Mô hình số thí nghiệm cọc khoan nhồi phụt vữa thân cọc

- Mô hình số thí nghiệm cọc khoan nhồi phụt vữa thân cọc.
- Cọc khoan nhồi của móng nhà cao tầng cần có kích thước và chiều sâu lớn để xuyên qua lớp đất sét yếu trầm tích bảo hoà nước, có chiều dày lớn và đảm bảo độ mảnh của cọc.
- Kỹ thuật phụt vữa thân cọc được áp dụng để tăng sức kháng thành của cọc khoan nhồi.
- Bài báo trình bày mô hình số theo phương pháp phần tử hữu hạn, thông số của mô hình được xác định từ phương pháp phân tích ngược kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT) của đất nền và sức kháng thành của cọc khoan nhồi phụt vữa thân cọc.
- Mô hình này xác định thông qua thí nghiệm nén tĩnh cọc nhằm xác định sức chịu tải của cọc thí nghiệm của công trình tại Quận 1.
- Kết quả dự báo của mô hình được so sánh với số liệu quan trắc ngoài hiện trường cho thấy là đáng tin cậy.
- Kết quả tính toán từ mô hình cho phép dự báo được sức chịu tải của cọc và cung cấp một tài liệu tham khảo cho công tác thiết kế cọc..
- phụt vữa thân cọc.
- sức kháng thành, mô phỏng cọc.
- Hiện nay, việc dự báo sức chịu tải cọc khoan nhồi phụt vữa thân cọc dựa vào lý thuyết tính toán cọc khoan nhồi truyền thống [2], [3].
- Kết quả dự báo sức chịu tải của cọc có sai lệch lớn so với thực tế .
- Thí nghiệm thử tải cọc là một.
- cách hiệu quả để đánh giá phương pháp thiết kế cọc.
- Các loại thí nghiệm thử tải cọc bao gồm thí nghiệm nén tĩnh, thí nghiệm O- cell, thí nghiệm thử động biến dạng lớn (PDA)… Kết quả thí nghiệm thử tải cọc nhằm xác định tải trọng cọc, bao gồm quan hệ giữa tải trọng – chuyển vị, khả năng chịu tải cực hạn, đặc tính truyền tải và độ bền của cọc.
- Thí nghiệm nén tĩnh cọc được xem là thí nghiệm truyền thống, phổ biến tại các dự án.
- Do đó, tác giả đề ra giải pháp sử dụng phương pháp số để mô phỏng ứng xử cọc dựa trên các thông số địa chất, mô hình đất và đặc tính cọc.
- Kết quả nghiên cứu giúp cho việc triển khai dự án được tiến hành nhanh hơn, dự toán công trình được xác định chính xác hơn ở giai đoạn xác định và phê duyệt kinh phí đầu tư xây dựng công trình..
- PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.
- Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn (Plaxis 3D) kết hợp với kết quả quan trắc từ thí nghiệm nén tĩnh cọc tại hiện trường..
- Cọc khoan nhồi được sử dụng để mô phỏng trong nghiên cứu thuộc dự án Friendship Tower, số 31 đường Lê Duẩn, Quận 1, TP.HCM.
- Cọc khoan nhồi phụt vữa TP2 có kích thước đường kính D là 1200 mm, chiều dài cọc L là 65 m, phun vữa từ -42m đến -64m so với mặt đất tự nhiên.
- Cọc thí nghiệm TP2 được thử tải tối đa đến 300% tải thiết kế, tương ứng là 3150 tấn và cọc sẽ không được dùng lại sau khi thí nghiệm.
- Nhằm thu thập được đầy đủ các thông tin để đánh giá ứng xử của cọc trong quá trình làm việc, sự huy động các thành phần sức kháng tại các lớp đất, cọc thí nghiệm được bố trí các thiết bị cảm biến (strain gauge) dọc thân cọc tại các điểm ranh giới của lớp đất nhằm xác định ma sát thành cọc, loại đầu đo Geokon 4200.
- Bề dày lớp H=10m, chỉ số SPT trung bình là 15.
- Lớp 2: Cát sét, nâu đỏ, xám xanh, xám vàng, bề dày lớp H=10m chỉ số SPT trung bình là 12.
- Lớp 3: Cát cấp phối tốt lẫn bụi và sỏi, xám vàng, lớp này có bề dày H=5m, chỉ số SPT trung bình là 14.
- Lớp 4: Cát sét, bụi, xám vàng, lớp này có mặt hầu hết ở tất cả các hố khoan, nằm bên dưới lớp 3, lớp này có bề dày H=15 m, chỉ số SPT trung bình là 17.
- Bề dày trung bình lớp H=14 m, chỉ số SPT trung bình là 19.
- Lớp 6: Sét gầy pha cát, xám vàng, lớp này có bề dày tương đối mỏng nằm bên dưới lớp 5, có chiều dày trung bình 2 m, chỉ số SPT trung bình là 40.
- Lớp 7: Cát sét, bụi, xám xanh, xám trắng, chiều dày trung bình lớp là 12 m, chỉ số SPT trung bình là 35.
- Lớp 8: Cát sét, xám xanh, lớp này tương đối mỏng nằm bên dưới lớp 7, chiều dày trung bình lớp là 3m, chỉ số SPT trung bình là 45.
- Lớp 9: Cát cấp phối tốt lẫn bụi, xám vàng, xám xanh, chiều dày trung bình lớp là 12m, chỉ số SPT trung bình lớp 50.
- Quy trình thí nghiệm cọc.
- Thí nghiệm nén tĩnh với 3 chu kỳ liên tục gia tải và dỡ tải tuân thủ theo tiêu chuẩn hiện hành [1].
- Chu kỳ 1: Tại cấp tải trọng 100%.
- tải trọng thiết kế (tương đương 1050 tấn), tổng độ lún đầu cọc là 10.02 mm.
- Sau khi giảm tải hoàn toàn, độ lún dư còn 3.48 mm.
- Chu kỳ 2: Tại cấp tải trọng 200% tải trọng thiết kế (tương đương 2100 tấn), tổng độ lún đầu cọc là 25.87 mm.
- Sau khi giảm tải hoàn toàn, độ lún dư còn 10.73 mm.
- Chu kỳ 3: Tại cấp tải trọng 300% tải trọng thiết kế (tương đương 3150 tấn), tổng độ lún đầu cọc là 42.59 mm..
- Kết quả độ lún đầu cọc ứng với tải trọng tác dụng, ma sát đơn vị đo được tại vị trí các lớp đất, tải trọng phân bố dọc thân cọc tại các chu kỳ gia tải được thể hiện Hình 2.1, Hình 2.2.
- Kết quả tính toán lực kháng ma sát thành cọc được huy động lớn nhất so với chỉ số N SPT (f s /N SPT ) theo.
- độ sâu z thể hiện Hình 2.3, tổng hợp từ dữ liệu đo đạc các strain gause dọc thân cọc thể hiện tại Hình 2.3, tương tự theo các nghiên cứu .
- Biểu đồ tải trọng P và độ lún đầu cọc y từ kết quả thử tĩnh cọc TP2 [4].
- Biểu đồ lực ma sát đơn vị đo được tại các đoạn cọc TP2 chu kỳ 3 [4].
- Giá trị ma sát f s /N SPT theo độ sâu z từ kết quả thí nghiệm.
- Mô hình trong tính toán mô phỏng cọc phụt vữa thân cọc.
- Mô hình đất nền được sử dụng là mô hình Hardening Soil được lựa chọn để phân tích kết quả thử tĩnh cọc.
- Đây là mô hình nâng cao, sử dụng độ cứng dỡ tải E ur phù hợp với ứng xử dỡ tải khi thử tĩnh cọc.
- Ngoài ra, mô hình có xét đến thành phần biến dạng dẻo của đất.
- Trong mô hình đất, 2 thông số quan trọng nhất là thông số độ bền (lực dính c, góc ma sát φ) và thông số về độ cứng E, các thông số này ảnh hưởng trực tiếp và đáng kể đến kết quả chuyển vị và nội lực cọc.
- Ma sát đơn vị f s (kN/m 2 ) đo được tại các đoạn cọc khác nhau, chính là thông số kháng cắt hoặc lực dính giữa cọc và.
- Thành phần góc ma sát φ đã chuyển toàn bộ sang ma sát đơn vị f s phụ thuộc vào áp lực ngang, có thể xem φ=0 và c=f s trong trường hợp này.
- Giá trị f s đối với đoạn cọc không phun vữa nằm trong phạm vi f s =(2.8-4.3)N SPT , trung bình là f s = 3.2N SPT .
- Giá trị f s đối với đoạn cọc phun vữa nằm trong phạm vi f s N SPT , trung bình là f s =7.1N SPT .
- Dựa vào chỉ số N SPT trung bình của đoạn cọc theo độ sâu, ta có thể ước lượng được giá trị lực dính c thông qua ma sát đơn vị f s tính từ N SPT .
- Điều này xác định thông số độ bền cho mô hình đất nền.
- Về thông số độ cứng E của các lớp đất được lấy theo tương quan với giá trị f s , E=500f s .
- Các giá trị độ cứng E oed và E ur lấy theo khuyến cáo của Plaxis.
- Cọc được mô hình bằng phần tử Embedded pile với mô đun đàn hồi cọc tương ứng với lật liệu làm cọc và ma sát đơn vị phụ thuộc vào lớp đất.
- Khai báo vật liệu cọc trong mô hình Plaxis được thể hiện Hình 2.4.
- Trong Axial skin resistance của vật liệu cọc chọn layer dependent tức là ma sát đơn vị f s của cọc sẽ phụ thuộc trực tiếp vào thông số độ bền c của các lớp đất.
- Giá trị T max (kN/m) là sức kháng ma sát thành lớn nhất theo độ sâu của cọc.
- Trong tính toán ma sát huy động thì giá trị ma sát huy động của cọc không vượt quá T max .
- Giá trị này được lấy từ kết quả đo ma sát f s lớn nhất nhân với chu vi cọc.
- Về sức kháng mũi F max (kN) là giá trị lực lớn nhất huy động ở mũi cọc.
- Giá trị này được lấy theo giá trị lớn nhất sức kháng mũi f b (kN/m 2 ) đo được tại mũi cọc nhân với diện tích cọc A (m 2.
- Điều kiện biên của mô hình 3D được lựa chọn sao cho biên của mô hình lớn hơn vùng ảnh hưởng của cọc, vùng ảnh hưởng của cọc được lấy bằng 3 lần đường kính cọc.
- Tác giả lựa chọn kích thước mô phỏng của biên là 25mx25mx75m cho cọc đường kính 1200mm và chiều dài 65m.
- Trong mô hình Plaxis 3D sử dụng lưới phần tử tam giác.
- Tác giả lựa chọn chế độ chia lưới mịn (fine) để xem xét kết quả một cách chính xác nhất.
- Các giai đoạn mô phỏng, tính toán kết quả thử tĩnh cọc bao gồm 3 giai đoạn chính.
- Giai đoạn 3: Gia tải và dỡ tải theo trình tự thí nghiệm đã thực hiện..
- KẾT QUẢ TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG 3D VÀ SO SÁNH VỚI KẾT QUẢ THỬ TĨNH.
- Kết quả tính toán cọc ở cấp tải lớn nhất cọcTP2.
- Hình 3.1 thể hiện kết quả tính toán biến dạng cọc và vùng ảnh hưởng của cọc ra xung quanh tại cấp tải lớn nhất.
- Kết quả mô phỏng 3D và kết quả thử tải tĩnh được vẽ trên cùng 1 biểu đồ để so sánh, Hình 3.2 cho thấy rằng kết quả mô phỏng bằng Plaxis 3D hoàn toàn trùng khớp với kết quả thử tĩnh, sai số không đáng kể.
- Kết quả này cho thấy phương pháp mô phỏng bằng các thông số, tác giả lựa chọn là hợp lý, có cơ sở và căn cứ để áp dụng cho các mô phỏng cọc bằng phần tử Embedded pile.
- Cụ thể, tại cấp tải lớn nhất ở chu kỳ 3, độ lún đầu cọc đo được từ kết quả thử tĩnh là 42.59 mm trong khi đó giá trị từ mô phỏng là 43.1mm, sự khác biệt là nhỏ hơn 5%.
- Hình dạng biểu đồ và xu hướng biến dạng của đầu cọc khi gia tải và dỡ tải của mô phỏng khá phù hợp với thử tĩnh.
- Sự khác biệt giữa mô phỏng đoạn cọc phun vữa và không phun vữa trong cọc TP2 là giá trị độ bền c và độ cứng E của các lớp đất.
- Tại các đoạn cọc không phun vữa giá trị c=f s , trong đó giá trị f s trung bình f s =3.2N SPT và E=500f s .
- Tại các đoạn cọc được phun vữa giá trị f s trung bình được lấy là f s =7.1N SPT và E=500f s .
- Sự khác biệt chỉ là sự tăng độ bền và độ cứng của đất tại các đoạn cọc phun vữa, đường kính cọc giữ nguyên không tăng.
- Điều này hoàn toàn phù hợp vì việc xác định chính xác độ dày đoạn phun vữa ở độ sâu lớn dưới nền đất là rất khó khăn và không biết chính xác độ dày lớp phun vữa.
- Ngoài ra, việc phun vữa trong đất sét và đất cát có độ dày lớp vữa sẽ khác nhau không đồng nhất nên việc quy đổi hiệu quả của phun vữa về sự tăng độ bền của đất f s và độ cứng E tại lớp phun là một cách tiếp cận hợp lý và đủ độ tin cậy so với xem xét tăng đường kính cọc do lớp vữa phun..
- Hình 3.3 so sánh ma sát thành theo độ sâu của cọc từ kết quả.
- đo thực tế và mô hình, có thể thấy rằng kết quả mô phỏng bằng Plaxis 3D trùng khớp 90% so với thực tế.
- Kết quả này cho thấy độ tin cậy của phương pháp mô phỏng mà tác giả đã đề xuất trên..
- So sánh kết quả thử tĩnh và mô phỏng quan hệ P-y cọc TP2.
- So sánh ma sát thành f s giữa mô phỏng và thí nghiệm cọc TP2.
- Kết quả phân tích so sánh, cho thấy phương pháp tác giả sử dụng để mô phỏng cho đoạn cọc phun vữa và đoạn cọc không phun vữa là đủ độ tin cậy.
- Kết quả đã được kiểm chứng qua cọc thử tĩnh TP2 đường kính 1200 mm, chiều dài 65m phun vữa từ độ sâu -42m đến -64m.
- Sự khác biệt giữa mô phỏng đoạn cọc phun vữa và không phun vữa trong cọc TP2, L=65m này là giá trị độ bền c và độ cứng E của các lớp đất.
- Tại các đoạn cọc không phun vữa giá trị c=f s đưa vào mô hình, trong đó giá trị f s trung bình là f s =3.2N SPT và E=500f s .
- cứng của đất tại các đoạn cọc phun vữa, đường kính cọc giữ nguyên không tăng..
- Phương pháp tiếp cận này, có thể áp dụng mô phỏng, so sánh sức chịu tải cực hạn của cọc không phun vữa và có phun vữa cùng chiều dài dựa trên biểu đồ quan hệ tải trọng P và độ lún đầu cọc y từ kết quả mô phỏng..
- Phương pháp này được xem là phương pháp thử tĩnh trên mô hình, tương tự như thử tĩnh hiện trường, kết quả là biểu đồ P-y được xác định, dựa vào biểu đồ này có thể xác định sức chịu tải cực hạn theo các phương pháp khác nhau về độ lún giới hạn..
- Bộ Xây dựng (2012), TCVN Cọc - Phương pháp thí nghiệm bằng tải trọng tĩnh.
- Tran V.T, Nghiên cứu tính toán sức chịu tải của cọc barrette trên cơ sở so sánh với thí nghiệm O-cell

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt