Nghiên cứu đánh giá chuyển vị ngang đầu cọc trong quá trình thi công hố móng trụ sở công ty xổ số kiến thiết thành phố Cần Thơ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

DƯƠNG TRUNG KIÊN

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ CHUYỂN VỊ NGANG ĐẦU CỌC
TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG HỐ MÓNG TRỤ SỞ
CÔNG TY XỔ SỐ KIẾN THIẾT THÀNH PHỐ CẦN THƠ
Chuyện ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
Mã số: 6058.61

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 7 năm 2016


Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa - ĐHQG-HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Võ Phán
Chữ ký:
Cán bộ chấm nhận xét 1: .................................................................................
Chữ ký:
Cán bộ chấm nhận xét 2: .................................................................................
Chữ ký:
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Đảch Khoa, ĐHQƠ Tp. HCM ngày
................. tháng.... năm.................
Thành phần Hội đồng đánh giả luận văn thạc sĩ gồm:
1 ..........................................................................
2 ..........................................................................
3 ................................................................................
4 ................................................................................
5 ................................................................................

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn và Trưởng Khoa quản lý chuyên
ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu cố).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA
KỸ THUẬT XÂY DỰNG

PGS.TS. Nguyễn Minh Tâm


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
Tp.HCM, Tháng 7 năm 2016

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: DƯƠNG TRUNG KIÊN
Ngày, tháng, năm sinh: 20-02-1979.
Địa chỉ mail: kien.duong
Điện thoại: 0907.145.234
Chuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG KHÓA 2012

MSHV: 12860421
Nơi sinh: VIỆT TRÌ-PHÚ THỌ
MS: 60 58 61

I:TÊN ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ CHUYỀN VỊ NGANG ĐẦU CỌC TRONG QUÁ
TRÌNH THI CÔNG HỐ MÓNG CÔNG TRÌNH TRỤ SỞ CÔNG TY XỔ SỐ
KIẾN THIẾT THÀNH PHỐ CẦN THƠ.
II-

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
NHIỆM VỤ:

1-

+ Đánh giá khả năng chuyển vị ngang của cọc trong quá trình thi công hệ tuờng vây
+ Tính toán mức độ chuyển vị ngang của đầu cọc.
+Tính toán sức chịu tải của hệ tuừng vây, kiểm tra hệ số an toàn ở từng giai đoạn khai đào trong plaxis
+Đánh giá hệ số an toàn toàn tổng thể sức chịu tải cho hệ tuờng vây
+Đề ra biện pháp khắc phục chuyển vị ngang của cọc.
2- NỘI DUNG:
Chương 1: Tổng quan về chuyển vị ngang.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết và tính toán chuyển vị ngang.
Chương 3: ứng dụng tính toán cho công trình trụ sở công ty xổ số kiến thiết cần Thơ
Kết luận và kiến nghị.
Tài liệu tham khảo.
III-

NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 10/2015

IV-

NGÀY HOÀN THÀNH NHỆM VỤ: 7/2016

V-

CÁN BỘ HUỚNG DẪN: PGS. TS. VÕ PHÁN

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

PGS.TS. VÕ PHÁN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN

KHOA QL CHUYÊN NGÀNH

PSG.TS. LÊ BÁ VINH

PGS.TS. NGUYỄN MINH TÂM


LỜI CÁM ƠN
Xin chân thành cảm ơn Quí Thầy Cô trong Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Trường Đại học
Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh đã nhiệt tình giảng dạy, quan tâm giúp đỡ và tạo mọi điều
kiện tốt nhất cho tôi trong suốt quá trình học tập vừa qua.
Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ tận tình của thầy PGS.Ts Võ Phán đã dành cho tôi
trong suốt thời gian thực hiện luận văn thạc sĩ.
Xin bày tỏ lòng biết ơn đến các bạn học viên trong lớp Địa kỹ thuật Xây dựng khoá 2012
và các đồng nghiệp các khóa trước đã giúp đỡ và góp nhiều ý kiến quí báu cho tôi trong suốt thời
gian qua.
Do kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế, luận văn này không tránh khỏi những thiếu sót,
rất mong nhận được sự góp ý của Quý Thầy Cô và các bạn.

Học viên: Dương Trung Kiên
Lớp: Địa kỹ thuật xây dựng (CT) 2012

HỌC VIÊN

DƯƠNG TRUNG KIÊN


TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
Hiện nay, nhu cầu xây dụng công trình cao tầng ngày càng nhiều, ở các khu đô thị. Tại Cần Thơ, và
các khu vực lân cận có tốc độ phát triển nhanh nhu Quận Cái Răng, Quận Bình Thủy. Do khu vục
này có lớp đất yếu với bề dày khá lớn nằm ngay trên bề mặt đất, biện pháp móng cọc thuờng đuợc
chọn lụa trong tính toán thiết kế và thi công các công trình. Tải trọng của công trình thông qua hệ
thống móng cọc đuợc truyền xuống các lớp đất tốt ở bên duới.
Trong quá trình thi công cọc tuờng vây , cọc đuợc ép vào đất sau đó tiến hành đào hố móng thi công
tầng hầm . Do lớp đất yếu nằm ngay trên bề mặt mặt đất cùng với một số khu vục có địa hình phân
cắt, trong quá trình đào hố móng thi công, duới tác dụng của áp lục ngang của đất và các thiết bị thi
công, cọc có thể bị chuyển vị và lệch tâm. Thục tế cho thấy có hàng loạt bãi cọc bị lệch tâm do chuyển
vị ngang với biên độ khá lớn. Nguyên nhân của việc lệch tâm hàng loạt cọc ở khu vục đất yếu đuợc
giải thích ban đầu là do san lấp, quá trình thi công khi đào hố móng và tải trọng thuờng xuyên của
các thiết bị thi công. Do nhũng nguyên nhân trên,đề cuơng luận văn tập trung vào “Nghiên cứu đánh
giá khả năng chuyển vị ngang của đầu cọc trong quá trình thì công hổ móng Trụ Sở Công Ty sổ số
Kiến Thiết Thành Phố cần Thơ Điều này có ý nghĩa thiết thục phục vụ cho công tác xây dụng ở khu
vực có đất yếu nhu ở cần Thơ và các khu vực lân cận trong thiết kế biện pháp thi công hố móng đào
sâu.


ABSTRACT
Currently, the need to build high-rises more and more, in urban areas. In Can Tho, and the
surrounding areas with fast growth as Cai Rang District, Binh Thuy District. Because this area of soft
soil with large thicknesses located on the soil surface, often piling measures that were selected during
the design and calculation of construction works. Loads of work through pile foundation system is

passed down good soil layers below.
During the construction process diaphragm wall pile, the pile is pressed into the ground then dig
basement pit. Due to the weak soil layer located on the surface of the ground with some areas of
terrain intersect, during construction excavation, under the influence of peer pressure of land and
construction equipment, piles have be trans and eccentricity. The fact that there are a series of beaches
piles due to horizontal displacement eccentric with sizable margin. The cause of the eccentric mass
pile in soft soil areas is explained primarily due to backfilling, construction process when excavation
and permanent load of construction equipment. Due to these reasons, the thesis focused on "Assessing
the ability horizontal displacement of the pile in the course of construction works pit ."

This has practical

implications for the service built in areas with soft soil in Can Tho and the surrounding areas of
construction methods designed to deepen.


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan: luận văn này là đề tài nghiên cứu thục sụ của tác giả,
đuợc thục hiện duới sụ huớng dẫn khoa học của PGS.TS.VÕ PHÁN.
Tất cả số liệu, kết quả tính toán, phân tích đánh giá trong luận văn là
hoàn toàn trung thục. Tôi cam đoan chịu trách nhiệm về sản phẩm nghiên cứu
của mình.
TP. Hồ Chi Minh, ngày 16 tháng 7 năm 2016
Học viên thực hiện

Dương Trung Kiên


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU: .................................................................................................................... 1

1 .Vấn đề thực tiễn và tính cấp thiết của đề tài ............................................................ 1
2. Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................................. 1
3. Phuơng pháp nghiên cứu ....................................................................................... 1
4. Ý nghĩa khoa học và tính thục tiễn của để tài ....................................................... 2
5. Phạm vi và giới hạn của đề tài nghiên cứu ............................................................ 2
Chuông 1: TỔNG QUAN VỀ CHUYỂN VỊ NGANG : ............................................ 3
1.1 Phân loại cọc ........................................................................................................ 3
1.2 Một số loại cọc chịu tải trọng ngang thuờng gặp ................................................ 3
1.2.1. Cọc xiên ........................................................................................................... 4
1.2.2. Cọc bản ............................................................................................................ 4
1.2.3. .............................................................................................................
Cọc đứng chịu tải trong ngang và momen .................................................................. 4
1.3 .................................................................................................................
Tính toán cọc trong đất rời chịu tác dụng tải trọng ngang.......................................... 5
1.4 Tính toán cọc trong đất dính chịu tác dụng tải trọng ngang .............................. 11
1.5 .................................................................................................................
Nhận xét chuơng 1 ...................................................................................................... 14
Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ TÍNH TOÁN CHUYỀN VỊ NGANG ........... 17
2.1. ................................................................................................................
Những nội dung cần tính toán khi cọc chịu tải trọng ngang....................................... 17
2.2. Các phuơng pháp tính toán ................................................................................ 17
2.2.1 Tính toán theo phuơng pháp Brich Hansen .................................................... 17
2.2.2 Phương pháp Brown:....................................................................................... 18
2.3 Mô hình nền Winkler.......................................................................................... 22
2.4 Các vấn đề về sự làm việc của nhóm cọc khi chịu tải trọng ngang .................. 33
2.5 Xác định cấp áp lực lên tường chắn .................................................................. 34
2.5.1 Trường hợp đất rời.......................................................................................... 34
2.5.2 Trường hợp đất dính ....................................................................................... 36
2.6. Nhận xét chượng 2............................................................................................... 38

Chương 3: ÚNG DỤNG TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH TRỤ SỎ CÔNG TY XÔ SỐ
KIẾN THIẾT CẦN THƠ .......................................................................................... 39
3.1.: Đặc điểm địa chất khu vực Tp. cần Thơ............................................................ 39
3.2: Đặc điểm địa chất khu vực xây dựng .................................................................. 42
3.2.1: Kết quả khảo sát địa chất .................................................................................. 44
3.3: Thông số tường cọc Barrette đường kính 600 chống thành vách ........................ 51
3.4 Mô phỏng đánh giá chuyển vị ngang của cọc do khai báo hố móng theo sơ đồ
bài toán phẳng............................................................................................................ 52
3.4.1 Mô phỏng phaxis 2D ...................................................................................... 54
3.4.2 Mô phỏng trình tự thi công trong Plaxis 2D ................................................... 54
3.4.3 Phân tích chuyển vị ngang của tường vây qua các giai đoạn thi công ........... 65
3.5 Tính toán kiểm tra khải năng mang tự mang tải trọng bản thân của hệ tường vây
66
3.5.1 Sức chiu tải của tường vây( bao gồm tường vây ngắn và tường vây dài) 68
3.6 Nhận xét chương 3 ............................................................................................. 69
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................................... 70
1 Kết luận ................................................................................................................... 70
2. Kiến nghị .............................................................................................................. 70
3. tải liệu tham khảo ................................................................................................. 71


DANH MỤC BẢNG BIỂU

Trang
Bảng 1.1. Hệ số nền K cho các loại đất theo một số tác giả....................................... 8
Bảng 1.2. Gradient hệ số phản lực ngang ban đầu ................................................... 12
Bảng 2.1. Tra hệ số tỷ lệ K ....................................................................................... 25
Bảng 2.2. giá tị các hệ số Ao, Bo,Co ........................................................................ 28
Bảng 2.3. Bảng giá trị Al B1C1D1,, A3,B3C3D3, A4,B4C4,D4................................ 30

Bảng 3.1. Cấu tạo địa chất khu vực xây dụng .......................................................... 43
Bảng 3.2. Tổng hợp chuyển vị ngang do từng giai đoạn thi công............................ 66
Bảng 3.3. Bảng tính toán sức chịu tải tuờng vây ...................................................... 67


DANH MỤC HÌNH ẢNH

Trang

Hình 1.1. Cọc cừ barrette chống tải trọng ngang ........................................................ 5
Hình 1.2. Biểu đồ mối quan hệ giữa ứng xuất và chuyển vị ...................................... 6
Hình 1.3. Sơ đồ mặt phá hoại của nền đất phía trước cọc chịu tải ngang ................ 10
Hình 1.4. Sơ đồ phá hoại khối đất trước cọc ở độ sâu lớn ....................................... 10
Hình 1.5. Biểu đồ thực nghiệm quan hệ biến dạng phi tuyến ơ-u ............................ 11
Hình 1.6. Lắp hệ chống cho tường vây .................................................................... 15
Hình 1.7. Thi công hệ chống chuyển cho cọc banrrette ........................................... 15
Hình 1.8. Thi công cọc Barrette ............................................................................... 16
Hình 2.1. Momen và lực ngang tác dụng lên cọc ..................................................... 17
Hình 2.2. Hệ số kq và kc (theo Brich Hansen 1961) ................................................ 18
Hình 2.3. Dầm dài vô hạn trên nền đàn hồi chịu tải tập trung .................................. 19
Hình 2.4. Tương quan độ sâu và sức kháng cắt cực hạn .......................................... 21
Hình 2.5. Tương quan giữa sức kháng cắt ngang Momen à Lực ngang giới hạn.22
Hình 2.6. Cơ chế mô hình nền Winkler .................................................................... 23
Hình 2.7. Mô hình nền Winkler khi nền đồng nhất .................................................. 24
Hình 2.8. Sơ đồ tải trọng tác dụng lên cọc .............................................................. 26
Hình 2.9. Cọc chịu tải trọng ngang và mô hình nền winkier ................................... 26
Hình 2.10. Ảnh hưởng của tải trọng ngang khi tác dụng lên nhóm cọc ................... 34
Hình 3.1. Bản đồ địa lý khu vực Thành phố cần thơ ................................................ 40
Hình 3.2. Mặt bằng kích thước thành vách cọc chống ............................................. 53
Hình 3.3. Mô hình bài toán ừong Plaxis ................................................................... 54

Hình 3.4. Mô phỏng giai đoạn 1 thi công tường vây ................................................ 56
Hình 3.5. Mô phỏng giai đoạn 2 thi công tường vây ................................................ 56
Hình 3.6. Hạ mực nước ngầm đến độ sâu -1.50m .................................................... 56
Hình 3.7. Đào đất đến độ sâu -l.OOm ...................................................................... 57
Hình 3.8. Lắp hệ chống cao độ -0.5.......................................................................... 57
Hình 3.9. Hạ mực nước ngầm đến độ sâu -4.00m .................................................... 58
Hình 3.10. Đào đất đến độ sâu -3.50m ..................................................................... 58


Hình 3.11. Lắp hệ chống 2xH350x350xl2xl9 tại cao độ -3.00m ............................. 62
Hình 3.12. Hạ mực nước ngầm đến độ sâu -7.00m ................................................. 62
Hình 3.13. Đào đất đến độ sâu -6.50m ..................................................................... 63
Hình 3.14. Lắp hệ chống 2xH350x350x 12x19 tại cao độ -6.00m........................... 62
Hình 3.15. Hạ mực nước ngầm đến độ sâu -10.50m ............................................... 64
Hình 3.16. Đào đất đến độ sâu -9.70m .................................................................... 64
Hình 3.16. Đào đất đến độ sâu -9.70m .................................................................... 64
Hình 3.17. Thi công đài móng cao 2.5m và dầm sàn hầm 2 .................................... 65
Hình 3.18. Lấp đất và trả mực nước ngầm đến đáy sàn hầm ................................... 65
Hình 3.19. Tháo thanh chống tại cao độ -6m ........................................................... 65
Hình 3.20. Thi công dầm sàn hầm 1 ......................................................................... 66
Hình 3.21. Tháo thanh chống tại cao độ -3m ........................................................... 67
Hình 3.22. Thi công dầm sàn tầng 1 ......................................................................... 67
Hình 3.23. Tháo thanh chống tại cao độ 0.5m .......................................................... 68


DANH MỤC TỪ VIẾT TẤT
TTGHI

Trạng thái giới hạn I

TTGHH QVL

Trạng thái giới hạn II

(kN)

Sức chịu tải của cọc theo độ bền vật liệu
2

Ab (m ) As
2

Diện tích của tiết diện ngang của bê tông trong cọc

(m )
Diện tích tiết diện ngang của cốt thép dọc trong cọc Hệ số uốn dọc

Ả

của cọc

b(m)

Độ mảnh của cọc

10 (m)

Bề rộng của tiết diện chữ nhật

11 (m) Qa
(kN) Qtc (kN)
kfc

Chiều dài tính toán của cọc
Chiều dài đoạn cọc lớn nhất khi chua ép vào đất
Sức chịu tải cho phép tính toán

qp (kpa) fs
(kpa) m
mR , mf Qu
(kN) Qs (kN)
Qp (kN) FS,

Sức chịu tải tiêu chuẩn của cọc
Hệ số an toàn
Cuờng độ đất nền duới mũi cọc
Lục ma sát đơn vị của đất ở mặt bên của cọc
Hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất, lấy bằng 1.0
Hệ số điều kiện làm việc của đất

fsi (kpa) li

Sức chịu tải cục hạn của cọc

(m)

Sức chịu tải cục hạn do ma sát

<

(kpa)
()

Sức chịu tải cục hạn do kháng mũi
Hệ số an toàn cho thành phần ma sát bên.


Hệ số an toàn cho sức kháng mũi cọc

k

Lục ma sát đơn vị ở giữa lớp đất thứ i tác dụng lên cọc

si

<

(kpa) /’

Chiều dài của lớp đất thứ i mà cọc đi qua

(kN/m3) Ap

Lục dính giữa thân cọc và đất

(m2)

Góc ma sát giữa cọc và đất nền

ứng suất hữu hiệu giữa lớp đất thứ I theo phuơng ngang
Hệ số áp lục ngang
ứng suất hữu hiệu giữa lớp đất thứ i theo phuơng đứng
Trọng luợng riêng hữu hiệu của đất
Diện tích tiết diện ngang mũi cọc


(kpa)
Nc;N9-,Nr

Cường độ chịu tải của đất dưới mũi cọc
Hệ số sức chịu tải phụ thuộc vào gốc ma sát của đất dưới
mũi cọc
Hệ số phụ thuộc vào cọc hình dạng cọc Trọng lượng thể

a
Y (kN/m3)

Kc
qc

(kpa)

tích trưng bình của đất tự nhiên
Hệ số mang tải
Sức chống xuyên trung bình

N

Chỉ số SPT trung bình

Ns

Chỉ số SPT trưng bình trong lớp đất rời

Nc

Chỉ số SPT trưng bình trong lớp đất dính Chiều dài đoạn

Ls (m)

cọc nằm trong lớp đất rời Chiều dài đoạn cọc nằm trong

Lc (m)

lớp đất dính Hiệu số trọng lượng cọc và trọng lượng đất

Wp(kN)

Chỉ số SPT trưng bình dọc thân cọc trong đất rời Diện tích

Ntb

mặt bên cọc trong phạm vi lớp đất rời Hệ số

Asb (m2)

Hệ số an toàn

Kx, K2

Fs
kd
E (kpa) S(m)

Hệ số an toàn theo đất
Mô đun đàn hồi của vật liệu cọc

[S]gh(m) AS

Độ lún

(m)

Độ lún giới hạn

i

Chênh lệch lún
Độ dốc dọc thiết kế

nc

Số lượng cọc

0

Hệ số xét đến mô ment và lực ngang

áp lực móng tĩnh tác dụng tại 2D/3, áp lực này bằng với
tải trọng tác dụng tại đỉnh của nhóm cọc được chia bởi diện tích móng tương đương

Q

và không bao gồm trọng lượng của các cọc hoặc của đất giữa các cọc. (Mpa)
p
I
D’

Độ lún của nhóm cọc (mm)

Db

độ sâu chôn cọc trong lớp đất chịu lực (mm)

hệ số ảnh hưởng của chiều sâu chôn hữu hiệu của nhóm
độ sâu hữu hiệu lấy bằng 2Db/3 (mm)


ơ'v

giá trị số đếm SPT chưa được hiệu chỉnh (búa/300mm)

a

m2/KN

ứng suất thẳng đứng hữu hiệu (Mpa)
: Hệ số nén.

c

Kpa

: Lực dính của đất.

Cc

: Chỉ số nén.

cs

: Chỉ số nở.

cv
ch

m2/s

: Hệ số cố kết theo phương đứng.

m2/s

: Hệ số cố kết theo phương ngang.

eo

: Hệ số rỗng tự nhiên của đất.

Eo Kpa

: Module biến dạng của đất.

G

: Module đàn hồi biến dạng cắt của đất.

Kpa

Ho m

: Chiều dài ban đầu của lớp đất.

Ip

: Chỉ số dẻo của đất.

II

: Độ sệt của đất.

kv

m/s

: Hệ số thấm theo phương đứng.

kh m/s

: Hệ số thấm theo phương ngang.

mv m2/KN

: Hệ số nén thể tích.

n

: Độ rỗng của đất.

OCR

: Hệ số quá cố kết.

Pc

Kpa

: Áp lực tiền cố kết.

Qu

Kpa

: Sức kháng nén đơn.

So

m

: Độ lún ban đầu.

Se

m

: Độ lún cố kết.

s
st
sr

m

: Độ lún ổn định cuối cùng.

m

: Độ lún theo thời gian t

%

: Độ bão hòa ban đầu.

u

Kpa

: Áp lực nước lỗ rỗng.


uo Kpa

: Áp lực nước lỗ rỗng ban đầu.

ư%

: Mức độ cố kết.

ưv %

: Mức độ cố kết theo phương đứng.

uh %

: Mức độ cố kết theo phương ngang.

w%

: Độ ẩm tự nhiên.

tp Degree

: Góc ma sát trong của đất.

Yunsat KN/m : Dung trọng tự nhiên của đất.
Ysat KN/m3

: Dung trọng bão hòa của đất

ơvz Kpa

: ứng suất do trọng lượng bản thân của đất.

ơz Kpa

: ứng suất do tải trọng ngoài gây ra.

T Kpa

: Sức chống cắt của đất.

V

: Hệ số poisson của đất.

ơ, Kpa

: ứng suất trong cọc.

ơc Kpa

: ứng suất trong đất nền.

ơa Kpa

: ứng suất trung bình cho phép.

F(n)

: Nhân tố ảnh hưởng đến khoảng cách bố trí của cọc cát
s

: Độ xáo trộn của đất nền.

Tv

: Nhân tố thời gian theo phương đứng.

Th
: Nhân tố thời gian theo phương ngang.
l,b m: Chiều dài và chiều rộng của nền, móng thiết kế
m

: Hệ số điều kiện làm việc của đất.

m.

: Hệ số điều kiện làm việc của đất nền.

m2

: Hệ số điều kiện làm việc của công trình trong tác dụng với nền.
-1 -


MỞ ĐẦU
1. Vấn đề thực tiễn và tính cấp thiết của đề tài

Ở nước ta vốn có rất nhiều công trình như kè, cầu cảng, các công trình thuỷ lợi
đê điều, đập chắn nước, nhà cao tầng có tầng hầm,mố trụ cầu thì viêc xác định momen
và chuyển vị ngang dọc theo một trục thẳng đứng dưới tác dụng của một momen Mo và
lực ngang Ho là việc hết sức cần thiết đã được nhiều tác giả nghiên cứu. Cũng như vấn

đề ổn định nền đất xung quanh cọc đã đựợc Terzaghi đề cập trong các bài báo và giáo
trình những năm 1950.
Việc tìm hiểu mối tương quan giữa chuyển vị ngang của cọc dưới tác dụng của
lực ngang và mối liên hệ giữa khả năng ứng sử của các lớp đất xung quanh cọc là hết
sức cần thiết giúp chúng ta hạn chế được các rủi ro cho các công trình vừa đề câp trên.
Do nhũng nguyên nhân trên, luận văn tập trung vào “Nghiên cứu đánh giá chuyển vị
ngang của cọc trong quá trình thi công hố móng ”, Điều này có ý nghĩa thiết thực phục
vụ cho công tác xây dựng ở khu vực có đất yếu ở tỉnh cần Thơ nói riêng và khu vực
đồng bằng sông cửu long nói chung.
2.

Mục tiêu nghiên cứu
Mục đích nghiên cứu là làm tăng thêm vốn kiến thức và sự hiểu biết về ảnh

hưởng của việc thi công hố móng trong đất yếu tác động đến cọc trong hố móng trong
quá trình đào hố móng. Dùng phần mềm Plaxis 2D để mô phỏng và phân tích chuyển
vị ngang của đầu cọc trong quá trình thi công hố móng trong điều kiện đất yếu khu vực
tỉnh cần Thơ
Nhiệm vụ của đề tài chủ yếu tập trung vào các vấn đề chính sau:
+ Đánh giá khả năng chuyển vị ngang của cọc trong quá trình thi công hệ tường vây +
Tính toán mức độ chuyển vị ngang của đầu cọc.
+Tính toán sức chịu tải của hệ tường vây, kiểm tra hệ số an toàn ở từng giai đoạn khai
đào trong plaxis
+Đánh giá hệ số an toàn toàn tổng thể sức chịu tải cho hệ tường vây +Đề ra biện pháp
khắc phục chuyển vị ngang của cọc.
3.

Phương pháp nghiên cứu.

Phương pháp thực hiện chọn lựa ở đây là:

-2 + Tổng hợp, phân tích các kết quả, nghiên cứu đánh giá chuyển vị ngang của
cọc.
+ Sử dụng phần mềm Plaxis để mô phỏng quá trình thi công gây chuyển vị đầu
cọc khi khai đào hố móng.
+ Trên cơ sở phân tích mô phỏng bằng mô hình soft soil, rút ra các phân tích và
kiến nghị các biện pháp thi công hợp lý nhằm tránh gây chuyển vị đầu cọc quá lớn.
4. Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài

Ngày nay,Tỉnh cần Thơ là thành phố lớn đông dân nhất và cũng là trung tâm
kinh tế văn hóa chính trị của ĐBSCL (Tây Nam Bộ). Do đó nhu cầu về cơ sở hạ tầng
cũng nhu các công trình cao tầng đặc biệt là các công trình cao tầng ,thi công tầng hầm,
trong quá trình đào hố móng thi công, duới tác dụng của áp lục ngang của đất, rất nhiều
cọc bị chuyển vị và lệch tâm làm mất độ an toàn của công trình, nên việc đánh giá mức
độ chuyển vị của cọc trong phạm vi cho phép là rất cần thiết.
Xuất phát từ một số sụ cố trong quá trình thi công móng cọc, cọc bị chuyển vị
lệch tâm quá giới hạn cho phép trong quá trình thi công, công trình bị sụ cố trong nhũng
năm gần đây đã tạo nên những yêu cầu cấp bách phải nhanh chóng nghiên cứu phuơng
pháp tính toán dụ báo chuyển vị ngang của cọc để có giải pháp thiết kế và thi công hợp
lý. Do vậy, kết quả nghiên cứu của đề tài có thể giúp các kỹ su thiết kế, thi công dụ tính
đuợc khả năng nghiêng cọc và tìm các biện pháp khắc phục. Do đó đề tài này có ý nghĩa
thục tiễn cao trong điều kiện đất yếu là loại đất phổ biến trên bề mặt ở vùng ĐBSCL
điển hình là khu vục đất yếu ở Tỉnh thành cần Thơ
5. Phạm vỉ và giói hạn của đề tài

Đề tài giới hạn nghiên cứu trong dựa trên các số liệu khảo sát địa chất thu thập
đuợc trong phạm vi Tỉnh cần Thơ và các vùng lân cận.

-3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CHUYỂN VỊ NGANG
Từ rất xưa con người đã biết dùng cọc gỗ đóng xuống sâu để gánh đỡ những
công trình có tải trọng lớn, hoặc các lớp đất trên bề mặt không đủ khả năng chịu tải
trong trực tiếp. Trong quá trình phát triển các loại cọc kèm theo quá trình phát triển các
loại phương pháp hạ cọc năm 1936 Kỹ sư người ý đã phát minh ra phương pháp cọc
nhồi bê tông vào nhũng lỗ khoan trong nền đất đã được khoan trước, cho đến nay có rất
nhiều phương pháp tạo cọc nhồi bê tông tại chỗ có nhiều tiết diện khác nhau như hình
tròn, hình chữ nhật ,chữ I chữ H, được tạo bởi các lưỡi khoan ,gầu đào ... .có ống vách
và dung dung dịch bentonite để giữ ổn định thành vách. Có các loại cọc khác nhau như:
cọc gỗ ,cọc thép,cọc bê tông, phân loại theo đặc tính chịu lực cọc chống (cọc chịu mũi),
cọc ma sát (cọc treo).
Bên cạnh đó các công trình chịu tải trọng ngang lớn như tường chắn đất, bến cảng, mố
trụ cầu, nhà cao tầng được xây dựng trên nền đất yếu thường được sử dụng cọc để gánh
đỡ vừa tải trọng đứng lẫn tải trọng ngang. Đe gánh đỡ tải trọng ngang có thể dùng cọc
xiên có thể neo vào các điểm tựa vững chắc như tường cọc bản có neo, hay sử dụng cọc
đứng có kích thước lớn.
Xác định Momen và chuyển vị ngang dọc theo trục một cọc thẳng đứng chịu tác
dụng của 01 Momen Mo và lực ngang Ho tại cao trình mặt đất đã được nhiều tác giả
nghiên cứu. Cũng như ổn định nền đất xung quang cọc này đã được Terzaghi đề cập tới
trong bài báo cáo trong những năm 1950.
1.1

Phân loại cọc
Theo vật liệu làm cọc: Như cọc gỗ

cọc thép,cọc bêtông cốt thép,hay cọc được

phối hợp các vật liệu trên.
Phân theo đặc tính chịu lực: cọc chịu

mũi (cọc chống), Cọc ma sát,cọc tteo).

Bên cạnh đó một số công trình chịu tải trọng ngang lớn như tường chắn đất ,mố trụ, trụ
cầu.. .bến cảng được xây trong nền đất yếu thường được gánh đỡ tải trọng đứng và tải
trọng ngang,để gánh đỡ tải trọng ngang có thể dùng cọc xiên neo vào những điểm tựa
vững chắc như tường có bản cọc có neo hay sử dụng cọc đứng có kích thước lớn.
Cách xác định momen Mo và lực ngang Ho tại cao trình mặt đất đã được nhiều tác giả
nghiên cứu. Cũng như ổn định nền đất xung quang cọc này đã được Tezanghi đề cập


-4 đến nhũng báo cáo trong nhũng năm 1950.
1.2

Một số cọc chịu tải trọng ngang thường gặp
1.2.1

Cọc xiên

Khi có tải trọng ngang lớn mà cọc đứng không đủ sức chịu tải trọng ngang có
thể đóng cọc xiên .Khi tải trọng ngang đổi chiều do tải trọng gió,tải trọng xe thắng hoặc
do nước chảy trong vùng có thủy triều có thể đóng cọc xiên 02 chiều.ĐỘ xiên có thể đạt
20% hoặc hơn tùy theo điều kiện của thiết bị hạ cọc
Sức chịu tải cọc xiên có thể tính theo công thức:
Qu=Qp Ap+fs As
(1.1)
Trong đó : fs lực ma sát giữa đất và cọc ở độ sâu z có dạng
fs= on’tg?" a+c’a

(1.2)

ơn’: ứng xuất pháp thẳng góc với mặt cọc ở độ sâu z
Tại độ sâu này ta nhận thấy elipse ứng suất có Vá trục chiều dài là ứng xuất chính
cực đại ơv’, và l/2 trục ngắn là ứng xuất cực tiểu ơh’. nên ơh’ < ơv’ bất chấp độ xiên của
cọc là bao nhiêu. Do vậy để đơn giản tính toán và thiên về an toàn cọc có thể sử dụng
công thức tính toán fs như cọc thẳng đứng.
Oh’tg'i® a+c’a^ fs=ơn’tgp» a+c’a

(1.3)

cũng tương tự có thể sử dụng công thức tính toán sức chịu tải đơn vị của đất nền của
mũi cọc Qp của cọc thẳng đứng để tính toán cho cọc xiên.
1.2.2

Cọc Bản

Thường được cấu tạo bằng thép và bê tông dự ứng lực có dạng bản,chữ z hoặc
hình cánh cung nhằm tăng Momen kháng,cọc bản thường dùng để làm tường chắn mỏng
có neo hoặc không có neo.
Cọc thường được hạ vào đất bằng búa ép hoặc búa rung cọc bản BTCT dự ứng
lực được hạ bằng xối nước và hỗ trợ bằng búa rung. Cọc bản thép dễ thi công bằng búa
rung, chịu được lực ngang và lực neo lớn, nhưng dễ bị ăn mòn trong môi trường nước.
Trong khi đó cọc bản BTCT khó hạ vào nền đất nhưng chống ăn mòn rất tốt, thường
dùng bằng tải đối trọng ép xuống hoặc búa rung.


-5 -

Hình 1.1 Cọc barrette chổng
1.2.3

tải trọng ngang.

Cọc đứng chịu tải trọng ngang và momen

Cọc đứng chịu tải trọng ngang yếu hơn cọc xiên, nhưng trong thực tế thỉ công,
đặc biệt đổi với các công trình dân dụng và công nghiệp khó có khả năng làm cọc
nghiêng vì điều kiện thiết bị không có, mặt khác tỷ lệ giữa tải đứng và tải ngang không
lớn lắm nên cọc đứng được thiết kế để chịu được tải trọng đứng và tải trọng ngang.
Khi tiến hành thí nghiệm cọc chịu tải trọng ngang có đo đạc cẩn thận vớỉ các đầu
đo ứng xuất biến dạng do mặt bên cọc. Kết quả cho thấy cọc chịu tải trọng ngang bị phá
hoại do một đoạn cọc ( ngàm trượt) khá gần vối mặt đất, điều này cho thấy cọc đứng
chịu tải trọng ngang có Momen uốn cực đại nằm gần đầu cọc và phần gách đỡ tải trọng
ngang là chủ yếu do lớp đất trên mặt, nếu chúng quá yếu thì phải thay thế cọc khác hoặc
chuyển sang cọc xiên.
1.3

Phân tích kết quả tính toán cọc trong đất rờỉ chịu tác dụng tải trọng ngang

Trên cơ sở tính toán của nhiều nhà nghiên cứu có thể thấy rằng điểm quan trọng
nhất trong tính toán cọc là hệ số chịu tải trọng ngang K. Hệ số này phụ thuộc vào nhiều
yếu tố như độ sâu, giá trị chuyển vị đặc điểm thay đổi đặc trưng cơ lý của đất nền và độ
cứng chống uốn của cọc, kích thước cọc.


-6 Kết quả tính toán cho thấy biểu đồ hệ số độ bền theo phương ngang theo độ sâu
dưới tác dụng của lực ngang thường không lớn đối với cọc có độ cứng khác nhau có đặc
điểm gần tuyến tính và cỏ thể tính theo lý thuyết đàn hồi trong phạm vi (u/l<0.05). ở
đây u là giá trị chuyển vị ngang .L chiều dài cọc.
Từ việc phân tích mối quan hệ giữa phản lực nền và chuyển vị gần giống nhau và cỗ thể
hiện bằng một loại hàm số với các thông số khác nhau

0. MPiì

Hình 1.2: Biểu

đồ mối quan hệ giữa ứng xuất và chuyển vị Từ biểu đồ trên

có rút ra một số nhận xét sau
Biểu đồ ơ - u có tính chất phi tuyến ,và rõ ràng nhất là gần bề mặt.
Các quan hệ theo độ sâu cố dạng đường cong xa dần với trục tung, tương ứng
chính là sự giảm dần hệ sổ nền theo phương ngang khỉ giá trị chuyển vị tăng.
Các biểu đồ biến dạng có đường cong dần dần tiếp cận vớỉ giá tộ áp lực nào đỏ
. Giá trị này tăng theo độ sâu.
Khỉ tăng đường kính cọc tức là tăng diện chịu tải, giá trị phản lục giảm. Góc
nghiêng ban đầu ko của biểu đồ ơ-u hay hệ sổ nền ban đầu tỷ lệ nghịch với kích thước
ngang của cọc. Phương trình đường cong biểu diễn quá trình phỉ tuyến phải phù hợp với
kết quả thực nghiệm gàn với thực tế và thỏa các điều kiện: thứ nhất đoạn đầu của đường
cong ơ-u ( ở cấp tải trọng bé cần phải có độ chính xác cao đủ để mô tả phần biến dạng
đàn hồi thỏa điều kiện hàm hàm dơi/du khi u->0 thứ 2 biểu đồ biến dạng nhận đường
cong nằm ngang với giá trị tới hạn cho trước ơuit làm đường tiệm cận.


-7 -

Đối với đất rời theo một số tác giả quan hệ giữa chuyển vị và phản lục theo phuơng
ngang đuợc biểu diễn bằng biểu thức sau

cr(z) =

x

ơuit

(L4)

O) + fco(z)u(z)

ưu điểm của quan hệ (1-1) là chỉ cần 1 đuờng cong là có thể mô tả đuợc trạng
thái giới hạn và chua đạt đến gới hạn > phuơng trình đuờng cong có chứa các đặc trung
biến dạng k0 và độ bền ứng xuất (ơuit). Áp lục ngang giới hạn lên đất nền và hệ số độ
bền là những thông số đầu vào cơ bản của đuờng cong của mối quan hệ u-ơ.
Kết quả tính toán cho thấy rằng hệ số độ bền ngang K giảm khi kích thuớc cọc tăng. Hệ
số độ bền đầu k0 (z)=lim (u,z) khi u -> 0 đuợc sử dụng cho các loại cọc có độ cứng khác
nhau theo biểu đồ dạng tam giác theo độ sâu.
Giới hạn thẳng đứng của biểu đồ ơ-u bằng giá trị chuyển vị tuơng đối u0/l= 0.025
và xem biểu đồ thay đổi ko(z) theo độ sâu có dạng tam giác. Xác định giá trị độ sâu của
chúng tại z=lm cho cọc loại A. với chuyển vị cho truớc ta có Ko (z=lm)=49 N/cm3
.Nhân giá trị Ko và kích thuớc theo phuơng ngang của cọc 4,9x27,3=1340 N/cm2 giá
trị Ko xd giao động trong phạm vi không đáng kể cho các loại cọc khác nhau trong nền
cát. Để thuận tiện chọn Kxd. Ko - hệ số phản lục ban đầu. Hệ số Ko có thể đuợc xem
không đổi và không phụ thuộc vào đặc trung cơ lý của đất nền cũng nhu tải trọng ngoài.
Hệ số độ bền Ko tỷ lệ nghịch với kích thuớc cọc, điều này phù hợp với các giả thuyết
của lý thuyết bán không gian đàn hồi tuyến tính và kết quả thục nghiệm.L.risa và một
số tác giả khác cho rằng
K0=K01xZ,

(1.5)

Trong đó : KOi-gradient hệ số phản lục theo phuơng ngang phụ thuộc độ chặt
của đất và dao động trong phạm vi tù 5 - 40 N/cm3. Có thể chọn giá trị hệ số nền thay
thế cho giá trị KQI trong tính toán áp dụng:

-8 -

Bảng 1.1 Hệ sổ nền K cho các loại đất theo một sổ tác giả

hình thành lăng trượt trồi, ở khu vực sâu hơn trong nền, đất không chuyển dịch lên bề
mặt mà bị cắt bởi than cọc, bên dưới vùng này đất nền ở trạng thái nén chặt (đặc trưng
cho cọc dài). Những nhận xét kết luận trên phù hợp với kết quả thực nghiệm.
Từ thực nghiệm Brome B.B, Reese L.c và một sổ tác giả cho rằng sức kháng của
đất phía trước cọc chịu tải trọng ngang khác với áp lực bị động tính theo sơ đồ cổ điển.
Từ các nghiên cửu ứng suất giới hạn lên đất có thể lưu ý rằng tất cả các lời giải đều có
đặc điểm bán thực nghiệm và trên cơ sờ sự phá hoại của đất được mô phỏng bằng nêm
trượt ở vùng gần bề mặt hoặc bằng lăng thề trượt (Hình 1.2a và 1.2b). Bên dưới độ sâu
tới hạn zcr, sự phá hoại xảy ra ở mặt phẳng ngang trong điều kiện chảy dẻo.
Từ kết quả thực nghiệm, cỏ thể nhận thấy rằng lăng trượt trồi có dạng ồn định và trên
mặt phẳng có dạng elỉp hay cong tròn. Trong tính toán gần đúng phản lực ngang giới hạn
của đất Puit tương ứng vối kết quả thực nghiệm cố the chấp nhận lăng trượt trồi có dạng
bao gồm tam giác mỏng có bề rộng d và hai bán cầu hình


-9 thành lăng thể trượt trong mặt phẳng đối xứng nghiêng so với phương đứng một góc 0
Theo G.I.Glyshkov, biểu thức xác định Puit có dạng
+ C)71 + J(Z +-^-)772

Puit = °uitd =

2

2

tg
tg(0 + ỉp) -

+ &&&&

(1 6)

tg
sin 'Ztp
cos 'Zcp — 0.5

Như đã trình bày, dưới một độ sâu nào đó (được gọi là độ sâu tới hạn) Zcr, đất không di
chuyển lên bề mặt mà chỉ bị chia cắt bởi thân cọc. Sự phân cắt của đất nền xảy ra do sự
phá hoại độ bền của đất do đó phản lực giới hạn phụ thuộc đặc trưng độ bền của đất. Để
tính toán phản lực giới hạn của đất Puit có thể chấp nhận giả thiết dạng các đường mặt
trượt theo mặt phẳng ngang tương tự như các đường mặt trượt khi xảy ra sự mất ổn định
của đất dưới móng băng (Hình 1.3b). Trong trýờng hợp này, phản lực dất: p=(yz+q)À.o,
do đó:
pduit = ơuitd = d[Nq(rz + q)Áữ + 2Vcc]

(1.8)

Nq, Nc: hệ sổ khả năng chịu tải tiêu chuẩn, phụ thuộc (p (tra bảng [2]) p: hệ sổ áp lực
tĩnh q: phản lực lên bề mặt
Lưu ý rằng trong công thức (1.4) không có hệ số Ny.yd/2
So sánh các giá trị thực nghiệm pult với kết quả tính toán cho thấy giá trị áp lực giới
hạn theo phương ngang trong phạm vi vùng phân cắt pultd theo công thức (1.4) phù hợp

với thực nghiệm. Trong vùng trượt trồi có sự khác biệt giữa tính toán lý thuyết và thực
nghiệm. Hệ số hiệu chỉnh No phụ thuộc vào độ sâu tương đối z/d được rút ra trên cơ sở
phân tích kết quả thực nghiệm trong cát và ứng dụng tính toán.
2.5
n

0 = 1 + -------- ——
l + (-|)2

a

(1.9)