Đánh giá mức độ tin cậy của trị số SPT trong tính toán khả năng chịu tải của cọc đúc sẵn hạ vào đất dính ở quận 1 Thành Phố Hồ Chí Minh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƢỜNG ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

-----------------------------------------------

TRƢƠNG NHƢ MẠNH

ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ TIN CẬY CỦA TRỊ SỐ SPT

TRONG TÍNH TOÁN KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA CỌC

ĐÚC SẴN HẠ VÀO ĐẤT DÍNH Ở QUẬN 1, Tp.HCM.

LUẬN VĂN THẠC SĨ XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN

DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

TP. Hồ Chí Minh, Năm 2018

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƢỜNG ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

----------------------------------------

TRƢƠNG NHƢ MẠNH

ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ TIN CẬY CỦA TRỊ SỐ SPT

TRONG TÍNH TOÁN KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA CỌC

ĐÚC SẴN HẠ VÀO ĐẤT DÍNH Ở QUẬN 1, Tp.HCM.

Chuyên ngành : Xây Dựng Dân Dụng Và Công Nghiệp

Mã số chuyên ngành : 6058 02 08

LUẬN VĂN THẠC SĨ XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN

DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học:

PGS TS Dƣơng Hồng Thẩm

TP. Hồ Chí Minh, Năm 2018

ii

Lời Cam Đoan

Tôi cam đoan rằng luận văn “Đánh giá mức độ tin cậy của trị số spt trong tính

toán khả năng chịu tải của cọc đúc sẵn hạ vào đất dính ở quận 1, Tp.HCM” là bài

nghiên cứu của chính tôi.

Ngoại trừ những tài liệu tham khảo đƣợc trích dẫn trong luận văn này, tôi cam

đoan rằng toàn phần hay những phần nhỏ của luận văn này chƣa từng đƣợc công bố

hoặc đƣợc dùng để nhận bằng cấp ở những nơi khác.

Không có sản phẩm nào của ngƣời khác đƣợc sử dụng trong luận văn này mà

không đƣợc trích dẫn theo đúng quy định.

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2018

Học viên thực hiện

TRƢƠNG NHƢ MẠNH

iii

Lời cảm ơn

Trƣớc tiên tôi xin gởi lời cảm ơn đến tất cả quý Thầy Cô đã giảng dạy trong

chƣơng trình cao học Xây Dựng Dân Dụng và Công Nghiệp của trƣờng Đại Học Mở

TP.Hồ Chí Minh, những ngƣời đã truyền đạt cho tôi những kiến thức vô cùng hữu ích

trong công việc cũng nhƣ trong cuộc sống làm nền tảng cho tôi thực hiện nội dung luận

văn này.

Tôi xin gởi đến Thầy PGS TS Dƣơng Hồng Thẩm lời cảm ơn sâu sắc nhất!

Xin cảm ơn Thầy đã tận tình hết lòng hƣớng dẫn , dìu dắt tạo cho em hƣớng đi mới

trong nghề của mình.

Cảm ơn các anh trong LAS 19 Bộ Xây Dựng đã nhiêt tình giúp đỡ tôi trong việc

hoàn thành luận văn này.

Sau cùng tôi xin gởi lời biết ơn to lớn đến gia đình đã luôn tạo điều kiện tốt nhất

về tính thần vật chất cho tôi trong suốt quá trình học cũng nhƣ hoàn thành luận văn.

Do thời gian có hạn và kinh nghiệm nghiên cứu khoa học còn non kém nên luận

văn vẫn còn nhiều thiếu sót, rất mong nhận đƣợc ý kiến đóng góp của quý Thầy Cô và

các anh chị học viên để luận văn đƣợc hoàn thiện hơn.

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2018

Học viên thực hiện

TRƢƠNG NHƢ MẠNH

iv

Tóm Tắt Đề Cƣơng

Hiện nay khi thiết kế tính toán sức chịu tải của cọc đóng ép bê tông đúc sẵn

thƣờng dựa trên kết quả của thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT. Nhƣng nhiều ý kiến cho

rằng mức độ tin cậy của SPT cho đất cát là cao hơn so với đất dính, thậm chí có văn

liệu cho rằng, “không đáng tin cậy (unreliable_sic)”. SPT là thí nghiệm hiện trƣờng ,

chịu ảnh hƣởng của rất nhiều yếu tố nhƣ tay nghề thi công, độ sâu khảo sát, mực nƣớc

ngầm, phân tầng lớp đất….Tiếp theo là kể đến công thức xác định SPT hiệu chỉnh các

thông số là cố định cho nhiều loại đất nhƣng thực tế thì không giống nhau cho mọi loại

đất. Nhƣng chúng ta cần chấp nhận các thông số đó mặc dù mức độ tin cậy của chỉ số

SPT còn tùy thuộc vào loại bài toán (nhƣ bài toán cƣờng độ hay biến dạng), loại móng

(nông hay sâu), ảnh hƣởng bởi mực nƣớc ngầm. Một số nghiên cứu chỉ ra rằng: Mức

độ tin cậy của số SPT cho bài toán này có thể là cao nhƣng với bài toán kia lại không

cao, theo tiêu chuẩn này đạt nhƣng tiêu chuẩn kia lại không. Ở một góc độ khác, xét

theo thời điểm tiến hành thí nghiệm thì giá trị SPT lại khác nhau nhƣ đào đất ( xáo

trộn, tính nhạy của đất), thi công, hoàn thiện…Trong khi chỉ số SPT cho đất rời tỏ ra

khá phụ thuộc vào độ chặt, nhƣng đối với đất dính lại phụ thuộc vào độ ẩm , và hơn thế

nữa cùng một khu vực nhƣng độ ẩm khác nhau thì chỉ số SPT lại khác nhau. Do đó vấn

đề nghiên cứu sẽ thu hẹp trong phạm vi nghiên cứu đánh giá mức độ tin cậy của chỉ số

SPT khi dùng để tính toán khả năng chịu tải của cọc đúc sẵn hạ vào một loại đất mà

xem ra, có nhiều ý kiến cho là không tin cậy, đó là lấy đối tƣợng nghiên cứu là đất

dính tại Tp. HCM.

v

Mục Lục

Lời Cam Đoan............................................................................................................................. ii

Lời cảm ơn................................................................................................................................. iii

Tóm Tắt Đề Cƣơng.................................................................................................................... iv

Mục Lục...................................................................................................................................... v

Danh Mục Hình ........................................................................................................................ vii

Danh Mục Bảng......................................................................................................................... ix

Danh Mục Từ Viết Tắt............................................................................................................... xi

CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU..................................................................................................... 1

CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN .................................................................................................. 6

2.1. Bối cảnh ....................................................................................................................... 6

2.2. Tầm quan trọng............................................................................................................ 8

CHƢƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT....................................................................................... 9

3.1. Công thức của Viện Kiến Trúc Nhật Bản.................................................................... 9

3.2. Công thức của Meyerhoff.......................................................................................... 11

3.3. Lý thuyết độ tin cậy và lƣợng hóa sự không chắc chắn............................................. 11

3.4. Mô hình Mohr Coulomb – mô hình đàn - dẻo lý tƣởng: ........................................... 12

CHƢƠNG 4: PHƢƠNG THỨC THỰC HIỆN .................................................................... 15

4.1. Phân tích số liệu thực tế ............................................................................................. 15

4.2. Tƣơng quan của số SPT và tính chất cơ bản của đất dính ( Cohesive soil)............... 24

4.3. Kết luận...................................................................................................................... 43

CHƢƠNG 5: TÍNH KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỌC DÙNG KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM

XUYÊN THÂM NHẬP CHUẨN SPT................................................................................. 46

5.1. Số liệu ........................................................................................................................ 46

5.2. Tính toán sức chịu tải cọc theo chỉ số SPT sau hiệu chỉnh........................................ 50

5.3. Tính toán sức chịu tải cọc theo chỉ số SPT chƣa hiệu chỉnh ..................................... 55

5.4. Phân tích sức chịu cực hạn của cọc theo chu trình nén tĩnh dựa vào phần mềm Plaxis

3D: .................................................................................................................................... 60

KẾT LUẬN....................................................................................................................... 94

KIẾN NGHỊ...................................................................................................................... 94

vi

Tài liệu tham khảo .................................................................................................................... 96

1.1. Tài liệu nƣớc ngoài .................................................................................................... 96

1.2. Tài liệu trong nƣớc..................................................................................................... 96

Phụ lục ...................................................................................................................................... 98

1.1. Dữ liệu phân tích hồi quy đa biến.............................................................................. 98

1.2. Dữ liệu phân tích hồi quy đơn biến ......................................................................... 119

vii

Danh Mục Hình

Hình 3.1 Mặt ngƣỡng dẻo MC trong không gian ứng suất chính............................................. 14

Hình 4.1 Biểu đồ mức độ phân tán của các biến đối với N ...................................................... 17

Hình 4.2 Biểu đồ Spt sau hiệu chỉnh ........................................................................................ 24

Hình 4.3 Chọn data>data analaysis>regression>ok.................................................................. 26

Hình 4.4 Chọn regression ......................................................................................................... 27

Hình 4.5 Chọn data>data analaysis>regression>ok.................................................................. 31

Hình 4.6 Chọn các thông số trong bảng Regression................................................................. 32

Hình 4.7 Biểu đồ quan hệ giữa E và SPT đất cát...................................................................... 33

Hình 4.8 Biểu đồ quan hệ giữa Φ và SPT đất cát ..................................................................... 34

Hình 4.9 Biểu đồ quan hệ giữa E và SPT đất sét...................................................................... 36

Hình 4.10 Biểu đồ quan hệ giữa C và SPT đất sét.................................................................... 37

Hình 4.11 Biểu đồ quan hệ giữa Φ và SPT đất sét ................................................................... 38

Hình 4.12 Biểu đồ quan hệ giữa E và SPT đất sét pha cát pha................................................. 39

Hình 4.13 Biểu đồ quan hệ giữa C và SPT đất sét pha cát pha ................................................ 40

Hình 4.14 Biểu đồ quan hệ giữa Φ và SPT đất sét pha cát pha ................................................ 41

Hình 5.1 Biểu đồ SPT sau hiệu chỉnh của HK1........................................................................ 48

Hình 5.2 Biểu đồ SPT sau hiệu chỉnh của HK2........................................................................ 50

Hình 5.3 Thiết lập tổng thể ....................................................................................................... 63

Hình 5.4 Khai báo hình trụ hố khoan và gán các lớp đất.......................................................... 64

Hình 5.5 Khai báo cao độ làm việc........................................................................................... 66

Hình 5.6 Chia lƣới phần tử ....................................................................................................... 67

Hình 5.7 Tạo pha tính toán ....................................................................................................... 68

Hình 5.8 Chọn điểm A tại tâm cọc ở vị trí đỉnh cọc................................................................. 69

Hình 5.9 Tính toán.................................................................................................................... 69

Hình 5.10 Xuất kết quả ............................................................................................................. 70

Hình 5.11 Biểu đồ so sánh chuyển vị thực tế và Plaxis 3D cọc mố B khoảng tin cậy 75%..... 72

Hình 5.12 Biểu đồ so sánh chuyển vị thực tế và Plaxis 3D cọc mố B khoảng tin cậy 85%..... 74

Hình 5.13 Biểu đồ so sánh chuyển vị thực tế và Plaxis 3D cọc mố B khoảng tin cậy 95%..... 76

viii

Hình 5.14 Biểu đồ so sánh chuyển vị thực tế và Plaxis 3D cọc P58 khoảng tin cậy 75% ....... 78

Hình 5.15 Biểu đồ so sánh chuyển vị thực tế và Plaxis 3D cọc P58 khoảng tin cậy 85% ....... 80

Hình 5.16 Biểu đồ so sánh chuyển vị thực tế và Plaxis 3D cọc P58 khoảng tin cậy 95% ....... 82

Hình 5.17 Biểu đồ so sánh chuyển vị thực tế và Plaxis 3D cọc P61 khoảng tin cậy 75% ....... 86

Hình 5.18 Biểu đồ so sánh chuyển vị thực tế và Plaxis 3D cọc P61 khoảng tin cậy 85% ....... 88

Hình 5.19 Biểu đồ tƣơng quan giữa sức chịu tải theo SPT N hiệu chỉnh và nén tĩnh .............. 91

Hình 5.20 Biểu đồ thể hiện sức chịu tải cực hạn cọc................................................................ 92

Hình 5.21 Kết quả chuyển vị theo ba khoảng tin cậy bằng Plaxis và nén tĩnh cho cọc Mố B. 93

ix

Danh Mục Bảng

Bảng 4.1 Tên công trình khảo sát 1-8....................................................................................... 15

Bảng 4.2 Tên công trình khảo sát 9-18..................................................................................... 16

Bảng 4.3 Phân loại lớp đất cho nhóm đất cát ........................................................................... 18

Bảng 4.4 Phân loại lớp đất cho nhóm đất sét............................................................................ 19

Bảng 4.6 Phân loại lớp đất cho nhóm đất cát pha sét pha ........................................................ 20

Bảng 4.7 Kết quả hiệu chỉnh SPT hố khoan BH1 .................................................................... 23

Bảng 4.8 Kết quả hồi quy đa biến cho nhóm đất cát ................................................................ 27

Bảng 4.9 Kết quả hồi quy đa biến cho nhóm đất sét ................................................................ 28

Bảng 4.10Kết quả hồi quy đa biến cho nhóm đất sét pha cát pha ............................................ 29

Bảng 4.11 Kết quả hồi quy đơn biến cho nhóm đất cát của E.................................................. 33

Bảng 4.12 Kết quả hồi quy đơn biến cho nhóm đất cát củaΦ .................................................. 34

Bảng 4.13 Kết quả hồi quy đơn biến cho nhóm đất sét của E.................................................. 35

Bảng 4.14 Kết quả hồi quy đơn biến cho nhóm đất sét của C.................................................. 37

Bảng 4.15 Kết quả hồi quy đơn biến cho nhóm đất sét của Φ.................................................. 38

Bảng 4.16 Kết quả hồi quy đơn biến đất sét pha cát pha của E................................................ 39

Bảng 4.17 Kết quả hồi quy đơn biến đất sét pha cát pha của C................................................ 40

Bảng 4.18 Kết quả hồi quy đơn biến đất sét pha cát pha của Φ ............................................... 41

Bảng 4.19 Hệ số tƣơng quan cho đất cát .................................................................................. 42

Bảng 4.20 Hệ số tƣơng quan cho đất sét .................................................................................. 42

Bảng 4.21 Hệ số tƣơng quan cho cát pha sét pha ..................................................................... 42

Bảng 5.1 Kết quả hiệu chỉnh SPT hố khoan HK1 .................................................................... 47

Bảng 5.2 Kết quả hiệu chỉnh SPT hố khoan HK2 .................................................................... 49

Bảng 5.3 Kết quả sức chịu tải cọc cho Hk1 8.4 m Ntt Viện KT Nhật Bản .............................. 51

Bảng 5.4 Kết quả sức chịu tải cọc cho Hk2 12.2 m Ntt Viện KT Nhật Bản ............................ 52

Bảng 5.5 Kết quả sức chịu tải cọc cho Hk1 8.6 m Ntt Viện KT Nhật Bản .............................. 53

Bảng 5.6 Kết quả sức chịu tải cọc cho Hk1 8.4 m Ntt Meyerhoff............................................ 54

Bảng 5.7 Kết quả sức chịu tải cọc cho Hk2 12.2 m Ntt Meyerhoff.......................................... 54

Bảng 5.8 Kết quả sức chịu tải cọc cho Hk1 8.6 m Ntt Meyerhoff............................................ 55

x

Bảng 5.9 Kết quả sức chịu tải cọc cho Hk1 8.4 m N Viện KT Nhật Bản................................. 56

Bảng 5.10 Kết quả sức chịu tải cọc cho Hk2 12.2 m N Viện KT Nhật Bản............................. 57

Bảng 5.11 Kết quả sức chịu tải cọc cho Hk1 8.6 m N Viện KT Nhật Bản............................... 57

Bảng 5.12 Kết quả sức chịu tải cọc cho Hk1 8.4 m N Meyerhoff............................................ 58

Bảng 5.13 Kết quả sức chịu tải cọc cho Hk2 12.2 m N Meyerhoff.......................................... 59

Bảng 5.14 Kết quả sức chịu tải cọc cho Hk1 8.6 m N Meyerhoff............................................ 59

Bảng 5.15 Thông số địa chất cho hố khoan Hk1 khoảng tin cậy 75% ..................................... 61

Bảng 5.16 Thông số địa chất cho hố khoan Hk1 khoảng tin cậy 85% ..................................... 62

Bảng 5.17 Thông số địa chất cho hố khoan Hk1 khoảng tin cậy 95% ..................................... 62

Bảng 5.18 So sánh kết quả chuyển vị giữa Nén tĩnh và Plaxis 3D cọc Mố B khoảng tin cậy

75% ........................................................................................................................................... 71

Bảng 5.19 So sánh kết quả chuyển vị giữa Nén tĩnh và Plaxis 3D cọc Mố B khoảng tin cậy

85% ........................................................................................................................................... 73

Bảng 5.20 So sánh kết quả chuyển vị giữa Nén tĩnh và Plaxis 3D cọc Mố B khoảng tin cậy

95% ........................................................................................................................................... 75

Bảng 5.21 So sánh kết quả chuyển vị giữa Nén tĩnh và Plaxis 3D cọc P58 khoảng tin cậy 75%

.................................................................................................................................................. 77

Bảng 5.22 So sánh kết quả chuyển vị giữa Nén tĩnh và Plaxis 3D cọc P58 khoảng tin cậy 85%

.................................................................................................................................................. 79

Bảng 5.23 So sánh kết quả chuyển vị giữa Nén tĩnh và Plaxis 3D cọc P58 khoảng tin cậy 95%

.................................................................................................................................................. 81

Bảng 5.24 Thông số địa chất cho hố khoan Hk2 khoảng tin cậy 75% ..................................... 83

Bảng 5.25 Thông số địa chất cho hố khoan Hk2 khoảng tin cậy 85% ..................................... 83

Bảng 5.26 Thông số địa chất cho hố khoan Hk2 khoảng tin cậy 95% ..................................... 84

Bảng 5.27 So sánh chuyển vị Nén tĩnh và Plaxis 3D cọc P61 khoảng tin cậy 75%................. 85

Bảng 5.28 So sánh chuyển vị Nén tĩnh và Plaxis 3D cọc P61 khoảng tin cậy 85%................. 87

Bảng 5.29 So sánh chuyển vị Nén tĩnh và Plaxis 3D cọc P61 khoảng tin cậy 95%................. 89

Bảng 5.30 So sánh tải trọng từ SPT đã hiệu chỉnh ................................................................... 91

Bảng 5.31 So sánh tải trọng từ SPT chƣa hiệu chỉnh .............................................................. 91

xi

Danh Mục Từ Viết Tắt

CD : Cố kết thoát nƣớc ( Consolidated Drained).

CU : Cố kết không thoát nƣớc ( Consolidated Undrained).

UU : Không cố kết , không thoát nƣớc ( Unconsolidated Undrained).

SPT : Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn ( Standard Penetration Test).

CPT : Thí nghiệm xuyên tĩnh ( Cone Penetrometer Test).

MĐTN : Mặt đất tự nhiên.

MNN : Mực nƣớc ngầm.

PP : Phƣơng pháp.

MC : Mô hình đàn – dẻo lý tƣởng Mohr coulomb.

TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam.

Tp.HCM : Thành phố Hồ Chí Minh

1

CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU

Lý do nghiên cứu và tính cấp thiết của đề tài

Thí nghiệm SPT đã đƣợc đƣợc sử dụng để dự báo nhiều vấn đề cần quan tâm

trong lĩnh vực Xây dựng đặc biệt là nền móng công trình. Hiện nay càng ngày càng có

nhiều nghiên cứu áp dụng thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT vào thiết kế công trình địa

kỹ thuật, đóng góp nhiều kết luận có ý nghĩa thực tiễn. Phần nhiều kết quả nghiên cứu

đến nay, kể cả sách giáo khoa, đều cho rằng độ tin cậy này dành cho đất cát sẽ cao hơn

dành cho đất sét hoặc hạt mịn.

SPT là thí nghiệm hiện trƣờng, đƣợc sử dụng rộng rãi trong hoạt động xây dựng.

Bên cạnh việc phản ảnh độ chặt đất rời, thông số này tƣơng quan với những thông số

cơ lý và nén ép khác…Do đó tất cả các yếu tố hiện trƣờng đều ảnh hƣởng đến chỉ số

SPT và ở những mức độ khác nhau. Hầu hết các nghiên cứu cho rằng SPT đối với độ

chặt đất cát sẽ tin cậy hơn đất dính. Riêng đối với đất dính, nếu ở cùng một lớp đất

nhƣng ở những vị tri có độ ẩm khác nhau thì chỉ số SPT khác nhau.

Trƣớc hết, thí nghiệm SPT không phụ thuộc vào đất trạng thái xáo trộn hay

không bị xáo trộn của mẫu. Vì thí nghiệm này đƣợc tiến hành trực tiếp tại hiện trƣờng.

Bởi vì SPT là thí nghiệm hiện trƣờng, cho nên một số yếu tố sau đã đƣợc tổng hợp:

- Về đất : Thành phần khoáng vật, cỡ hạt sỏi sạn so với ống đóng, ứng suất

thẳng đứng và nằm ngang, độ chặt, tính nhạy hay độ ẩm.

- Về thiết bị thi công : năng lƣợng đóng, dây treo, thiết bị khoan, đƣờng kính

ống mẫu, chiều dài cần…

- Về phƣơng thức khảo sát phụ thuộc vào tay nghề ngƣời khảo sát : chiều cao

rơi, dây bị căng, đếm sai, mối nối không chặt, ống mẫu đóng bên trên đáy

vỏ.

- Về nhận định của con ngƣời : Cảm nhận khi ghi khác nhau giữa ngƣời thực

hiện.