Tải bản đầy đủ

Nghiên cứu ảnh hưởng của một số chỉ tiêu cơ lý đất đến sức chịu tải của cọc (tt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

-----------------------------------

HOÀNG ANH TUẤN

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ CHỈ TIÊU
CƠ LÝ ĐẤT NỀN ĐẾN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH
DÂN DỤNG & CÔNG NGHIỆP

Hà Nội - 2018


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO


BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

----------------------------------HOÀNG ANH TUẤN
KHÓA: 2016 – 2018

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ CHỈ TIÊU
CƠ LÝ ĐẤT NỀN ĐẾN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC
Chuyên ngành:

Kỹ thuật Xây dựng Công trình DD&CN

Mã số:

60.58.02.08

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH
DÂN DỤNG & CÔNG NGHIỆP

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS. NGUYỄN ĐỨC NGUÔN

XÁC NHẬN
CỦA CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN

Hà Nội - 2018


LỜI CÁM ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu Trường Đại học Kiến trúc
Hà Nội, các thầy cô trong Khoa sau đại học cùng với các thầy giáo, cô giáo
các Khoa, bộ môn đã giảng dạy và tạo mọi điều kiện để em hoàn thành khóa
học 2016 - 2018.
Đặc biệt em cảm ơn thầy PGS.TS. Nguyễn Đức Nguôn người trực tiếp
hướng dẫn khoa học luận văn đã tạo mọi điều kiện, dành nhiều thời gian,
nhiệt tình giúp đỡ cũng như đầu tư tài liệu để em hoàn thành luận văn tốt
nghiệp.
Cảm ơn các thầy giáo, cô giáo trong Bộ môn Địa kỹ thuật Trường Đại
học Kiến trúc Hà Nội, các thầy cô trong tiểu ban bảo vệ đề cương, các thầy cô


trong tiểu ban kiểm tra tiến độ luận văn, đã có những ý kiến góp ý quý báu
cho nội dung luận văn.
Vì thời gian thực hiện luận văn có hạn nên không tránh khỏi những hạn
chế, thiếu sót. Nhưng em xin hứa sẽ đầu tư nghiên cứu thêm những vấn đề
còn hạn chế, thiếu sót đó để hoàn thiện thêm kiến thức của em trong quá trình
làm việc sau này.
Hà Nội, ngày ......, tháng ... năm 2018
Học viên

Hoàng Anh Tuấn


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sỹ này là công trình nghiên cứu khoa học
độc lập của tôi. Các số liệu khoa học, kết quả nghiên cứu của Luận văn là
trung thực và có nguồn gốc rõ ràng.

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Hoàng Anh Tuấn


MỤC LỤC
LỜI CÁM ƠN ...................................................................................................... iii
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................. iv
MỤC LỤC.............................................................................................................. v
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ........................................ 1
DANH MỤC CÁC BẢNG ..................................................................................... 3
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ................................................................ 3
PHẦN MỞ ĐẦU .................................................................................................... 1







Lý do chọn đề tài ....................................................................................................... 1
Mục đích nghiên cứu của đề tài ............................................................................... 2
Phạm vi nghiên cứu .................................................................................................. 3
Phương pháp nghiên cứu ......................................................................................... 3
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ................................................................ 3
Cấu trúc luận văn của đề tài .................................................................................... 4

NỘI DUNG ............................................................................................................ 5
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC VÀ CÁC
PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ............................................................................ 5
1.1. Móng cọc .................................................................................................................... 5
1.2. Tính toán sức chịu tải của cọc đơn chịu lực dọc trục ............................................ 7
1.2.1 Tổng quát về sức chịu tải của cọc ....................................................................... 7
1.2.2 Sức chịu tải của cọc theo cường độ vật liệu làm cọc .......................................... 9
1.2.3 Sức chịu tải của cọc theo đất nền. ..................................................................... 10

CHƯƠNG 2: ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ ẨM, ĐỘ CHẶT ĐẾN SỨC CHỊU TẢI
CỦA CỌC THEO ĐẤT NỀN .............................................................................. 29
2.1. Bản chất hệ phân tán của đất ................................................................................ 29
2.1.1 Tính chất keo của đất ........................................................................................ 29
2.1.2 Tính Chất phân tán ............................................................................................ 31
2.1.3 Đặc tính biến dạng của đất ................................................................................ 33
2.2. Các chỉ tiêu đặc trưng tính cơ lý của đất .............................................................. 35
2.2.1 Các chỉ tiêu cơ lý .............................................................................................. 35
2.2.2 Các chỉ tiêu cơ học ............................................................................................ 38
2.2.3 Mối quan hệ giữa các chỉ tiêu cơ lý ................................................................. 41
2.3. Mối quan hệ giữa độ ẩm với sức chịu tải của cọc ................................................ 43
2.4. Mối quan hệ giữa độ chặt với sức chịu tải của cọc .............................................. 49
2.5. Quan hệ của các chỉ tiêu cơ lý với sức chịu tải của cọc ....................................... 52


CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN SCT CỦA CỌC THEO ĐẤT NỀN XÉT ĐẾN SỰ
THAY ĐỔI CỦA CHỈ TIÊU CƠ LÝ CHO CÔNG TRÌNH ............................. 55
KHU VỰC TP HỒ CHÍ MINH. ......................................................................... 55
3.1. Biểu thức tính toán sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ lý ................................ 55
3.1.1 Vùng nén ép của đất nền do thể tích cọc gây ra................................................ 55
3.1.2 Sức kháng đầu mũi cọc ..................................................................................... 59
3.1.3 Sức chịu tải ma sát thành bên cọc ..................................................................... 61
3.2. Giới thiệu công trình............................................................................................... 64
3.3. Số liệu địa chất ........................................................................................................ 65
3.4. Tính toán sức chịu tải của cọc................................................................................ 71

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................. 93
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 95


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
STT

Chữ viết
tắt

1

SCT

2

Pv

Sức chịu tải của cọc theo vật liệu

3

As

Diện tích cốt thép

4

Ab

Diện tích tiết diện ngang của cọc

5

Rs

Sức chịu kéo hay nén cho phép của thép

6

Rb

Cường độ chịu nén của bê tông

7

d

Đường kính cọc

8

qb

Cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc

9

u

Chu vi tiết diện ngang của cọc

10

fi

Cường độ sức kháng trung bình của lớp đất

11

N

Chỉ số SPT

12

cu

13

W

Độ ẩm của đất

14

e

Hệ số rỗng

15

Id

Độ chặt của đất

16

Cc

Chỉ số nén

17

Cv

Hệ số cố kết

18

Eo

Môđun tổng biến dạng

19

E

Môđun đàn hồi

20

n

Độ rỗng

21

K

Hệ số thấm

22

V

Thể tích

Tên đầy đủ
Sức chịu tải

Cường độ sức kháng cắt không thoát nước của
đất dính


23

Vh

Thể tích hạt

24

Vr

Thể tích phần rỗng

25

Ip

Chỉ số dẻo

26

IL

Độ sệt

27

Wch

Giới hạn nhão

28

Wd

Giới hạn dẻo

29

G

Độ bão hoà của đất

30



Góc ma sát trong của đất

31

C

Lực dính của đất

32



Khối lượng thể tích của đất

33



Lực ma sát của đất lên thành cọc

34



Hệ số biến dạng ngang

35

a

Hệ số nén lún

36



Tỉ trọng

37

h

Chiều sâu

38

D

Đường kính vùng chịu nén

39



Áp lực đất

40

k

Khối lượng riêng khô

41

S

Độ lún

42

Sgh

Độ lún giới hạn trung bình

43

Np

Chỉ số SPT trung bình dưới mũi cọc


DANH MỤC CÁC BẢNG
Số thứ tự
bảng

Nội dung bảng

Bảng1.1

Cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc đóng hoặc ép qb

Bảng1.2

Cường độ sức kháng trên thân cọc đóng hoặc ép fi
Các hệ số điều kiện làm việc của đất cq và cf cho cọc

Bảng1.3
Bảng1.4
Bảng1.5

đóng hoặc ép
Hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất cf
Các hệ số chuyển đổi 1, 2 và i
Cường độ sức kháng qb và fi của đất đối với cọc khoan

Bảng1.6

nhồi theo qc
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Số thứ tự

Nội dung hình vẽ

Hình 1.1

Móng cọc

Hình 2.1

Cấu tạo của hạt keo

Hình 2.2

Biểu đồ quan hệ giữa hệ số rỗng và cấp áp lực nén

Hình 2.3

Đường cong nén dạng e=f(lg(P))
Giá trị Pm trong quan hệ giữa hệ số rỗng và cấp áp lực

Hình 2.4

nén
Sự biến đổi đổi vùng chịu nén theo chiều sâu trong nền

Hình 3.1
Hình 3.2

đồng nhất
Vùng chịu nén dưới mũi cọc được mở rộng


1

PHẦN MỞ ĐẦU
 Lý do chọn đề tài
Hiện nay nước ta với sự phát triển và đô thị hóa nhanh chóng, dân số
tăng lên trong khi diện tích xây dựng ngày càng bị thu hẹp kéo theo nhu cầu
xây dựng các nhà cao tầng với quy mô lớn tăng lên đáng kể. Do đó, yêu cầu
kỹ thuật cần đặt ra là đảm bảo an toàn, thẩm mỹ và bền vững cho các công
trình.
Trong những năm gần đây với sự phát kiển của đất nước, các công trình
cao tầng được xây dựng ngày càng nhiều, những công trình cao tầng có tải
trọng lớn nên thường sử dụng móng cọc để truyền tải trọng xuống lớp đất tốt
phía dưới, làm giảm biến dạng và lún đồng đều, làm tăng ổn định của công
trình, có khả năng chịu tải trọng ngang lớn. Mặt khác nhu cầu xây dựng
thường tập trung ở các đô thị lớn như Hà Nội, TP Hồ Chí Minh, Hải Phòng
Đà Nẵng ..., các đô thị này có điều kiện địa chất vô cùng phức tạp vì vậy
móng cọc với nhiều phương pháp thi công đa dạng như: cọc đóng, cọc ép, cọc
khoan nhồi...có thể sử dụng làm móng cho các công trình có điều kiện địa
chất địa hình phức tạp mà các móng nông không thể đáp ứng được.
Trong các phép tính nền móng cọc cần kể đến tác dụng đồng thời của
các thành phần lực và các ảnh hưởng bất lợi của môi trường bên ngoài như
ảnh hưởng của nước dưới đất, các chỉ tiêu cơ lý của đất.
Sức chịu tải của cọc được tính toán dựa vào vật liệu làm cọc và theo đất
nền. Về phương diện sức chịu tải của cọc theo đất nền, cọc được sử dụng để
truyền tải trọng từ kết cấu bên trên xuống nền theo hai phương thức là sức
kháng biên và sức kháng mũi.
Các Phương pháp tính toán sức chịu tải cọc theo đất nền đều dựa trên
tài liệu khảo sát địa chất hoặc thí nghiệm nén tĩnh tại thời điểm nào đó. Tài
liệu khảo sát địa chất vào thời điểm bất kỳ với độ chặt, độ ẩm tự nhiên tại thời


2

điểm đó. Tuy nhiên, sức chịu tải của cọc phụ thuộc vào nhiều yếu tố trong đó
có độ ẩm, độ chặt của nền đất. Trong điều kiện khai thác công trình thì độ ẩm,
độ chặt của đất có thể thay đổi do mưa lũ, trượt lở, thay đổi mực nước ngầm
làm ảnh hưởng đến sức chịu tải.
Trong luận văn này nghiên cứu sự thay đổi sức chịu tải của cọc khi độ
ẩm, độ chặt của đất thay đổi. Đối với thành phố Hồ Chí Minh chia làm 2 mùa
rõ rệt thì sự thay đổi độ ẩm, độ chặt của đất thể hiện rất rõ ràng.
Tuy nhiên, hiện nay các nghiên cứu về sức chịu tải của cọc về đất nền
còn ít và đây là một vấn đề hết sức cần thiết để nghiên cứu. Các tiêu chuẩn
TCVN 10304-2014, TCXD 205-1998 còn có những vấn đề chưa được rõ
ràng, gây khó khăn cho việc áp dụng cũng như chưa phản ánh hết được ứng
xử của cọc.
Chính vì vậy, đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của một số chỉ tiêu cơ lý
đất nền đến sức chịu tải của cọc” là thực sự cần thiết, có ý nghĩa khoa học và
thực tiễn.
 Mục đích nghiên cứu của đề tài
Với phạm vi nghiên cứu ảnh hưởng của một số chỉ tiêu cơ lý đất nền
đến sức chịu tải của cọc, đề tài của luận văn được thực hiện với mục tiêu đạt
được như sau:
- Xác định sức chịu tải của cọc theo đất nền khi một số chỉ tiêu cơ lý
đất nền thay đổi.
- Nâng cao hiệu quả sử dụng của móng cọc.
- Xây dựng biểu thức tính toán SCT của cọc thông qua khái niệm về
vùng ảnh hưởng.
- Làm rõ được mối quan hệ sự hình thành SCT của cọc với sự biến đổi
trạng thái ứng suất của nền dưới tác dụng của cọc khi xâm nhập vào nền.


3

 Phạm vi nghiên cứu
Do giới hạn về thời gian của chương trình đào tạo, đề tài được thực
hiện nghiên cứu giới hạn trong phạm vi với một số nội dung chính như sau:
- Các loại móng cọc.
- Nghiên cứu thay đổi tính chất của đất nền theo độ ẩm, độ chặt.
- Tính toán sức chịu tải của cọc theo đất nền xét đến sự thay đổi độ ẩm,
độ chặt của đất nền.
- Nghiên cứu các phương pháp tính toán sức chịu tải của cọc theo đất
nền đặc biệt là phương pháp tính toán theo chỉ tiêu cơ lý đất nền.
- Nghiên cứu sự thay đổi độ ẩm, độ chặt của đất nền ảnh hưởng đến
sức chịu tải của cọc.
- Nghiên cứu đối với cọc đơn khi đóng (ép) xuống nền đất ảnh hưởng
đến SCT của cọc.
 Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết.
- Phân tích và tính toán lý thuyết kết hợp với các bảng biểu.
- Thu thập các tài liệu địa chất và một số kết quả thí nghiệm xác định
chỉ tiêu cơ lý của mẫu đất khi độ ẩm, độ chặt thay đổi.
- So sánh và phân tích các kết quả tính toán.
- Dựa trên các tiêu chuẩn, quy chuẩn hiện hành.
 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
* Ý nghĩa khoa học:
- Đưa ra các so sánh, phân tích số liệu về sức chịu tải của cọc giúp các
kỹ sư có cái nhìn tổng quan hơn về sức chịu tải của cọc.
- Áp dụng tính toán và phân tích số liệu để tăng tính bền vững khi
thiết kế nền móng.


4

* Ý nghĩa thực tiễn:
- Giúp các kỹ sư có cái nhìn đa chiều, chính xác hơn khi tính toán,
thiết kế móng cọc.
- Là tài liệu tham khảo khi tính toán và thiết kế móng cọc.
 Cấu trúc luận văn của đề tài
Đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của một số chỉ tiêu cơ lý đất nền đến
sức chịu tải của cọc” được cấu trúc chia thành các chương chính sau:
Chương mở đầu: Trình bày lý do lựa chọn, sự cần thiết và phạm vi
nghiên cứu của đề tài cũng như ý nghĩa thực tiễn và khoa học của đề tài.
Chương 1: Tổng quan về sức chịu tải của cọc và các phương pháp tính
toán.
Chương 2: Ảnh hưởng của độ ẩm, độ chặt đến sức chịu tải của cọc
theo đất nền.
Chương 3: Tính toán SCT của cọc theo đất nền xét đến sự thay đổi của
chỉ tiêu cơ lý cho công trình khu vực TP Hồ Chí Minh.
Kết luận và kiến nghị: Từ kết quả của đề tài, tác giả đề xuất các kết
luận và kiến nghị rút ra được từ nghiên cứu của luận văn này.


THÔNG BÁO
Để xem được phần chính văn của tài liệu này, vui
lòng liên hệ với Trung Tâm Thông tin Thư viện
– Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội.
Địa chỉ: T.13 – Nhà H – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội
Đ/c: Km 10 – Nguyễn Trãi – Thanh Xuân Hà Nội.
Email: digilib.hau@gmail.com

TRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN


93

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết luận:
Đề tài này đã nghiên cứu ảnh hưởng của một số chỉ tiêu cơ lý đất nền
đến sức chịu tải của cọc, phân tích lý thuyết trạng thái ứng suất, xây dựng sức
chịu tải của cọc bằng thí nghiệm trong phòng, thực hiện tính toán cho một
công trình cụ thể đã thu được một số vấn đề sau:
- Tác giả đã lập được các bảng tính excel qua đó đơn giản hoá việc tính
toán ảnh hưởng của chỉ tiêu cơ lý đến sức chịu tải của cọc.
- Xây dựng được các biểu thức tính toán SCT cọc theo chỉ tiêu cơ lý đất
nền.
- Làm rõ được mối quan hệ sự hình thành SCT của cọc với sự biến đổi
trạng thái ứng suất của nền dưới tác dụng của cọc khi xâm nhập vào nền.
- Xây dựng biểu thức tính toán SCT của cọc thông qua khái niệm về
vùng ảnh hưởng.
- Sức chịu tải của cọc được xác định tương ứng với độ ẩm tại thời điểm
khảo sát địa chất do đó trong quá trình khai thác công trình độ ẩm có thể thay
đổi làm thay đổi sức chịu tải của cọc điều này ảnh hưởng đến ổn định cho
công trình.
- Khi cọc đóng xuống nền đất thì lỗ rỗng trong đất giảm đi, độ chặt tăng
lên làm cho sức chịu tải của cọc tăng.
Kiến nghị:
Kết quả này cần được các đơn vị tư vấn thiết kế, quản lý dự án lưu ý
khi sử dụng các tiêu chuẩn hiện hành để xác định sức chịu tải của cọc.
Biểu thức tính toán sức chịu tải của cọc là một phương pháp với cách
tiếp cận khác so với các phương pháp thông thường do đó cung cấp cho đơn
vị thiết kế một căn cứ để lựa chọn SCT cho hợp lý, Tuy nhiên phương pháp


94

này mới xây dựng trên lý thuyết cần có những bổ xung bằng thực nghiệm để
so sánh.
Cần có những nghiên cứu cụ thể sự thay đổi của độ ẩm, độ chặt khi
công trình đưa vào sử dụng, cũng như khi đóng hoặc ép cọc xuống nền.
Trong tính toán, chỉ số sệt của đất cần được lấy theo giá trị dự báo ở
giai đoạn sử dụng công trình.


TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
1. E,D Sukina (1985), “Cơ lý hoá hệ phân tán tự nhiên”, Nhà xuất bản
Matxcova.
2. Tô Văn Lận (2016), “Nền và móng dùng cho sinh viên ngành xây dựng và
công nghiệp”, NXB Xây Dựng, Hà Nội.
3. N,A X ưwtôvich (bản dịch tiếng nga) (1987), “Cơ học đất”, Nhà xuất bản
Nông nghiệp Hà Nội.
4. R,Whitlow, (Bản dịch tiếng Anh) (1995) , “Cơ học đất”, Nhà xuất bản
Giáo dục.
5. Shamsher Prakash- Hary D, Sharma, (Bản dịch tiếng Anh) (1999), “Móng
cọc trong thực tế xây dựng” , Nhà xuất bản Xây dựng.
6. TCXD 205:1998, “Móng Cọc - Tiêu chuẩn thiết kế”, Tiêu chuẩn xây dựng.
7. TCVN 9393:2012, “Cọc - Phương pháp thí nghiệm bằng tải trọng tĩnh ép
dọc trục”, Tiêu chuẩn quốc gia.
8. TCVN 10304:2014, “Móng Cọc - Tiêu chuẩn thiết kế”, Tiêu chuẩn quốc
gia.
9. Vương Văn Thành, Nguyễn Đức Nguôn, Phạm Ngọc Thắng (2012), “Tính
toán thực hành nền móng công trình dân dụng và công nghiệp”, NXB Xây
Dựng, Hà Nội.


Tiếng Anh
11. Dinesh Mohan, A,M,I,C,E, , G,S,Jain, and Virendra Kumar “LoadBearing Capacity of Piles” Volume 13 Issue 1, March 1963, pp, 76-86.
12. K,Széchy, L, Varga (1978),”Foundation engineering”, Akadémiai

Kiadó Budapest.



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×