1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DƢ̣NG TRƢỜNG 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 NƢỚC NGOÀI LUẬN VĂN THẠC SỸXÂY DỰNG DD&CN HÀ NỘI – 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DƢ̣NG TRƢỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚCHÀ 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 NƢỚC 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 NGƢỜI HƢỚNG 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 trƣờng Đại Học Kiến Trúc Hà Nội Xin cảm ơn Khoa sau Đại Học – Trƣờng 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 nhƣng chắn không tránh khỏi thiếu sót Tác giả mong nhận đƣợc 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  Mục đích nghiên cứu  Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu  Phƣơng pháp nghiên cứu  Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài  Cấu trúc luận văn NỘI DUNG CHƢƠNG 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 Các khái niệm 1.1.2 Tình hình sử dụng móng cọc Việt Nam 1.1.3 Một số ƣu điểm phạm vi sử dụng 1.1.4 Phân loại cọc 1.2 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 [1,2,4] 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 nƣớc 21 1.3.2 Các tiêu chuẩn thiết kế móng cọc chịu động đất Việt Nam ban hành ………………………………………………………………… 22 CHƢƠNG 25 CƠ SỞ TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC TRONG VÙNG ĐỘNG ĐẤT THEO TIÊU CHUẨN VIỆT NAM VÀ MỘT SÓ TIÊU CHUẨN NƢỚC NGOÀI25 2.1 Các sở tính toán sức chịu tải cọc chịu tải trọng tĩnh 25 2.1.1 Theo độ bền vật liệu làm cọc [8] 25 2.1.2 Theo tiêu cƣờng độ đất [2] 26 2.1.3 Theo kết thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT[1,2,3,4,16] 29 2.2 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 phƣơng pháp mô hình hóa 43 2.3 So sánh tính toán sức chịu tải cọc đơn vùng động đất theo tiêu chuẩn Việt Nam tiêu chuẩn AASHTO-LRFD2012, Eurocode7 58 2.4 Đề xuất bảng tính toán sức chịu tải cọc chịu tải trọng động đất :61 CHƢƠNG 64 SO SÁNH, TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC CHỊU ĐỘNG ĐẤT TRONG ĐIỀU KIỆN ĐỊA TẦNG HÀ NỘI 64 3.1 Văn phòng tổ hợp kinh doanh chuyển giao công nghệ Detech 64 3.1.1 Giới thiệu công trình điều kiện địa chất 64 3.1.2 Tính toán sức chịu tải cọc chịu động đất theo tiêu chuẩn 66 3.1.3 Tính toán sức chịu tải cọc dựa phần mềm GEO5 70 3.1.4 Nhận xét : 72 3.2 Nhà chung cƣ cao tầng CT2B khu đô thị Nghĩa Đô, Hà Nội 73 3.2.1 Giới thiệu công trình điều kiện địa chất 73 3.2.2 Tính toán sức chịu tải cọc chịu động đất theo tiêu chuẩn 76 3.2.3 Tính toán sức chịu tải cọc dựa phần mềm GEO5 77 3.1.4 Nhận xét : 78 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 80 Kết luận 80 Kiến nghị 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO 82 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 Hình 2.1 Hình 2.2 Hình 2.3 Hình 2.4 Hình 2.5 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 Ứng xử cọc chịu tải trọng ngang Mô hình tính toán cọc chịu tải trọng ngang theo phương pháp đường cong p-y Đường cong p-y cho đất sét mềm mực nước ngầm 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 Số hiệu hình Tên hình Hình 2.6 Đường cong p-y cho đất cát Hình 2.7 Đường cong p-y cho đất sét pha cát pha Hình 2.8 Biểu đồ tải trọng giới hạn Hình 2.9 Xác định độ sâu vùng ảnh hưởng bên chân cọc Hình 2.10 Giá trị cùa hàm F(β) Hình 2.11 Độ sâu vùng ảnh hưởng Hình 2.12 Giá trị hàm G(β) Hình 2.13 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 Hình 3.5 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 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 2.1 Hệ số Mc1 Mc2 Bảng 2.2 Hệ số tỉ lệ K Bảng 2.3 Các hệ số điều kiện làm việc γeq1 γeq2 Bảng 2.4 Hệ số tỉ lệ K Bảng 2.5 Tổ hợp hệ số tải trọng So sánh tính toán sức chịu tải cọc đơn vùng động đất theo Bảng 2.6 tiêu chuẩn Việt Nam tiêu chuẩn AASHTO-LRFD2012, Eurocode7 Bảng 3.1 Bảng kết khảo sát địa chất Bảng 3.2 Sức chống mũi cọc Bảng 3.3 Các hệ số α1, α2, α3 α4 Bảng 3.4 Cường độ sức kháng qbcủa đất dính mũi cọc nhồi Bảng 3.5 Bảng kết khảo sát địa chất MỞ ĐẦU  Lý chọn đề tài Trên nƣớc 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 nƣớc thuộc khu vực Châu Á – Thái Bình Dƣơng, nằm vành đai lửa Thái Bình Dƣơng, khu vực hay xảy hoạt động địa chấn, chịu ảnh hƣởng đới đứt gãy thềm lục địa Các công trình xây dựng có nguy chịu ảnh hƣởng động đất cao cấp 8-9 Trong năm gần đây, số nƣớc lân cận nhƣ Trung Quốc, Indonesia (tại Jogjakatar năm 2006, đảo Sumatra năm 2004), Philippines (TP.Baguio năm 2007) … thƣờng xuyên xảy trận động đất, đe dọa tính mạng hàng ngàn ngƣời nhƣ 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 hƣởng động đất đến cọc nói riêng móng nói chung điều cần thiết Tuy nhiên, nghiên cứu sức chịu tải cọc nhƣ 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 chƣa đƣợc rõ ràng, gây khó khăn cho việc áp dụng nhƣ chƣa phản ánh hết đƣợc ứng xử cọc vùng động đất Cần phải nghiên cứu khảo sát tính toán sức chịu tải cọc theo số tiêu chuẩn nƣớc nhƣ AASHTO- LRFD2012, Eurocode7 để so sánh phân tích toán sức chịu tải cọc chịu ảnh hƣởng động đất Chính vậy, đề tài “Tính toán sức chịu tải cọc chiụ độngấtđtheo 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 nƣớc nhƣ 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 tƣợng phạm vi nghiên cứu - Đối tƣợng 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 chƣa bị hóa lỏng  Phƣơng pháp nghiên cứu - Phƣơng 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: + Đƣa so sánh, phân tích số liệu sức chịu tải cọc giúp kĩ sƣ 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 sƣ 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 đƣợc trình bày gồm phần mở đầu chƣơng, nội dung cụ thể chƣơng nhƣ sau: Chƣơng 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 Chƣơng 2: Cơ sở tính toán sức chịu tải cọc vùng động đất theo tiêu chuẩn Việt Nam số tiêu chuẩn nƣớc 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 Chƣơng 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 cƣ 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 80 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 nƣớc AASHTO LRDF 2012, Eurocodes 7(8), tiến hành mô hình hóa phần mềm GEO5 theo phƣơng pháp phần tử hữu hạn (FEM) Luận văn tập trung phân tích, so sánh tính toán sức chịu tải cọc chịu động đất theo tiêu chuẩn nƣớc Tuy nhiên áp dụng vào tính toán, số tiêu chuẩn chƣa rõ ràng, gây nhiều tranh cãi Kết thu đƣợc tiêu chuẩn với không thấy đƣợc tƣơng đồng Mức độ sai khác tiêu chuẩn với lớn , tiêu chuẩn Việt Nam với mức độ sai khác lên tới 60 % Kết cho thấy: - Sức chịu tải cọc chịu động đất tính theo tiêu chuẩn TCXDVN 205:1998 bé nhất, hệ số an toàn cao thiếu rõ ràng rành mạch dẫn nên kết tính toán không tin cậy - 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 sƣ 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 thay cho TCXDVN 205:1998, đƣợc bổ sung chi tiết so với tiêu chuẩn cũ , song nhiều mặt không rõ ràng chƣa đƣợc giải Tiêu chuẩn AASHTO LRFD 2012 rõ ràng rành mạch dẫn thiết kế, vào cụ thể yếu tố tác động vào sức chịu tải cọc 81 Tiêu chuẩn AASHTO LRFD 2012 áp dụng tính toán sức chịu tải cọc chịu động đất đƣa kết tƣơng đối tin cậy, dẫn tính toán rõ ràng Ở Việt Nam, Tiêu chuẩn AASHTO LRFD 2012 hay đƣợc áp dụng tính toán móng, mố, trụ cầu Qua đề tài này, tác giả mong muốn kỹ sƣ xây dựng áp dụng Tiêu chuẩn AASHTO LRFD 2012 tính toán sức chịu tải cọc chịu tải trọng động đất Kiến nghị Tƣơng tác đất kết cấu phân tích kết cấu chịu tải trọng động đất đƣợc đề cập đến nhiều tiêu chuẩn hay dẫn thiết kế Mỹ hay châu Âu Các tiêu chuẩn Châu Âu hay tiêu chuẩn Việt nam biên dịch từ tiêu chuẩn Châu Âu chƣa đề cập đến tƣơng tác động học Tiêu chuẩn Eurocodes đề cập đến thiết kế cọc phải đƣợc tính toán chịu hai dạng ảnh hƣởng tác động : lực quán tính từ kết cấu bên lực động từ biến dạng đất xung quanh Nhƣng chƣa có dẫn kỹ thuật cụ thể nhƣ phƣơng pháp tính toán có kể đến ảnh hƣởng tác động động học cọc-đất Do đó, việc áp dụng phƣơng pháp mô hình tính toán có khả nắm bắt đƣợc tác động động học quán tính phản ứng cọc Do thời gian hạn chế, đề tài đề cập, chƣa giải hoàn chỉnh số vấn đề liên quan đến toán, điều cần đƣợc nghiên cứu theo hƣớng 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 + Tính toán sức chịu tải cọc : hệ số giảm điều kiện làm việc đất nền, chiều sâu tính toán kể đến ảnh hƣởng tƣơng tác động học cọc-đất + Tính toán thay đổi ứng suất cọc với kích thƣớc cọc khác dƣới tác động động học, quán tính chịu tải động đất 82 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 Ủy ban tiêu chuẩn hóa Châu Âu (1997,1998), ”Thiết kế địa kỹ thuật kháng chấn cho công trình: EN1997 EN 1998”, EU American Association of State Highway and Transportation Officials(2012), ”AASHTO-LRFD2012”, American 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 Vƣơng Văn Thành, Nguyễn Đức Nguôn, Phạm Ngọc Thắng, ”Tính toán thực hành móng công trình dân dụng công nghiệp”, NXB Xây dựng, Hà Nội Nguyễn Đức Nguôn, ”Bài giảng móng tầng hầm nhà cao tầng”, Trƣờng ĐH Kiến Trúc, Hà Nội Nguyễn Văn Quảng, Nguyễn Hữu Kháng, Uông Đình Chất(1996), ”Nền móng công trình dân dụng – công nghiệp”, NXB Xây Dựng, Hà Nội Nguyễn Văn Quảng, ” Nền móng nhà cao tầng, NXB khoa học kỹ thuật”, Hà Nội 83 10 Trần Thƣơng Bình (2006), “Đặc điểm tải trọng động tác dụng vào đất nền” Tạp chí Địa kỹ thuật Việt Nam số tr 14-18 11 Trần Văn Việt (2008), “ Cẩm nang dành cho kỹ sư địa kỹ thuật”, NXB Xây dựng, Hà Nội 12 Lƣơng Thị Hằng, TS.Trần Hồng Minh, “ Tính toán sức chịu tải cọc đơn có kể đến hóa lỏng đất động đất”, tạp chí giao thông, Hà Nội 13 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 14 Đỗ Văn Đê,̣ Vũ Minh Tuấn, Nguyễn Hải Nam, Đỗ Tiến Dũng, “ Tính toán công trình tương tác với đất bằng phần mềm geo geotechnical software suite”, NXB Xây Dƣ̣ng, Hà Nội 15 “ Bản đồ địa chấn kiến tạo khu vực bán đảo đông dương”, Trung tâm báo tin động đất cảnh báo sóng thần 84 Tiếng Anh 16 Agarwal Pankaj, Manish Shrikhande (2006), Earthquake Resistant Design of Structure PHI Learning Private Limited, New Delhi 17 Timôsenkô X.P-X.Vôinôpxki-Krige (1971), Tấm vỏ Ngƣời dịch, Phạm Hồng Giang, Vũ Thành Hải, Đoàn Hữu Quang, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật Hà Nội  ... 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 Chƣơng 2: Cơ sở tính toán. .. toán sức chịu tải cọc vùng động đất theo tiêu chuẩn Việt Nam số tiêu chuẩn nƣớc 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. .. CƠ SỞ TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC TRONG VÙNG ĐỘNG ĐẤT THEO TIÊU CHUẨN VIỆT NAM VÀ MỘT SÓ TIÊU CHUẨN NƢỚC NGOÀI25 2.1 Các sở tính toán sức chịu tải cọc chịu tải trọng tĩnh 25 2.1.1 Theo độ