Đánh giá sức chịu tải của cọc khoan nhồi có xét đến yếu tố độ tin cậy

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

ĐẶNG XUÂN VINH

ĐÁNH GIÁ SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC KHOAN NHỒI CÓ
XÉT ĐẾN YẾU TỐ ĐỘ TIN CẬY

Chuyên ngành: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH NGẦM
Mã ngành

: 60 58 02 04

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2015


- ii CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS. TS. Trần Tuấn Anh

Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS. TS. Lê Bá Vinh

Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. Phan Tá Lệ

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM ngày

08 tháng 01 năm 2016

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. GS. TSKH. Nguyễn Văn Thơ
2. PGS. TS. Lê Bá Vinh
3. TS. Phan Tá Lệ
4. TS. Phạm Văn Hùng
5. TS. Trương Quang Hùng
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Bộ môn quản lý chuyên ngành sau
khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV

GS. TSKH. Nguyễn Văn Thơ

Khoa quản lý chuyên ngành

PGS. TS. Nguyễn Minh Tâm


- iii TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH
----------------

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM
Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
---oOo--Tp. HCM, ngày 04 tháng 12 năm 2015

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: ĐẶNG XUÂN VINH

Phái: NAM

Ngày, tháng, năm sinh: 20-12-1990

Nơi sinh: BÌNH ĐỊNH

Chun ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình ngầm

Mã ngành: 60 58 02 04

MSHV: 7140081
I. TÊN ĐỀ TÀI: ĐÁNH GIÁ SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC KHOAN NHỒI CÓ XÉT ĐẾN
YẾU TỐ ĐỘ TIN CẬY
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
 Thiết lập mơ hình tính tốn sức chịu tải cọc khoan nhồi sử dụng phương pháp phần tử
hữu hạn thông qua phần mềm Plaxis
 Đánh giá sức chịu tải của cọc khoan nhồi dựa trên bộ dữ liệu mẫu thu được từ việc
thay đổi các thông số địa chất trong mô hình tính tốn sức chịu tải cọc khoan nhồi
bằng phần mềm Plaxis
 Đánh giá bài tốn thiết kế móng cọc theo trạng thái giới hạn I dựa trên độ tin cậy
 Kết luận và kiến nghị
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 06-07-2015
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 04–12-2015
V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS. TS. TRẦN TUẤN ANH
Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chun Ngành thơng qua.
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
CHỦ NHIỆM BỘ MƠN KHOA QL CHUYÊN NGÀNH
(Họ tên và chữ ký) QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH
(Họ tên và chữ ký)
(Họ tên và chữ ký)

PGS. TS. Trần Tuấn Anh PGS. TS. Lê Bá Vinh

PGS. TS. Nguyễn Minh Tâm


- iv -

LỜI CẢM ƠN
Trước tiên, tôi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy PGS. TS. Trần
Tuấn Anh. Thầy đã hướng dẫn giúp tơi hình thành nên ý tưởng của đề tài, hướng dẫn
tôi phương pháp tiếp cận nghiên cứu. Thầy đã có nhiều ý kiến đóng góp q báu và
giúp đỡ tơi rất nhiều trong suốt chặng đường vừa qua. Ngồi ra, tơi cũng xin gửi lời
cảm ơn đến KS. Lê Anh Linh đã có nhiều đóng góp trao đổi giúp tơi hiểu rõ về bản
chất đề tài, cũng như giúp đỡ tôi rất nhiều trong q trình thực hiện luận văn này.
Tơi cũng xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô Khoa Kỹ thuật Xây dựng, trường Đại
học Bách Khoa Tp.HCM đã tận tình giảng dạy và truyền đạt kiến thức cho tơi từ khi
tơi học Đại học và trong suốt khóa Cao học vừa qua.
Mặc dù bản thân đã cố gắng nghiên cứu và hồn thiện, tuy nhiên khơng thể khơng
có những thiếu sót nhất định. Kính mong q Thầy Cơ chỉ dẫn thêm để tơi bổ sung
những kiến thức và hồn thiện bản thân mình hơn.
Xin trân trọng cảm ơn quý Thầy Cô.

Tp. HCM, ngày 04 tháng 12 năm 2015

Đặng Xuân Vinh


-v-

TÓM TẮT LUẬN VĂN
ĐÁNH GIÁ SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC KHOAN NHỒI CÓ XÉT ĐẾN YẾU TỐ

ĐỘ TIN CẬY
TÓM TẮT: Đề tài luận văn tập trung nghiên cứu Sức chịu tải của cọc khoan nhồi dựa
trên kết quả từ bài tốn mơ phỏng khả năng chịu tải của cọc sử dụng phương pháp
phần tử hữu hạn và có xét đến sự không chắc chắn của các thông số địa chất, đánh giá
độ tin cậy của bài tốn thiết kế móng cọc.
Từ khóa: độ tin cậy, sức chịu tải cọc khoan nhồi

ESTIMATE BEARING CAPACITY OF BORED PILE WITH RELIABILITY
ANALYSIS
ABSTRACT: The thesis focused research bearing capacity of bored pile with
reliability which base on result simulation bearing capacity of bored pile using FEM
and considering uncertainty of

parameter soil and evaluation reliability of pile

foundation design.
Keyword: reliability, bearing capacity of bored pile


- vi -

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là cơng việc do chính tơi thực hiện dưới sự hướng dẫn của
thầy PGS. TS. Trần Tuấn Anh.
Các kết quả trong Luận văn là đúng sự thật và chưa được công bố ở các nghiên cứu
khác.
Tôi xin chịu trách nhiệm về cơng việc thực hiện của mình.

Tp. HCM, ngày 04 tháng 12 năm 2015

Đặng Xuân Vinh


- vii -

MỤC LỤC
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ ...................................................................................iii
LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................................... iv
TÓM TẮT LUẬN VĂN ....................................................................................................... v
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ................................................................................................ 9
1.1

Tính cấp thiết của đề tài......................................................................................... 9

1.2

Tình hình nghiên cứu .......................................................................................... 10

1.2.1

Tình hình nghiên cứu trên thế giới....................................................................... 10

1.2.2

Tình hình nghiên cứu trong nước......................................................................... 10

1.3

Mục tiêu nghiên cứu............................................................................................ 11

1.4

Phạm vi nghiên cứu............................................................................................. 11

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .................................................................................. 12
2.1

Sức chịu tải của cọc............................................................................................. 12

2.1.1

Công thức chung xác định sức chịu tải của cọc.................................................... 12

2.1.2

Sức chịu tải của cọc theo các chỉ tiêu cường độ của đất nền................................. 12

2.2

Xác định sức chịu tải giới hạn của cọc đơn từ kết quả thử nghiệm hiện trường bằng

tải trọng tĩnh ép dọc trục .................................................................................................. 14
2.2.1

Theo phương pháp đồ thị..................................................................................... 14

2.2.2

Theo giới hạn chuyển vị quy ước......................................................................... 15

2.2.3

Theo tình trạng thực tế thí nghiệm và cọc thí nghiệm .......................................... 16

2.3

Kiểm định tập mẫu dữ liệu tuân theo phân phối chuẩn......................................... 16

2.4

Lý thuyết độ tin cậy............................................................................................. 17

2.4.1

Các bước của bài toán phân tích độ tin cậy .......................................................... 17

2.4.2

Xác định hàm trạng thái giới hạn......................................................................... 18

2.4.3

Các thông số cần thiết của biến ngẫu nhiên:......................................................... 18

2.4.4

Hàm tuyến tính của các biến ngẫu nhiên.............................................................. 19

2.5

Mơ hình đất......................................................................................................... 20

2.5.1

Mơ hình Mohr-Coulomb ..................................................................................... 20

2.5.2

Mơ hình Hardening-Soil...................................................................................... 20

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ SỐ.............................................................................................. 23
3.1

Giới thiệu ............................................................................................................ 23

3.2

Điều kiện địa chất................................................................................................ 24


- viii 3.3

Phân tích ngược q trình thí nghiệm hiện trường bằng tải trọng tĩnh ép dọc trục

bằng phần mềm Plaxis ..................................................................................................... 25
3.4

Đánh giá sức chịu tải của cọc khoan nhồi có xét đến yếu tố độ tin cậy................. 37

3.5

Đánh giá bài tốn thiết kế móng cọc theo trạng thái giới hạn I dựa trên độ tin cậy62

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU ................................................. 66
3.1

Kết luận .............................................................................................................. 66

3.2

Hướng nghiên cứu tương lai ................................................................................ 66

PHỤ LỤC ........................................................................................................................... 68
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................... 108
LÝ LỊCH TRÍCH NGANG ............................................................................................. 110


-9-

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1

Tính cấp thiết của đề tài
Phương án móng cọc là phương án được sử dụng khá phổ biến trong thiết kế các

cơng trình nhà cao tầng. Trong đó, phương án móng cọc khoan nhồi thường được lựa
chọn cho các cơng trình cao tầng xây dựng trên các nền đất yếu. Sức chịu tải của cọc
bao gồm hai thành phần: ma sát xung quanh cọc và sức kháng của đất dưới mũi cọc.
Cả hai thành phần này đều chịu tác động trực tiếp của các chỉ tiêu cường độ đất nền

như lực dính c, góc ma sát  v.v và ảnh hưởng tới sức chịu tải của cọc. Tuy nhiên, do
tính khơng chắc chắn của các thơng số địa chất đầu vào do các yếu tố: quá trình lấy
mẫu khơng cịn ngun dạng, bị xáo trộn, tính chính xác của các thiết bị thí nghiệm, kỹ
năng, trình độ của người thí nghiệm v.v, sẽ dẫn đến các thơng số địa chất sẽ bị dao
động, từ đó sức chịu tải của cọc cũng sẽ dao động. Để loại trừ các yếu tố không chắc
chắn về các thông số địa chất, tải trọng tác dụng lên cơng trình v.v, các tiêu chuẩn Viêt
Nam hiện hành đã đưa vào các hệ số an tồn trong q trình thiết kế. Cụ thể hơn, trong
bài tốn thiết kế móng cọc, qui phạm xây dựng quy định sức chịu tải thiết kế phải kể
đến các hệ số an tồn FSs=1.5÷2.0 đối với thành ma sát của cọc và FSp=2.0÷3.0 đối
với thành phần sức kháng mũi của cọc. Ngoài ra, các hệ số an toàn cịn được thể hiện
thơng qua các hệ số vượt tải cho các tải trọng v.v. Tuy nhiên, cơ sở khoa học cho
những hệ số an toàn này chưa được nguyên cứu, phân tích thấu đáo và việc áp dụng
trong thực tế vẫn chủ yếu phụ thuộc nhiều vào ý kiến chủ quan của người thiết kế. Do
đó, việc sử dụng các hệ số an toàn này trong thiết kế chưa thể đánh giá đúng ảnh
hưởng của sự thay đổi ngẫu nhiên của các thơng số đầu vào, từ đó có thể dẫn đến việc
thiết kế dư, gây lãng phí hoặc đơi khi thiếu an tồn. Sự xảy ra khơng đồng thời của sức
chịu tải cực hạn của hai thành phần ma sát quanh thân cọc và sức kháng mũi cũng là
một vấn đề đáng quan tâm. Do vậy, cần có những nghiên cứu đánh giá sức chịu tải của
cọc có xét đến độ tin cậy của các thông số đầu vào, sự làm việc chung của hai thành
phần sức chịu tải cực hạn. Do đó, mục tiêu đề ra của luận văn là đánh giá sức chịu tải


- 10 của cọc khoan nhồi có xét đến độ tin cậy của các thơng số địa chất, từ đó đánh giá độ
tin cậy của bài tốn thiết kế móng cọc khoan nhồi.
1.2

Tình hình nghiên cứu
1.2.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Cho đến nay, đã có nhiều nghiên cứu dựa trên lý thuyết độ tin cậy được thực hiện

nhằm dự đoán khả năng chịu tải của cọc khoan theo nhiều khía cạnh khác nhau. Một
số cơng trình tiêu biểu có thể kể đến như:
 Zhang và cộng sự (2005) [1] đã sử dụng phương pháp phân tích độ tin cậy bậc
nhất FORM để phân tích độ tin cậy sức chịu tải của cọc khoan nhồi xét đến tiêu
chuẩn phá hoại, hệ số tải và kháng tải.
 Zhao và cộng sự (2007) [2] đã sử dụng 46 kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh (CPT)
phân tích độ tin cậy sức chịu tải của cọc khoan nhồi và đưa ra kết luận chỉ số độ
tin cậy sức chịu tải của cọc có đường kính lớn thì lớn hơn cọc có đường kính nhỏ.
 Luo và Juang (2012) [3] đã phân tích độ tin cậy sức chịu tải cọc khoan nhồi với
sự biến thiên không gian trong nền cát, các biến số tuân theo quy luật phân bố
lognormal, sử dụng phương pháp phân tích độ tin cậy bậc nhất FORM để phân
tích độ tin cậy sức chịu tải.
 Ching và cộng sự (2009) [4] đã dùng kết quả kiểm tra khả năng chịu tải của 57
cọc khoan nhồi ở nhiều nơi thuộc Đài Loan để phân tích độ tin cậy khả năng chịu
tải trọng thẳng đứng tới hạn của 57 cọc khoan nhồi.
1.2.2 Tình hình nghiên cứu trong nước
Tại Việt Nam, một số cơng trình về đánh giá độ tin cậy và tối ưu hóa dựa trên độ
tin cậy đã được nghiên cứu và phát triển. Trong đó có thể kể đến như:
 Võ Thị Mộng Tuyền (2012) [5] trong luận văn cao học đề cập đến bài tốn tối
ưu hóa dựa trên độ tin cậy tấm Mindlin có gân gia cường.


- 11  Hồ Hữu Vịnh và cộng sự (2013) [6] đã nguyên cứu và phân tích độ tin cậy của
kết cấu vỏ gia cường gân sử dụng mạng thần kinh nhân tạo kết hợp với phương
pháp mô phỏng Monter Carlo.
 Nguyễn Thời Trung và cộng sự (2014) [7] trong nghiên cứu “Phân tích độ tin
cậy trong xây dựng: tổng quan, thách thức và triển vọng” đã trình bày tổng quan
và tầm quan trọng của phân tích độ tin cậy kết cấu trong ngành xây dựng tại Việt
Nam.
 Nguyễn Minh Thọ và cộng sự (2014) [8] trong nghiên cứu “Đánh giá độ tin cậy

bài tốn thiết kế móng cọc chịu ảnh hưởng ma sát âm”.
1.3

Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu của Luận văn là mơ hình tính tốn sức chịu tải cọc khoan nhồi bằng

phương pháp phần tử hữu hạn với sự hỗ trợ của phần mềm thương mại Plaxis. Từ đó
đánh giá sức chịu tải của cọc khoan nhồi có xét đến yếu tố độ tin cậy của các thông số
địa chất, cũng đánh giá độ tin cậy bài toán thiết kế móng cọc khoan nhồi.
1.4

Phạm vi nghiên cứu
. Nội dung nghiên cứu của luận văn được thực hiện trong các phạm vi sau:
-

Các thông số địa chất thay đổi bao gồm c, ;

-

Xem các vật liệu đồng nhất;

-

Đánh giá sức chịu tải của cọc khoan nhồi có xét đến yếu tố độ tin cậy của một
cơng trình cụ thể.


- 12 -

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1

Sức chịu tải của cọc
2.1.1 Công thức chung xác định sức chịu tải của cọc
Theo phụ lục G.1 TCVN 10304:2014 [9], sức chịu tải cực hạn của cọc được tính

theo cơng thức sau:

Rc ,u  qb Ab  u  fi li

(2.1)

trong đó:
qb: là cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc;
Ab: là diện tích tiết diện ngang mũi cọc;
u: là chu vi tiết diện ngang cọc;
fi: là cường độ sức kháng trung bình (ma sát đơn vị) của lớp đất thứ i trên thân cọc;
li: là chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất thứ i.
2.1.2 Sức chịu tải của cọc theo các chỉ tiêu cường độ của đất nền
Theo phụ lục G.2.1 TCVN 10304:2014 [9], Cường độ sức kháng của đất dưới mũi
cọc được xác định theo công thức:
,

,

,

qb  (cN c  q , p N q ) Ab

(2.2)

trong đó:
N’c, N’q là các hệ số sức chịu tải của đất dưới mũi cọc;
q’,p là áp lực hiệu quả lớp phủ tại cao trình mũi cọc (có trị số bằng ứng suất pháp
hiệu quả theo phương đứng do đất gây ra tại cao trình mũi cọc).
Theo phụ lục G.2.2 TCVN 10304:2014 [10], Cường độ sức kháng trung bình trên
thân cọc fi có thể xác định như sau:

fi    cu ,i
trong đó:

(2.3)


- 13 cu,i: là cường độ sức kháng khơng thốt nước của lớp đất dính thứ i;
α: là hệ số phụ thuộc vào đặc điểm lớp đất nằm trên lớp dính, loại cọc và phương
pháp hạ cọc, cố kết của đất trong q trình thi cơng và phương pháp xác định cu. Khi
khơng đầy đủ những thơng tin này có thể tra α trên biểu đồ hình 2.1 (theo Phụ lục A
của tiêu chuẩn AS 2159 -1978).

Hình 0.1 Biểu đồ xác định hệ số 
Đối với đất rời, cường độ sức kháng trung bình trên thân cọc trong lớp đất cát thứ
i:

fi  ki 

,

v , z tg i

(2.4)

trong đó:
ki: là hệ số áp lực ngang của đất lên cọc, phụ thuộc vào loại cọc: cọc chuyển vị
(đóng, ép) hay cọc thay thế (khoan nhồi hoặc barrette);



,

v , z : là ứng suất pháp hiệu quả theo phương đứng trung bình trong lớp đất thứ i;

i: là góc ma sát giữa đất và cọc, thông thường đối với cọc bê tơng i lấy bằng góc
ma sát trong của đất i, đối với cọc thép i lấy bằng 2i/3.


- 14 Theo cơng thức (2.4) thì càng xuống sâu, cường độ sức kháng trên thân cọc càng
tăng. Tuy nhiên nó chỉ tăng đến độ sâu giới hạn ZL nào đó bằng khoảng 15 lần đến 20
lần đường kính cọc, d, rồi thơi khơng tăng nữa. Vì vậy cường độ sức kháng trên thân
cọc trong đất rời có thể tính như sau:
,

Trên đoạn cọc có độ sâu nhỏ hơn ZL , fi  k v , z
,

Trên đoạn cọc có độ sâu bằng và lớn hơn ZL , fi  k v , zL
Bảng 2.1: Giá trị các hệ số k, ZL và N’q cho cọc trong đất cát
,

k
Trạng thái

Độ chặt tương đối

đất

D

ZL
D

Nq
Cọc

Cọc

Cọc

khoan

Cọc

khoan

đóng

nhồi và

đóng

nhồi và

barrette

barrette

Rời

Từ 0.2 đến 0.4

6

0.8

0.3

60

25

Chặt vừa

Từ 0.4 đến 0.75

8

1.0

0.5

100

60

Chặt

Từ 0.75 đến 0.90

15

1.5

0.8

180

100

2.2

Xác định sức chịu tải giới hạn của cọc đơn từ kết quả thử nghiệm hiện
trường bằng tải trọng tĩnh ép dọc trục
Theo mục 4.5.3 TCVN 9393:2012[12] sức chịu tải giới hạn của cọc đơn được xác

định bằng các phương pháp sau:
2.2.1 Theo phương pháp đồ thị
Sức chịu tải giới hạn được xác định dựa trên hình dạng đường cong quan hệ tải
trọng chuyển vị S= f(P), lgS = f(lgP), trong nhiều trường hợp cần kết hợp với các
đường cong khác như S= f(lgt), P= f(S/lgt)… Tùy thuộc vào đường cong quan hệ tải

trọng – chuyển vị, sức chịu tải giới hạn được xác định một trong hai trường hợp sau:
 Trường hợp 1: Khi hình đường cong có điểm uốn rõ ràng: sức chịu tải giới hạn
được xác định trực tiếp trên đường cong, là tải trọng ứng với điểm có đường


- 15 cong bắt đầu thay đổi độ dốc đột ngột hoặc đường cong gần như song song với
trục chuyển vị
 Trường hợp 2: Khi đường cong thay đổi chậm, rất khó hoặc khơng thể xác định
chính xác điểm uốn, sức chịu tải giới hạn được xác định theo các phương pháp
đồ thị khác nhau
Tùy thuộc vào quy trình gia tải, loại cọc thí nghiệm và điều kiện đất nền, có thể áp
dụng một trong các phương pháp đồ thị sau đây để xác định sức chịu tải giới hạn của
cọc cụ thể như sau:
 Phương pháp DeBeer, Phương pháp Chin, phương pháp 80% của Brinch Hansen
là phương pháp thích hợp xác định sức chịu tải từ kết quả thí nghiệm theo quy
trình gia tải tốc độ chậm.
 Phương pháp Davission, phương pháp Fuller và Hoy, phương pháp Butler và
Hoy là phương pháp thích hợp xác định sức chịu tải từ kết quả thí nghiệm theo
quy trình gia tải tốc độ nhanh.
 Phương pháp 90% của Brinch Hansen là phương pháp thích hợp xác định sức
chịu tải từ kết quả thí nghiệm gia tải tốc độ với tốc độ chuyển vị không đổi CRP.
2.2.2 Theo giới hạn chuyển vị quy ước
Trên đường cong quan hệ tải trọng – chuyển vị, sức chịu tải giới hạn Pgh là tải
trọng quy ước ứng với chuyển vị giới hạn quy ước Sgh theo bảng sau
Bảng 2.2 : Chuyển vị giới hạn quy ước
Phương pháp đề nghị

Điều kiện áp dụng

Chuyển vị giới hạn

Tiêu chuẩn Pháp DTU 13-2
Tiêu chuẩn Anh BS 8004: 1986

Các loại cọc

10%D

Tiêu chuẩn Nhật JSF 1811-1993
BrinchHansen

Pgh ứng với 1/2 Sgh,

Thụy Điển

Smax ứng với 0,9P

De Beer

Cọc khoan nhồi

Trung Quốc

Cọc khoan nhồi chống

2Smax
2,5%D
(3% - 6%) D
40 – 60mm

- 16 Phương pháp đề nghị

Điều kiện áp dụng

Chuyển vị giới hạn
60 – 80mm

Cọc có L/D từ 80 đến 100

Hoặc
(2Pl/3EA)+20mm

2.2.3 Theo tình trạng thực tế thí nghiệm và cọc thí nghiệm
-

Sức chịu tải giới hạn bằng sức chịu tải lớn nhất khi dừng thí nghiệm (trường
hợp phải dừng thí nghiệm sớm hơn dự kiến do điều kiện gia tải hạn chế)

-

Sức chịu tải giới hạn được lấy bằng cấp tải trọng trước cấp tải gây ra phá
hoại vật liệu cọc.

2.3

Kiểm định tập mẫu dữ liệu tuân theo phân phối chuẩn
Với mọi phân phối chuẩn của biến ngẫu nhiên X ta ln có
 
X  x  1 

   X  x 
x
x 
x 
 X  x 
FX ( x)  p   

 x 

 2.5 

Z

  1 ( p )  z 

X  x  1

x
x

(2.6)

 x 
 X  

x 

(2.7)

Phương trình (2.7) là phương trình đường thẳng trên hệ trục tọa độ (X, z). Từ đó

để kiểm tra một tập dữ liệu có tn theo phân phối chuẩn hay khơng thể hiện quan hệ
(X, z) trên hệ trục tọa độ Descartes với trục hoành là giá trị biến X, trục trung là giá trị
z   1 ( p ) . Nếu tập dữ liệu có xu hướng là đường thẳng trên hệ trục tọa độ (X, z) ta có

thể kết luận tập mẫu X tuân theo quy luật phân phối chuẩn với giá trị trung bình chính
là giá trị của X tai z=0, độ lệch x chính là nghịch đảo của độ dốc của đường thẳng nêu
trên.


- 17 -

Hình 0.2 Đồ thị đường thẳng phương trình (2.7)
Để thể hiện tập mẫu lên hệ trục tọa độ (X, z) tiến hành theo các bước sau:

2.4

-

Sắp xếp các giá trị của X theo giá trị từ lớn đến bé theo thứ tự từ 1 đến n

-

Với mỗi xi ta tính giá trị pi=i/(n+1) ( theo Gumbel, 1954)

-

1
Tính giá trị zi   ( pi ) với  ( z ) 
2
1

z

e



t2
2

dt

(2.8)



Lý thuyết độ tin cậy
2.4.1 Các bước của bài tốn phân tích độ tin cậy
Nhiều dữ liệu tính tốn đầu vào như các thơng số địa chất c, , v.v sẽ dao động

ngẫu nhiên quanh giá trị thiết kế tiền định với một phân bố thống kê nhất định. Để
đánh giá độ tin cậy của bài toán ta cần thực hiện các bước như sau:
-

Xác định hàm trạng thái giới hạn.

-

Lựa chọn biến ngẫu nhiên.

-

Xác định các thông số cần thiết của biến ngẫu nhiên như: giá trị trung bình,
độ lệch chuẩn, hệ số thay đổi, hệ số tương quan và luật phân bố.


- 18 -

Thực hiện phân tích đánh giá độ tin cậy cho kết cấu bằng các phương pháp
được đề ra.

2.4.2 Xác định hàm trạng thái giới hạn
Mục đích phân tích độ tin cậy là nhằm xác định xác suất phá hủy của kết cấu ứng
với sự thay đổi của yếu tố đầu vào.
Hàm trạng thái giới hạn là ngưỡng an toàn cho phép của kết cấu, được thiết lập
dựa trên các tiêu chuẩn thiết kế đã qui định trước hoặc do nhà thiết kế đặt ra như: ứng
suất cho phép của vật liệu, chuyển vị cho phép của kết cấu, v.v. được đại diện bởi 2
thành phần:
g(x)=R(x) - Q(x)

(2.9)

trong đó:
x: là véc-tơ chứa các biến ngẫu nhiên như: các thông số địa chất, tải trọng tác
dụng, mô-đun đàn hồi của vật liệu, v.v. là những đại lượng có thể thay đổi theo một
qui luật phân bố nhất định và được đặc trưng bởi 2 thông số là giá trị trung bình và độ
lệch chuẩn;
R(x): là biến vơ hướng đại diện cho khả năng kháng cho phép của kết cấu như:
ứng suất vốn cho phép, chuyển vị cho phép, v.v;
Q(x): là biến vô hướng đại diện cho ứng xử của kết cấu dưới tác dụng của các biến

ngẫu nhiên.
Trong nội dung nghiên cứu của luận văn này, hàm trạng thái giới hạn được chọn là
Phản lực tác dụng lên cọc do nội lực gây ra phải nhỏ hơn sức chịu tải cực hạn của cọc.
2.4.3 Các thông số cần thiết của biến ngẫu nhiên:
Các thông số này bao gồm: giá trị trung bình, độ lệch chuẩn, hệ số thay đổi, hệ số
tương quan, quy luật phân bố v.v. Để xác định các thơng số này địi hỏi ta phải có một
bộ dữ liệu mẫu đủ lớn cho biến ngẫu nhiên và phải được thu thập trong một khoảng
thời gian đủ dài để đảm bảo tính khách quan. Cụ thể xác định các thông số này như
sau:


- 19 Giá trị trung bình (giá trị kỳ vọng) của biến ngẫu nhiên x được kí hiệu là µx hay
E(x):
E  x  x 

1 n
 xi .
n i 1

(2.10)

Phương sai của x được kí hiệu là Variance(x) hoặc  x2
2

Variance(x)= x2 

1 n
  xi   x  .
n  1 i 1

(2.11)

Độ lệch chuẩn của x
 x  Variance  x  .

(2.12)

Hệ số thay đổi Vx

Vx 

x
.
x

(2.13)

Hệ số tương quan giữa các biến ngẫu nhiên  xy

 xy    xi   x   yi   y  /  n  1  x y  .
n

(2.14)

i 1

2.4.4 Hàm tuyến tính của các biến ngẫu nhiên
Y là hàm tuyến tính của các biến ngẫu nhiên X1, X2,..., Xn
n

Y  a0  a1 X 1  a2 X 2  ...  an X n  a0   ai X i

(2.15)

i 1

với ai là các hằng số
Khi đó giá trị trung bình, độ lệch chuẩn của biến ngẫu nhiên Y
n

Y  a0  a1 X  a2  X  ...  an  X  a0   ai  X i
1

n

2

n

(2.16)

i 1

n

 Y2   ai a j CoV ( X i , X j )

(2.17)

i 1 j 1

Nếu Xi độc lập CoV(Xi,Xj)=0 với mọi i≠j. khi đó
(2.18)

n

 Y2   ai2 X2
i 1

i


- 20 -

Trở lại bài toán g=R-Q (hàm trạng thái giới hạn) giá trị trung bình và độ lệch chuẩn
của hàm g sẽ được tính theo các biểu thức sau:

 g   R  Q

(2.19)

 g2   R2   Q2  2CoV ( R, Q )

(2.20)

Hệ số thay đổi  g 

 R2   Q2  2CoV ( R, Q)
 R  Q

Chỉ số độ tin cậy


1


Từ chỉ số độ β, xác suất phá hủy Pf của kết cấu sẽ được xác định dễ dàng thông qua
hàm tích lũy Gauss tiêu chuẩn như sau:

1
Pf   (  ) với  ( z ) 
2
2.5

z

e



t2
2

dt

(2.21)



Mơ hình đất

2.5.1 Mơ hình Mohr-Coulomb
Mơ hình Mohr-Coulomb (MC) là mơ hình đất cơ bản và phổ biến nhất với ứng xử

đàn hổi - dẻo lý tưởng của đất nền, áp dụng tiêu chuẩn phá hoại của Mohr-Coulomb.
Khơng có quy luật tái bền hay hóa mềm u cầu đối với mơ hình Mohr-Coulomb vì
nó được giả dịnh là dẻo thuần túy. Hàm ngưỡng dẻo, f , được giới thiệu như là một
hàm ứng suất và biến dạng mà có thể được trình bày như là một mặt trong khơng gian
ứng suất chính.
2.5.2 Mơ hình Hardening-Soil
Khác với mơ hình đàn dẻo lý tưởng MC, mặt ngưỡng dẻo của mơ hình HS khơng
cố định trong khơng gian ứng suất chính mà có thể mở rộng ra tùy thuộc vào độ biến
dạng dẻo của đất. Mơ hình HS tích hợp cả 2 loại ứng xử tăng bền của nền, đó là tăng
bền chống cắt và tăng bền chống nén.


- 21 Mơ hình Hardening-Soil là một mơ hình nâng cao có thể được sử dụng để mơ
phỏng ứng xử ứng suất – biến dạng của cả đất mềm và đất cứng (Schanz, 1998). Đối
với trường hợp thí nghiệm ba trục thốt nước, mơ hình HS xấp xỉ đường cong ứng suất
lệch và biến dạng dọc trục bằng cách sử dụng đường hyperbol. Đường cong hyperbol
như thế có thể mơ phỏng sử dụng mơ hình đàn hồi khơng tuyến tính Duncan and
Chang được nhiều người biết đến (Duncan and Chang, 1970).
Tương tự như mơ hình Mohr-Coulomb, giới hạn trạng thái ứng suất trong mơ hình
HS được miêu tả theo thơng số ứng suất có hiệu. Tuy nhiên, độ cứng đất được miêu tả
rất chính xác trong mơ hình HS bằng cách sử dụng ba giá trị độ cứng đầu vào khác
nhau – độ cứng gia tải ba trục, E50ref , độ cứng dở/nén lại ba trục, Eurref , và độ cứng gia
ref
tải nén cố kết, Eoed
. Không giống như mô hình Mohr-Coulomb, mơ hình HS cũng kể

đến sự độc lập ứng suất của độ cứng đất, tức là độ giá trị độ cứng đàn hồi tăng với ứng

suất buồng trong mơ hình HS.
Mơ hình HS cho phép thay đổi biến dạng thể tích dẻo cũng như biến dạng cắt dẻo
do ứng suất lệch. So với mơ hình Mohr-Coulomb, ứng xử dở tải của đất được kể đến
tốt hơn trong mô hình Hardening-Soil.
Thiết lập của mơ hình Hardening-Soil có thể được diễn giải sử dụng quan hệ
hyperbol giữa biến dạng đứng, 1 , và ứng suất lệch, q , trong lúc chất tải ba trục sơ cấp
(hình 2.3).

Hình 2.3. Quan hệ ứng suất - biến dạng hyperbolic


- 22 Thí nghiệm ba trục thốt nước chuẩn có hướng đến đường cong ứng suất – biến
dạng ngưỡng có thể được mô tả bởi:
1
q
2 E50 1  q / qa

1 

(2.22)

trong đó qa là giá trị tiệm cận của cường độ cắt, và q f là ứng suất lệch cực hạn. Thơng
số E50 được cho bởi phương trình sau:
 c cos    3' sin  
E50  E50ref 

ref
 c cos   p sin  

m

(2.23)

trong đó E50ref là module độ cứng tham chiếu liên quan đến áp lực buồng tham chiếu
p ref , c là lực dính của đất và  là góc ma sát của đất. Trong PLAXIS, sử dụng giá trị

mặc định p ref  100 . Độ cứng của đất thực tế phụ thuộc vào ứng suất chính nhỏ nhất,
 3' , chính là áp lực buồng hữu hiệu trong thí nghiệm ba trục. Lượng phụ thuộc được

cho bởi hệ số mũ m , và giá trị này thay đổi từ 0.5 đến 1.0 theo nhiều nghiên cứu của
các tác giả khác nhau.
Lộ trình ứng suất cho dở tải và nén lại sử dụng trong module độ cứng phụ thuộc
ứng suất như sau:
Eur  E

ref
ur

 c cos    3' sin  


ref
 c cos   p sin  

m

(2.24)

trong đó Eurref là module độ cứng dở tải/nén lại tham chiếu, tương ứng đến áp lực tham
chiếu p ref . Trong hầu hết các trường hợp giá trị sử dụng mặc định trong Plaxis là

Eurref  3E50ref .

Ngoài ra, độ cứng gia tải nén cố kết cũng được định nghĩa theo phương sau:
Eoed  E

ref
oed

 c cos    1' sin  


ref
 c cos   p sin  

m

(2.25)


- 23 -

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ SỐ
ĐÁNH GIÁ SỨC CHỊU TẢI CỌC KHOAN NHỒI CÓ XÉT ĐẾN YẾU TỐ
ĐỘ TIN CẬY CHO CƠNG TRÌNH TRỤ SỞ LÀM VIỆC CHI CỤC
THUẾ QUẬN PHÚ NHUẬN
3.1

Giới thiệu

Tòa nhà trụ sở làm việc chi cục thuế quận Phú Nhuận được xây dựng trên khu đất tọa

lạc tại hẻm 145 Nguyễn Văn Trỗi, quận Phú Nhuận, thành phố Hồ Chí Minh. Tổng
diện tích khu đất 1060 m2.
Quy mơ cơng trình 8 tầng nổi, 3 tầng hầm. Kết cấu móng sử dụng móng cọc khoan
nhồi với đường kính cọc 1000mm và chiều dài cọc trong đất là 46m. Sức chịu tải thiết
kế Ptk=450 ton.

Hình 3.1 Phối cảnh của cơng trình


- 24 3.2

Điều kiện địa chất

Địa tầng ở khu vực cơng trình trụ sở làm việc chi cục thuế quận Phú Nhuận nhìn
chung bao gồm các lớp sau:
- Lớp 1: sét pha cát lẫn sỏi laterit, nâu đỏ xám trắng, trạng thái dẻo mềm, chỉ số SPT
trung bình N=5
- Lớp 2: cát mịn - trung pha ít bụi xám trắng, xám vàng, trạng thái rời rạt đến chặt vừa,
chỉ số SPT trung bình N=11
- Lớp 3+ lớp 4: sét xám trắng, nâu đỏ, nâu vàng, trạng thái nửa cứng đến cứng, chỉ số
SPT trung bình N=30
Mặt bằng và mặt cắt ngang địa chất của cơng trình như thể hiện ở hình 3.2 và 3.3.

Hình 3.2. Mặt bằng hố khoan địa chất cơng trình chi cục thuế quận Phú nhuận


- 25 -

Hình 3.3. Mặt cắt ngang địa chất cơng trình Chi cục thuế quận Phú Nhuận (HK1-HK2)

3.3

Phân tích ngược q trình thí nghiệm hiện trường bằng tải trọng tĩnh ép
dọc trục bằng phần mềm Plaxis
cọc thử tĩnh P1-23

Hình 3.4. Mặt bằng định vị cọc thử tĩnh