Tài liệu Phân tích vai trò của cọc xiên cho móng cọc trụ turbine điện gió tỉnh bạc liêu

Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -------------------- NGUYỄN THẾ HUY PHÂN TÍCH VAI TRÒ CỦA CỌC XIÊN CHO MÓNG CỌC TRỤ TURBINE ĐIỆN GIÓ TỈNH BẠC LIÊU Chuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG MSSV: 12860419 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 6 năm 2014 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. LÊ TRỌNG NGHĨA Cán bộ chấm nhận xét 1:.......................................................................................... Cán bộ chấm nhận xét 2:.......................................................................................... Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày……tháng…….năm 2014. Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1. …………………………………………………………….. 2. …………………………………………………………….. 3. …………………………………………………………….. 4. ……………………………………………………………. 5. ……………………………………………………………. Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có). CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG ---------------- CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc ---oOo--Tp. HCM, ngày . . . . . tháng . . . . . năm 2014 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên học viên: NGUYỄN THẾ HUY MSHV: 12860419 Ngày, tháng, năm sinh: 16/08/1985 Nơi sinh: An Giang Chuyên ngành: Địa Kỹ Thuật Xây Dựng MS ngành: 60.58.61 I. TÊN ĐỀ TÀI: PHÂN TÍCH VAI TRÒ CỦA CỌC XIÊN CHO MÓNG CỌC TRỤ TURBINE ĐIỆN GIÓ TỈNH BẠC LIỆU II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: 1. NHIỆM VỤ: - Tổng hợp các phương pháp tính toán của cọc đứng và cọc xiên, mô phỏng bài toán cụ thể bằng Sap2000. Từ đó xuất kết quả phân tích đó so sánh các lực tác dụng vào cọc để rút ra kết luận, kiến nghị. 2. NỘI DUNG: Mở đầu Chương 1: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu Chương 2: Cơ sở lý thuyết Chương 3: Ứng dụng kết quả nghiên cứu để phân tích vai trò của cọc xiên cho móng cọc trụ Turbine gió tỉnh Bạc Liêu Kết luận và kiến nghị III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS. LÊ TRỌNG NGHĨA Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN TS. Lê Trọng Nghĩa PGS.TS. Võ Phán KHOA QL CHUYÊN NGÀNH LỜI CẢM ƠN Trong thời gian học tập và nghiên cứu để hoàn thành khoá học, ngoài nổ lực bản thân còn có sự hướng dẫn, giúp đỡ nhiệt tình của các thầy cô, đồng nghiệp, bạn bè và gia đình. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS. Lê Trọng Nghĩa, là người đã tận tình hướng dẫn và hết lòng giúp đỡ tôi trong suốt thời gian hoàn thành luận án. Tôi xin chân thành tri ân sâu sắc đến các thầy cô trong bộ môn Địa Cơ Nền Móng và các thầy cô đã trực tiếp giảng dạy trong thời gian học tập tại trường. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn sự quan tâm động viên và giúp đỡ của bạn bè và đồng nghiệp đã tạo điều kiện tốt để tôi hoàn thành khoá học. Cuối cùng xin gửi đến Cha Mẹ và gia đình lòng biết ơn vô hạn vì đã luôn động viên cho con trong thời gian học tập. Do hạn chế về thời gian thực hiện, chắc chắn luận văn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong được sự đóng góp ý kiến từ quý thầy cô, đồng nghiệp và bạn bè để luận văn thêm hoàn thiện và có ý nghĩa thực tiễn. Học viên thực hiện Nguyễn Thế Huy TÓM TẮT Tên đề tài: “Phân tích vai trò của cọc xiên cho móng cọc trụ Turbine điện gió tỉnh Bạc Liêu”. Cọc xiên đài cao được nghiên cứu và ứng dụng như một giải pháp với các ưu điểm về khả năng chịu tải trọng ngang và mômen lớn thường được dùng trong các công trình cầu, bến cảng, cầu tàu. Độ nghiêng của cọc có thể thay đổi tùy theo lực ngang tác dụng vào cọc. Nội dung đề tài tập trung nghiên cứu đánh giá khả năng áp dụng móng cọc xiên đài cao cho công trình trụ Turbin điện gió tỉnh Bạc Liêu. Việc thiết kế, tính toán dựa vào mô hình nền Winkler đề giải và dựng trên mô hình Sap2000 để so sánh các phương án cọc từ cọc đứng đến cọc nghiêng 15:1, 10:1 và 5:1. Kết quả thu được giúp đánh giá được chuyển vị ngang, mômen, lực cắt, lực dọc của cọc, từ đó ta rút ra được chuyển vị của móng với độ nghiêng 5:1 là khả thi nhất vì với độ nghiêng này các lực tác dụng vào cọc là nhỏ nhất, lúc này chuyển vị chênh lệch khoảng 87% so với cọc đứng. ABSTRACT Thesis title: "Analysis the role of foundation piles impalements for Wind Power Turbine Bac Lieu provice". Impalements high stations studied and applied as a solution with the advantages of horizontal load bearing capacity and torque are widely used in bridges, docks, piers. The inclination of the pile may vary by a horizontal force applied to the pile. Content topics focused on assessing the applicability of pile foundation oblique high station for working Wind Power Turbine Bac Lieu provice. The design, based on model calculations to solve Winkler foundation and build on SAP2000 model to compare the methos piles from pile stood to pile incline 15:1, 10:1 and 5:1. The results help assess the horizontal displacement, torque, shear force, axial force of the pile, from which we derive the displacement of foundation tilt 5:1 is most feasible. So this tilt the forces at pile is the smallest, at which displacement difference about 87% compared with vertical piles. MỤC LỤC MỞ ĐẦU ................................................................................. Error! Bookmark not defined. 1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI. ....................... Error! Bookmark not defined. 2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU. ................................. Error! Bookmark not defined. 3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU......................... Error! Bookmark not defined. 4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU. ................................. Error! Bookmark not defined. 5. GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI. ..................................... Error! Bookmark not defined. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Error! Bookmark not defined. 1.1. KHÁI NIỆM VỀ MÓNG CỌC ĐÀI CAO: .............. Error! Bookmark not defined. 1.2. CÁC QUAN ĐIỂM THIẾT KẾ ............................. Error! Bookmark not defined. 1.3. CÁC GIẢ THIẾT TÍNH TOÁN ............................... Error! Bookmark not defined. 1.4. CỌC ĐƠN CHỊU TẢI TRỌNG NGANG ................ Error! Bookmark not defined. 1.4.1. Mô hình nền WINKLER ..................................... Error! Bookmark not defined. 1.4.2. Phương pháp đường cong P-Y ........................... Error! Bookmark not defined. 1.4.3. Lý thuyết đàn hồi ................................................ Error! Bookmark not defined. 1.4.4. Phương pháp phần tử hữu hạn .......................... Error! Bookmark not defined. 1.5. NHÓM CỌC CHỊU TẢI TRỌNG NGANG ............ Error! Bookmark not defined. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ..................................... Error! Bookmark not defined. 2.1. PHƯƠNG PHÁP HỆ SỐ NỀN: ............................. Error! Bookmark not defined. 2.2. ẢNH HƯỞNG CỦA BỀ RỘNG CỌC LÊN HỆ SỐ PHẢN LỰC NỀN...........Error! Bookmark not defined. 2.3. CÁC GIÁ TRỊ HỆ SỐ PHẢN LỰC NỀN ĐỀ NGHỊ:Error! Bookmark not defined. 2.4. PHÂN TÍCH KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM TÍNH TOÁN CỌC TRONG ĐẤT RỜI CHỊU TÁC DỤNG CỦA TẢI TRỌNG NGANG ...................... Error! Bookmark not defined. 2.5. Phân tích kết quả thí nghiệm cọc trong đất dính chịu tác dụng tải trọng ngang Error! Bookmark not defined. 2.6. PHƯƠNG PHÁP ĐƯỜNG CONG P-Y: .............. Error! Bookmark not defined. 2.6.1. Cơ sở lý thuyết tính toán ................................ Error! Bookmark not defined. 2.6.2. Phân tích các dạng đường cong p-y cho từng loại đất .. Error! Bookmark not defined. CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐỂ PHÂN TÍCH VAI TRÒ CỦA CỌC XIÊN CHO MÓNG CỌC TRỤ TURBINE GIÓ TỈNH BẠC LIÊU. ............ Error! Bookmark not defined. 3.1. GIỚI THIỆU CÔNG TRÌNH: .................................. Error! Bookmark not defined. 3.1.1. Công trình: ......................................................... Error! Bookmark not defined. 3.1.2. Địa hình: ............................................................. Error! Bookmark not defined. 3.1.3. Địa chất công trình: ............................................ Error! Bookmark not defined. 3.2. SỐ LIỆU PHỤC VỤ BÀI TOÁN: ............................ Error! Bookmark not defined. 3.2.1. Bê tông: .............................................................. Error! Bookmark not defined. 3.2.2. Sóng tính toán cho móng trụ số 62: ................... Error! Bookmark not defined. 3.2.3. Số liệu tính toán do GE ENERGY cung cấp: .... Error! Bookmark not defined. 3.2.4. Tính hệ số tỷ lệ k:............................................... Error! Bookmark not defined. 3.2.5. Tính toán với tải trọng cực hạn: ......................... Error! Bookmark not defined. 3.2.6. Phân tích mô hình: ............................................. Error! Bookmark not defined. 3.3. KẾT QUẢ TÍNH TOÁN .......................................... Error! Bookmark not defined. 3.3.1. Phân tích đồ thị chuyển vị U1 của cọc theo độ sâu:Error! Bookmark not defined. 3.3.2. Phân tích mômen M2 của cọc theo độ sâu: ........ Error! Bookmark not defined. 3.3.3. Phân tích biểu đồ lực cắt của cọc theo độ sâu: .. Error! Bookmark not defined. 3.3.4. Phân tích biểu đồ chuyển vị của cọc tại vị trí đầu cọc ...... Error! Bookmark not defined. 3.3.5. Phân tích biểu đồ moment theo độ nghiêng tại 1 độ sâu nhất định ............Error! Bookmark not defined. 3.3.6. Phân tích biểu đồ lực dọc của cọc tại vị trí đầu cọc .......... Error! Bookmark not defined. 3.3.7. Phân tích biểu đồ lực cắt của cọc tại một độ sâu nhất địnhError! Bookmark not defined. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................... Error! Bookmark not defined. 1. Kết luận: ................................................................. Error! Bookmark not defined. 2. Kiến nghị: ............................................................... Error! Bookmark not defined. TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................... Error! Bookmark not defined. DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Giá trị hệ số phản lực nền theo phương ngang kh (Davisson 1970) ..........23 Bảng 2.2: Giá trị hằng số phản lực nền theo phương ngang nh đối với cát ngập trong nước ..........................................................................................................23 Bảng 2.3: Hệ số nền K cho các loại đất theo một số tác giả .......................................26 Bảng 2.4: Hệ số nền K0 cho các loại đất .....................................................................26 Bảng 2.5: Bảng giá trị 1,2 phụ thuộc o .................................................................28 Bảng 2.6: Bảng giá trị Nq, Nc phụ thuộc o ................................................................30 Bảng 2.7: Giá trị các hệ số sức chịu tải N , Nq ,Nc của Terzaghi ..............................31 Bảng 2.8: Gradient hệ số phản lực ngang ban đầu .....................................................33 Bảng 2.9: Giá trị lực dính không thoát nước ..............................................................34 Bảng 2.10: Giá trị 50 cho đất sét .................................................................................43 Bảng 2.11: Giá trị k cho đất sét .................................................................................45 Bảng 2.12: Giá trị k (N/cm3) cho đất cát ...................................................................47 Bảng 3.1: Tổ hợp tải trọng tác dụng lên móng ...........................................................58 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Sơ đồ móng cọc đài cao. ...............................................................................3 Hình 1.2: Bố trí cọc trên mặt đứng ...............................................................................4 Hình 1.3: Bố trí cọc trên mặt đứng ...............................................................................4 Hình 1.4: Bố trí cọc khi móng hình vành khuyên hoặc hình tròn ................................5 Hỉnh 1.5: cọc nghiêng để chống lại lực xô ngang ........................................................5 Hình 1.6: cọc xiên và cọc đứng được sử dụng trong neo thuyền .................................6 Hình 1.7: cọc xiên hạn chế lực ngang ...........................................................................6 Hình 1.8: Sơ đồ liên kết giữa cọc và đất .....................................................................9 Hình 1.9: Sơ đồ tính toán móng cọc đài cao ...............................................................10 Hình 1.10: Sơ đồ chuyển vị móng cọc đài cao khi chịu tải trọng ...............................10 Hình 1.11 - Đường cong p-y cho cọc đơn .................................................................12 Hình 1.12: Vùng ứng suất trong nhóm cọc................................................................15 Hình 1.13: đường cong p-y cho cọc đơn và nhóm cọc ...............................................17 Hình 2.1: Quan hệ giữa phản lực và chuyển vị của đất ở xung quanh cọc ................18 Hình 2.2: Sự thay đổi hệ số phản lực nền theo độ sâu; (a) đất dính cố kết trước; (b) Đất hạt rời, phù sa cố kết thường và sét; (c) Đất sét cố kết thường; (d) Lớp mặt mềm yếu (Davison, 1963) .......................................................................20 Hình 2.3: Ảnh hưởng của bề rộng cọc tới kích thước của bầu áp lực ........................21 Hình 2.4: Biểu đồ biến dạng phi tuyến gần với quan hệ thiết lập (2.8) theo kết quả thí nghiệm cọc (dài 2m, loại A 27,3cm và loại B 23,7cm, momentt chống uốn 8660 Kpa.m) trong cát chặt vừa (a) và trong cát rời (b) với các độ sâu khác nhau..........................................................................................................24 Hình 2.5: Sơ đồ mặt phá hoại của nền đất phía trước cọc chịu tải ngang ..................28 Hình 2.6: Sơ đồ phá hoại khối đất trước cọc ở độ sâu lớn (a) và sơ đồ tính toán xác định khả năng chịu tải ở độ sâu này (b) ..................................29 Hình 2.7: Biểu đồ thực nghiệm quan hệ biến dạng phi tuyến  – u cho các cọc (cạnh 0,168m dài 7m, momentt uốn 2720KPa.m) trong sét dẻo mềm (a) và cọc (cạnh 0,168m dài 3m, momentt uốn 2720KPa.m) trong sét pha cát dẻo cứng (b) .................................................................................................................32 Hình 2.8: Mô hình đường cong p-y của chuyển vị cọc (2.7a) Hình dạng của đường cong tại độ sâu khác nhau x, (2.7b) Đường cong trên trục chuẩn, (2.7c) Mô hình chuyển vị của cọc .....................37 Hình 2.9: Ứng xử của đất ngoài mặt cắt ngang của cọc (a), mô hình đường cong p-y(b) ..................................................................................................................38 Hình 2.10: Sự phân bố ứng suất của cọc trước và sau khi chuyển vị ngang ..............39 Hình 2.11: Đồ thị đường cong p-y ..............................................................................42 Hình 2.12: Đặc trưng của đường cong p-y của tĩnh tải trong đất sét dưới mực nước ngầm ...........................................................................................................44 Hình 2.13: Giá trị không đổi As và Ac ........................................................................44 Hình 2.14: Đất sét trên mực nước ngầm .....................................................................46 Hình 2.15: Quan hệ p-y của đất cát ............................................................................47 Hình 2.16:Đồ thị thể hiện giá trị Bi, và Ai ..................................................................48 Hình 3.1: Mặt bằng bố trí turbin .................................................................................52 Hình 3.2: Tọa độ xác định tải trọng ............................................................................58 Hình 3.3: Mặt cắt móng ..............................................................................................60 Hình 3.4: Mặt bằng móng ...........................................................................................61 Hình 3.5: định nghĩa các lớp đất con và vị trí lò xo ..................................................62 Hình 3.6: Mô hình tính toán cọc đứng ........................................................................67 Hình 3.7: Mô hình tính toán cọc xiên .........................................................................68 Hình 3.8: Biểu đồ chuyển vị cọc biên số 6 ứng với từng trường hợp móng cọc........69 Hình 3.9: Biểu đồ chuyển vị cọc biên số 16 ứng với từng trường hợp móng cọc......69 Hình 3.10: Biểu đồ chuyển vị cọc giữa số 23 ứng với từng trường hợp móng cọc ...70 Hình 3.11: Biểu đồ chuyển vị cọc giữa số 27 ứng với từng trường hợp móng cọc ...70 Hình 3.12: Biểu đồ chuyển vị tâm cọc số 28 ứng với từng trường hợp móng cọc ....71 Hình 3.13: Biểu đồ moment cọc biên số 6 ứng với từng trường hợp móng cọc ........72 Hình 3.14: Biểu đồ moment cọc biên số 16 ứng với từng trường hợp móng cọc ......72 Hình 3.15: Biểu đồ moment cọc giữa số 23 ứng với từng trường hợp móng cọc ......73 Hình 3.16: Biểu đồ moment cọc giữa số 27 ứng với từng trường hợp móng cọc ......73 Hình 3.17: Biểu đồ moment tâm cọc số 28 ứng với từng trường hợp móng cọc .......74 Hình 3.18: Biểu đồ lực cắt cọc biên số 6 ứng với từng trường hợp móng cọc ..........75 Hình 3.19: Biểu đồ lực cắt cọc biên số 16 ứng với từng trường hợp móng cọc ........75 Hình 3.20: Biểu đồ lực cắt cọc giữa số 23 ứng với từng trường hợp móng cọc ........76 Hình 3.21: Biểu đồ lực cắt cọc giữa số 27 ứng với từng trường hợp móng cọc ........76 Hình 3.22: Biểu đồ lực cắt tâm cọc số 28 ứng với từng trường hợp móng cọc .........77 Hình 3.23: Biểu đồ chuyển vị ngang của cọc biên số 6 tại vị trí đầu cọc ứng với từng trường hợp móng cọc ....................................................................................78 Hình 3.24: Biểu đồ chuyển vị ngang của cọc biên số 16 tại vị trí đầu cọc ứng với từng trường hợp móng cọc ....................................................................................78 Hình 3.25: Biểu đồ chuyển vị ngang của cọc giữa số 23 tại vị trí đầu cọc ứng với từng trường hợp móng cọc ....................................................................................70 Hình 3.26: Biểu đồ chuyển vị ngang của cọc giữa số 27 tại vị trí đầu cọc ứng với từng trường hợp móng cọc ....................................................................................79 Hình 3.27: Biểu đồ chuyển vị ngang của tâm cọc số 28 tại vị trí đầu cọc ứng với từng trường hợp móng cọc ....................................................................................80 Hình 3.28: Biểu đồ moment cọc biên số 6 ứng với từng trường hợp móng cọc tại độ sâu -10m .........................................................................................................81 Hình 3.29: Biểu đồ moment cọc biên số 16 ứng với từng trường hợp móng cọc tại độ sâu -10m ......................................................................................................81 Hình 3.30: Biểu đồ moment cọc giữa số 23 ứng với từng trường hợp móng cọc tại độ sâu -10m ......................................................................................................82 Hình 3.31: Biểu đồ moment cọc giữa số 27 ứng với từng trường hợp móng cọc tại độ sâu -10m ......................................................................................................82 Hình 3.32: Biểu đồ moment tâm cọc số 28 ứng với từng trường hợp móng cọc tại độ sâu -10m ............................................................................................................83 Hình 3.33: Biểu đồ lực dọc của cọc biên số 6 tại vị trí đầu cọc ứng với từng trường hợp móng cọc ...................................................................................................84 Hình 3.34: Biểu đồ lực dọc của cọc biên số 16 tại vị trí đầu cọc ứng với từng trường hợp móng cọc ...................................................................................................84 Hình 3.35: Biểu đồ lực dọc của cọc giữa số 23 tại vị trí đầu cọc ứng với từng trường hợp móng cọc ...................................................................................................85 Hình 3.36: Biểu đồ lực dọc của cọc giữa số 27 tại vị trí đầu cọc ứng với từng trường hợp móng cọc ...................................................................................................85 Hình 3.37: Biểu đồ lực dọc của tâm cọc số 28 tại vị trí đầu cọc ứng với từng trường hợp móng cọc ...................................................................................................86 Hình 3.38: Biểu đồ lực cắt của cọc biên số 6 tại độ sâu -19m ứng với từng trường hợp móng cọc ...................................................................................................87 Hình 3.39: Biểu đồ lực cắt của cọc biên số 16 tại độ sâu -19m ứng với từng trường hợp móng cọc ...................................................................................................87 Hình 3.40: Biểu đồ lực cắt của cọc giữa số 23 tại độ sâu -19m ứng với từng trường hợp móng cọc ...................................................................................................88 Hình 3.41: Biểu đồ lực cắt của cọc giữa số 27 tại độ sâu -19m ứng với từng trường hợp móng cọc ...................................................................................................88 Hình 3.42: Biểu đồ lực cắt của tâm cọc số 28 tại độ sâu -19m ứng với từng trường hợp móng cọc ...................................................................................................89 -1- MỞ ĐẦU 1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI. Trong những năm gần đây, nhằm cung cấp cho xã hội một nguồn năng lượng tái tạo tiềm năng và rất ít ảnh hưởng đến môi trường sống. Theo nghiên cứu của WorldBank thì Việt Nam với biển và bờ biển dài và nhiều đảo là một quốc gia có tiềm năng lớn về năng lượng gió. Những trạm phát điện sức gió (Turbine gió) đã được xây dựng nhiều trên đất liền, dù ít nhưng vẫn có những ảnh hưởng nhất định đến môi trường nhất là về tiếng ồn, và chiếm quỹ đất trồng trọt đáng kể. Turbine phát điện nhờ sức gió ngoài biển (Phong điện biển) là một hướng đang được các nước trên thế giới phát triển nhằm tận dụng vận tốc gió lớn và ổn định ngoài biển và giảm tiếng ồn, không chiếm đất dành cho canh tác như: nhà máy điện gió Bình Thuận, Ninh Thuận, … được xây dựng được xây dựng để đáp ứng nhu cầu về năng lượng ngày càng tăng của nước ta. Gần đây ở Bạc Liêu có dự án xây dựng toàn bộ nhà máy điện gió đặt trên mặt biển trông như một cánh đồng turbine trên biển. Để thiết kế hợp lý với các công trình chịu tải trọng lớn mà lớp đất tốt nằm dưới sâu, giảm được biến dạng lún và lún không đều, Công ty TNHH Xây dựng Thương mại- Du lịch Công Lý dùng phương pháp móng cọc xiên làm tăng tính ổn định của các công trình có chiều cao lớn, tải trọng ngang lớn. 2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU. Mục tiêu chính của đề tài nghiên cứu này là tìm ra cơ chế phân bố tải và xác định được vai trò của cọc khi có cọc xiên và không có cọc xiên bằng phương pháp mô phỏng bằng phần mềm Sap2000. Từ đó so sánh với kết quả quan trắc thực tế, và tìm ra phương pháp tính thích hợp cho móng cọc trụ turbine ở nước ta. Để đạt được mục tiêutrong nghiên cứu trên, thì các vấn đề sau đây cần được xem xét: - Tổng hợp các phương pháp nghiên cứu về ảnh hưởng của nền đất xung quanh cọc,đặc biệt trong điều kiện nền đất bị giới hạn về chuyển vị theo phương -2- ngang trong đất yếu theo cấu tạo địa chất phổ biến ở các công trình cống khu vực các tỉnh đồng bằng sông Cửu Long - Khi độ nghiêng của cọc thay đổi thì moment, lực dọc, lực cắt ảnh hưởngđến cọc như thế nào? - Phân tích, so sánh kết quả đưa ra nhận xét thực tiễn. 3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. Để nghiên cứu các nội dung nêu trên, học viên đã lựa chọn phương pháp nghiên cứu chính của đề tài như sau: - Tổng hợp và phân tích kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm liên quan đến vấn đề đề cập. - Trên cơ sở tổng hợp các phương pháp tính toán của bài toán đặc thù, mô phỏng bài toán cụ thể bằng phương pháp phần tử hữu hạn. - Phân tích kết quả tính toán để đề ra các kiến nghị, kết luận thực tế. 4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU. Nội dung của luận văn chỉ tập trung nghiên cứu vào các vấn đề sau: - Phân tích các nghiên cứu tính toán có cọc xiên và không có cọc xiên. - Dùng phương pháp mô phỏng bằng Sap2000 các trường hợp có cọc xiên và không có cọc xiên xuất ra kết quả để nhận xét. 5. GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI. Do điều kiện hạn chế nên tác giả chỉ nghiên cứu cho địa chất ở tỉnh Bạc Liêu và chưa có số liệu quan trắc cụ thể để so sánh với kết quả tính toán. -3- CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. KHÁI NIỆM VỀ MÓNG CỌC ĐÀI CAO: Móng cọc đài cao là loại móng cọc có đáy đài thường nằm cao hơn mặt đất tự nhiên đối với móng của mố trụ, cầu thì mặt đất này phải là đáy sông sau khi xói lở ổn định (hình 1.1). Khác với móng cọc đài thấp khi chịu tác dụng của tải trọng ngang và mômen thì xem như tải trọng ngang hoàn toàn do đất từ đáy đài trở lên tiếp nhận. Với móng cọc đài cao, khi chịu tác dụng của tải trọng ngang và mômen thì các tải trọng này sẽ phân phối lên các cọc và các cọc sẽ tiếp thu các lực này. Hình 1.1: Sơ đồ móng cọc đài cao Móng cọc đài cao thường được dùng trong các công trình cầu (móng mố, trụ cầu) hoặc bến cảng, cầu tàu, cầu cảng, …. Điều kiện làm việc khác nhau giữa móng đài cao và móng đài thấp là: móng cọc đài thấp khi chịu tác dụng của tải trọng ngang và mômen thì xem như toàn bộ tải trọng này do đất từ đáy đài trở lên tiếp nhận. còn đối với móng cọc đài cao, thì các tải trọng này sẽ phân phối lên các cọc để tác dụng lên đất. Vì vậy, các cọc trong móng cọc đài cao làm việc chịu uốn rất rõ rệt. -4- Về phương diện chịu lực, thì tùy tình hình cụ thể của địa chất, tải trọng công trình tác dụng mà bố trí cọc cho thích hợp. Bố trí cọc theo mặt đứng: trường hợp chỉ có tải trọng ngang thẳng đứng tác dụng lên đài thì bố trí cọc thẳng đứng và cách đều nhau. Trường hợp có tải trọng ngang và mômen lớn thì phải tăng độ cứng ngang của móng bằng cách bố trí cọc xiên, có thể xiên đứng 1 chiều hoặc 2 chiều ( độ xiên từ 1:5 ; 1:7 ; 1:10 hình 1.2) hoặc kết hợp các cọc đứng và cọc xiên thường khó khăn nếu mômen và lực ngang không đều thì nên bố trí cọc thẳng đứng. Bố trí cọc trên mặt bằng: nếu bố trí cọc đều nhau để dễ thi công, có thể bố trí theo hình ô chữ nhật hoặc bố trí dạng hình hoa mai (hình 1.3). Trường hợp móng lệch tâm lớn có thể bố trí cọc dày hơn phía lệch tâm, lúc này số hàng cọc khoảng cách vẫn đều nhau, số cọc trong mỗi hàng khoảng cách không đều nhau. Bố trí cọc khi móng hình vành khuyên và móng hình tròn (hình 1.4). Hình 1.2: Bố trí cọc trên mặt đứng Hình 1.3: Bố trí cọc trên mặt đứng -5- Hình 1.4: Bố trí cọc khi móng hình vành khuyên hoặc hình tròn Các dạng cọc xiên thường gặp: Hinh 1.5: cọc nghiêng để chống lại lực xô ngang -6- Hình 1.6: cọc xiên và cọc đứng được sử dụng trong neo thuyền Hình 1.7: cọc xiên hạn chế lực ngang -7- 1.2. CÁC QUAN ĐIỂM THIẾT KẾ 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. - 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. 1.3. CÁC GIẢ THIẾT TÍNH TOÁN Để tính toán nội lực móng cọc đài cao, người ta thường dựa vào các giả thuyết cơ bản sau đây: Giả thiết 1: Chia hệ kết cấu khung không gian thành hai hệ kết cấu khung phẳng và toán độc lập nhau theo phương pháp chuyển vị, giả thiết này nhằm đơn giản hóa trong tính toán nhưng không dẫn đến những sai số quá đáng. Tính toán đài theo hệ phẳng, tức là coi khung nằm trong 1 mặt phẳng đó – gọi là mặt phẳng tính toán. Mặt phẳng tính toán thường lấy là mặt phẳng đối xứng của đài cọc, đối với mố (trụ) cầu mặt phẳng tính toán là các mặt phẳng đứng đi qua trục dọc và trục ngang của cầu.