Sức chịu tải theo vật liệu là khả năng chịu tải của vật liệu làm cọc trong quá trình chịu lực và thi công, có xét tới các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng cọc trong quá trình thi công và
Trang 1Sức chịu tải của cọc bê
tông
Trang 2Khái niệm
Sức chịu tải của cọc là sức chịu tải nhỏ nhất theo đất nền (Pđn) và theo vật liệu (Pvl) Sức chịu tải theo đất nền là khả năng chịu tải của sức kháng thành cộng với sức kháng mũi cọc Sức chịu tải theo vật liệu là khả năng chịu tải của vật liệu làm cọc trong quá trình chịu lực và thi công, có xét tới các yếu
tố ảnh hưởng tới chất lượng cọc (trong quá trình thi công) và sự tương tác của nền đất xung quanh cọc (làm tăng khả năng ổn định của cọc)
Sức kháng đỡ của cọc có thể được ước tính bằng cách dùng các phương pháp phân tích hay phương pháp thí nghiệm hiện trường Trong tính toán, đất nền được chia làm 2 nhóm chính là đất dính (các loại đất sét) và đất rời(các loại đất cát, bùn không dẻo)
Chú ý: cần xét tới ma sát âm (nếu có) khi tính toán sức chịu tải cọc
Trang 3Quan hệ giữa Pvl và Pđn
Trong các tài liệu nền móng thường nói rằng cần chọn Pđn ≈ Pvl thi càng tiết kiệm với điều kiện là Pđn ≤ Pvl
Tuy nhiên khi thiết kế cọc đóng hoặc cọc ép thì sức chịu tải của cọc Pvl tính
ra luôn phải lớn hơn rất nhiều sức chịu tải của đất nền Pđn vì các lí do sau :
Để cọc không bị phá hoại khi bị máy đóng hoặc ép tác dụng vào nó
Để cọc đủ cứng để thắng lại ma sát đất nền thì cọc mới đóng xuống đựơc Chịu tải trọng công trình truyền xuống
Ví dụ:
Khi thi công ép cọc phải thỏa mãn điều kiện lực Pépmin và Pépmax
Pépmin=(1.5-2)Pthiết kế; Pépmax=(2-3)Pthiết kế
Pthiết kế: tải trọng thiết kế dự kiến tác dụng lên cọc
Pépmax không vượt quá sức chịu tải của vật liệu cọc (Pvl)
Do đó Pthiết kế nhỏ hơn rất nhiều so với Pvl(thường từ 2-3 lần)
Ghi chú:
Đối với trường hợp sau ta cần chú ý sức chịu tải của cọc có thể nhỏ hơn sức chịu tải của nền đất :
Cọc có khoan đẫn ( thông thường cũng ít xảy ra )
Lớp đất trên là bùn cực yếu , ngay phía dưới có lớp đất đá cực cứng , trường hợp này cọc tựa hoàn toàn trên đá đối với trường hợp này nhất thiết phải có biện pháp sử lý sao cho cọc được ngàm vào lớp đất đá đó
Các phương pháp xác định sức chịu tải đứng của cọc
Trang 4Trong lịch sử phát triển của ngành nền móng đã có nhiều phương pháp được
đề xuất để xác định sức chịu tải của cọc Sau đây là một số phương pháp: Phương pháp dựa trên lý thuyết cân bằng giới hạn
Phương pháp này tìm mối liên hệ giữa Qp và Qf với tính chất của đất nền (c,φ) theo lý thuyết cân bằng giới hạn (vật liệu rời) với mô hình Colomb Bước 1 Giả thiết hình dáng các mặt trượt do cắt ở đất nền khi nền bị phá hoại
Bước 2 Phân tích lực ở trạng thái cân bằng cực hạn (tức là ở thời điểm phá hoại)
Bước 3 Dựa trên điều kiện cân bằng lực để tính ra sức chịu tải cực hạn
Có nhiều quan điểm khác nhau về giả thiết mặt trượt:
-Giả định mặt trượt xuất hiện ngay ở mũi cọc, giống sức chịu tải móng nông: Prandtl, Reisner, Caquot, Buisman,
-Giả định mặt trượt mở rộng lên trên: Terzaghi, Debeer, Jaky, Meyerhof -Giả định mặt trượt mở rộng xuống dưới: Berezantzev, Yaroshenko, Vesic -Giả định mặt trượt dạng xuyên thủng cắt:Vesic, Kishida, Takano
Nhược điểm: không chính xác, thường chỉ chính xác với đất rời Ít được sử dụng
Phương pháp dựa trên bán thực nghiệm (có điều chỉnh dựa trên số liệu) Phương pháp này kết hợp giữa phương pháp cân bằng giới hạn và kết hợp điều chỉnh số liệu theo thực nghiệm gồm có các tác giả kinh điển:
Meyerhof,Versíc,Terzaghi: hiện nay ít còn được dùng
Dựa trên mô hình nền (đường cong t-z)
Trang 5Có thể thí nghiệm nhiều mô hình khác nhau, có thể dùng trong bài toán mô hình hóa sự làm việc đồng thời của cọc-đài-công trình
Dựa trên trực tiếp kết quả thí nghiệm xuyên chuẩn SPT
Phương pháp này đã được đưa vào một số tiêu chuẩn, có cả của Việt Nam: Meyerhof, C ông thức Shioi và Fukui (các tác giả Nhật Bản): Được thực tế xác nhận, sử dụng rộng rãi
Dựa trên độ chối cọc đóng
Phương pháp này đã được đưa vào một số tiêu chuẩn, có cả của Việt Nam: Gerxevanov, Hilley: Được thực tế xác nhận, sử dụng rộng rãi.(Xem thêm Phương pháp thử động cọc)
Dựa trên sự truyền sóng (động)
Phương pháp này ứng dụng ở phép thử cho cọc đóng, liên quan đến dựng
mô hình tính tương tác nền cọc và cần những phép đo gia tốc và suất biến dạng động nên rõ ràng phức tạp hơn các phương pháp khác (Xem thêm Thí nghiệm biến dạng lớn (PDA), Thí nghiệm biến dạng nhỏ (PIT))
Sức chịu tải cọc trong các tiêu chuẩn
Sức kháng dọc trục của cọc đóng theo Tiêu chuẩn 22TCN 272-05
Theo 22TCN 272-05 thì có 2 phương pháp tính toán sức chịu tải của cọc đó là: dùng các phương pháp phân tích (ước tính nửa thực nghiệm) và phương pháp dựa trên thí nghiệm hiện trường Trong phương pháp nửa thực nghiệm (điều 10.7.3.3), phần sức kháng thân cọc tiêu chuẩn có đưa ra 3 cách tính là: phương pháp α(anpha), phương pháp β(beta) và phương pháp λ(lamda) Phương pháp phân tích lý thuyết (ước tính nửa thực nghiệm): Phương pháp này được tính toán dựa trên số liệu cường độ kháng cắt không thoát nước
Trang 6của đất Su, xác định bằng thí nghiệm nén 3 trục không cố kết – không thoát nước theo Tiêu chuẩn ASTM D2850 hoặc AASHTO T 234 Phương pháp này chỉ áp dụng cho đất dính, sức kháng là hàm của Su Về sức kháng thành bên tiêu chuẩn đưa ra 3 phương pháp (chi tiết từng phương pháp tham chiếu tiêu chuẩn) là phương pháp α, phương pháp β, phương pháp λ
Phương pháp hiện trường (dựa trên các thí nghiệm hiện trường): Phương pháp này sử dụng kết quả SPT hoặc CPT và chỉ áp dụng cho đất rời
Một số vấn đề
Trong phần tính sức kháng mũi chỉ có công thức tính cho đất sét =
9.Su.Trong phương pháp dựa trên thí nghiệm hiện trường (điều 10.7.3.4) chỉ
áp dụng cho đất cát và bùn không dẻo (be applied only to sand and
nonplastic silts)
Khi tính toán sức chịu tải cho cọc đóng trong các lớp đất sét nhưng không có
số liệu Su (cường độ kháng cắt không thoát nước) từ thí nghiệm bằng máy nén 3 trục mà chỉ có số liệu SPT Như vậy theo 272-05 phải quy đổi từ SPT sang Su để tính bằng phương pháp nửa thực nghiệm Vấn đề này có thể tham khảo ở các sách: và Trong sách này theo Hara (1974), theo Terzaghi và Peck (1967) có đưa ra quan hệ giữa Su và SPT Sử dụng Su và dùng cách tính anpha của Tomlinson để tính sức kháng thành bên của cọc trong lớp đất sét
- Theo 22TCN 272-05 (điều 10.7.3.3.2a): Đưa ra 3 trường hợp tương ứng với 3 hình (hình 10.7.3.3.2a-1) và có chú thích là theo Tomlinson 1987
- Theo: Trang 44 và 45, có đưa ra phiên bản của Tomlinson 1980 và
Tomlinson 1995
Trang 7- Cũng theo: trang 45 có đưa ra cách tính anpha theo API 1987 (American Petrolium Institute)
Theo các phương pháp trên và thấy kết quả có sai khác nhiều
Còn có một số vấn đề sau đây:
- Thứ 1: Trong biểu đồ quan hệ anpha và Su, theo 22TCN 272-05 giới hạn của giá trị Su là 0,2 Mpa còn theo giới hạn của Su là 250Kpa, như vậy nếu tính ra Su lớn hơn 0,25 Mpa thì lấy thế nào? vẫn lấy giá trị đó hay max là 0,25 Mpa?
- Thứ 2: Hệ số dính kết anpha phụ thuộc vào Su và chiều sâu ngàm của cọc vào lớp đất Trên đồ thị chỉ chia ra các trường hợp như 10D, 20D, 40D…nếu các giá trị trung gian thì sao? Có phải nội suy không? Điều này trong cả
272-05 và không nói
- Thứ 3: Quan niệm về các lớp đất địa chất thế nào cho đúng, trong 3 trường hợp nêu ra của Tomlinson đã xét hết các trường hợp chưa? Điều này rất quan trọng vì nó liên quan đến việc tra giá trị ânpha sẽ khác nhau rất nhiều