1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI TRẦN HOÀN MĨ TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC CHỊU ĐỘNG ĐẤT THEO TIÊU CHUẨN VIỆT NAM VÀ MỘT SỐ TIÊU CHUẨN NƯỚC NGOÀI LUẬN VĂN THẠC SỸ XÂY DỰNG DD&CN HÀ NỘI – 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI -TRẦN HOÀN MĨ KHÓA: 2014-2016 TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC CHỊU ĐỘNG ĐẤT THEO TIÊU CHUẨN VIỆT NAM VÀ MỘT SỐ TIÊU CHUẨN NƯỚC NGOÀI Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình DD&CN Mã số : 60.58.02.08 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DD&CN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN NGỌC THANH Hà Nội - 2016 LỜI CẢM ƠN! Luận văn cao học kết cuối mà học viên cố hắng học tập suốt khóa học 2014-2016 trường Đại Học Kiến Trúc Hà Nội Xin cảm ơn Khoa sau Đại Học – Trường Đại Học Kiến Trúc Hà Nội tạo điều kiện tốt để học viên hoàn thành luận văn cao học Tác giả xin cảm ơn chân thành đến thầy TS Nguyễn Ngọc Thanh tận tình giúp đỡ, dạy suốt trình làm luận văn tốt nghiệp Xin cảm ơn gia đình, đồng nghiệp, bạn bè động viên, tạo điều kiện giúp đỡ tác giả suốt trình học cao học làm luận văn tốt nghiệp Mặc dù tác giả cố gắng hoàn thành luận văn phạm vi khả cho phép chắn không tránh khỏi thiếu sót Tác giả mong nhận thông cảm tận tình bảo quý Thầy, Cô bạn Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 24 tháng năm 2016 TÁC GIẢ LUẬN VĂN Trần Hoàn Mĩ LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sĩ công trình nghiên cứu khoa học độc lập Các số liệu khoa học, kết nghiên cứu Luận văn trung thực có nguồn gốc rõ ràng TÁC GIẢ LUẬN VĂN Trần Hoàn Mĩ MỤC LỤC Lời cảm ơn Lời cam đoan Mục lục Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Danh mục hình, đồ thị luận văn Danh mục bảng biểu luận văn MỞ ĐẦU  Lý chọn đề tài .1  Mục đích nghiên cứu .2  Đối tượng phạm vi nghiên cứu  Phương pháp nghiên cứu  Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài  Cấu trúc luận văn .3 NỘI DUNG CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC CHỊU ĐỘNG ĐẤT 1.1 Một số vấn đề cọc sức chịu tải cọc 1.1.1 1.1.2 1.1.3 1.1.4 1.2 Các khái niệm Tình hình sử dụng móng cọc Việt Nam Một số ưu điểm phạm vi sử dụng [11,12] Phân loại cọc Tính toán sức chịu tải cọc 1.2.1 Tính toán sức chịu tải cọc chịu tải trọng tĩnh 1.2.2 Tính toán sức chịu tải cọc chịu tải trọng động đất 10 1.3 Thực trạng tính toán sức chịu tải cọc chịu tải trọng động đất Việt Nam 21 1.3.1 Khái quát số tiêu chuẩn nước 21 1.3.2 Các tiêu chuẩn thiết kế móng cọc chịu động đất Việt Nam ban hành 22 CHƯƠNG 25 CƠ SỞ TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC TRONG VÙNG ĐỘNG ĐẤT THEO TIÊU CHUẨN VIỆT NAM VÀ MỘT SÓ TIÊU CHUẨN NƯỚC NGOÀI25 2.1 Các sở tính toán sức chịu tải cọc chịu tải trọng tĩnh .25 2.1.1 2.1.2 2.1.3 2.2 Theo độ bền vật liệu làm cọc [2] .25 Theo tiêu cường độ đất [2] 26 Theo kết thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT .29 Cơ sở tính toán sức chịu tải cọc chịu tải trọng động đất .32 2.2.1 Cơ sở lý thuyết 32 2.2.2 Xác định sức chịu tải cọc chịu tải trọng động dựa phương pháp mô hình hóa [7] 45 2.3 So sánh tính toán sức chịu tải cọc đơn vùng động đất theo tiêu chuẩn Việt Nam tiêu chuẩn AASHTO-LRFD2012, Eurocode7 60 2.4 Đề xuất bảng tính toán sức chịu tải cọc chịu tải trọng động đất :63 CHƯƠNG 66 SO SÁNH, TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC CHỊU ĐỘNG ĐẤT TRONG ĐIỀU KIỆN ĐỊA TẦNG HÀ NỘI 66 3.1 Văn phòng tổ hợp kinh doanh chuyển giao công nghệ Detech .66 3.1.1 3.1.2 3.1.3 3.2 Giới thiệu công trình điều kiện địa chất 66 Tính toán sức chịu tải cọc chịu động đất theo tiêu chuẩn 68 Tính toán sức chịu tải cọc dựa phần mềm GEO5 71 Nhà chung cư cao tầng CT2B khu đô thị Nghĩa Đô, Hà Nội .74 3.2.1 Giới thiệu công trình điều kiện địa chất 74 3.2.2 Tính toán sức chịu tải cọc chịu động đất theo tiêu chuẩn 77 3.2.3 Tính toán sức chịu tải cọc dựa phần mềm GEO5 78 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 82 Kết luận .82 Kiến nghị 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO 84 DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ Số hiệu hình Tên hình Hình 1.1 Mô hình làm việc cọc Hình 1.2 Mô tả trận động đất Hình 1.3 Các loại đứt gãy chuyển động đứt gãy Hình 1.4 Quan hệ gờ mở rộng, vùng hút chìm chuyển động trượt ngang bờ mảng Hình 1.5 Bản đổ địa chấn kiến tạo khu vực bán đảo đông dương Hình 1.6 Bản đồ phân vùng gia tốc lãnh thổ Việt Nam Hình 1.7 Hình 1.8 Hình 1.9 Cơ chế tương tác cọc đất có tải trọng động đất Mặt cắt tiêu biểu dịch chuyển động đất Dạng chung mô hình tính toán tương tác móng-kết cấu công trình tác dụng tải trọng động đất Hình 2.1 Sức chống mũi cọc Hình 2.2 Hệ số Mc1 Mc2 Hình 2.3 Hệ số tỉ lệ K Hình 2.4 Các hệ số điều kiện làm việc γeq1 γeq2 Hình 2.5 Các hệ số α1, α2, α3 α4 Hình 2.6 Các hệ số tỷ lệ k Hình 2.7 Tổ hợp hệ số tải trọng Hình 2.8 Hệ số tải trọng dùng cho tải trọng thường xuyên Số hiệu hình Tên hình Hình 2.9 Ứng xử cọc chịu tải trọng ngang Hình 2.10 Hình 2.11 Mô hình tính toán cọc chịu tải trọng ngang theo đường cong p-y Đường cong p-y cho đất sét mềm mực nước ngầm (a)Tải trọng tĩnh (b) Tải trọng động Hình 2.12 Hình 2.13 Đường cong p-y cho đất sét cứng mực nước ngầm tải trọng tĩnh Đường cong p-y cho đất sét mực nước ngầm tải trọng động Hình 2.14 Đường cong p-y cho đất cát Hình 2.15 Đường cong p-y cho đất sét pha cát pha Hình 2.16 Biểu đồ tải trọng giới hạn Hình 2.17 Xác định độ sâu vùng ảnh hưởng bên chân cọc Hình 2.18 Giá trị cùa hàm F(β) Hình 2.19 Độ sâu vùng ảnh hưởng Hình 2.20 Giá trị hàm G(β) Hình 2.21 Xác định modul phản lực đất Hình 3.1 Mô hình tính toán Hình 3.2 Dữ liệu kích thước cọc, thông số tính toán Hình 3.3 Dữ liệu tải trọng Hình 3.4 Biểu đồ đường cong tải trọng độ lún Số hiệu hình Hình 3.5 Tên hình Biểu đồ so sánh kết tính toán sức chịu tải cọc chịu động đất với phần mềm GEO5 Hình 3.6 Mô hình tính toán Hình 3.7 Dữ liệu kích thước cọc, thông số tính toán Hình 3.8 Biểu đồ đường cong tải trọng độ lún Hình 3.9 Biểu đồ so sánh kết tính toán sức chịu tải cọc chịu động đất với phần Geo5 DANH MỤC BẢNG, BIỂU Số hiệu bảng Tên bảng Bảng 1.1 Quan hệ giữ MSK-64 phổ biến biên độ lắc Bảng 1.2 Quan hệ lượng E với Magnitude Bảng 1.3 Quan hệ thang Richter thang Mercalli Bảng 1.4 Bảng chuyển đổi từ đỉnh gia tốc sang cấp động đất Bảng 2.1 Sức chống mũi cọc Bảng 2.2 Hệ số Mc1 Mc2 Bảng 2.3 Hệ số tỉ lệ K Bảng 2.4 Các hệ số điều kiện làm việc γeq1 γeq2 Bảng 2.5 Các hệ số α1, α2, α3 α4 Bảng 2.6 Các hệ số tỷ lệ k Bảng 2.7 Tổ hợp hệ số tải trọng Bảng 2.8 Hệ số tải trọng dùng cho tải trọng thường xuyên Bảng 2.9 So sánh tính toán sức chịu tải cọc đơn vùng động đất theo tiêu chuẩn Việt Nam tiêu chuẩn Aashto-lrfd2012, Eurocode7 Bảng 3.1 Bảng kết khảo sát địa chất Bảng 3.2 Bảng kết khảo sát địa chất MỞ ĐẦU  Lý chọn đề tài Trên nước với phát triển đô thị hóa nhanh chóng, quy mô dân số tăng lên diện tích đất xây dựng ngày bị thu hẹp kéo theo nhu cầu xây dựng nhà cao tầng với quy mô lớn tăng lên đáng kể Do đó, yêu cầu kỹ thuật cần đặt đảm bảo an toàn bền vững cho công trình Việt Nam nước thuộc khu vực Châu Á – Thái Bình Dương, nằm vành đai lửa Thái Bình Dương, khu vực hay xảy hoạt động địa chấn, chịu ảnh hưởng đới đứt gãy thềm lục địa Các công trình xây dựng có nguy chịu ảnh hưởng động đất cao cấp 8-9 Trong năm gần đây, số nước lân cận Trung Quốc, Indonesia (tại Jogjakatar năm 2006, đảo Sumatra năm 2004), Philippines (TP.Baguio năm 2007) … thường xuyên xảy trận động đất, đe dọa tính mạng hàng ngàn người phá hủy hàng trăm nhà Ở Việt Nam xuất trận động đất Lai Châu, Điện Biên Phủ Những trận động đất nằm đới đứt gãy Sơn La – Lai Châu – Điện Biên gây trận động đất mạnh lên tới độ Richter Ngoài ra, từ cuối năm 2012 đến có nhiều trận động đất xảy Cao Bằng, Thanh Hóa, Nghệ An khơi Bà Rịa – Vũng tàu Việc tính toán ảnh hưởng động đất đến cọc nói riêng móng nói chung điều cần thiết Tuy nhiên, nghiên cứu sức chịu tải cọc móng chịu tải trọng động đất vấn đề cần thiết để nghiên cứu Các tiêu chuẩn TCVN 10304-2014, TCXD 205-1988 có vấn đề chưa rõ ràng, gây khó khăn cho việc áp dụng chưa phản ánh hết ứng xử cọc vùng động đất Cần phải nghiên cứu khảo sát tính toán sức chịu tải cọc theo số tiêu chuẩn nước AASHTO- LRFD2012, Eurocode7 để so sánh phân tích toán sức chịu tải cọc chịu ảnh hưởng động đất Chính vậy, đề tài “Tính toán sức chịu tải cọc chịu động đất theo tiêu chuẩn Việt nam số tiêu chuẩn nước ngoài” thực cần thiết, có ý nghĩa khoa học thực tiễn  Mục đích nghiên cứu - Tính toán sức chịu tải cọc chịu động đất theo tiêu chuẩn Việt Nam số tiêu chuẩn nước AASHTO-LRFD2012, Eurocode7 - Đánh giá lại tính hiệu tiêu chuẩn tính toán sức chịu tải cọc chịu động đất áp dụng Việt Nam, đề xuất hệ số sử dụng hợp lý điều kiện thực tế  Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: + Nghiên cứu toán sức chịu tải cọc chịu tải trọng động đất + So sánh sức chịu tải cọc theo tiêu chuẩn khác - Phạm vi nghiên cứu: + Tập trung chủ yếu tính toán sức chịu tải cọc điều kiện đất chưa bị hóa lỏng  Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết; - Phân tích, tính toán lý thuyết kết hợp với bảng biểu; - Thu thập tài liệu địa chất tiêu chuẩn thiết kế; - So sánh phân tích kết tính toán  Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài - Ý nghĩa khoa học: + Đưa so sánh, phân tích số liệu sức chịu tải cọc giúp kĩ sư có nhìn tổng quan sức chịu tải cọc vùng có động đất + Áp dụng tính toán phân tích số liệu để tăng tính bền vững thiết kế móng chịu tải trọng động đất - Ý nghĩa thực tiễn: + Giúp kĩ sư có nhìn đa chiều, xác tính toán, thiết kế móng cọc + Là tài liệu tham khảo tính toán thiết kế cọc  Cấu trúc luận văn Luận văn trình bày gồm phần mở đầu chương, nội dung cụ thể chương sau: Chương 1: Tổng quan sức chịu tải cọc chịu động đất 1.1 Một số vấn đề cọc sức chịu tải cọc 1.2 Tính toán sức chịu tải cọc 1.3 Thực trạng tính toán sức chịu tải cọc chịu động đất Việt Nam Chương 2: Cơ sở tính toán sức chịu tải cọc vùng động đất theo tiêu chuẩn Việt Nam số tiêu chuẩn nước 2.1 Các sở tính toán sức chịu tải cọc chịu tải trọng tĩnh 2.2 Các sở tính toán sức chịu tải cọc chịu tải trọng động đất 2.3 So sánh tính toán sức chịu tải cọc theo tiêu chuẩn Việt Nam tiêu chuẩn AASHTO-LRFD2012, Eurocode7 2.4 Đề xuất bảng tính toán sức chịu tải cọc chịu tải trọng động đất Chương 3: So sánh, tính toán sức chịu tải cọc chịu tải trọng động đất điều kiện địa tầng Hà Nội 3.1 Văn phòng giao dịch tổ hợp kinh doanh chuyển giao công nghệ Detech 3.2 Nhà chung cư cao tầng CT2B khu đô thị Nghĩa Đô, Hà Nội KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ - Kết luận - Kiến nghị THÔNG BÁO Để xem phần văn 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 82 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Đề tài nghiên cứu sức chịu tải cọc chịu động đất theo tiêu chuẩn Việt Nam TCXDVN 205:1998, TCVN 10304:2014 số tiêu chuẩn nước AASHTO LRDF 2012, Eurocodes 7(8) Bên cạnh đó, đề tài sử dụng kết hợp phương pháp đại mô hình hóa với việc sử dụng phần mềm GEO5 Để từ tác giả phân tích, so sánh kết tính toán lý thuyết toán mô hình hóa Qua việc nghiên cứu sức chịu tải cọc chịu động đất theo tiêu chuẩn nước, tác giả lập bảng tính excel để đơn giản hóa việc tính toán Các tiêu chuẩn hành nước nhiều tồn đọng kết chưa có tương động so sánh chúng với có khác biệt lớn so với tiêu chuẩn nước Với toán xác định sức chịu tải cọc chịu động đất theo tiêu chuẩn Việt Nam , ta thấy kết tính toán sai khác lên tới 60% Những kết tính toán rằng: - Sức chịu tải cọc chịu động đất tính theo tiêu chuẩn TCXDVN 205:1998 bé - Kết tính toán theo eurocodes sát với phần mềm Geo5, nhiên trình tính toán gặp khó khăn nhiều dẫn tính toán sức chịu tải vùng động đất Các kỹ sư xây dựng gặp nhiều khó khăn thiết kế theo tiêu chuẩn Eurocodes - Kết tính toán theo Geo5 lớn 1.2 ÷1.28 so với kết TCVN 10403:2014 AASHTO LRFD 2012 TCVN 10304:2014 so với TCXDVN 205:1998, bổ sung chi tiết so với tiêu chuẩn cũ , song nhiều mặt không rõ ràng chưa giải Tiêu chuẩn AASHTO LRFD 2012 rõ ràng 83 rành mạch dẫn thiết kế, vào cụ thể yếu tố tác động vào sức chịu tải cọc Qua việc phân tích, đánh giá tác giả nhận thấy việc tính toán sức chịu tải cọc chịu động đất theo tiêu chuẩn AASHTO LRFD 2012 tương đối mạch lạc đáng tin cậy Kiến nghị Do thời gian hạn chế, đề tài đề cập đến xác định sức chịu tải cọc chịu động đất theo phương pháp giả tĩnh, chưa giải xét đến tương tác động học Vì thời gian tương lai hướng nghiên cứu xét đến tương tác động học Điều cần nghiên cứu theo hướng sau: + Cần soát xét lại tiêu chuẩn Việt Nam, xây dựng tiêu chuẩn, dẫn tính toán thiết kế phù hợp với điều kiện Việt Nam + Xem xét lại hệ số chiết giảm điều kiện làm việc đất + Tính toán thay đổi ứng suất cọc với kích thước cọc khác tác động động học, quán tính chịu tải động đất 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Bộ xây dựng (2014), ”Móng cọc - Tiêu chuẩn thiết kế TCVN 10304:2014”, Hà Nội Bộ xây dựng (1988), ”Móng cọc – Tiêu chuẩn thiết kế TCXD 205:1988”, Hà Nội Bộ xây dựng (2012), ”Thiết kế công trình chịu động đất: Phần 2: Nền móng, tường chắn vấn đề địa kỹ thuật TCVN 9386:2012’’, Hà Nội Bộ giao thông vận tải (2005), ”Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05”,Hà Nội Bộ xây dựng (2009), ”Hướng dẫn thiết kế kết cấu nhà cao tầng bê tông cốt thép chịu động đất theo tiêu chuẩn TCXDVN 375: 2006”, NXB xây dựng, Hà Nội Bộ xây dựng (2008), ”Quy chuẩn xây dựng Việt Nam số liệu điều kiện tự nhiên dùng xây dựng (phần I)”, Hà Nội Đỗ Văn Đệ, Vũ Minh Tuấn, Nguyễn Hải Nam, Đỗ Tiến Dũng, “ Tính toán công trình tương tác với đất phần mềm geo5 geotechnical software suite”, NXB Xây Dựng, Hà Nội Đặng Minh Phương, Trương Thị Hồng Thúy, “ Giới thiệu hệ thống tiêu chuẩn châu âu Eurocodes”, tạp chí KH công nghệ xây dựng, Hà Nội Ngô Quốc Trinh (2014), “ Nghiên cứu làm việc cọc chịu tải trọng ngang tải trọng động đất”, Luận án tiến sỹ kỹ thuật, Hà Nội 85 10 Nguyễn Văn Quảng, Nguyễn Hữu Kháng, Uông Đình Chất (1996), ”Nền móng công trình dân dụng – công nghiệp”, NXB Xây Dựng, Hà Nội 11 Nguyễn Văn Quảng, ” Nền móng nhà cao tầng, NXB khoa học kỹ thuật”, Hà Nội 12 Nguyễn Hồng Thanh (2011), ” Nghiên cứu soát xét TCXD 205:1988: Móng cọc- Tiêu chuẩn thiết kế”, Luận văn thạc sỹ kỹ thuật xây dựng công trình Đ&CN, Hà Nội 13 Trần Văn Việt (2008), “ Cẩm nang dành cho kỹ sư địa kỹ thuật”, NXB Xây dựng, Hà Nội 14 Ủy ban tiêu chuẩn hóa Châu Âu (1997,1998), ”Thiết kế địa kỹ thuật kháng chấn cho công trình: EN1997 EN 1998”, EU 15 Vương Văn Thành, Nguyễn Đức Nguôn, Phạm Ngọc Thắng, ”Tính toán thực hành móng công trình dân dụng công nghiệp”, NXB Xây dựng, Hà Nội Tiếng Anh 16 Agarwal Pankaj, Manish Shrikhande (2006), Earthquake Resistant Design of Structure PHI Learning Private Limited, New Delhi 17 American Association of State Highway and Transportation Officials (2012), ”AASHTO-LRFD2012”, American 18 Gatinskii Yu G.(1979), “Geological map of the Indochina peninsula and adjacent territories on 1: 25.000.000 scale”, VNII Geol Zarub stran., Moskva 86 19 Минстрой России (1995), “СВАЙНЫЕ ФУНДАМЕНТЫ СНиП 2.02.03-85 Москва 1995”, Россия Федерация ... sức chịu tải cọc chịu động đất 1.1 Một số vấn đề cọc sức chịu tải cọc 1.2 Tính toán sức chịu tải cọc 1.3 Thực trạng tính toán sức chịu tải cọc chịu động đất Việt Nam Chương 2: Cơ sở tính toán sức. .. sức chịu tải cọc vùng động đất theo tiêu chuẩn Việt Nam số tiêu chuẩn nước 2.1 Các sở tính toán sức chịu tải cọc chịu tải trọng tĩnh 2.2 Các sở tính toán sức chịu tải cọc chịu tải trọng động đất. .. 25 CƠ SỞ TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC TRONG VÙNG ĐỘNG ĐẤT THEO TIÊU CHUẨN VIỆT NAM VÀ MỘT SÓ TIÊU CHUẨN NƯỚC NGOÀI25 2.1 Các sở tính toán sức chịu tải cọc chịu tải trọng tĩnh .25