i
LỜI CẢM ƠN
Trước tiên, chúng em xin chân thành cám ơn ban giám hiệu nhà trường Đại
Học Lạc Hồng cùng quý thầy cô khoa kỹ thuật công trình đã tạo điều kiện cho
chúng em được nghiên cứu khoa học.
Chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Tiến sĩ Lê Trọng Nghĩa,
thầy đã giúp đỡ, chỉ dẫn tận tình và luôn quan tâm, động viên tinh thần trong thời
gian thực hiện bài báo cáo nghiên cứu khoa học này. Thầy cùng với các thầy cô
trong khoa kỹ thuật công trình đã truyền đạt cho chúng em hiểu được phương pháp
tiếp cận và giải quyết một vấn đề một cách khoa học, đây là hành trang quý giá mà
chúng em sẽ gìn giữ cho quá trình học tập và làm hành trang cho chúng em sau khi
ra trường đi làm cũng như học cao hơn nữa.
Cuối cùng, xin cảm ơn gia đình và bạn bè đã động viên, giúp đỡ chúng em
trong thời gian học tập và làm báo cáo nghiên cứu vừa qua.
Biên Hòa, ngày 25 tháng 11 năm 2012
Sinh viên
2.7. Đặc trƣng vật liệu của phần tử cọc (Pile) 30
2.8. Phần tử lò xo (Spring) 30
iii
Chƣơng 3: PHÂN TÍCH ẢNH HƢỞNG CỦA HỐ ĐÀO SÂU TRONG ĐẤT
YẾU ĐẾN CỌC BÊN TRONG HỐ ĐÀO 31
3.1. Phƣơng pháp tính toán 31
3.2. Phân tích ảnh hƣởng của cọc bên trong hố đào ứng với công trình thực
tế … 33
3.2.1. Các đặc điểm cơ bản của công trình 33
3.2.2. Các thông số và mô hình vật liệu 37
3.2.2.1. Thông số đất sử dụng trong mô hình 37
3.2.2.2. Thông số tường cừ Larsen 37
3.2.2.3. Thông số thanh chống xiên và giằng đầu cừ Larsen 41
3.2.3. Thông số cọc sử dụng trong mô hình 41
3.2.4. Phụ tải mặt đất 44
3.2.5. Điều kiện mực nước ngầm 44
3.2.6.Phân tích ảnh hưởng của cọc bên trong hố đào ứng với trường hợp thực
tế 45
3.2.6.1. Mô hình trong PLAXIS 3D Foundation 45
3.2.6.2. Kết quả tính toán 47
3.2.7. Phân tích ảnh hưởng của cọc bên trong hố đào trong trường hợp dời
dần khối đất đắp ra xa 56
3.2.7.1. Mô hình trong PLAXIS 3D Foundation 56
3.2.7.2. Kết quả tính toán 58
3.2.7.3. Phân tích kết quả 60
3.3. Phân tích mở rộng xem xét ảnh hƣởng của cọc bên trong hố đào trong
trƣờng hợp thay đổi chiều dài tƣờng ứng với công trình thực tế 67
3.3.1. Mô hình trong PLAXIS 3D Foundation 68
3.3.2. Phân tích kết quả tính toán 69
chắn giữ hố đào (Thasnanipan, 1998) 12
Hình 1.15 – Kết quả tính toán mômen uốn và chuyển vị của cọc gần tường cọc bản
nhất. Trường hợp IV 13
Hình 1.16 – Mô hình 3D của các lớp địa chất (Kok, 2009) 14
Hình 1.17 – Bản vẽ cho thấy vịt trí gãy cọc của 2 cọc nằm liền kề hố đào (Kok,
2009) 15
v
Hình 1.18 – Hình ảnh nhóm 3 cọc bị gãy (Kok, 2009) 15
Hình 1.19 – Hình ảnh nhóm 6 cọc bị gãy (Kok, 2009) 16
Hình 2.1 – Yêu cầu tối thiểu của mô hình hố đào (Bakker, 2005)[8] 20
Hình 2.2 – Các phần tử và nút trong một mô hình 2D. Mỗi nút có hai bậc tự do,
được mô tả bởi các mũi tên trong hình nhỏ hơn, (Wiberg, 1974)[7] 20
Hình 2.3 – Các bước phân tích phần tử hữu hạn (Wiberg, 1974)[7] 21
Hình 2.4 – Kết quả chuyển vị với số nút tăng dần trong mô hình 3D, (Hannes và
Daniel, 2010) 22
Hình 2.5 – Mô hình dẻo lý tưởng 23
Hình 2.6 – Xác định E
o
và E
50
qua thí nghiệm nén 3 trục thoát nước 23
Hình 2.7 – Xác định E
50
ref
qua thí nghiệm nén 3 trục thoát nước 25
Hình 2.8 – Xác định E
oed
ref
qua thí nghiệm nén cố kết (Oedometer) 26
Hình 3.22 – Mặt bằng cọc được sử dụng trong phân tích so sánh 49
Hình 3.23 – Biểu đồ chuyển vị lớn nhất của các cọc theo các giai đoạn thi công đào
đất 50
Hình 3.24 – Biểu đồ moment uốn lớn nhất trong các cọc theo giai đoạn thi công 51
Hình 3.25 – Mặt bằng nhóm cọc sử dụng phân tích 52
Hình 3.26 – Kết quả chuyển vị ngang của cọc so với quan trắc hiện trường 53
Hình 3.27– Đồ thị biểu diễn đường cong quan hệ giữa chuyển vị ngang lớn nhất
của cọc và khoảng cách từ cọc đến tường theo chiều sâu lớn nhất hố
đào 54
Hình 3.28 – Các trường hợp chia lưới 2D; 56
Hình 3.29 – Các trường hợp chia lưới 3D; 57
Hình 3.30 – Các trường hợp chuyển vị; 58
Hình 3.31 – Các trường hợp moment uốn 59
Hình 3.32a – Biểu đồ thể hiện hình dáng chuyển vị ngang của cọc trong các trường
hợp dời khối đất đắp ra xa và trường hợp không có khối đất đắp khi
đào -1,8m 60
vii
Hình 3.32b – Biểu đồ so sánh kết quả chuyển vị ngang lớn nhất của cọc trong các
trường hợp dời khối đất đắp ra xa và trường hợp không có khối đất
đắp khi đào -1,8m 61
Hình 3.33a – Biểu đồ thể hiện hình dáng chuyển vị ngang của cọc trong các trường
hợp dời khối đất đắp ra xa và trường hợp không có khối đất đắp khi
đào -3,8m 62
Hình 3.33b – Biểu đồ so sánh kết quả chuyển vị ngang lớn nhất của cọc trong các
trường hợp dời khối đất đắp ra xa và trường hợp không có khối đất
đắp khi đào -3,8m 63
Hình 3.34 – Biểu đồ so sánh kết quả moment uốn của cọc trong các trường hợp dời
khối đất đắp ra xa hố đào và moment kháng uốn của cọc 65
Hình 3.35 – Biểu đồ so sánh kết quả moment uốn của cọc trong các trường hợp dời
Bảng 3.3 – Thông số cừ Larsen FSP – IV dùng trong mô hình 40
Bảng 3.4 – Đặc trưng vật liệu của thanh chống xiên và gằng đầu cừ 41
Bảng 3.5 – Đặc trưng vật liệu của cọc sử dụng trong mô hình 43
Bảng 3.6 – Moment uốn lớn nhất của cọc từ mô hình phần tử hữu hạn 3D và kết quả
kiểm tra độ đồng nhất của cọc bằng phương pháp biến dạng nhỏ (PIT) 51
ix
TÓM TẮT LUẬN VĂN
Trong luận văn trình bày nghiên cứu một công trình ở quận 8, TP. Hồ Chí
Minh có cọc bên trong hố đào mở trên đất sét yếu bị phá hoại. Theo báo cáo khảo
sát địa chất, công trình có lớp đất yếu dày 25m, từ cao độ -1m đến -26m (so với mặt
đất tự nhiên), lớp đất có chỉ số SPT ‘ N ‘≈ 0. Công trình sử dụng cọc ống ly tâm ứng
suất trước để chống để kết cấu bên trên. Khi tiến hành đào đất đến cao trình đáy để
thi công đài móng thì gặp hiện tượng đất bị đẩy trồi làm cọc chuyển vị và gây
moment uốn cho cọc, kết quả là cọc bị nghiên lệch và bị gãy. Sử dụng phần mềm
PLAXIS 3D Foundation để phân tích ứng xử của cọc trong suốt quá trình thi công
tích ảnh của hố đào sâu trong đất yếu đến cọc bên trong hố đào”.
2. Mục đích nghiên cứu của đề tài
Mục đích nghiên cứu này là làm tăng thêm vốn kiến thức và sự hiểu biết về sự
ảnh hưởng của việc thi công hố đào sâu trong đất yếu sẽ tác động như thế nào đến
cọc bên trong hố đào chưa có tải trọng dọc trục. Tải trọng ngang do chuyển vị của
đất gây ra moment uốn của chuyển vị có làm thay đổi ứng suất cũng như phá hoại
cọc hay không!
2
3. Ý nghĩa và giá trị thực tiễn của đề tài
- Thiết lập biểu đồ chuyển vị ngang và moment uốn của cọc bên trong hố đào.
Từ đó xác định vùng cọc sẽ bị ảnh hưởng bên trong hố đào sâu.
- Xác định phạm vi ảnh hưởng của khối đất đắp đến chuyển vị và moment uốn
của cọc bên trong hố đào.
- Thiết lập quan hệ giữa chiều sâu tường với chuyển vị và moment uốn của cọc
bên trong hố đào. Đưa ra giải pháp hạn chế ảnh hưởng của hố đào sâu đến cọc bên
trong hố đào.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
Để nghiên cứu các nội dung nêu trên, tác giả đã lựa chọn phương pháp nghiên
cứu sau:
1. Nghiên cứu về lý thuyết : Cơ sở lý thuyết về tính toán lựa chọn thông số đầu
vào từ các thí nghiệm trong phân tích bài toán hố đào sâu.
2. Mô phỏng: Sử dụng phần mềm plaxic 3D Foundation để phân tích ổn định
và biến dạng của hố đào sâu trong quá trình thi công; xác đinh phạm vi và mức độ
ảnh hưởng do hố đào sâu gây ra cho cọc bên trong hố đào.
5. Nội dung nghiên cứu
Nội dung của bài báo cáo chỉ tập trung nghiên cứu vào các vấn đề sau:
- Phân tích ứng suất của cọc bên trong hố đào khi thi công hố đào sâu trong đất
yếu.
- Phân tích ảnh hưởng của tải trọng xung quanh hố đào đến cọc bên trong hố
Hình 1.1 – Các cọc ống bị nghiêng lệch - Trạm phân phối xi măng Hiệp Phước
- Công trình trạm phân phối xi măng Hiệp Phước – Công ty cổ phần xi măng
Thăng Long (KCN Hiệp Phước – TP.HCM) Công trình sử dụng cọc ống BTCT
chiều dài 33- 35m cho 1 tim cọc do Công ty Phan Vũ thiết kế. Đặc biệt địa tầng khu
vực xây dựng có lớp bùn nhão dày đến 21m tính từ mặt đất tự nhiên. Công trình sử
4
dụng giải pháp cọc đóng và sau khi thi công có đến khoảng 80% số cọc đóng tại
khu vực silô bị nghiêng lệch theo 1 hướng, hình 1.1.[6]
- Công trình xây dựng cao ốc ở Phường Thảo Điền – Quận 2 – TP. HCM
cũng xảy ra sự cố tương tự khi hầu như toàn bộ phần cọc, móng bị nghiêng, có cọc
bị gãy khúc. Thiệt hại sự cố này ước tính lên đến 10 tỷ đồng, việc khắc phục sự cố
này cũng hết sức phức tạp do đất nền đã bị xáo trộn rất nhiều, hình 1.2.[6] Hình 1.2 – Toàn cảnh sự cố các cọc ống bị nghiêng lệch và gãy Cao ốc Phường
Thảo Điền, Quận 2, TP. Hồ Chí Minh
- Một công trình xây dựng cao ốc ở khu Phú Mỹ Hưng – Quận 7 khi đi thi
công phần móng cọc thì đã xảy ra hiện tượng cọc bị xô lệch, làm sạt một phần
đường đi. Theo nhận định của CONINCO thì nguyên nhân là do phương án chống
đỡ không tốt trong lúc thi công cọc BTCT đã làm xảy ra hiện tượng sạt cọc. Ước
tính số tiền thiệt hại do sự cố này khoảng 3-4 tỷ đồng.[6]
- Một số công trình cầu, khi thi công cọc cho móng trụ cầu nằm ngay gần
mép bờ sông cũng đã xảy ra sự cố cọc bị nghiêng lệch quá giới hạn cho phép, Hình
1.5hình 1.5. [3]
Hình 1.5 – Công trình móng trụ cầu sử dụng cọc ống bê tông ly tâm ứng suất trước
- Công trình tại Quận 7 – Phú Mỹ Hưng – TP. HCM áp dụng phương pháp
móng cọc ly tâm BTCT dự ứng lực – D500 thi công bằng phương pháp ép thủy lực
(ép đỉnh) đã xảy ra sự cố cọc bị dịch chuyển ngang. Sự cố được phát hiện sau khi
đơn vị thi công phần móng và hầm tiến hành đào đất, khoảng cách sai lệch so với
thiết kế ban đầu có tim lên đến hơn 0,6m và vượt qua ngoài phạm vi cho phép của
quy trình thi công. [6] 7 Hình 1.6 – Công trình 13 tầng Phú Mỹ Hưng, Quận 7, TP. Hồ Chí Minh
Hình1.6 – Khu vực cọc bị nghiêng lệch – Công trình 13 tầng Khu đô thị mới Phú
Mỹ Hưng, Quận 7, TP. Hồ Chí Minh
Và mới nhất trong năm nay 2011, công trình 15 tầng, Quận 8, TP. Hồ Chí
Minh. Trong quá trình tiến hành thi công đào đất để thi công đài móng thì gặp sự cố
cọc bị nghiêng lệch và gãy tại 2 móng M1 & M2, cọc bị chuyển vị lớn nhất lên đến
khoảng 60cm. Nguyên nhân ban đầu được xác định do đơn vị thi công đã vận
chuyển đất trong hố đào và tập kết gần mép hố đào khoảng 12m, cao 4m. Đặc biệt
Thasnanipan (1998) đã trình bày bốn trường hợp cọc liên kết với các công
trình hố đào sâu ở Bangkok trong đất sét mềm bị phá hoại. Kiểm tra cọc bị phá hoại
bằng thí nghiệm thử động biến dạng lớn (high strain dynamic load test) và cũng mô
phỏng bằng phương pháp phần tử hữu hạn hai chiều để dự đoán. Từ đó, tìm ra mối
tương quan giữa vị trí của vết nứt và moment uốn trong cọc vượt quá moment uốn
cho phép. Khi sử phương pháp phần tử hữu hạn 2D để phân tích, Thasnanipan
(1998) đã sử dụng phần mềm PLAXIS 2D version 6 và sử dụng mô hình Mohr –
Coulumb để mô phỏng các giai đoạn thi công hố đào, chuyển vị của đất/cọc và
phân tích ứng suất uốn trong cọc cho cả bốn trường hợp. Kết quả mô hình cho thấy
rằng moment uốn trong cọc do thi công hố đào lớn hơn khả năng chịu moment gây
nứt cọc trong tất cả trường hợp. Kết quả phân tích được trình bày tóm tắt trong
Bảng 1.1.
Hình 1.9 – Mô hình trường hợp I – Tạo mái dốc khi đào (Thasnanipan, 1998)
11 Hình 1.10 – Mô hình trường hợp II – Sử dụng cọc bản có chống chắn giữ hố đào
(Thasnanipan, 1998) Hình 1.11 – Mô hình trường hợp III – Sử dụng cọc bản có hai tầng chống tạm
chắn giữ hố đào (Thasnanipan, 1998)
12 Hình 1.12 – Mô hình trường hợp IV – Sử dụng cọc bản có một tầng chống tạm
chắn giữ hố đào (Thasnanipan, 1998)
1.0
0.75
30
79
149.7
III
1.5
0.5
102
188
117.2
255.7*
IV
0.6
0.35
6.5
9.2
13.3
Lưu ý:(*) moment trong cọc tại những vị trí có đắp đất ở bên ngoài tường cọc bản
hoặc mái dốc.
Trong trường hợp I và III cọc tại những vị trí có đất đắp bên ngoài thì moment
uốn trong cọc lớn hơn 10% và 36% khả năng chịu moment uốn cực hạn của cọc.
13
Trong trường hợp II thì moment uốn trong cọc gần tường cọc bản nhất và cọc
ở hàng thứ 2 lớn hơn 89% và 27% khả năng chịu moment uốn cực hạn của cọc. Thí
nghiệm siêu âm kiểm tra sự đồng nhất của cọc đã phát hiện vết nứt trong 35% các
cọc hàng thứ nhất và thứ 2.
Trong trường hợp IV kết quả mô hình cho thấy rằng moment uốn trong cọc do
Hình 1.15 – Bản vẽ cho thấy vịt rí gãy cọc của 2 cọc nằm liền kề hố đào
(Kok, 2009)
Một số hình ảnh về nhóm cọc bị gãy được thể hiện trong hình 1.18 và hình
1.19 dưới đây:
Hình 1.16 – Hình ảnh 3 cọc bị gãy (Kok, 2009)
16 Hình 1.17 – Hình ảnh nhóm 6 cọc bị gãy (Kok, 2009)
Nhận xét:
Tổng hợp từ các nghiên cứu trên thì các nguyên nhân chính gây ra sự cố cọc
bên trong hố đào là do:
- Tiến hành đào trước khi lắp đặt hệ chống đỡ.
- Lựa chọn hệ thống tường chắn không phù hợp để khống chế chuyển vị
của đất.
- Không xét tới tải thi công trên công trường.
- Thiết kế cọc không xét tới ảnh hưởng của tải trọng ngang do quá trình
thi công.
- Cốt thép trong cọc không đủ để chống chuyển vị của đất.
- Lớp đất sét yếu quá dày.
Ngoài ra, vị trí moment uốn lớn nhất trong cọc là tại mặt tiếp giáp giữa lớp đất
yếu và đất tốt.
Copyright: Tài liệu đại học ©