BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI VIỆT NAM VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI MIỀN NAM BẠCH VŨ HOÀNG LAN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA HIỆU ỨNG NHÓM ĐẾN KHẢ NĂNG CHỊU TẢI DỌC TRỤC VÀ ĐỘ LÚN CỦA NHÓM CỌC THẲNG ĐỨNG Chuyên ngành: Địa kỹ thuật Xây dựng Mã số: 62.58.02.11 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Thành phố Hồ Chí Minh – Năm 2017 Công trình hoàn thành tại: Viện khoa học thủy lợi miền Nam Người hướng dẫn khoa học: PGS TS TÔ VĂN LẬN GS NGUYỂN CÔNG MẪN Người phản biện 1: GS.TS TRỊNH MINH THỤ Người phản biện 2: PGS TS NGUYỄN MINH TÂM Người phản biện 3: PGS.TS LÊ VĂN NAM Luận án bảo vệ Hội đồng đánh giá luận án cấp Viện, họp tại: Viện khoa học thủy lợi niềm Nam, số 658 Võ Văn Kiệt; Phường 1; Quận 5; Tp Hồ Chí Minh Vào hồi…… Ngày…… tháng …… năm 2017 Có thể tìm hiểu luận án tại: Thư viện Quốc gia Thư viện Viện khoa học thủy lợi miền Nam -1MỞ ĐẦU Lý lựa chọn đề tài Móng cọc loại kết cấu ứng dụng rộng rãi loại công trình dân dụng, cầu đường, thủy lợi công trình đất yếu - tập trung nhiều TP.HCM Móng cọc thường tập hợp nhiều cọc, dẫn đến vùng đất quanh cọc hình thành tượng chồng lấn ứng suất, thực tế ứng xử nhóm cọc chịu tải khác với ứng xử cọc đơn, cọc làm việc đất sét Mức độ giảm sức chịu tải gia tăng chuyển vị nhóm cọc so với cọc đơn thể thông qua hệ số nhóm tỷ số độ lún Vấn đề đặt cần xét đến hiệu ứng nhóm thiết kế móng cọc đất yếu, để đảm bảo yêu cầu chịu lực chuyển vị, không gây lãng phí, lý hình thành đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng hiệu ứng nhóm đến khả chịu tải dọc trục độ lún nhóm cọc thẳng đứng” Mục đích đề tài Ảnh hưởng hiệu ứng nhóm đến khả chịu lực nhóm cọc làm việc đất sét yếu khu vực TP.HCM: - Nghiên cứu phân phối tải trọng, huy động ma sát thành sức kháng mũi cọc đất cọc nhóm, với nhóm cọc thẳng đứng có đài cứng, chịu nén tâm, làm việc đất loại sét; - Xác định hiệu ứng nhóm cọc, thông qua hệ số nhóm, tỷ số độ lún nhóm cọc làm việc sét đồng chất - Đề xuất cách sử dụng hệ số nhóm tỷ số độ lún để xác định sức chịu tải độ lún nhóm cọc từ thí nghiệm nén tĩnh cọc đơn -23 Đối tượng phạm vi nghiên cứu nghiên cứu - Hiệu ứng nhóm nhóm cọc có đài cọc đơn, cứng không tiếp xúc với đất, chịu nén dọc trục làm việc đất sét đồng - Cọc tiết diện tròn, thẳng đứng; Số cọc nhóm nhỏ 16 cọc (n≤16), khoảng cách cọc S=3d÷6d (d- đường kính cọc); tỷ số L/d cọc khoảng [20 ÷ 30] - Bỏ qua ảnh hưởng tượng ma sát âm không xét đến ảnh hưởng trình tự ép cọc đến hiệu ứng nhóm cọc Nội dung nghiên cứu (1) Tổng quan nghiên cứu hiệu ứng nhóm tác giả nước; (2) Xây dựng mô hình vật lý tỷ lệ nhỏ sử dụng thí nghiệm nén tĩnh cọc phòng trường; (3) Phân tích ảnh hưởng hiệu ứng nhóm cọc từ thí nghiệm, thông qua: Hệ số nhóm; Tỷ số độ lún; Sự phân phối lực cho cọc nhóm; Cường độ sức kháng thành kháng mũi cọc đất (4) Ứng dụng lý thuyết hệ số tương tác phân tích hiệu ứng nhóm cọc; (5) Sử dụng phương pháp số mô số toán nén tĩnh cọc phần mềm Plaxis-3D để kiểm chứng thí nghiệm Xây dựng tương quan tỷ số độ lún theo số cọc nhóm, hàm mũ dạng R=an Phương pháp nghiên cứu Phương pháp thực nghiệm Phương pháp lý thuyết Phương pháp số Những đóng góp luận án - Kết nghiên cứu luận án cho thấy nhóm cọc đài cứng, ảnh hưởng hiệu ứng nhóm làm cho lực phân bố vào -3từng cọc không đồng đều: Tỷ lệ lực phân chia cho cọc nhóm bé tăng dần với cọc phía ngoài, kết suy giảm cường độ sức kháng bên sức kháng mũi cọc nhóm so với giá trị tương ứng cọc đơn Thêm vào đó, giá trị cực đại thành phần ma sát đơn vị sức chống mũi đơn vị cọc nhóm số, mà thay đổi phụ thuộc vào tác dụng tương hỗ hệ cọc-đất - Đề xuất công thức tính số mũ  công thức thực nghiệm để xác định tỷ số độ lún (RS) Fleming cộng - Đề xuất trình tự tính toán thay đổi chiều dài cọc nhóm, nhằm cải thiện khả làm việc nhóm cọc thẳng đứng, có đài cứng, chịu lực nén dọc trục Cấu trúc luận án Lời cam đoan - Lời mở đầu Chương 1: Nghiên cứu tổng quan hiệu ứng nhóm cọc Chương 2: Nghiên cứu hiệu ứng nhóm thí nghiệm nén tĩnh cọc mô hình vật lý tỷ lệ nhỏ Chương 3: Ứng dụng hệ số tương tác việc phân tích hiệu ứng nhóm cọc thẳng đứng chịu tải trọng nén tâm Chương 4: Sử dụng phương pháp số phân tích hiệu ứng nhóm cọc Chương 5: Các đề xuất Kết luận kiến nghị Danh mục công trình khoa học công bố Tài liệu tham khảo Phụ lục Chương NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ HIỆU ỨNG NHÓM CỌC -41.1 Khái quát hiệu ứng nhóm cọc 1.2 Các công thức xác định hiệu ứng nhóm cọc 1.2.1 Công thức xác định hệ số nhóm a Công thức Converse – Labarre (1941) b Hệ số nhóm theo nguyên tắc Feld (1943) c Hệ số nhóm theo công thức Sayed Bakeer (1992) d Hệ số nhóm theo công thức Das (1998) 1.2.2 Công thức xác định tỷ số độ lún a Công thức kinh nghiệm Skempton (1953) b Công thức Randolph Clancy (1993) c Công thức của Fleming cộng (1985) 1.3 Các nghiên cứu thực nghiệm hiệu ứng nhóm cọc 1.3.1 Phân tich kết nghiên cứu Để đánh giá độ xác công thức lý thuyết ta so sánh kết phân tích hiệu ứng nhóm từ thí nghiệm Barden Mockton (1970) G Dai cộng (2012) với kết tương ứng thu từ công thức tính hệ số nhóm tỷ số độ lún trình bày mục 1.2.1 1.2.2 1.3.2 Nhận xét - Các công thức tính hệ số nhóm, tỷ số độ lún thường xét đến yếu tố hình học nhóm cọc, mà chưa xét đến thông số như: Chiều dài cọc; Tính chất tiếp xúc đài cọc; Phương pháp thi công cọc; Tính chất lý đất… - Độ xác tính hệ số nhóm, tỷ số độ lún công thức chưa cao, thiếu tính quán đối chiếu với kết xác định giá trị tương ứng từ thí nghiệm 1.4 Quy định việc xác định hiệu ứng nhóm tiêu chuẩn xây dựng Việt nam Giới thiệu quy định hiệu ứng nhóm tiêu chuẩn TCXD 205:1998; 22 TCN 272:05 TCVN 10304: 2014 -51.5 Nhận xét Chương - Các công thức xác định hệ số nhóm tỷ số độ lún chưa xét hết thông số ảnh hưởng, độ xác chưa cao thiếu tính quán đối chiếu với kết từ thí nghiệm - Công thức tính hệ số nhóm Sayed Bakeer (1992) có thêm thông số mới, nhiên áp dụng với loại khác nhau, chưa cho kết xác - Các quy định hiệu ứng nhóm tiêu chuẩn xây dựng Việt nam chưa cung cấp đủ thông tin để áp dụng tính sức chịu tải nhóm cọc từ sức chịu tải cọc đơn Với mục tiêu nghiên cứu hiệu ứng nhóm cho móng cọc xây dựng đất sét yếu khu vực TP.HCM, nhiệm vụ luận án, là: (1) Sử dụng số phương pháp để nghiên cứu ảnh hưởng hiệu ứng nhóm đến phân phối tải, huy động ma sát bên, kháng mũi cọc nhóm, giá trị hệ số nhóm; tỷ số độ lún nhóm cọc (2) Các đề xuất sử dụng hệ số nhóm, tỷ số độ lún để xác định khả làm việc nhóm cọc thông qua kết nén tĩnh cọc đơn Chương NGHIÊN CỨU HIỆU ỨNG NHÓM BẰNG CÁC THÍ NGHIỆM NÉN TĨNH CỌC TRÊN MÔ HÌNH VẬT LÝ TỶ LỆ NHỎ 2.1 Cơ sở lý thuyết thí nghiệm nén tĩnh cọc 2.1.1 Qui trình gia tải nén tĩnh cọc Các thí nghiệm nén tĩnh cọc đơn nhóm cọc có kết hợp đo biến dạng cọc, mô hình vật lý tỷ lệ nhỏ sử dụng qui trình thử tải nhanh [11] để giúp giảm thời gian thí nghiệm; chi phí; tránh sai số tượng từ biến tồn biến dạng dư cọc tác động việc lưu tải -62.1.2 Phân tích thí nghiệm nén tĩnh cọc 2.2 Xây dựng mô hình vật lý tỷ lệ nhỏ cho thí nghiệm nén tĩnh cọc phòng 2.2.1 Mở đầu 2.2.2 Ưu nhược điểm mô hình vật lý tỷ lệ nhỏ Mô hình vật lý tỷ lệ nhỏ mô áp lực địa tầng cao trình định, sử dụng công cụ hữu hiệu để nghiên cứu giá thành thấp mô thuộc tính nội đất, như: lực dính, lực ma sát… 2.2.3 Lập phương trình xác định sery thí nghiệm Sử dụng phép phân tích thứ nguyên theo định luật П Buckingham để chuyển đổi quan hệ hàm số thành tổ hợp không thứ nguyên, giúp giảm số biến cần nghiên cứu 2.2.4 Cơ sở lý thuyết hiệu ứng tỷ lệ thí nghiệm cọc Áp dụng quy luật tỷ lệ [28] để xác định đường kính tối thiểu cọc mô hình vật lý tỷ lệ nhỏ dmin=5mm, nhằm giảm thiểu sai số ma sát bề mặt cọc – đất Chọn đường kính cọc mẫu d=16mm để thỏa mãn yêu cầu tỷ lệ việc chế tạo cọc cho mô hình nhóm cọc tỷ lệ nhỏ Sử dụng công thức tính độ cứng Horikoshi Randolph (1997) đề xuất, để xác định chiều dày đài cọc tr=25mm, để thỏa mãn giả thiết đài cọc cứng 2.2.5 Vật liệu cọc Cọc làm ống nhôm, để biến dạng dọc trục cọc đủ lớn, dễ đo đạc thí nghiệm khả thi cho việc chế tạo cọc 2.2.6 Kích thước thùng chứa đất thí nghiệm Để giảm thiểu sai số, kích thước thùng cần thỏa yêu cầu: (1) Đủ không gian để mô đất, tránh sai số hiệu ứng biên phân phối ứng suất đất xung quanh cọc (2) Thùng không lớn, để dễ di chuyển chế bị đất -7Sử dụng toán mô thí nghiệm nén tĩnh cọc Plaxis để xác định vùng ảnh hưởng xung quanh nhóm cọc Kết hợp với việc tổng hợp thí nghiệm cọc mô hình tỷ lệ nhỏ phòng tác giả nước, để lựa chọn kích thước thùng chứa đất 700×700×800 (mm) 2.2.7 Thiết bị cho thí nghiệm nén tĩnh cọc 2.3 Thí nghiệm nén tĩnh cọc mô hình vật lý tỷ lệ nhỏ phòng 2.3.1 Qui mô thí nghiệm Các thí nghiệm nén tĩnh mô hình vật lý tỷ lệ nhỏ với nhóm cọc có quy mô: 2x2 cọc; 3x2 cọc 3x3 cọc Đường kính cọc d=16mm; Các tỷ số chiều dài đường kính là: L/d=20; 25; 30; Các tỷ số khoảng cách đường kính cọc S/d= 3; 4; Mỗi nhóm cọc có tối đa cọc vị trí: góc, biên nhóm lắp đặt strain gauge đo biến dạng dọc trục 2.3.2 Chế bị đất Chế bị đất cho thí nghiệm phương pháp đầm nén độ ẩm tự nhiên Đất đưa vào thùng thành lớp, đầm nén kỹ đạt tới trọng lượng thể tích ứng với độ ẩm tự nhiên mẫu Để dễ chế bị, ta lựa chọn mẫu đất sét trạng thái có độ ẩm W=[49÷52] %; dung trọng =[15.6÷16.5] kN/m3 2.3.3 Kết thí nghiệm Từ đồ thị quan hệ Độ lún – Tải trọng cọc thí nghiệm nén tĩnh mô hình tỷ lệ nhỏ phòng (Hình 2.14 đến 2.16), ta xác định sức chịu tải cực hạn qui ước cọc đơn nhóm cọc ứng với độ lún giới hạn [U]=8mm tính giá trị hệ số nhóm () tỷ số độ lún (RS) nhóm cọc công thức (2.2) (2.3) -8- Hình 2.14 Biểu đồ Độ lún - Tải trọng cọc đơn nhóm cọc Hình 2.15 Biểu đồ Độ lún - Tải trọng cọc đơn nhóm cọc Hình 2.16 Biểu đồ Độ lún - Tải trọng cọc đơn nhóm cọc 2.3.4 Phân tích kết Hình 2.17.và 2.18 biểu đồ hệ số nhóm () tỷ số độ lún (RS) theo tỷ số S/d nhóm cọc xác định từ kết thí -122.4.8 Phân tích kết thí nghiệm Phân tích kết đo biến dạng cọc, cho thấy: - Trong nhóm có chiều dài cọc N9 N16A lực phân phối không đồng vào vị trí cọc (Hình 2.42); Cường độ sức kháng mũi cọc giảm dần theo thứ tự: cọc góc, cọc biên cọc - Nhóm N16B: phân phối lực vào cọc đồng (Hình 2.42); cường độ sức kháng thành sức kháng mũi cọc lớn so với giá trị tương ứng nhóm N16A Hình 2.42 Biểu đồ lực phân phối cho cọc theo độ lún nhóm N9; N16A N16B 2.5 Kết luận Chương Việc tổng hợp phân tích kết 39 thí nghiệm phòng thí nghiệm nén tĩnh cọc trường mô hình vật lý tỷ lệ nhỏ, cho ta kết luận:  So sánh giá trị hệ số nhóm tỷ số độ lún từ kết thí nghiệm công thức cho thấy đại lượng có xu hướng thay đổi xét đến thông số: số lượng khoảng cách cọc Sai số kết thí nghiệm với kết tính theo công thức Converse–Labarre Randolph – Clancy lần -13lượt nằm khoảng [0.1%÷18.4%] [0.09%÷12.4%], chênh lệch công thức hầu hết chưa xét đến ảnh hưởng chiều dài cọc tính chất lý  Hiệu ứng nhóm móng cọc đài cứng, làm suy giảm sức kháng bên sức kháng mũi cọc cọc trung tâm nhóm cọc, dẫn đến phân phối lực không đồng cho cọc giảm hiệu suất làm việc cọc nhóm Với nhóm cọc hiệu suất sử dụng cọc nhóm nằm khoảng [0.34÷0.56]  Cường độ sức kháng bên (fS) sức kháng mũi (qp) vị trí cọc nhóm đạt cực đại ứng với trị số khác nhỏ so với đại lượng tương ứng cọc đơn, xếp theo thứ tự giảm dần là: cọc góc; cọc biên; cọc Điều cho thấy thành phần ma sát huy động sức chống mũi cực đại cọc đất số, mà thay đổi phụ thuộc tác dụng tương hỗ hệ cọc – đất  Kết tính toán hệ số nhóm tỷ số độ lún từ thí nghiệm nén tĩnh cọc phòng trường nhóm cọc có số lượng cọc, tỷ lệ L/d=30 S/d=3 cho kết tương đồng, sai số khoảng [1.5%÷3.2%], cho thấy tính hiệu việc phân tích hiệu ứng nhóm cọc thí nghiệm mô hình vật lý tỷ lệ nhỏ phòng  So sánh kết nén tĩnh cọc nhóm N16A N16B, cho thấy việc thay đổi chiều dài cọc nhóm, làm cho: Sự phân phối lực vào vị trí cọc nhóm N16B (khác chiều dài cọc) đồng làm tăng 12% khả chịu lực nhóm N16B so với nhóm N16A -14Chương ỨNG DỤNG HỆ SỐ TƯƠNG TÁC TRONG PHÂN TÍCH HIỆU ỨNG NHÓM CỌC CHỊU TẢI TRỌNG NÉN ĐÚNG TÂM 3.1 Cơ sở lý thuyết Với mục tiêu phân tích hiệu ứng nhóm cọc xét đến ảnh hưởng tương hỗ cọc - đất, ta chọn công thức tính hệ số tương tác Randolph Worth (1978) – phương pháp Phan Dũng Pender M.J khuyến nghị sử dụng, để phân tích nhóm cọc thẳng đứng, chịu nén tâm 3.2 Ứng dụng hệ số tương tác để phân tích hiệu ứng nhóm 3.2.1 Thiết lập toán Phân tích hiệu ứng nhóm nhóm cọc có đài cứng, không tiếp xúc với nền, ta dùng giả thiết: (1) Khi chịu tải trọng nén tâm, cọc nhóm có chuyển vị đứng; (2) Lực nén tác dụng vào đài phân phối hết cho cọc nhóm; 3.2.2 Phân tích hiệu ứng nhóm cọc Thiết lập hệ phương trình điều kiện độ lún cọc nhóm, để tính: Lực phân bố vào cọc; Độ lún nhóm cọc ứng với tải trọng xác định giá trị tỷ số độ lún 3.2.1.1 Thông số hệ cọc – đất Phân tích hiệu ứng nhóm cho nhóm cọc: 2x2cọc; 3x2cọc; 3x3 cọc 4x4 cọc Các thông số vật liệu cọc đất lấy thí nghiệm phòng (Chương 2) Cọc sử dụng với tỷ lệ lớn gấp 25 lần (d=0.4m) so với mô hình cọc thí nghiệm phòng, giúp khắc phục sai số thí nghiệm mô hình tỷ lệ nhỏ 3.2.2.2 Kết phân tích hiệu ứng nhóm Kết tính tỷ lệ lực phân phối cho cọc theo tỷ số S/d (Hình 3.5), cho thấy: tăng số lượng cọc giảm tỷ lệ S/d chênh -15lệch tỷ lệ lực phân phối cho vị trí cọc rõ rệt, điều hoàn toàn phù hợp với kết tương ứng thu từ phương pháp thí nghiệm nén tĩnh cọc mô hình vật lý tỷ lệ nhỏ Chương Hình 3.5 Biểu đồ tỷ lệ lực phân phối vào cọc theo tỷ số S/d nhóm cọc Hình 3.6 đến 3.9 kết tính tỷ số độ lún nhóm cọc nghiên cứu, thể qua biểu đồ quan hệ tỷ số độ lún theo số lượng cọc xấp xỉ hàm mũ có dạng: RS=an Hình 3.6 Biểu đồ RS – n nhóm cọc có tỷ số S/d=3 Hình 3.7 Biểu đồ RS – n nhóm cọc có tỷ số S/d=4 -16- Hình 3.8 Biểu đồ RS – n nhóm cọc có tỷ số S/d=5 Hình 3.9 Biểu đồ RS – n nhóm cọc có tỷ số S/d=6 3.3 Kết luận Chương - Sự tương tác hệ cọc-đất gây phân phối lực không đồng cho cọc nhóm Khi tăng khoảng cách cọc giảm chiều dài cọc, cọc có xu hướng làm việc độc lập hơn, lực phân chia cho cọc đồng - Ảnh hưởng hiệu ứng nhóm rõ rệt tăng số lượng cọc: nhóm cọc tỷ lệ lực phân phối cho cọc góc cọc [1.28÷1.16]; [0.55÷0.33], đại lượng tương ứng nhóm 16 cọc [1.5÷1.37]; [0.57÷0.49] - Quan hệ tỷ số độ lún tổng số cọc xấp xỉ hàm mũ dạng RS=an; Trong phạm vi nghiên cứu, hệ số a nằm khoảng [0.991÷1.04] số mũ = [0.466 ÷ 0.259] Chương ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP SỐ TRONG PHÂN TÍCH HIỆU ỨNG NHÓM CỌC 4.1 Mở đầu Sử dụng mô hình số để mô thí nghiệm nén tĩnh cọc đơn nhóm cọc Phần mềm Plaxis-3D (2013) dùng để xác định quan hệ tải trọng - độ lún cọc đơn nhóm cọc nghiên cứu; nội lực vị trí cọc nhóm -174.1.1 4.1.2 Mục đích toán mô số Mô hình vật liệu Plaxis-3D 4.2 Mô số cho thí nghiệm nén tĩnh cọc 4.2.1 Số liệu đất hệ cọc – đài Theo khuyến nghị [2], [45] mô hình Soft Soil (SS) chọn để mô đất sét yếu, cố kết thường phần mềm Plaxis Các thông số đất lấy dựa vào tiêu lý đất chế bị cho thí nghiệm phòng (Chương 2) Với mục đích đánh giá kết phân tích hiệu ứng nhóm cọc từ thí nghiệm, sử dụng Plaxis để mô cọc với tỷ lệ gấp 25 lần so với cọc thí nghiệm phòng; Đường kính cọc d=0.4m Các chiều dài cọc ứng với tỷ lệ L/d=20; 25 30 8m; 10m 12m Các thông số vật liệu cọc đài lấy thí nghiệm phòng 4.2.2 Kết tính toán Plaxis-3D sử dụng để thiết lập quan hệ Tải trọng - Độ lún; Sự biến thiên lực dọc theo độ sâu, từ xác định: (1) Hệ số nhóm, tỷ số độ lún nhóm cọc (2) Tỷ lệ lực phân phối hiệu suất sử dụng cọc (3) Sự biến thiên cường độ sức kháng thành sức kháng mũi vị trí cọc Hình 4.4 Đồ thị Tải trọng (P) – Độ lún (U) cọc đơn -18- Hình 4.9 Đồ thị Tải trọng (P) – Độ lún (U) nhóm cọc Hình 4.10 Đồ thị Tải trọng (P) – Độ lún (U) nhóm cọc Hình 4.11 Đồ thị Tải trọng (P) – Độ lún (U) nhóm cọc Hình 4.12 Đồ thị Tải trọng (P) – Độ lún (U) nhóm 16 cọc -194.3 Phân tích so sánh kết 4.3.1 Hiệu ứng nhóm So sánh kết tính hệ số nhóm, tỷ số độ lún nhóm cọc tương ứng từ phương pháp số; lý thuyết hệ số tương tác thí nghiệm cho thấy độ tương thích từ kết phân tích 4.3.2 Xấp xỉ tỷ số độ lún hàm số mũ Để có sở cho việc thiết lập công thức tính tỷ số độ lún cho nhóm cọc làm việc sét yếu, biến thiên tỷ số độ lún (RS) theo số lượng cọc (n) nhóm xấp xỉ hàm mũ có dạng RS=an 4.4 Kết luận chương - Hiệu ứng nhóm làm suy giảm sức kháng bên, sức kháng mũi cọc nhóm so với cọc đơn Sức kháng bên đơn vị (fS) cọc nhóm đạt cực đại với trị số khác nhau, giảm dần theo thứ tự: cọc góc, cọc biên, cọc Kết phù hợp với kết tương ứng thu từ thí nghiệm - Sự suy giảm sức kháng mũi sức kháng bên cọc, dẫn đến phân phối lực không đồng vào cọc nhóm Khi giảm số lượng cọc, giảm tỷ số L/d tăng tỷ số S/d phân phối lực cho vị trí cọc có xu hướng đồng - Giá trị hệ số nhóm thu từ toán mô cho kết tương đồng với kết thu từ thí nghiệm, sai số hai phương pháp nằm khoảng [0.3%÷8.2%] - Kết so sánh giá trị tỷ số độ lún (RS) ba phương pháp: lý thuyết; thí nghiệm toán mô Plaxis3D, cho thấy có thống quy luật biến thiên, xét đến ảnh hưởng thông số: tỷ số L/d; S/d số lượng cọc (n) nhóm cọc Sai số tỷ số độ lún phương pháp thay đổi phạm vi [1.3%÷9,8%] -20- Các hàm số mũ có dạng: RS=an,, biểu diễn quan hệ tỷ số độ lún (RS) theo số lượng cọc (n), với hệ số a số mũ  biến thiên khoảng: [1.019÷0.987] ; [0.437÷0.222] Chương CÁC ĐỀ XUẤT 5.1 Đề xuất công thức xác định tỷ số độ lún 5.1.1 Công thức Fleming cộng Fleming cộng (1985) [24], [47] đề xuất công thức thực nghiệm để xác định tỷ số độ lún nhóm cọc, có dạng: RS = n (5.1) Trong đó: RS – Tỷ số độ lún; n – tổng số lượng cọc;  – số mũ,  = [0.4 ÷0.6] cho phần lớn nhóm cọc 5.1.2 So sánh kết tính tỷ số độ lún 5.1.3 Đề xuất công thức tính số mũ Thông qua việc xấp xỉ tỷ số độ lún theo số lượng cọc hàm mũ dạng RS = an thực chương 4, với hệ số a1 Thiết lập công thức tính số mũ , xét đến ảnh hưởng tỷ số L/d S/d nhóm cọc Công thức có dạng: S  L    0.4   0.06     0.04   d  d   (5.2) 5.1.4 Kết tính toán so sánh Tỷ số độ lún tính theo công thức (5.1) với số mũ  xác định theo công thức (5.2) so sánh với giá trị tỷ số độ lún (RS) tương ứng xác định từ kết thí nghiệm mô hình vật lý tỷ lệ nhỏ, cho thấy có phù hợp kết thí nghiệm kết tính theo số mũ theo đề xuất 5.2 Đề xuất quy trình tính toán thay đổi chiều dài cọc để cải thiện làm việc nhóm cọc -215.2.1 Mở đầu Các nghiên cứu Chow Thevendran (1987) cho thấy việc thay đổi chiều dài cọc nhóm tối ưu hóa khả làm việc nhóm cọc, giúp giảm phân phối tải trọng không đồng cọc móng đài cứng giảm độ lún không cọc nhóm cọc có đài cọc mềm Các tác giả Liew cộng (2002) [39], Tan cộng [50] ứng dụng việc thay đổi chiều dài cọc vào công trình: Khu chung cư tầng Bulit Tinggi, Malaysia; Bồn chứa 2500 dầu Summatra, Indonesia phần cho thấy tính hiệu việc thay đổi chiều dài cọc nhóm 5.2.2 Cơ sở lý thuyết Ứng dụng quy tắc tính hệ số nhóm Feld (1943) để xác định hiệu suất sử dụng vị trí cọc hệ số nhóm cọc 4.2.3 Các giả thiết Với giả thiết giữ nguyên mặt bố trí cọc tổng chiều dài cọc Thực phân phối lại chiều dài cọc, theo nguyên tắc giảm chiều dài (L1) cọc vùng biên, tăng chiều dài (L3) cọc vùng trung tâm giữ nguyên chiều dài (L2=L) cọc phần trung gian nhóm cọc, cho hiệu suất sử dụng cọc vùng biên vùng 5.2.4 Đề xuất trình tự tính toán Tính toán thay đổi chiều dài cọc nhóm, theo trình tự: (1) Từ mặt bố trí cọc ban đầu, tiến hành phân chia cọc thành ba khu vực với loại chiều dài cọc khác nhau, nguyên tắc: giảm chiều dài cọc vùng biên (L1); tăng chiều dài cho cọc nhóm (L3) giữ nguyên chiều dài cọc khu vực trung gian nhóm cọc (L2) Xác định số lượng cọc ứng với loại chiều dài cọc -22(2) Sử dụng nguyên tắc Feld (1943) để xác định tính hiệu suất sử dụng cọc hệ số nhóm nhóm cọc ban đầu (3) Tính tỷ lệ lực phân phối cho vị trí cọc nhóm cọc ban đầu công thức đề nghị (5.4) đến (5.6) (4) Sử dụng công thức (5.7) để xác định tỷ lệ lực phân phối trung bình cho cọc vùng biên vùng thay đổi chiều dài cọc so với chiều dài ban đầu (5) Xác định chiều dài L3 L1 cho cọc khu vực tương ứng công thức (5.8) (5.9) 5.3 Kết luận chương - Đề xuất biểu thức xác định số mũ , sử dụng công thức thực nghiệm để tính tỷ số độ lún Fleming cộng Công thức dùng để ước tính độ lún nhóm cọc thông qua độ lún cọc đơn từ thí nghiệm nén tĩnh, phạm vi sử dụng cho nhóm cọc nhỏ (n≤16 cọc), đài cứng làm việc đất sét yếu, có tỷ số S/d =[3÷6] tỷ số L/d≤30 - Đề xuất trình tự tính toán thay đổi chiều dài cọc nhóm, giúp cải thiện khả làm việc nhóm cọc đài cứng, chịu nén tâm với giả thiết giữ nguyên mặt cọc tổng chiều dài cọc KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Từ kết nghiên cứu, luận án đưa kết luận sau: Hiệu ứng nhóm nhóm cọc đài cứng làm cho lực phân phối không đồng vào cọc giảm dần theo thứ tự: cọc góc, cọc biên cọc – kết suy giảm sức kháng thành sức kháng mũi cọc nhóm Trong phạm vi nhóm cọc nghiên cứu, hiệu suất sử -23- dụng cọc [0.3÷ 0.57] so với cọc đơn, dẫn đến giảm khả chịu lực toàn nhóm cọc Trị số lớn sức kháng thành đơn vị sức kháng mũi đơn vị cọc nhóm thu từ kết nghiên cứu, bé so với đại lượng tương ứng cọc đơn số, điều cho thấy giá trị đại lượng phụ thuộc vào tác dụng tương hỗ hệ cọc-đất nhóm cọc chịu lực Kết xác định hệ số nhóm theo thí nghiệm theo công thức Converse – Labbare có phù hợp qui luật Ở nhóm có nhiều cọc kết tính hệ số nhóm từ thí nghiệm cho giá trị nhỏ tính toán theo công thức, sai số giá trị hệ số nhóm phương pháp xác định biến thiên khoảng [0.1% đến 18.4%], cho thấy ảnh hưởng chiều dài cọc đặc điểm đất cần xét đến phân tích hiệu ứng nhóm cọc Kết tính tỷ số độ lún (RS) từ thí nghiệm công thức Randolph Clancy cho kết tương đồng xu hướng Giá trị RS thu từ thí nghiệm nhóm cọc làm việc sét yếu có giá trị nhỏ so với đại lượng tương ứng xác định công thức ta gia tăng khoảng cách cọc Sai số tỷ số độ lún tính theo hai phương pháp biến thiên khoảng [0.09% ÷12.4%] Với nhóm cọc thẳng đứng, có đài cọc cứng, chịu nén tâm việc thay đổi chiều dài cọc nhóm cách tăng chiều dài cọc giúp cho lực phân phối vào vị trí cọc nhóm đồng làm việc nhóm cọc cải thiện KIẾN NGHỊ Từ việc nghiên cứu phân tích hiệu ứng nhóm cọc thẳng đứng làm việc sét yếu, tác giả có kiến nghị sau: -241 Sự phân phối lực vào cọc nhóm cọc đài cứng không nhau, tỷ lệ lực tác dụng vào cọc góc lớn so với cọc khác Do vậy, giá trị hệ số nhóm cọc cần phải xét đến tính toán kiểm tra khả chịu lực cọc nhóm, lực tác dụng vào cọc tính theo công thức (4) quy định mục 7.1.13 TCVN 10304:2014 [12], chưa đạt tới sức chịu tải cho phép cọc Khi thiết kế móng cọc ép làm việc sét yếu từ kết thí nghiệm nén tĩnh cọc đơn, cần tham khảo công thức tính tỷ số độ lún Fleming cộng (1985) với số mũ  xác định biểu thức đề xuất, để ước tính độ lún nhóm cọc Đối với nhóm có nhiều cọc, việc lựa chọn độ lún giới hạn nén tĩnh cọc đơn 10% đường kính cọc [Ugh]≤40mm [10] chưa đảm bảo độ lún tổng thể móng cọc chịu lực Các nhóm cọc thẳng đứng, có đài cọc cứng chịu nén tâm, sử dụng đề xuất thay đổi chiều dài cọc tác giả, để cải thiện khả chịu lực nhóm cọc HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA LUẬN ÁN Nghiên cứu hiệu ứng nhóm móng cọc làm việc đất nhiều lớp: cọc cắm xuyên qua lớp đất yếu có mũi cọc nằm lớp đất tốt Ảnh hưởng vật liệu cọc đến hiệu ứng nhóm cọc Hiệu ứng nhóm móng cọc có đài cọc mềm tiếp xúc với đất DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ Bạch Vũ Hoàng Lan (2011) “Một số vấn đề tính toán sức chịu tải nhóm cọc”; Tạp chí địa Kỹ thuật số 3/2011 Bạch Vũ Hoàng Lan (2012) “Nghiên cứu ảnh hưởng chiều dài cọc cấu trúc địa tầng đến qui luật phân bố ứng suất đất mặt phẳng mũi cọc bê tông cốt thép đúc sẵn”; Tạp chí địa Kỹ thuật; Số 3/2012 Trang: 21-26 Bạch Vũ Hoàng Lan (2014) “Vùng phân bố ứng suất theo phương thẳng đứng đất xung quanh cọc đơn nhóm cọc” ; Tạp chí Xây dựng, Số 2/2014 Trang: 124-127 Bạch Vũ Hoàng Lan (2015) “Sử dụng hệ số tương tác phân tích hiệu ứng nhóm móng cọc chịu tải thẳng đứng”; Tuyển tập NCKH Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam, 2015 Bạch Vũ Hoàng Lan; Trần Thị Trâm (2016) “Nghiên cứu hiệu ứng nhóm cọc thí nghiệm nén tĩnh mô hình vật lý tỷ lệ” Tạp chí Xây dựng; Số 6/2016 Trang: 191-194 Bạch Vũ Hoàng Lan; Nguyễn Minh Hải (2016) “Phân tích thí nghiệm nén tĩnh cọc công trình Hotel Des Art Saigon” Tuyển tập Hội thảo giao thông với phát triển bền vững lần thứ (TISDC 2016); NXB Xây dựng ISBN 978-604-82-1808-6 L.H Viet; N M Hai; B V H Lan; T T Quang “Field Vane Shear Test for Thi Vai International Port”, Vietnam The 2nd National Conference on Transport Infrastructure with Sustainable Development ISBN 978-604-82-1808-6 Bach V H L.; Nguyen M H., Puppala A J.; Nguyen C M., (2016) “Comparing the response of static loading tests on two model pile groups in soft clay” Proceedings of the 69th Canadian Geotechnical Conference, Vancouver, October 2-5; Paper No 3678, p Nguyen Minh Hai; Puppala A.J.; Patil U.; Bach Vu Hoang Lan (2016) “Problems of cycled head- down pile load tests in soft soil region” The 3rd International Conference on “Geotechnics for Sustainable Infrastructure Development” Hanoi, Vietnam ISBN 978-604-82-0013-8 10 Bạch Vũ Hoàng Lan (2015) “Xây dựng mô hình thí nghiệm vật lý để nghiên cứu sức chịu tải cọc đơn nhóm cọc” Đề tài NCKH trường ĐH Kiến Trúc Mã số: XD03-NCKH15 ... hình thành đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng hiệu ứng nhóm đến khả chịu tải dọc trục độ lún nhóm cọc thẳng ứng Mục đích đề tài Ảnh hưởng hiệu ứng nhóm đến khả chịu lực nhóm cọc làm việc đất sét... vi nghiên cứu nghiên cứu - Hiệu ứng nhóm nhóm cọc có đài cọc đơn, cứng không tiếp xúc với đất, chịu nén dọc trục làm việc đất sét đồng - Cọc tiết diện tròn, thẳng ứng; Số cọc nhóm nhỏ 16 cọc. .. làm việc nhóm cọc thẳng ứng, có đài cứng, chịu lực nén dọc trục Cấu trúc luận án Lời cam đoan - Lời mở đầu Chương 1: Nghiên cứu tổng quan hiệu ứng nhóm cọc Chương 2: Nghiên cứu hiệu ứng nhóm thí