Tên luận án: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC TẢI TRỌNG TĨNH VÀ ĐỘNG TỚI SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC KHU VỰC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ ΜΙΝΗ
Chuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
Mã số: 9.58.02.11
Nghiên cứu sinh: NGUYỄN MẠNH TƯỜNG
Người hướng dẫn: PGS. TS. CHÂU NGỌC ẨN
Cơ sở đào tạo: VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI VIỆT NAM VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI MIỀN NAM
1. Tính cấp thiết của đề tài.
Thành phố Hồ Chí Minh (TP. HCM) tập trung nhiều công trình xây dựng dân dụng công nghiệp. Tuy nhiên, khu vực này nằm trên vùng đất yếu có sức chịu tải kém, đặc biệt với tải trọng động. Tại các khu công nghiệp đặt móng máy chịu những tải trọng động có tần số, biên độ, cường độ khác nhau. Những tải trọng trên từ công trình truyền xuống cọc, hoặc từ nền đất xung quanh ảnh hưởng tới cọc gây ra cho bản thân cọc, vùng biến dạng cực hạn xung quanh cọc những ảnh hưởng khác nhau.
Nghiên cứu tính toán sức chịu tải trọng động của móng cọc gánh đỡ cho công trình cũng như tìm ra sự suy giảm sức chịu tải sau khi công trình chịu tải trọng động là cần thiết hiện nay. Việc tính toán ảnh hưởng của tải trọng động tới sức chịu tải của cọc có rất nhiều phương pháp nhưng cho kết quả phân tán. Phương pháp thử tĩnh tin cậy nhưng tốn kém và mất thời gian và không có kết quả về ảnh hưởng tải trọng động tới sức chịu tải cọc. Để kể thêm đến ảnh hưởng của tải trọng động tới sức chịu tải cọc được nhân thêm hệ số vào kết quả sức chịu tải tĩnh của cọc.
Việc xây dựng mô hình thí nghiệm để xác định các thông số tính toán cọc nền công trình của đất nền đã được thực tế chứng minh có khả năng mô phỏng tốt hoạt động cọc trong nền đất. Thông qua việc phân tích so sánh kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc và mô phỏng với các thông số động khác nhau tìm ra bộ thông số của đất nền để mô phỏng trạng thái ứng suất – biến dạng của cọc và ứng xử của nền đất xung quanh cọc có biến dạng dẻo.
2. Mục đích của đề tài.
Nghiên cứu mô phỏng thí nghiệm nén tĩnh tìm ra mô hình đất phù hợp và lựa chọn thông số hợp lý. Xem xét áp dụng mô hình đất phù hợp để nghiên cứu lộ trình ứng suất với các tính chất và điều kiện khác nhau của nền đất. Lựa chọn các thông số mô hình của đất nền để mô phỏng trạng thái ứng suất – biến dạng của cọc và ứng xử của nền đất trong vùng có biến dạng dẻo xung quanh cọc. Nghiên cứu điều kiện địa chất công trình, địa chất thủy văn và phân tích đánh giá khả năng ảnh hưởng tới sức chịu tải khi có tải trọng động tại khu vực. Nghiên cứu, xây dựng mô hình vật lý tỉ lệ nhỏ, tiến hành các thí nghiệm gia tải động lên cọc nhằm xác định ảnh hưởng của tải trọng động tới sức chịu tải và độ lún của cọc. Phân tích ứng xử động của cọc khi chịu tác động của tải trọng động với các tần số khác nhau. Nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ L/D, hiệu ứng cọc – nền, xem xét sức chịu tải tức thời khi chịu tải trọng động. Thiết lập các tương quan Lực – Biến dạng, Lực Sức kháng mũi, Lực – Tỉ lệ Sức kháng bên/Sức kháng mũi trong cọc chịu tải trọng động trên nền đất cát TP. HCM.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
* Đối tượng nghiên cứu của luận án là cọc chịu nén đúng tâm chịu ảnh hưởng của tải trọng động trong môi trường cát.
* Phạm vi nghiên cứu: Nền đất khu vực nhiều lớp bên trên là các lớp đất bùn sét có sức chịu tải kém, bên dưới là các lớp cát được lựa chọn đặt mũi cọc trong phạm vi này. Do vậy nghiên cứu của luận án tập trung vào ảnh hưởng tải trọng động lên cọc trong lớp đất cát mịn trạng thái chặt vừa khu vực TP. HCM. Đây là lớp đất phổ biến và được đánh giá chịu lực khá tốt khi chịu tải tĩnh. Từ đó cần nghiên cứu cọc khi chịu tải trọng động sẽ bị suy giảm và các ảnh hưởng của ma sát cho đoạn cọc trong lớp đất này lên sức chịu tải cọc. Nghiên cứu cọc đơn chịu tải dọc trục thẳng đứng. Mô hình thí nghiệm sử dụng đài cọc tuyệt đối cứng để loại bỏ mọi ảnh hưởng của phân bố tải trọng và kết quả đo. Ảnh hưởng của liên kết cọc – đài cọc được bỏ qua không khảo sát trong nghiên cứu. Tải trọng tác động trên móng là tải tuần hoàn. Tần số nghiên cứu ảnh hưởng là tần số kích thích gây ra đáp ứng cơ hệ, không nghiên cứu đến tần số đáp ứng của hệ cọc – đài cọc.
4. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp thống kê: Thu thập, phân tích, tổng hợp các kết quả nghiên cứu. Xửlý thống kê, phân tích các kết quả thí nghiệm, thiết lập các mối tương quan bằng các phần mềm xử lý số liệu hiện đại. Phương pháp thực nghiệm: Nghiên cứu thực nghiệm tiến hành các thí nghiệm mô hình vật lý trong phòng để làm căn cứ phân tích so sánh, đối chiếu kết quả. Phương pháp mô phỏng số: Nghiên cứu mô phỏng thí nghiệm nén tĩnh thông qua sử dụng phần mềm Plaxis để phân tích so sánh. Sử dụng các phần mềm xử lý số liệu tìm ra kết quả giữa mô phỏng số và thí nghiệm hiện trường tìm ra các tương quan trong mô hình đất nền.
5. Những điểm mới của luận án
1) Xây dựng mô hình thí nghiệm nén tĩnh cọc để nghiên cứu các ảnh hưởng của các thông số vật lý lên sức chịu tải cọc khi chịu tải tĩnh và suy giảm khi chịu tải trọng động với nền cát. Từ đó nghiên cứu các ảnh hưởng của thông số động lực học lên ứng suất biến dạng, sức chịu tải của cọc và tìm ra các tương quan.
2) Đề xuất các phương trình tương quan Độ lún – Tần số cho loại cọc có bề mặt trơn, cọc có bề mặt nhám. Các phương trình tương quan giữa Lực – Ma sát đơn vị – Sức kháng mũi, Lực – Tỉ lệ Fs0/Sức kháng mũi, Lực – Tỉ lệ Fs1/Sức kháng mũi cho các loại cọc có L/D khác nhau.
3) Thực hiện mô phỏng số thí nghiệm nén tĩnh tìm ra mô hình Modified CamClay (MCC) có các kết quả gần nhất so với kết quả thí nghiệm nén tĩnh. Nghiên cứu cho thấy các thông số ảnh hưởng mạnh nhất tới kết quả mô phỏng thí nghiệm nén tĩnh. Sử dụng mô hình MCC mô phỏng nén phá hoại để tìm ra sức chịu tải cực hạn của cọc.
4) Đề xuất các hệ số tương quan trong thí nghiệm nén tĩnh λ/κ trong chu kỳ 1, chu kỳ 2 và tương quan chung 2/ κ trong cả 2 chu kỳ. Các phương trình tương quan thông số M, Lambda, Kappa trong mô hình MCC của phần mềm Plaxis trong mô phỏng thínghiệm nén tĩnh xác định sức chịu tải cọc.
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Đề tài bước đầu góp phần làm sáng tỏ ảnh hưởng của tải trọng động tĩnh và động thông qua mô phỏng thí nghiệm nén tĩnh cũng như thí nghiệm mô hình vật lý tỉ lệ nhỏ. Qua đó đề xuất các phương trình tương quan giữa tần số và độ lún, lực và biến dạng, mối quan hệ lực và sức kháng.
Kết quả nghiên cứu cung cấp số liệu để làm cơ sở phục vụ cho việc phân tích ảnh hưởng tải trọng động trong thiết kế sức chịu tải cọc có xét đến ảnh hưởng tải trọng động có thể xuất hiện trong điều kiện xây dựng TP.HCM hiện nay giúp cho việc dự báo sức chịu tải cọc chính xác hơn.
