tinh toan mong coc dai

nghiªn cøu sù lμm viÖc ®ång thêi mãng b¨ng, bÌ cäc vμ nÒn ®Êt ks. Phan huy ®«ng Divison of Soil mechanics and foundation engineering – Civil University email: [email protected] [email protected] 1. Thảo luận. Vớ i nhu cầu sử dụng ngày càng tăng, các công trình nhà trung và cao tầng đang đượ c xây dựng nhiều ở nướ c ta hiện nay, đặc bi b iệt là ở các thành phố lớ n. n. Đặc điểm c ủa các công trình trung và cao tầng là có tải tr ọng đứng và tải tr ọng ngang (gió và động đất) là r ất lớ n, n, trong đó tải tr ọng ngang đóng vai trò quan tr ọng trong công tác thiết k ế. Khi chịu tác động của tải tr ọng ngang sẽ sinh ra mômen lật lớ n nên giải pháp k ết cấu móng có yêu cầu r ất khắt khe về khả năng chịu lực, tính ổn định và độ chênh lún cho công trình. K ết cấu móng thườ ng ng r ất đa dạng và linh hoạt, tuy nhiên có mấy dạng phổ biến như sau:

mãng hép

mãng bÌ, bÌ + cäc

m ã n g h é p v μ cäc khoan nhåi

m ã n g c ä c ( k h o a n n h å i , b a r e t) t)

Hình 1: M ột số giải pháp móng phổ biế n cho nhà cao t ầng

Để tăng độ cứng không gian của móng cũng như giảm chênh lún tốt nh ất thì giải pháp móng cọc k ết hợ p v ớ i đài dạng b ăng, bè đượ c s ử dụng nhiều hơ n cả. Thêm vào đó phần lớ n các công trình nhà cao tầng thườ ng ng thiết k ế có các tầng ngầm để tận dụng không gian sử dụng, khi đó móng cọc đượ c đặt trong các hố đào sâu cho nên ngoài việc chịu tải tr ọng của công trình, cọc còn chịu các tác động do có hiện tườ ng ng phồng của đất khi mở hố đào và áp lực đẩy nổi của nướ c, c, làm cọc có khả năng chịu kéo nhiều hơ n. n. Do đó ngoài vấn đề giảm tải cho công trình thì việc tính toán móng cọc dướ i tầng ngầm giống như móng băng, bè - cọc. V ớ ích t ổ n n ới mục đ ích ổng g hợ p các ki ế ế n thứ c chuyên môn, để xây d ự ựng g một mô hình tính toán mô phỏng đượ c s ự làm vi ệ ệc đồng thờ i c ủa k ế ế t c ầu móng - cọc - nề n đấ t m ột cách hợ p lý, làm tài li ệ n ệu tham khảo thêm cho sinh viên ngành xây d ự ựng g tôi post lên ketcau.com

The world’s largest digital library

Try Scribd FREE for 30 days to access over 125 million titles without ads or interruptions! Start Free Trial Cancel Anytime.





bài vi ế ết này mong đượ c sự góp ý của mọi ng ườ ườ i.i.

2. C¬ chÕ lµm viÖc cña hÖ mãng mãng b¨ng, bÌ – cäc vµ çc quan ®iÓm thiÕt kÕ. Nghiên cứu tác động qua lại khi k ể tớ i ảnh hưở ng ng của đài cọc, nền đài và cọc cho thấy cơ cấu truyền tải tr ọng như sau:

đất dướ i đáy

+ Sự làm việc của đài cọc: Tải tr ọng từ công trình truyền xuống móng. Đài cọc liên k ết các đầu c ọc thành một kh ối và phân phối t ải tr ọng t ậ p trung tại các vị trí chân cột, t ườ ng ng cho các cọc. Sự phân phối này phụ thuộc vào việc bố trí các cọc và độ cứng kháng uốn của đài (EJ). Ở một mức độ nhất định nó có khả năng điều chỉnh độ lún không đều (lún lệch).

Ảnh hưở ng ng của nền đất dướ i đáy đài: Khi đài cọc ch ịu tác động c ủa tải tr ọng một ph ần đượ c truyền xuống cho các cọc chịu và một phần đượ c phân phối cho nền đất dướ i đáy đài. Tỷ lệ phân phối này còn phụ thuộc vào các yếu tố: độ cứng của nền đất, chuyển vị của đài, chuyển vị của cọc và việc bố trí các cọc. ờ đượ c hạ vào các lớ p đất tốt phía + Ảnh hưở ng ng của cọc: Cơ chế làm việc của cọc là nhờ đượ dướ i nên khi chịu tác động của tải tr ọng đứng từ đài móng nó sẽ truyền tải này xuống lớ p đất tốt thông qua lực ma sát giữa cọc vớ i đất và lực kháng ở mũi cọc làm cọc chịu kéo hoặc nén. Trong quá trình làm việc cọc còn chịu thêm các tác động phức tạ p khác như: hiệu ứng nhóm cọc, lực ma sát âm ... Do có độ cứng lớ n nên cọc tiế p nhận phần lớ n tải tr ọng từ đài xuống, chỉ có một phần nhỏ do nền tiế p nhận. +

®− êng êng chuyÓn vÞ cña ® μi cäc ® μi cäc

cäc

cäc

nÒn ®Êt d − íi íi ®¸y mãng

H×nh 2: sù lµm viÖc cña hÖ ®µi cäc- cäc - nÒn ®Êt. Tãm l¹i sù lµm viÖc cña hÖ ®µi cäc - cäc - nÒn ®Êt lµ mét hÖ thèng nhÊt lµm viÖc ®ång thêi cïng nhau vµ t − ¬ng ¬ng t¸c lÉn nhau rÊt phøc t¹p. Sù t − ¬ng ¬ng t¸c ®ã phô thuéc vµo ®é cøng kh¸ng uèn cña ®µi cäc, ®é cøng cña nÒn ®Êt (®¸y ®µi), ®é cøng cña cäc (kh¶ n¨ng chÞu t¶i vµ bè trÝ cäc). Nhê vµo sù t − ¬ng ¬ng t¸c ®ã mµ t¶i träng ® − îc îc ph©n phèi xuèng nÒn ®Êt g©y ra chuyÓn vÞ cña nÒn, chuyÓn vÞ nµy ph©n phèi l¹i t¶i träng cho kÕt cÊu bªn trªn tõ ®ã cã t¸c dông ®iÒu chØnh chªnh lón, gi÷ ® − îc îc ®é æn ®Þnh kh«ng gian cho mãng.

3. Çc quan ®iÓm thiÕt kÕ.





kÓ tíi sù tham gia chÞu t¶i cña nÒn ®Êt d− íi íi ®µi cäc. cäc. Th« s¬ h¬n trong qu¸ tr×nh tÝnh to¸n hÖ mãng cßn ® − îc îc tÝnh nh− mãng cäc ®µi thÊp víi nhiÒu gi¶ thiÕt gÇn ®óng nh − sau:

1- T¶i träng ngang do ®Êt trªn møc ®¸y ®µi tiÕp thu. 2- §µi cäc tuyÖt ®èi cøng, ngµm cøng víi cäc vµ chØ truyÒn t¶i lªn çc cäc, do ®ã çc cäc chØ chÞu nÐn, kÐo. 3- Cäc trong nhãm cäc lµm viÖc nh− çc cäc ®¬n, vµ cäc chÞu toµn bé t¶i träng tõ ®µi mãng (bá qua ¶nh h− ëng ëng cña ®Êt d − í i ®¸y ®µi). −íi 4 - Khi tÝnh to¸n tæng thÓ mãng cäc th× coi hÖ mãng cäc lµ mãng khèi qui − íc. íc. Theo cách tính này là quá thiên về an toàn và không kinh tế, tuy nhiên nó vẫn đượ c sử dụng phổ biến hiện nay vì đơ n giản, thiên về an toàn và đượ c hướ ng ng dẫn chi tiết trong các giáo trình Nền móng hiện nay. b. Quan đ i i ể i: Theo quan điểm này, hệ k ết ểm cọc gi ảm lún - sự làm vi ệ ệ c đồng thờ i: cấu móng đài cọc - cọc cùng làm việc đồng thờ i vớ i nền đất theo một thể thống nhất. Các cọc đượ c bố trí ở trong móng làm mục đích chính là giảm nh ỏ nhất độ lún trung bình và độ chênh lún. Ngoài ra còn k ể đến đượ c ảnh hưở ng ng của đất dướ i đáy đài.

Quan sát quan hệ giữa tải tr ọng và độ lún ở hình 3 cho thấy:

-

-

Đườ ng ng cong 1: mô tả phươ ng ng pháp thiết k ế truyền thống. Tại tải tr ọng thiết k ế, đườ ng ng cong quan hệ P –S là tuyến tính toàn bộ tải tr ọng của công trình do cọc tiế p nhận, độ lún là r ất nh n hỏ do đó c ần m ột s ố lượ ng ng cọc l ớ n, n, đồng thờ i ch ưa phát huy hết mức sự làm việc của các cọc. Đườ ng ng cong 3: Tại tải tr ọng thiết k ế, độ lún của bè là r ất lớ n, n, nền không đủ khả năng chịu tải. Đườ ng ng cong 2: Thể hiện ý t ưở ng ng cọc gi g iảm lún và các cọc phát huy hết kh k hả năng làm việc t ại giá tr ị tải tr ọng thiết k ế do đó cần ít cọc h ơ n cho dù giá tr ị độ lún lớ n nhưng về tổng thể nó vẫn thỏa mãn yêu cầu vớ i một hệ số an toàn hợ p lý.





II. NỘI DUNG ĐỀ TÀI. II.1. Sự làm việc đồng thờ i của của nhóm cọc. Đất là một môi tr ườ ườ ng ng r ất ph ức t ạ p vì vậy khi móng cọc làm việc thì sự làm việc của cọc trong nhóm khác nhiều so vớ i sự làm việc của cọc đơ n cùng loại. Do có phần chậ p của vùng ứng suất tăng dướ i mũi các cọc chống và nhóm cọc hoạt động như một thể thống nhất, ứng suất tổng cộng có thể lớ n gấ p vài lần so vớ i ứng suất dướ i cọc đơ n. n. Vớ i c ọc ch ống thườ ng ng đượ c xuyên một đoạn ngắn vào tầng d ướ i đất có khả năng chịu lực tốt và cọc truyền tải tr ọng cho đất trong phạm vi quả bầu áp lực dướ i mũi cọc. Nếu tầng đất này và các tầng đất phía dướ i có khả năng chịu tải lớ n thì mỗi cọc trong nhóm sẽ chịu một tải tr ọng như nhau và như một cọc đơ n. n. Nếu lớ p đất dướ i mũi cọc có tính biến dạng lớ n thì độ lún của nhóm cọc sẽ có thể lớ n hơ n nhiều so vớ i độ lún thu đượ c trong thí nghiệm cọc đơ n, n, mặc dù áp lực chống có thể nhỏ hơ n giá tr ị cho phép. Sự làm việc của cọc ma sát trong nhóm, nhìn chung là khác vớ i sự làm việc của cọc đơ n. n. Nguyên nhân của s ự khác nhau này là do có sự ảnh hưở ng ng qua lại c ủa cọc, lực ma sát dọc theo thân cọc giảm đi vì giảm vùng phân bố ứng suất trong đất của không gian giữa các cọc, còn sức kháng của đất ở mũi đượ c t ăng lên do nén chặt đất khi hạ các cọc lân cận. Mức độ thay đổi sức ch ịu tải giớ i hạn và độ lún của c ọc phụ thuộc vào chiều dài cọc, số cọc trong nhóm, tính chất của đất dướ i mũi cọc, cũng như vào tỷ số tải tr ọng truyền qua thân cọc và qua mũi cọc.

H×nh 4: Çc ® − − ên ®¼n øn suÊt cña c c ®¬n vµ nhãm c c

II.2. x©y dùng m« h×nh tÝnh. Trên cơ sở phân tích trên, để giải quyết bài toàn có k ể đến sự làm việc đồng thờ i giữa hệ k ết cấu: đài cọc - cọc - nền đất một cách tươ ng ng đối hợ p lý, tôi sử dụng phươ ng ng pháp PTHH mô hình hệ k ết cấu móng là các phần tử hữu hạn như sau:

+ Đài cọc đượ c khai báo là các phần tử SHELL. Đài đượ c chia thành lướ i hình ô





+ Đất dướ i đáy đài đượ c thay bằng các gối SPRING có độ cứng theo vào điều kiện địa chất.

K đấ đất thay

đổi tu t uỳ

H×nh 5: S¬ ®å m« h×nh kÕt cÊu tÝnh mãng b¨ng, bÌ V ớ ới cách mô hình hoá này, có k ể đế ể đế n sự làm vi ệ ệc đồng thờ i của các cọc trong nhóm, k ể ng của các t ươ ng tác cọc vớ i i đấ t, t, đấ t vớ i i đấ t và đấ t vớ i cọc ể đế n ảnh hưở ng ươ ng thông qua vi ệ nh các thông số của mô hình đ ó là độ cứ ng ng c ủa các g ố àn h ồi ệc xác đị nh ối i đ àn thay thế cọc K cọc và thay thế đấ ế đấ t K đấ đấ . t t

3. x¸c ®Þnh çc th«ng sè cña m« h×nh tÝnh. 3.1. Xác đị nh nh độ cứ ng ng g ố àn hồi thay thế cọc K cọc . ố i i đ àn

- Cọc cọc.

đượ c thay thế bằng các gối đàn hồi có độ cứng K cọc - đặc tr ưng cho độ cứng của P K cọc i = i (1) S i

Trong đó: + Si : Độ lún của cọc thứ i khi chịu tải tr ọng Pi. Theo các nghiên cứu của nhiều nhà khoa học, độ lún của cọc đơ n có k ể đến hiệu ứng nhóm đượ c xác định như sau: mc

Si = Sc.(1+ ∑ α i )

(2)

i =2

Vớ i: i:

mc

+ ∑ α i Hệ số ảnh hưở ng ng của nhóm cọc, i=2

nghiệm:

L α = 0,5. ln( / δ ) ln( L / ρ d )

vớ i δ < L.

đượ c xác định theo công thức kinh





hệ số ρ =

Eg Em

+ Eg;Em: Là module biến dạng của đất tại điểm giữa chiều dài cọc và mũi cọc + Sc là độ lún cọc đơ n dướ i tác dụng của lực Pi xác định trên cơ sở tươ ng ng tác giữa cọc và đấ t t, nền đấ t t ở mũi cọc và bản thân biế n d ạng đ àn àn hồi của cọc. Sc có thể đượ c tính thông qua các công thức thực nghiệm như nhiều tác giả đã đưa ra như: Phươ ng ng pháp truyền tải của Coyle và Reese (1960); phươ ng ng pháp của Gambin (tài liệu tham khảo 1), phươ ng ng pháp của Mindlin theo lý thuyết đàn hồi (tài liệu tham khảo 2)…. Sau đây xin giớ i thiệu một cách tính đơ n giản, thông dụng của Gambin.

- Bài toán tính lún của cọc đơ n có k ể đến ảnh hưở ng ng của nhóm cọc của Gambin dự a theo nguyên lý bài toán truyền tải trọng.

q

ι so

σι+1 ι i+1 si+1

L/n

ιi

σι

ι

max

si

ι1

σ1

s chuyÓn vÞ t− ¬ng ¬ng ®èi cäc v μ ®Êt

s1

Hình 6: Mô t ả phươ ng ng pháp tính lún c ủa Gambin Chia cọc thành n đoạn. Tính toán đượ c bất đầu từ mũi cọc, dướ i 1 áp lực tác dụng vào đất, giả thiết ban đầu là σ 1 (tạo ra độ lún s1). Ta tính toán chuyển dần đến đoạn cọc thứ i, có các thành phần:

ở đáy đoạn cọc thứ i và đỉnh đoạn cọc i -1. + Ứ ng ng suất pháp tuyến σ 1 tác dụng ở đ ở đáy đoạn cọc i. + Độ lún si ở đ + Ứ ng ng suất cắt cọc đất τ i

ở thành đoạn cọc thứ i, do độ lún si gây ra.

+ Ứ ng ng suất pháp tuyến σ i +1 tác động lên đầu đoạn cọc thứ i, có tính đến ma sát thành

đoạn thứ i đượ c xác định theo biểu thức: σ

= σ +

2π Rhi .τ i

(3)







So sánh giá tr ị Q v ừa tìm đượ c và giá tr ị tải tr ọng làm việc theo thiết k ế, tính lặ p cho đến khi hội tụ về giá tr ị Q thì dừng lại. 3.2. Xác đị nh nh độ cứ ng ng g ố àn hồi thay thế đấ ối i đ àn ế đấ t.t.

K đấ (4) Độ cứng của gối lo xo thay thế đất đượ c xác định như sau: đất = C. Fi Fi - diện tích phần chịu tải thay thế; C - độ cứng đơ n vị – còn gọi là hệ số nền. Giá tr ị này có thể chọn theo kinh nghiệm hoặc tính theo các công thức thực nghiệm: Vesic, poulos…, ví dụ như công thức của Vesic: c =

0.65

B

.12

E. B 4

E . Ed .J d 1 − 2

(5)

+ B: Chiều r ộng móng. 2

+ E(KN/m ),µ: lần lượ t là modun biến dạng và hệ số nở hông của đất. +Ed.Jd: Độ cứng kháng uốn của đài cọc.

4. Thiết k ế và áp dụng. 4.1. Các bướ c tính toán móng băng, bè cọc. Trên sơ sở lý thuyết và các thông số đầu vào đã có thể xác định ở trên, tôi xin đưa ra nội dung thiết k ế móng cọc đài băng, bè làm việc đồng thờ i vớ i đất nền theo các bướ c sau: - Bướ c 1: Xác định sơ bộ số lượ ng ng cọc cần bố trí. + Xác định độ cứng nhóm cọc. + Xác định độ cứng bản thân băng (bè). + Tính độ cứng móng băng (bè) cọc. + Xác định tải tr ọng đượ c mang bở i đài cọc. - Bướ c 2: Xác định vị trí cần bố trí cọc. Xác định vị trí cần bố trí cọc: Ta phải xác định đượ c các tr ườ ng hợ p mà ở đ ườ ng ở đó cọc có thể cần phải bố trí theo yêu cầu.Trên cơ sở đ ở đó ta có khả năng chịu lực c ủa bè mà không cần bố trí cọc là [P]. Đây là nội dung cơ bản của việc thiết k ế loại móng này. - Bướ c 3: Thiết k ế chi tiết.





+ Nếu áp lực tiế p xúc lớ n nhất dướ i bè móng vượ t quá giá tr ị thiết k ế cho phép của đất. + Nếu chuyển vị bên dướ i cột vượ t quá giá tr ị cho phép.

NHẬN XÉT VÀ K ẾT LUẬN Từ cơ sở l thuyết trên tôi đã lập chươ ng ng trình tính toán móng băng, bè trên nền cọc và qua k ết quả tính toán cụ thể cho một số công trình, tôi đư a ra một số k ết luận sau: 1. Về k ết quả tính toán. Như đã trình bày ở trên, hệ k ết cấu đài cọc - cọc - đất làm việc đồng thờ i vớ i nhau, tươ ng ng tác vớ i nhau r ất phức tạ p phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Tuy nhiên, qua số liệu phân tích ở một số ví dụ ở một số công trình, rút ra một số k ết luận sau: + Khi k ể đến ảnh hưở ng ng của đất dướ i đài c ọc, tùy theo độ cứng của n ền mà tỷ lệ tải tr ọng do đất chịu thay đổi từ 10% đến 20% (vớ i móng đài bè thậm trí lên tớ i 30%) còn lại là do cọc chịu. + Khi k ể đến ảnh hưở ng ng c ủa c ọc làm việc theo nhóm (tức là có sự tươ ng ng tác giữa ng 3% - 5% (đất dính thì tỷ lệ đất và cọc) thì chuyển vị của cọc thay đổi không nhiều thườ ng này cao hơ n). n). + Ảnh hưở ng ng tươ ng ng tác giữa các cọc không đáng k ể khi bố trí các cọc vớ i khoảng cách lớ n hơ n 5d (d - đườ ng ng kính cọc).





Summary: Analyse the interaction between raft cap, piles and soils under the cap. The raft pile is popular solution in high or medium building. There are two main point of views to analyse the pile and raft cap systerm. Indetail it’s seemed piles under the raft cap support whole the load from the upper structure, and the other, piles are installed to reduce the deformation of the foundation. Raft cap and soil under the cap are combined and they are interacted work to the supper structure. To solve this problem, I simulated system piles and raft cap as follows: Raft pile are shell elements and piles and soils are as springs with corresponding rigid confection K pile and K soil soil. Estimating K pile and K soil soil are mentioned to the interaction. Thereafter, from the above theory basis I wrote the a software by Visual Basic language which help us to analyse this problem.





tµI liÖu tham kh¶o 1. Cẩm nang dùng cho k ỹ sư địa k ỹ thuật

- Tr ần văn Việt

2. Luận văn thạc s ĩ “ Nghiên cứu và lậ p chươ ng ng trình tính toán móng lệch làm việc - Nguyễn Tiến Dũng đồng thờ i vớ i nền“ 3. Luận văn thạc s ĩ “Tươ ng ng tác giữa nền và móng cọc, bài toán hiệu ứng nhóm cọc“ - Phan Vũ Anh 4. Broja M. Das. Shallow foundations, bearing capacity and settlement. 5. Foundation Design and construction, Part 5 – Buoyancy rafts and basement (box foundation), pp. 167 – 212. 6. 10. Bài báo “Xem xét ảnh hưở ng ng của nhóm cọc trong tr ườ ng hợ p chịu tải tr ọng ườ ng thẳng đứng “ (Tạ p chí Xây dựng 11/2004) - Tr ần Hữu Hà 7. Vũ Công Ngữ . Thiết k ế móng nông .Tr ườ ng Đại Học Xây Dựng –1998. ườ ng 8. Lê Đức Thắng.Thiết k ế móng cọc. Tr ườ ng Đại Học Xây Dựng –1998. ườ ng 9. Tiêu chuẩn nền móng. TCXD-205-1998. 10. Tiêu chuẩn nền móng. TCXD-206-1998. 11. Phân tích và thiết k ế k ết cấu bằng phần mềm SAP2000 12. PROGRAMMING MICROSOFT VISUAL B 6.0

tinh toan mong coc dai

Recommend Documents