Chuyên Đề Tính toán và so sánh cọc chịu tải trọng ngang bằng các phương pháp khác nhau

PHẦN MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài:
Hiện nay, đất nước ta đang trong quá trình công nghiệp hóa - hiện đại hóa,
nền kinh tế đang phát triển rất mạnh mẽ. Cùng với các lĩnh vực khác, xây dựng cơ sở hạ
tầng được đặt lên hàng đầu để đáp ứng yêu cầu phát triển về kinh tế cũng như xã hội. Do
đó xây dựng cơ sở hạ tầng phải bền vững và độ an toàn cao.
Việt Nam là một nước mà địa lý nằm giáp ranh với bờ biển Thái Bình
Dương nên mật độ và cường độ của gió rất lớn gây ảnh hưởng lên các công trình ven
sông biển như bến cảng, bờ kè, giàn khoan, các công trình nhà cao tầng
Đối với việc sử dụng giải pháp móng cọc cho các công trình nhà cao tầng,
bến cảng, bờ kè thì vấn đề quan trọng là sức chịu tải của công trình, đặc biệt là vấn đề
chịu tải trọng ngang.
Đối với móng cọc chịu tải trọng ngang, các yếu tố quan trọng sau đây là ảnh
hưởng chính:
 Sức kháng của đất nền xung quanh cọc;
 Các đặc trưng của nền đất xung quanh cọc, nén của vật liệu cọc;
 Chiều sâu ngàm của cọc trong đất;
 Loại tải trọng tác dụng;
 Liên kết đầu cọc.
Các tải trọng ngang thường gặp: do tăng hoặc giảm tốc độ xe; tải trọng gió; sóng;
dòng chảy; do tàu bè va chạm; do động đất; lở đất;
Có nhiều phương pháp tính tải trọng ngang của cọc như phương pháp dự báo của
Broms; Meyerhof; cọc chịu tải ngang theo TCVN 205:1998 Tuy nhiên, khi tính toán
mỗi phương pháp cho kết quả khác nhau. Do đó đề tài được chọn nhằm so sánh cách
tính của mỗi phương pháp để từ đó đề xuất phương pháp tính tối ưu và thông dụng, có
thể áp dụng vào thực tế thiết kế móng cọc.
2. Tổng quan lịch sử nghiên cứu của đề tài:
Vấn đề sức chịu tải trọng ngang của cọc đã được các nhà khoa học trên thế giới
cũng như ở Việt Nam nghiên cứu rất nhiều, chẳng hạn:

- Lời giải của Broms: từ nhiều thực nghiệm Broms đưa ra tóm tắt ứng xử cọc chịu
tải trọng ngang gồm loại đầu cọc ngàm vào đài cứng và đầu cọc tự do. Quan hệ giữa áp
lực ngang của đất lên cọc và chuyển vị ngang của cọc là quan hệ tuyến tính.
- Brinch Hansen (1961) và Broms (1964) dùng mô hình nền Winkler để giải. Theo
mô hình này, đất nền xung quanh cọc được xem như môi trường đàn hồi tuyến tính. Nền
đất xung quanh cọc được thay thế bằng các liên kết chống chuyển vị ngang và được biểu
diễn bằng các lò xo độc lập riêng rẽ có độ dài như nhau và có độ cứng bằng hệ số nền
quy ước K.
- Phương pháp “m” của Trung Quốc thì giả thiết hệ số nền tăng tuyến tính theo
chiều sâu để mô phỏng tương tác cọc đất.
- Ở Mỹ, mô phỏng tương tác cọc - đất theo lý thuyết đường cong p-y, các đường
cong p-y này được xây dựng trên cơ sở các thông số về cọc và các chỉ tiêu đất nền thu
thập được.
- Theo tiêu chuẩn Việt Nam: đất xung quanh cọc được xem như môi trường đàn
hồi tuyến tính được mô phỏng bằng mô hình nền Winkler. Hệ số nền theo phương ngang
thay đổi tuyến tính theo chiều sâu.
3. Mục tiêu nghiên cứu:
Trong vài thập kỷ gần đây, việc giảng dạy và nghiên cứu của ngành cơ học đất
đã đạt được nhiều thành tựu đáng kể trong cả việc phát triển lý thuyết cũng như thực
hành để giải quyết các vấn đề kỹ thuật thực tế. Tuy nhiên sự phát triển quan trọng nhất
là việc thống nhất được mối quan hệ giữa trạng thái ứng suất và trạng thái thể tích trong
cơ học đất và thường được gọi là cơ học đất trạng thái tới hạn (Critical State Soil
Mechanics).
Việc sử dụng các phần mềm tính toán theo lý thuyết phần tử hữu hạn và các mô
hình đất theo lý thuyết cơ học đất trạng thái tới hạn đã mở ra một hướng mới trong
ngành cơ học đất và nền móng. Với sự hỗ trợ của máy tính, người kỹ sư có được một
công cụ mạnh mẽ để phân tích và dự đoán ứng xử của đất đồng thời với móng trong các
điều kiện làm việc khác nhau.
Tuy nhiên, mỗi phương pháp đều có những ưu và khuyết điểm riêng. Việc nghiên
cứu để hiểu rõ và sử dụng phù hợp từng phương pháp ; từ đó, giải quyết một cách hợp lý
các bài toán thực tế là rất quan trọng. Đó cũng chính là mục đích nghiên cứu của đề tài
này.
4. Phương pháp nghiên cứu:

Thu thập dữ liệu từ công trình thực tế; Thiết kế móng và tính toán cọc chịu đồng
thời tải trọng ngang bằng các phương pháp khác nhau. So sánh để tìm ra được phương
pháp tính tốt nhất.
5. Phạm vi nghiên cứu:
Nghiên cứu thực tiễn việc sử dụng cọc chịu tải trọng ngang;
Phân tích ưu và nhược điểm của công trình chịu tải trọng ngang;
Các phương pháp phân tích sự làm việc của cọc chịu tải trọng ngang trong các
điều kiện địa chất, địa chất thủy văn khác nhau;
Tính toán so sánh cọc chịu tải trọng ngang bằng nhiều phương pháp;
Đánh giá lựa chọn phương pháp phân tích cọc chịu tải trọng ngang cho một số
trường hợp theo điều kiện địa chất công trình ở Đồng Bằng Sông Cửu Long;
6. Những đóng góp mới của đề tài và những vấn đề mà đề tài chưa thực hiện
được:
Phân tích cọc chịu tải trọng ngang trong nền nhiều lớp đất yếu bão hòa nước;
So sánh những sai số giữa các lời giải giải tích trong nền đồng nhất so với nền
nhiều lớp;
Thay thế nền nhiều lớp bằng 1 lớp đất đồng nhất có chỉ tiêu tương đương sao cho
sự làm việc của cọc là giống nhau.