng là không thể chế bị được chính xác nền đất. Do vậy, các thí nghiệm kiểm chứng tại hiện trường sẽ giúp kết quả nghiên cứu được chặt chẽ và thuyết phục hơn. 2.4.1. Đường kính cọc thí nghiệm Việc thí nghiệm cọc bằng mô hình tỷ lệ lớn có các hạn chế: (1). Cần nhiều thiết bị thi công cơ giới, chi phí thí nghiệm cao. (2). Hệ phản lực với đối trọng lớn làm thay đổi ứng suất của lớp đất yếu trên bề mặt, dẫn đến các sai lệch kết quả thí nghiệm. (3). Khó đảm bảo giả thiết cọc làm việc trong nền sét đồng nhất. Tác giả lựa chọn nghiên cứu cọc với tỷ lệ nhỏ, đường kính cọc d=60mm, thỏa yêu cầu: (1). Đơn giản quá trình ép cọc; nhổ cọc và gia tải nén tĩnh nhóm cọc. (2). Đường kính cọc đủ lớn để lắp các strain gauge bên trong thân cọc. 2.4.2. Quy mô các thí nghiệm tại hiện trường Bảng 2.9. Quy mô các nhóm cọc trong thí nghiệm hiện trường Ký hiệu Số lượng cọc Chiều dài cọc trong đất (mm) Tỷ số S/d Tỷ số L/d Đ1 1 1800 - 30 N4 4 1800 3 30 N9 9 1800 3 30 N16A 16 1800 3 30 N16B 16 Cọc góc Cọc biên Cọc giữa 3 - 1500 1800 2100 -11- Nhóm N16B có chiều dài các cọc khác nhau, thí nghiệm để đánh giá tính hiệu quả của việc thay đổi chiều dài cọc. Tổng chiều dài của cọc trong nhóm N16A và N16B bằng nhau. 2.4.3. Cấu tạo cọc - đài cọc Cọc thí nghiệm làm bằng thép ống =60 mm có chiều dày thành 5mm. Mỗi nhóm có tối đa ba cọc được gắn strain gauge: cọc góc; cọc biên và cọc giữa. Mỗi cọc được lắp từ 1 đến 4 strain gauge tùy theo chiều dài cọc. Đài cọc cấu tạo bằng các bản thép lớn có kích thước 800x 800x25 (mm) liên kết với nhau bằng các bu lông và được đặt cố định trên đầu nhóm cọc. 2.4.4. Hệ thống gia tải và đo đạc 2.4.5. Địa chất khu vực thí nghiệm 2.4.6. Thí nghiệm nén tĩnh cọc 2.4.7 Kết quả thí nghiệm Hình 2.37. Các biểu đồ  – n và RS – n của các nhóm cọc từ kết quả thí nghiệm trong phòng và hiện trường Hệ số nhóm và tỷ số độ lún của các nhóm cọc thí nghiệm hiện trường được so sánh với kết quả thí nghiệm trong phòng của các nhóm cọc có cùng số lượng cọc, tỷ số S/d=3 và L/d=30 (Hình 2.37.), cho thấy sự tương đồng về quy luật và có sai số nằm trong khoảng [1.5% ÷3.2%]. ( ) (R S ) -12- 2.4.8 Phân tích kết quả thí nghiệm Phân tích kết quả đo biến dạng cọc, cho thấy: - Trong các nhóm có chiều dài cọc bằng nhau N9 và N16A lực phân phối không đồng đều vào các vị trí cọc (Hình 2.42); Cường độ sức kháng mũi của cọc giảm dần theo thứ tự: cọc góc, cọc biên và cọc giữa. - Nhóm N16B: sự phân phối lực vào cọc khá đồng đều (Hình 2.42); cường độ sức kháng thành và sức kháng mũi của cọc lớn hơn so với giá trị tương ứng của nhóm N16A. Hình 2.42. Biểu đồ lực phân phối cho các cọc theo độ lún của các nhóm N9; N16A và N16B 2.5. Kết luận Chương 2 Việc tổng hợp và phân tích kết quả của 39 thí nghiệm trong phòng và 5 thí nghiệm nén tĩnh cọc tại hiện trường trên mô hình vật lý tỷ lệ nhỏ, cho ta các kết luận:  So sánh giá trị hệ số nhóm và tỷ số độ lún từ kết quả thí nghiệm và các công thức cho thấy các đại lượng này có cùng xu hướng thay đổi khi xét đến các thông số: số lượng và khoảng cách cọc. Sai số giữa kết quả thí nghiệm với các kết quả tính theo công thức của Converse–Labarre và Randolph – Clancy lần -13- lượt nằm trong khoảng [0.1%÷18.4%] và [0.09%÷12.4%], sự chênh lệch này là do các công thức hầu hết chưa xét đến ảnh hưởng của chiều dài cọc và tính chất cơ lý của nền.  Hiệu ứng nhóm trong móng cọc đài cứng, làm suy giảm sức kháng bên và sức kháng mũi của các cọc nhất là các cọc ở trung tâm nhóm cọc, dẫn đến sự phân phối lực không đồng đều cho các cọc và giảm hiệu suất làm việc của cọc trong nhóm. Với nhóm 9 cọc hiệu suất sử dụng của cọc ở giữa nhóm nằm trong khoảng [0.34÷0.56].  Cường độ sức kháng bên (fS) và sức kháng mũi (qp) của các vị trí cọc trong nhóm đạt cực đại ứng với các trị số khác nhau và đều nhỏ hơn so với đại lượng tương ứng của cọc đơn, sắp xếp theo thứ tự giảm dần là: cọc góc; cọc biên; cọc giữa. Điều này cho thấy thành phần ma sát huy động và sức chống mũi cực đại giữa cọc và đất không phải là một hằng số, mà thay đổi phụ thuộc tác dụng tương hỗ giữa hệ cọc – đất.  Kết quả tính toán hệ số nhóm và tỷ số độ lún từ các thí nghiệm nén tĩnh cọc trong phòng và hiện trường trên các nhóm cọc có cùng số lượng cọc, cùng tỷ lệ L/d=30 và S/d=3 cho kết quả khá tương đồng, sai số trong khoảng [1.5%÷3.2%], cho thấy tính hiệu quả của việc phân tích hiệu ứng nhóm cọc bằng các thí nghiệm trên mô hình vật lý tỷ lệ nhỏ trong phòng.  So sánh kết quả nén tĩnh cọc của nhóm N16A và N16B, cho thấy việc thay đổi chiều dài của cọc trong nhóm, làm cho: Sự phân phối lực vào các vị trí cọc trong nhóm N16B (khác chiều dài cọc) đồng đều hơn và làm tăng 12% khả năng chịu lực của nhóm N16B so với nhóm N16A. -14- Chương 3 ỨNG DỤNG HỆ SỐ TƯƠNG TÁC TRONG PHÂN TÍCH HIỆU ỨNG NHÓM CỌC CHỊU TẢI TRỌNG NÉN ĐÚNG TÂM 3.1 Cơ sở lý thuyết Với mục tiêu phân tích hiệu ứng nhóm cọc xét đến ảnh hưởng tương hỗ giữa cọc - đất, ta chọn công thức tính hệ số tương tác của Randolph và Worth (1978) – đây là phương pháp được Phan Dũng và Pender M.J. khuyến nghị sử dụng, để phân tích nhóm cọc thẳng đứng, chịu nén đúng tâm. 3.2 Ứng dụng hệ số tương tác để phân tích hiệu ứng nhóm 3.2.1 Thiết lập bài toán Phân tích hiệu ứng nhóm của nhóm cọc có đài cứng, không tiếp xúc với nền, ta dùng các giả thiết: (1). Khi chịu tải trọng nén đúng tâm, các cọc trong nhóm có cùng chuyển vị đứng; (2) Lực nén tác dụng vào đài sẽ phân phối hết cho các cọc trong nhóm; 3.2.2 Phân tích hiệu ứng nhóm cọc Thiết lập hệ phương trình điều kiện bằng nhau về độ lún của các cọc trong nhóm, để tính: Lực phân bố vào từng cọc; Độ lún của nhóm cọc ứng với tải trọng xác định và giá trị tỷ số độ lún. 3.2.1.1 Thông số của hệ cọc – đất Phân tích hiệu ứng nhóm cho các nhóm cọc: 2x2cọc; 3x2cọc; 3x3 cọc và 4x4 cọc. Các thông số về vật liệu cọc và đất được lấy như ở các thí nghiệm ở trong phòng (Chương 2). Cọc được sử dụng với tỷ lệ lớn gấp 25 lần (d=0.4m) so với mô hình cọc trong các thí nghiệm trong phòng, giúp khắc phục các sai số khi thí nghiệm trên mô hình tỷ lệ nhỏ. 3.2.2.2 Kết quả phân tích hiệu ứng nhóm Kết quả tính tỷ lệ lực phân phối cho các cọc theo tỷ số S/d (Hình 3.5), cho thấy: khi tăng số lượng cọc và giảm tỷ lệ S/d sự chênh -15- Hình 3.6. Biểu đồ RS – n của các nhóm cọc có tỷ số S/d=3 Hình 3.7. Biểu đồ RS – n của các nhóm cọc có tỷ số S/d=4 lệch về tỷ lệ lực phân phối cho các vị trí cọc càng rõ rệt, điều này hoàn toàn phù hợp với kết quả tương ứng thu được từ phương pháp thí nghiệm nén tĩnh cọc trên mô hình vật lý tỷ lệ nhỏ ở Chương 2. Hình 3.5. Biểu đồ tỷ lệ lực phân phối vào cọc theo tỷ số S/d của các nhóm cọc Hình 3.6. đến 3.9. là kết quả tính tỷ số độ lún của các nhóm cọc nghiên cứu, thể hiện qua các biểu đồ quan hệ giữa tỷ số độ lún theo số lượng cọc và được xấp xỉ bằng các hàm mũ có dạng: RS=an  . -16- Hình 3.8. Biểu đồ RS – n của các nhóm cọc có tỷ số S/d=5 Hình 3.9. Biểu đồ RS – n của các nhóm cọc có tỷ số S/d=6 3.3 Kết luận Chương 3 - Sự tương tác giữa hệ cọc-đất gây ra sự phân phối lực không đồng đều cho các cọc trong nhóm. Khi tăng khoảng cách cọc và giảm chiều dài cọc, các cọc sẽ có xu hướng làm việc độc lập hơn, lực phân chia cho các cọc đồng đều hơn. - Ảnh hưởng của hiệu ứng nhóm rõ rệt hơn khi tăng số lượng cọc: trong nhóm 9 cọc tỷ lệ lực phân phối cho cọc góc và cọc giữa lần lượt là [1.28÷1.16]; [0.55÷0.33], còn đại lượng tương ứng trong nhóm 16 cọc là [1.5÷1.37]; [0.57÷0.49]. - Quan hệ giữa tỷ số độ lún và tổng số cọc được xấp xỉ bằng các hàm mũ dạng RS=an  ; Trong phạm vi nghiên cứu, hệ số a nằm trong khoảng [0.991÷1.04] và số mũ = [0.466 ÷ 0.259]. Chương 4 ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP SỐ TRONG PHÂN TÍCH HIỆU ỨNG NHÓM CỌC 4.1 Mở đầu Sử dụng mô hình số để mô phỏng các thí nghiệm nén tĩnh cọc đơn và nhóm cọc. Phần mềm Plaxis-3D (2013) được dùng để xác định quan hệ giữa tải trọng - độ lún của cọc đơn và các nhóm cọc nghiên cứu; nội lực của từng vị trí cọc trong nhóm. -17- 4.1.1 Mục đích của bài toán mô phỏng số 4.1.2 Mô hình vật liệu của Plaxis-3D 4.2 Mô phỏng số cho các thí nghiệm nén tĩnh cọc 4.2.1 Số liệu về nền đất và hệ cọc – đài Theo khuyến nghị của [2], [45] mô hình nền Soft Soil (SS) được chọn để mô phỏng nền đất sét yếu, cố kết thường trong phần mềm Plaxis. Các thông số của nền đất lấy dựa vào các chỉ tiêu cơ lý của đất chế bị cho thí nghiệm trong phòng (Chương 2). Với mục đích đánh giá kết quả phân tích hiệu ứng nhóm cọc từ thí nghiệm, sử dụng Plaxis để mô phỏng cọc với tỷ lệ gấp 25 lần so với cọc của các thí nghiệm trong phòng; Đường kính cọc d=0.4m. Các chiều dài cọc ứng với tỷ lệ L/d=20; 25 và 30 sẽ là 8m; 10m và 12m. Các thông số về vật liệu của cọc và đài được lấy như trong các thí nghiệm trong phòng. 4.2.2. Kết quả tính toán Plaxis-3D được sử dụng để thiết lập quan hệ Tải trọng - Độ lún; Sự biến thiên của lực dọc theo độ sâu, từ đó xác định: (1) Hệ số nhóm, tỷ số độ lún của từng nhóm cọc. (2) Tỷ lệ lực phân phối và hiệu suất sử dụng của cọc. (3) Sự biến thiên cường độ sức kháng thành và sức kháng mũi của các vị trí cọc. Hình 4.4. Đồ thị Tải trọng (P) – Độ lún (U) của các cọc đơn -18- Hình 4.9. Đồ thị Tải trọng (P) – Độ lún (U) của các nhóm 4 cọc Hình 4.10. Đồ thị Tải trọng (P) – Độ lún (U) của các nhóm 6 cọc Hình 4.11. Đồ thị Tải trọng (P) – Độ lún (U) của các nhóm 9 cọc Hình 4.12. Đồ thị Tải trọng (P) – Độ lún (U) của các nhóm 16 cọc -19- 4.3 Phân tích và so sánh kết quả 4.3.1 Hiệu ứng nhóm So sánh kết quả tính hệ số nhóm, tỷ số độ lún của các nhóm cọc tương ứng từ phương pháp số; lý thuyết hệ số tương tác và thí nghiệm cho thấy độ tương thích từ kết quả phân tích. 4.3.2 Xấp xỉ tỷ số độ lún bằng các hàm số mũ Để có cơ sở cho việc thiết lập công thức tính tỷ số độ lún cho nhóm cọc làm việc trong nền sét yếu, sự biến thiên của tỷ số độ lún (RS) theo số lượng cọc (n) trong nhóm được xấp xỉ bằng các hàm mũ có dạng RS=an  . 4.4 Kết luận chương 4 - Hiệu ứng nhóm làm suy giảm sức kháng bên, sức kháng mũi của cọc trong nhóm so với cọc đơn. Sức kháng bên đơn vị (fS) của cọc trong nhóm đạt cực đại với các trị số khác nhau, và giảm dần theo thứ tự: cọc góc, cọc biên, cọc giữa. Kết quả này phù hợp với kết quả tương ứng thu được từ các thí nghiệm. - Sự suy giảm sức kháng mũi và sức kháng bên của cọc, dẫn đến sự phân phối lực không đồng đều vào các cọc trong nhóm. Khi giảm số lượng cọc, giảm tỷ số L/d và tăng tỷ số S/d sự phân phối lực cho từng vị trí cọc có xu hướng đồng đều hơn. - Giá trị hệ số nhóm thu được từ bài toán mô phỏng cho kết quả tương đồng với kết quả thu được từ thí nghiệm, sai số giữa hai phương pháp nằm trong khoảng [0.3%÷8.2%]. - Kết quả so sánh về giá trị tỷ số độ lún (RS) giữa ba phương pháp: lý thuyết; thí nghiệm và bài toán mô phỏng bằng Plaxis- 3D, cho thấy có sự thống nhất về quy luật biến thiên, khi xét đến ảnh hưởng của các thông số: tỷ số L/d; S/d và số lượng cọc (n) của các nhóm cọc. Sai số của tỷ số độ lún giữa các phương pháp thay đổi trong phạm vi [1.3%÷9,8%]. -20- - Các hàm số mũ có dạng: RS=an , , biểu diễn quan hệ giữa tỷ số độ lún (RS) theo số lượng cọc (n), với hệ số a và số mũ  lần lượt biến thiên trong khoảng: [1.019÷0.987] ; [0.437÷0.222]. Chương 5 CÁC ĐỀ XUẤT 5.1. Đề xuất công thức xác định tỷ số độ lún 5.1.1. Công thức của Fleming và cộng sự Fleming và cộng sự (1985) [24], [47] đề xuất công thức thực nghiệm để xác định tỷ số độ lún của nhóm cọc, có dạng: RS = n  (5.1) Trong đó: RS – Tỷ số độ lún; n – tổng số lượng cọc;  – số mũ,  = [0.4 ÷0.6] cho phần lớn các nhóm cọc. 5.1.2. So sánh kết quả tính tỷ số độ lún 5.1.3. Đề xuất công thức tính số mũ Thông qua việc xấp xỉ tỷ số độ lún theo số lượng cọc bằng các hàm mũ dạng RS = an  đã thực hiện ở chương 3 và 4, với hệ số a1. Thiết lập công thức tính số mũ , xét đến ảnh hưởng của các tỷ số L/d và S/d của nhóm cọc. Công thức có dạng: S L 0.4 0.06 0.04 d d                 (5.2) 5.1.4. Kết quả tính toán và so sánh Tỷ số độ lún tính theo công thức (5.1) với số mũ  xác định theo công thức (5.2) được so sánh với các giá trị tỷ số độ lún (RS) tương ứng xác định từ kết quả thí nghiệm trên mô hình vật lý tỷ lệ nhỏ, cho thấy có sự phù hợp giữa kết quả thí nghiệm và kết quả tính theo số mũ theo đề xuất. 5.2. Đề xuất quy trình tính toán thay đổi chiều dài cọc để cải thiện sự làm việc của nhóm cọc -21- 5.2.1. Mở đầu Các nghiên cứu của Chow và Thevendran (1987) đã cho thấy việc thay đổi chiều dài của cọc trong nhóm có thể tối ưu hóa khả năng làm việc của nhóm cọc, giúp giảm sự phân phối tải trọng không đồng đều giữa các cọc trong móng đài cứng hoặc giảm độ lún không đều giữa các cọc trong nhóm cọc có đài cọc mềm. Các tác giả Liew và cộng sự (2002) [39], Tan và cộng sự [50]... ứng dụng việc thay đổi chiều dài cọc vào các công trình: Khu chung cư 5 tầng tại Bulit Tinggi, Malaysia; Bồn chứa 2500 tấn dầu tại Summatra, Indonesia ... đã phần nào cho thấy tính hiệu quả của việc thay đổi chiều dài của cọc trong nhóm. 5.2.2. Cơ sở lý thuyết Ứng dụng quy tắc tính hệ số nhóm của Feld (1943) để xác định hiệu suất sử dụng của từng vị trí cọc và hệ số nhóm cọc. 4.2.3 Các giả thiết Với giả thiết giữ nguyên mặt bằng bố trí cọc và tổng chiều dài cọc. Thực hiện phân phối lại chiều dài cọc, theo nguyên tắc giảm chiều dài (L1) của các cọc ở vùng biên, tăng chiều dài (L3) của các cọc ở vùng trung tâm và giữ nguyên chiều dài (L2=L) của các cọc ở phần trung gian nhóm cọc, sao cho hiệu suất sử dụng của các cọc ở vùng biên và vùng giữa là bằng nhau. 5.2.4. Đề xuất trình tự tính toán Tính toán thay đổi chiều dài các cọc trong nhóm, theo trình tự: (1). Từ mặt bằng bố trí cọc ban đầu, tiến hành phân chia cọc thành ba khu vực với các loại chiều dài cọc khác nhau, trên nguyên tắc: giảm chiều dài của các cọc ở vùng biên (L1); tăng chiều dài cho các cọc ở giữa nhóm (L3) và giữ nguyên chiều dài của cọc ở khu vực trung gian của nhóm cọc (L2). Xác định số lượng cọc ứng với mỗi loại chiều dài cọc. -22- (2). Sử dụng nguyên tắc Feld (1943) để xác định tính hiệu suất sử dụng của cọc và hệ số nhóm của nhóm cọc ban đầu. (3). Tính tỷ lệ lực phân phối cho từng vị trí cọc trong nhóm cọc ban đầu bằng các công thức đề nghị (5.4) đến (5.6). (4). Sử dụng công thức (5.7) để xác định tỷ lệ lực phân phối trung bình cho các cọc ở vùng biên và vùng giữa khi thay đổi chiều dài cọc so với chiều dài ban đầu. (5). Xác định chiều dài mới L3 và L1 cho cọc trong từng khu vực tương ứng bằng các công thức (5.8) và (5.9). 5.3. Kết luận chương 5 - Đề xuất biểu thức xác định số mũ , sử dụng trong công thức thực nghiệm để tính tỷ số độ lún của Fleming và cộng sự. Công thức này có thể dùng để ước tính độ lún của nhóm cọc thông qua độ lún của cọc đơn từ thí nghiệm nén tĩnh, phạm vi sử dụng cho các nhóm cọc nhỏ (n≤16 cọc), đài cứng làm việc trong nền đất sét yếu, có tỷ số S/d =[3÷6] và tỷ số L/d≤30. - Đề xuất trình tự tính toán thay đổi chiều dài của cọc trong nhóm, giúp cải thiện khả năng làm việc của nhóm cọc đài cứng, chịu nén đúng tâm với giả thiết giữ nguyên mặt bằng cọc và tổng chiều dài của các cọc. KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Từ kết quả nghiên cứu, luận án đưa ra các kết luận sau: 1. Hiệu ứng nhóm trong nhóm cọc đài cứng làm cho lực phân phối không đồng đều vào các cọc và giảm dần theo thứ tự: cọc góc, cọc biên và cọc giữa – đây là kết quả của sự suy giảm sức kháng thành và sức kháng mũi của các cọc trong nhóm. Trong phạm vi các nhóm cọc nghiên cứu, hiệu suất sử -23- dụng của các cọc giữa bằng [0.3÷ 0.57] so với cọc đơn, dẫn đến giảm khả năng chịu lực của toàn nhóm cọc. 2. Trị số lớn nhất của sức kháng thành đơn vị và sức kháng mũi đơn vị của các cọc trong nhóm thu được từ kết quả nghiên cứu, đều bé hơn so với đại lượng tương ứng của cọc đơn và không phải là hằng số, điều này cho thấy giá trị của các đại lượng này phụ thuộc vào tác dụng tương hỗ giữa hệ cọc-đất khi nhóm cọc chịu lực. 3. Kết quả xác định hệ số nhóm theo thí nghiệm và theo công thức của Converse – Labbare có sự phù hợp về qui luật. Ở các nhóm có nhiều cọc kết quả tính hệ số nhóm từ thí nghiệm cho giá trị nhỏ hơn khi tính toán theo công thức, sai số của giá trị hệ số nhóm giữa 2 phương pháp xác định biến thiên trong khoảng [0.1% đến 18.4%], cho thấy ảnh hưởng của chiều dài cọc và đặc điểm n