Bộ giáo dục đào tạo Trường Đại học Giao Thông Vận tải o O o Ngô Thị Thanh Hương Phân tích , đánh giá số vấn đề tính toán cọc móng cọc theo Tiêu chuẩn TCXD 205:1998 Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 Luận ¸n th¹c sü kü tht Ngêi híng dÉn khoa häc: PGS.TS : Nguyễn Thị minh nghĩa Hà nội - 2005 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Ngành Xây dựng Công trình Giao thông Mục lục Mở đầu Ch¬ng I: Tỉng quan vỊ mãng cọc Tiêu chuẩn thiết kế móng cọc hành xây dựng công trình giao thông Việt nam 1.1 Kh¸i niƯm chung vỊ nỊn mãng 1.1.1 Kh¸i niÖm chung 1.1.2 Kh¸i niƯm chung vÒ mãng cäc 1.2 Giíi thiƯu vỊ Tiªu chn TCXD 205:1998 1.2.1 Giíi thiƯu chung 1.2.2 NÒn mãng 1.3 Giíi thiƯu vỊ Tiªu chn 22TCN272-05 1.3.1 Giíi thiƯu chung 1.3.2 NỊn vµ mãng Chương II: Phân tích đánh giá số vấn đề tính toán cọc móng cọc theo tiªu chuÈn TCXD 205:1998 12 2.1 Phương pháp tính toán móng theo trạng thái giới hạn 12 2.1.1 T¶i trọng tác dụng móng 12 2.1.2 Các trạng thái giíi h¹n 13 2.1.3 Các tổ hợp tải trọng tác dụng móng 13 2.1.4 Khái quát phương pháp tính toán mãng cäc 14 2.2 Tải trọng tác dụng cọc 15 2.2.1 §èi víi mãng cäc bƯ thÊp 15 2.2.2 §èi víi mãng cäc bÖ cao 16 2.3 Khả chịu t¶i däc trơc cđa cäc 18 2.3.1 Khả chịu tải theo điều kiện cường độ vật liệu làm cọc 18 2.3.2 Một số phương pháp tính toán sức chịu tải cọc theo đất 18 2.4 TÝnh cäc díi t¸c dơng đồng thời tải trọng đứng, tải trọng ngang 33 m« men 33 2.4.1 Điều kiện kiểm tra chuyển vị ngang vµ gãc xoay 33 2.4.2 Tính toán sức chịu tải trọng ngang theo phương pháp Broms(1964) 36 2.5 Đặc điểm thiết kÕ mãng ®èi víi vïng cã ®éng ®Êt 38 2.6 Tính toán độ lón cđa mãng cäc 40 2.6.1 §é lón cđa cäc ®¬n 40 2.6.2 Tính toán độ lún cña nhãm cäc 41 2.7 NhËn xÐt 45 Chương III: Phân tích đánh giá số vấn đề tính toán cọc Móng cäc theo tiªu chuÈn 22 TCN 272-05 47 3.1 Tính toán móng cọc theo tiêu chuẩn 22TCN 272-05 47 3.1.1 Tính toán móng theo tiêu chuẩn 22TCN272-05 47 Ngô Thị Thanh Hương i Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Ngành Xây dựng Công trình Giao thông 3.1.2 Các trạng thái giới hạn 47 3.1.3 T¶i träng 49 3.1.4 HÖ số tải trọng tổ hợp tải trọng 50 3.2 §Õ mãng 51 3.2.1 Cấu tạo đế mãng 51 3.2.2 Vật liêu xây dựng móng cäc 52 3.2.3 Kiểm toán đế móng 52 3.3 Cäc ®ãng 58 3.3.1 CÊu t¹o cäc 58 3.3.2 Søc kh¸ng ®ì tÝnh to¸n cđa cäc 58 3.3.3 §é lón cđa nhãm cäc ( TTGH sư dơng) 74 3.4 Cäc khoan 81 3.4.1 CÊu t¹o cđa cäc khoan 81 3.4.2 Søc kh¸ng cđa cäc khoan 82 3.4.3 Chuyển vị trạng thái giới hạn sử dụng 90 3.4.4 Søc kh¸ng cđa nhãm cäc 90 3.4.5 T¶i träng ngang 90 3.4.6 Khả chịu tải nhãm cäc 90 3.4 Thử tải cọc kiểm tra trêng 91 3.4.1 Phương pháp thí nghiệm tải trọng tĩnh 91 3.4.2 Ph¬ng pháp thí nghiệm tải trọng động 92 3.5 So s¸nh sù kh¸c TCXD 205:1998 22TCN272-05 93 3.5.1 Khoảng cách cọc 93 3.5.3 Lùc nhæ 95 3.5.4 Khả chịu tải nhóm cọc (Sức kháng đỡ dọc trục cđa nhãm cäc) 95 3.5.5 BiÕn d¹ng o»n cña cäc 95 3.5.6 §é lón cđa nhãm cäc 95 3.6 VÝ dơ tÝnh to¸n 95 3.6.1 Dự án xây dựng cầu Thanh Trì 96 3.6.2 Công trình nhà làm việc Bộ thương mại 97 Ch¬ng IV: Kết luận kiến nghị 98 4.1 KÕt luËn 98 4.2 KiÕn nghÞ 98 Tài liệu tham khảo 99 PhÇn phơ lơc 100 Ngô Thị Thanh Hương ii Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Ngành Xây dựng Công trình Giao thông Mở đầu Trước tính toán móng công trình cầu theo Quy trình tính toán cầu cống theo TTGH-22TCN18-79, có tồn sau: - Các phương pháp thí nghiệm đất đại trường chưa có quy trình, nên chưa đưa vào công thức tính sức chịu tải cọc theo thí nghiệm xuyên tĩnh, xuyên tiêu chuẩn - Cọc khoan đổ bê tông chỗ chưa có quy trình - Các phương pháp thí nghiệm xác định sức chịu tải cọc đại chưa có quy trình : Thí nghiệm động biến dạng lớn, phương pháp thí nghiệm Osterberg Cell. Tháng năm 1986 Bộ Xây dựng đà ban hành Móng cọc- tiêu chuẩn thiết kế20TCN21-86 dựa Tiêu Chuẩn móng cọc Liên Xô cũ (SniP 2.02.03.85) Trong khoảng từ năm 1991-1992 ngành GTVT bắt đầu ứng dụng cọc khoan đổ bê tông chỗ ( cọc khoan nhồi) cho Cầu Uông Bí, cầu Đông Hà với d = 60cm, cầu Việt Trì d = 130cm thiết kế móng theo 20TCN21-86 Các cầu có nguồn vốn nước thiết kế theo Tiêu chuẩn Tiêu chuẩn hành thiết kế móng cọc nước ta Móng cọc-tiêu chuẩn thiết kÕ” cã ký hiƯu TCXD 2O5:1998 cđa Bé X©y dùng ban hành năm 1998 biện dịch theo Tiêu Chuẩn móng cọc Liên Xô cũ (SniP 2.02.03.85), Tiêu chuẩn 20TCN21-86 Tiêu chuẩn móng Anh (BS 8004:1986) Tiêu chuẩn áp dụng để thiết kế công trình xây dựng dân dụng, xây dựng cầu đường đường sắt Vào khoảng năm 90 dự án xây dựng cầu đường với nguồn vốn ODA, tư vấn nước đà đề nghị số Tiêu chuẩn thiết kế cầu nói chung Tiêu chuẩn thiết kế móng cọc nói riêng nước ngoài, có xét đến điều kiện Việt Nam Một số Tiêu chuẩn đề nghị đà áp dụng cho dự án nước ta như: cầu Gianh (Quảng Bình, 1998) thiết kế theo Tiêu chuẩn Pháp, cầu Mỹ Thuận (Vĩnh Long năm 2000) thiết kế theo tiêu chuẩn úc ( AUSTR.ROAD-1992), cầu Cần Thơ thiÕt kÕ theo tiªu chuÈn AASHTO-LRFD (Load and Resistance Factor Design Thiết kế theo hệ số tải trọng sức kháng) Như đà có nhiều Tiêu chuẩn nước khác đà áp dụng để thiết kế cầu, cần có Tiêu chuẩn thiết kế cầu thống để quản lý dự án xây dựng cầu có vốn nước hội nhập với hệ thống tiêu chuẩn thiết kế cầu đường quốc tế khu vực Tiêu chuẩn thiết kế cầu phải đồng với tiêu chuẩn vật liệu, thí nghiêm, thi công, bảo dưỡng, sửa chữa tăng cường, kiểm định đánh giá cầu Mặt khác,trong điều kiện nước ta đủ điều kiện lực, kinh nghiệm thời gian để tự xây dựng, soạn thảo hệ thống Tiêu chuẩn Cầu đường riêng Và nhận thấy, nhiều nước sử dụng Tiêu chuẩn AASHTO bên cạnh tiêu chuẩn riêng nước chịu ảnh hưởng lớn hệ thống Tiêu chuẩn Ngô Thị Thanh Hương Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Ngành Xây dựng Công trình Giao thông Sau xem xÐt, lùa chän cÈn thËn, Bé Giao th«ng Vận tải đà chọn Tiêu chuẩn AASHTO-LRFD 1998 (xuất lần thứ hai) làm sở có xét đến điều kiện môi trường, khí hậu, tự nhiên để biên soạn Tiêu chuẩn Thiết kế cầu vào tháng năm 2001, Tiêu chuẩn thiết kế cầu ký hiệu 22TCN 272-01 đà Bộ Giao thông Vận tải cho áp dụng thư nghiƯm tríc xem xÐt thay thÕ Tiªu chn hành Tháng năm 2005, Tiêu chuẩn Thiết kế cầu ký hiệu 22TCN-272-01 đà Bộ Giao thông Vận tải áp dụng thức đổi tên thành 22TCN-272-05 Như số tuyến quốc lộ có Cầu thiết kế phần móng cọc theo Tiêu Chuẩn 20TCN21-86( TCXD 2O5:1998), Tiêu chuẩn AASHTO 1996 Tiêu chuẩn 22TCN 272-01( 22TCN 272-05) Vậy vấn đề đặt : Những Cầu đà thiết kế phần móng cọc theo Tiêu Chuẩn TCXD 2O5:1998 thiết kế theo Tiêu chuẩn 22TCN 272-05 trình tính toán phương pháp tính có khác biệt? Do mục đích để tài nhằm tìm hiểu rõ số vấn đề tính toán cọc theo tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 Tiêu chuẩn TCXD 2O5:1998, từ đưa số ý kiến nhận xét nhằm góp phần áp dụng rộng rÃi có hiệu Tiêu chuẩn Thiết kế Cầu 22 TCN 272-05 Ngô Thị Thanh Hương Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Ngành Xây dựng Công trình Giao thông Chương I: Tổng quan móng cọc Tiêu chuẩn thiết kế móng cọc hành xây dựng công trình giao thông Việt nam 1.1 Kh¸i niƯm chung vỊ nỊn mãng 1.1.1 Kh¸i niƯm chung Như đà biết hầu hết công trình xây dựng loài người, từ nhà thô sơ đến công trình đại nay, phải tựa lên đất Vì đất có cường độ nhỏ nhiều so với vật liệu công trình phần tiếp giáp công trình đất thường mở rộng thêm gọi móng Vậy móng phận kéo dài xuống công trình nằm ngầm đất Móng có nhiệm vụ truyền tải từ công trình lên đất Khi thiết kế xây dựng công trình phải luôn ý cố gắng để thoả mÃn thật tốt yêu cầu sau đây: Bảo đảm làm việc bình thường công trình trình sử dụng Bảo đảm cường độ phận toàn công trình Bảo đảm thời gian xây dựng công trình ngắn gia thành công trình rẻ Về yêu cầu thứ ta thấy công trình có độ lớn chuyển vị ngang lớn, lún chênh lệch nhiều công trình làm việc bình thường được, chưa bị phá hỏng Về yêu cầu thứ hai ta thấy cường độ công trình phụ thuộc vào thân kết cấu công trình mà phụ thuộc phần lớn vào cường độ ổn định đất đáy công trình đó, đặc biệt công trình thường xuyên chịu tải trọng ngang Muốn thoả mÃn yêu cầu thứ ba trước hết phải thoả mÃn hai yêu cầu Ngoài việc chọn biện pháp tính toán, cấu tạo, xây dựng tổ chức thi công móng có ảnh hưởng nhiều đến thời gian giá thành công trình Các tài liệu tổng kết nước nước cho thấy giá thành xây dựng móng thường chiếm 20ữ30% giá thành xây dựng toàn công trình Trong số trường hợp tỷ số lên tới 50ữ60% Kinh nghiệm thực tế cho thấy hầu hết công trình bị hư hỏng việc giải chưa tốt vấn đề móng gây Từ ta thấy việc nghiên cứu móng công trình cách toàn diện, mặt học để đưa phương ph¸p tÝnh to¸n chuÈn x¸c nhÊt cã mét ý nghÜa quan trọng đôi với tư vấn thiết kế 1.1.2 Khái niệm chung móng cọc Móng công trình chia thành hai loại : Móng nông( độ sâu chôn móng h6m) Ngô Thị Thanh Hương Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Ngành Xây dựng Công trình Giao thông Móng cọc loại móng sâu, thường dùng tải trọng lớn lớp đất tốt nằm sâu lòng đất, xây dựng dựa cụm cọc cọc đơn lẻ Móng cọc phân loại theo tiêu chí sau: ã Vật liệu chế tạo cọc Phân loại theo vật liệu chế tạo, cọc chia thành loại cọc sau: Cọc gỗ, cọc thép, cọc bê tông cốt thép, cọc bê tông cốt thép dự ứng lực ã Hình dáng cọc Phân loại theo hình dáng , cọc chia thành loại cọc sau: Cọc vuông( cọc thẳng , cọc tháp, cọc trụ tròn ( cọc có tiết diện không đổi), cọc mở rộng chân, cọc ống ã Đường kính cọc Phân loại theo đường kính , cọc chia thành loại cäc sau: Cäc ®êng kÝnh nhá D ≤ 60cm, cäc ®êng kÝnh lín 60cm 50 > 19 3.4.2.2.2 Søc kh¸ng mịi cäc Søc kh¸ng mũi cọc danh định tính toán cách dùng phương pháp quy định Bảng 1, với ký hiệu sau sử dụng: Ncorr = số búa SPT-N đà hiệu chỉnh cho áp lực tầng phđ (bóa/300mm) [0,77 lg (1,92 / σ’v)] N = N = sè bóa SPT cha hiƯu chØnh (Bóa/300mm) D = ®êng kÝnh cña cäc khoan (mm) Dp = ®êng kÝnh mũi cọc khoan (mm) Db = v chiều sâu chôn cọc khoan lớp chịu lực cát (mm) = ứng suất lực thẳng đứng hữu hiệu (MPa) Đối với đường kính đáy lớn 1270mm, qp phải chiÕt gi¶m nh sau: q pr = 1270 qp Dp (3.72)-A 10.8.3.4.3-1 Bảng 3.8-A10.8.3.4.3-1 Tổng kết phương pháp dùng ®Ĩ íc tÝnh Søc kh¸ng mịi cäc, qp, MPa cđa cọc khoan cát Mô tả Tham khảo Toumavà Reese (1974) Ngô Thị Thanh Hương Rời - qp (MPa) = 0,0 ChỈt võa - qp (MPa) = 1,5 k 86 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Ngành Xây dựng Công trình Giao thông 3,8 k Rất chặt - qp (MPa) = Meyerhof(1976) ã K = Dp 500 mm ã K = 0.6 Dp Dp ≥ 500 mm • ChØ dïng Db > 10D Qp (MPa) = 0,013N corr D b Dp < 0,13 Ncorr cát < 0,096 Ncorr bùn không dẻo Reesevà Wright (1977) Reesevà O'Neill (1988) Qp (MPa) = 0.064 N ®èi víi N ≤ 60 Qp (MPa) = 3,8 ®èi víi N > 60 Qp (MPa) = 0,057 N ®èi víi N ≤ 75 Qp (MPa) = 4,3 N > 75 3.4.2.3 Sức kháng dọc trục đá Để xác định sức kháng dọc trục cọc khoan ngàm hốc đá, bỏ qua sức kháng mặt bên từ trầm tích đất phủ nằm Nếu đá bị xuống cấp, dùng phương pháp thi công đặc biệt, đường kính hốc đá lớn phải xét đến chiết giảm sức kháng hốc đá Các hệ số sức kháng cho cọc khoan ngàm đá phải lấy quy định Bảng 3.9 3.4.2.4 Sức kháng nhổ 3.4.2.4.1 Sức kháng nhổ cọc khoan đơn Sức kháng nhổ cọc khoan đơn vách thẳng ước tính theo cách tương tự để xác định sức kháng bên cọc khoan chịu nén Khi xác định sức kháng nhổ cđa cäc khoan loe cã thĨ bá qua søc kh¸ng bên phía phần loe giả thiết phần loe làm việc neo Khả chống nhổ tính toán cọc khoan loe đất dính, Qr xác định sau: Qr = Qn = Qsbell (3.73)-A10.8.3.7.2-1 đây: Ngô Thị Thanh Hương 87 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Ngành Xây dựng Công trình Giao thông Qsbell = qsbell Au (3.74)-A 10.8.3.7.2-2 đây: qs bel l = NuSu (MPa) Au = Nu = hƯ sè dÝnh b¸m lên, Dp = đường kính phần loe (mm) Db = chiều sâu chôn lớp móng (mm) D = ®êng kÝnh cña cäc khoan (mm) π (Dp2 − D2) (mm2) Su = cường độ kháng cắt không thoát nước lấy trung bình khoảng cách lần đường kính loe (2Dp) phía đáy (MPa) = hệ số sức kháng quy định Bảng 10.5.5.3 Bảng 3.9-A10.5.5-3 Các hệ số sức kháng trạng thái giới hạn cường độ địa kỹ thuật cọc khoan chịu tải dọc trục Phương pháp/Đất/Điều kiện Hệ số sức kháng Sức kháng thành Phương pháp bên đất sét (Reese & ONeill 1988) 0,65 Sức kháng mũi Tổng ứng suất 0,55 cọc đất sét Ngô Thị Thanh Hương (Reese & ONeill 1988) 88 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Ngành Xây dựng Công trình Giao thông Touma & Reese (1974) Meyerhof (1976) Xem Sức kháng thành Quiros & Reese (1977) bên cát Khả chịu Reese & Wright (1977) đề cập Điều 10.8.3.4 Reese & O′Neill (1988) lùc tíi h¹n cđa cäc khoan đơn Touma & Reese (1974) Meyrhof (1976) Xem Sức kháng mũi Quiros & Reese (1977) cọc cát Reese & Wright (1977) đề cập Điều 10.8.3.4 Reese & ONeill (1988) Sức kháng thành Carter & Kulhawy (1988) 0,55 bên đá Horvath & Kenney (1979) 0,65 Hiệp hội địa kỹ thuật (1985) 0,50 Sức kháng mũi cọc đá Canada Phương pháp đo áp lực (Hiệp hội địa kỹ thuật Canada, 1985) 0,50 Sức kháng thành Thí nghiệm tải trọng 0,80 bên sức kháng mũi cọc Phá hoại khối Sét Sét Khả nâng chịu Cát lực nhổ cọc khoan đơn 0,65 Phương pháp 0,55 (Reese & O′Neill) Cäc loe 0,50 Touma & Reese (1974) Xem Meyrhof (1976) cậptrong Quiros & Reese (1977) đề Điều 10.8.3.7 Reese & Wright (1977) Reese & O’Neill (1988) Ng« Thị Thanh Hương 89 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Ngành Xây dựng Công trình Giao thông Carter & Kulhawy 0,45 Horath & Kenny 0,55 ThÝ nghiƯm t¶i träng 0,80 Khả chịu Cát 0,55 lực Đất sét 0,55 Đá nhổ nhóm cọc Nếu đất phía địa tầng móng đất trương nở, Su phải lấy giá trị trung bình nhỏ 2.0Dp phía đáy móng chiều sâu xuyên cọc khoan địa tầng móng Giá trị Nu giả thiết thay đổi tuyến tính từ 0.0 Db/Dp = 0.75 đến giá trị 0.8 Db/Dp = 2.5, Db chiều sâu địa tầng móng Đỉnh địa tầng móng phải lấy từ đáy vùng thay đổi độ ẩm theo mùa 3.4.3 Chuyển vị trạng thái giới hạn sử dụng 3.4.3.1 Chuyển vị ngang Các quy định cọc đóng phải áp dụng thích hợp 3.4.3.2 Độ lún 3.4.3.2.1 Độ lún cọc khoan đơn Phải ước tính độ lún cọc khoan đơn có xét đến: độ lún ngắn hạn, ®é lón cè kÕt nÕu cäc thi c«ng ®Êt dính, nén dọc trục cọc khoan 3.4.3.2.2 Độ lún nhóm cọc Các quy định cọc đóng áp dụng thích hợp 3.4.4 Sức kháng nhổ nhóm cọc Các quy định cọc đóng ¸p dơng C¸c hƯ sè søc kh¸ng ®èi víi søc kháng nhổ nhóm cọc khoan phải lấy quy định Bảng 10.5.4.3 3.4.5 Tải trọng ngang Thiết kế cọc khoan chịu tải trọng ngang phải xét đến ảnh hưởng tương tác cọc đất bao gồm số lượng cọc nhóm Đầu cọc khoan phải cố định vào bệ cọc 3.4.6 Khả chịu tải nhóm cọc 3.4.6.1 Đất dính Các quy định cọc đóng áp dụng, nhiên: Ngô Thị Thanh Hương 90 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Ngành Xây dựng Công trình Giao thông Hệ số sức kháng khả chịu tải nhóm cọc trụ tương đương, phá hoại khối phải lấy quy định Bảng 10.5.5.3 phải ứng dụng bệ cọc có không tiếp xúc với đất Các hệ số sức kháng cho khả chịu tải nhóm cọc tính toán tổng khả cọc khoan riêng lẻ, chúng giống giá trị cho khả cọc khoan đơn 3.4.6.2 Đất rời Không xét đến tiếp xúc bệ cọc với đất, khả riêng rẽ cọc khoan phải chiết giảm hệ số cho cọc đứng riêng biệt, lấy sau: = 0,65 khoảng cách tim đến tim 2,5 lần đường kính, = 1,0 khoảng cách tim đến tim 6,0 lần đường kính, Đối với khoảng cách trung gian, giá trị xác định nội suy tuyến tính 3.4.6.3 Nhóm cọc đất tốt nằm lớp đất chịu nén yếu Các quy định cọc đóng áp dụng 3.4 Thử tải cọc kiểm tra trường 3.4.1 Phương pháp thí nghiệm tải trọng tĩnh 3.4.1.1 Phương pháp nén tĩnh( theo phần 2.3.2.4 chương 2) 3.4.1.2 Phương pháp thí nghiệm Osterberg Cell 3.4.1.2.1 Nguyên lý Phương pháp dùng lực ma sát thành tự trọng cọc làm đối trọng để kiểm tra khả chịu tải mũi cọc, phản lực tác dụng lên tải trọng thử Thông qua kích đặt mũi cọc tác dụng lực lên mũi cọc Lực tăng theo cấp theo thời gian đạt tải trọng yêu cầu 3.4.1.2 Kết qủa thu Từ số liệu theo dõi trường, người ta xây dựng đường quan hệ chuyển vị tải trọng tác dụng lên thân cọc mũi cọc theo thời gian Đồ thị làm để xác định sức chịu tải cọc 3.4.1.2 Nhận xét Ưu điểm: Không cần đối trọng hay cọc neo mà dùng ma sát thân cọc làm đối trọng Tránh ảnh hưởng đối trọng hay cọc neo tới mối quan hệ đất cọc phương pháp thử tĩnh Nhược điểm Kích hệ phụ trợ phải đặt vào trước đặt cốt thép đổ bê tông, công việc phức tạp, tốn Ngô Thị Thanh Hương 91 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Ngành Xây dựng Công trình Giao thông 3.4.2 Phương pháp thí nghiệm tải trọng động 3.4.2.1 Phương pháp đóng cọc( theo phần 2.3.2.5 chương 2) 3.4.2.2 Phương pháp thí nghiệm biến dạng lớn thiết bị PDA 3.4.2.2 Nguyên lý a) Phương trình sóng Phương trình sóng học truyền theo phương có dạng: 2u ∂ u = v ∂ t2 ∂x Trong ®ã: v = vËn tèc trun sãng u = chun vÞ điểm t = thời gian b) ứng dụng phương trình truyền sóng thí nghiệm cọc Đây phương pháp tiên tiến đà áp dụng nhiều nước giới đà khắc phục nhược điểm phương pháp nén tĩnh có nhiều tính ưu việt khác áp dụng lý thuyết sóng ứng suất vào thí nghiệm cọc trường Từ xác định chênh lệch giứa sóng phát ban đầu sóng thu lại sau đà truyền vào thân cọc Dựa vào phương trình sóng ứng suất, ta xác định thông số cọc 3.4.2.2.2 Kết thu Phương pháp thí nghiệm cọc động với thiết bị đo lường điện cho phép hiển thị phân tích hệ thống búa- cọc - đất cách xác suốt trình đóng.Kết đo hiển thị sau nhát đóng búa nhằm mục đích nâng cao hiệu quản lý chất lượng trình thi công Các kết thu nhận từ phương pháp thí nghiệm ®éng: HiƯu st cđa bóa vµ hƯ thèng ®ãng cho nhà sản suất công tác quản lý chất lượng Xác định ứng suất xuất cọc suốt trình đóng Để giảm lượng đóng búa có khả xảy hư hỏng cọc, ứng suất phải giữ miền an toàn Kiểm tra tính nguyên vẹn cọc suốt trình đóng Xác định sức chịu tải tĩnh thời điểm kiểm tra 3.4.2.2.3 Nhận xét Ưu điểm: Kiểm tra cọc nhanh rẻ nhiều so với phương pháp nén tĩnh Nâng cao chất lượng công tác giám sát , kiểm tra chất lượng cọc trình thi công qua thông số: hiệu suất búa, ứng suất cọc, phát khuyết tật cọc Nhược điểm: - Sức chịu tải tĩnh phương pháp thường lớn so với sức chịu tải tĩnh thật.Do vậy, để có kết xác đòi hỏi người phân tích có trình độ thông thạo lĩnh vực học đất Ngô Thị Thanh Hương 92 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Ngành Xây dựng Công trình Giao thông - Yêu cầu chuẩn bị mặt cao so với phương pháp đóng cọc 3.4.2.3 Phương pháp thí nghiệm tĩnh động STATNAMIC Phương pháp thí nghiệm tĩnh động STATNAMIC dựa lý thuyết học sóng ứng suất cho cọc Phương pháp có đặc điểm giống PDA dùng tải trọng tác động tác dụng lên đầu cọc dùng thiết bị thu nhận gồm hộp tải trọng đầu đo Laze để thu nhận tín hiệu tải trọng chuyển vị Các liệu trường thu nhận dạng file số liệu để phục vụ công tác phân tích.Tuy nhiên, tải trọng tác động theo phương pháp thiết bị nổ dùng phản lực đạt gia tốc khoảng 20g (g: gia tốc trọng trường) Phương pháp thí nghiệm STATNAMIC phân tích xác định sức chịu tải cọc Tuy nhiên, Việt Nam phương pháp chưa áp dụng 3.5 So sánh khác TCXD 205:1998 22TCN272-05 3.5.1 Khoảng cách cọc Theo TCXD 205:1998 Theo điều 3.9.2 TCXD205:1998 khoảng cách cọc xác định theo điều kiện phương pháp thi công khả chịu tải nhóm cọc Thông thường khoảng cách tâm hai cọc kề nên lấy sau: Cọc ma sát không nhỏ 3d Cọc chống không nhỏ 2d Cọc có mở rộng đáy, không nhỏ 1,5 đường kính mở rộng D D+1 (khi D>2m) Theo 22TCN272-05 Đối với cọc đóng : Khoảng cách tim-tới-tim cọc không nhỏ 750 mm hay 2,5 lần đường kính hay chiều rộng cọc, chọn giá trị lớn Khoảng cách từ mặt bên cọc tới mép gần móng phải lớn 225 mm 3.5.2 Sức chịu tải tính toán cọc Theo TCXD 205:1998 Xác định sức chịu tải cọc theo tiêu lý đất Trong công thức xác định sức chịu tải tiêu chuẩn có dùng hệ số điều kiện làm việc đất mũi cọc mR mặt bên cọc mf, hệ số phụ thuộc vào phương pháp đóng cọc, kích thước cọc đặc điểm đất Xác định sức chịu tải cọc theo tiêu cường độ đất * Sức chịu tải cho phép cđa cäc dïng hƯ sè an toµn tỉng thĨ cđa cọc FS, hệ số an toàn cho thành phần ma sát bên cho sức chống mũi cọc FSS, FSP Các hệ số an toàn tính đến biến động so với kết khảo sát địa chất khu vực công trình, chất lượng công tác thi công chất lượng cọc Các hệ số an toàn quy định sau: FS = 2ữ3; Ngô Thị Thanh Hương FSS = 1,5ữ2; FSP =2ữ3 93 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Ngành Xây dựng Công trình Giao thông 1/ FS = 0,33 ÷0,5; 1/FSS = 0,5÷0,67; 1/FSP =0,33÷0,5 * Theo công thức (B5) sức chịu tải cực hạn cọc đất dính giống phương pháp tiêu chuẩn 22TCN272-05 Tuy nhiên sức chịu tải cho phép cđa cäc dïng hƯ sè an toµn FS ( 1/ FS = 0,33 ữ0,5) 22TCN272-05 dùng hệ số sức kháng = 0,56 ữ 0,7 ( theo bảng 10.5.5.2) Theo 22 TCN 272-05 Sức chịu tải tính toán cọc dùng TCXD 205:1998 gọi sức kháng đỡ tính toán cọc Trong 22TCN272-05 dùng hệ số sức kháng chung hệ số sức kháng sức kháng mũi cọc qp ma sát bề mặt qs Các hệ số sức kháng xác định tuỳ theo phương pháp tính toán sức kháng đỡ cọc: Phương pháp = 0,56 ữ 0,7 Phương pháp = 0,4 ữ 0,5 Phương pháp = 0,44 ữ 0,55 Thí nghiệm SPT = 0,36 ữ 0,45 Thí nghiệm CPT = 0,44 ữ 0,55 Ước tính nửa thực nghiệm sức kháng cọc tựa đất Đây phương pháp thống kê dựa số liệu thống kê từ Liên Xô( cũ), dựa nhiều thí nghiệm nén tĩnh cọc, người ta tìm tương quan sức kháng với loại cát( đất rời) với độ sệt B( đất dính) Phương pháp Phương pháp Phương pháp Nhận xét: Theo [3] Phương pháp ước tính nửa thực nghiệm sức kháng cọc tựa đất gọi phương pháp thí nghiệm Tồn số quan điểm phương pháp lý thuyết không đáng tin cậy sử dụng.Thực tế không hoàn toàn , phương pháp lý thuyết hệ số (như ,,) kiến nghị dựa thực hành ( cụ thể thí nghiệm nén tĩnh cọc) Vì phương pháp tốt Do phương pháp thường sử dụng nước Tây Âu Bắc Mỹ Ước tính sức kháng cọc tựa đất dựa thí nghiệm trường Theo điều C 1.3.1 TCXD 205:1998 có quy định độ sâu ngàm cọc tới hạn zc độ sâu mà vượt giá trị cường độ chịu tải giữ nguyên giá trị không đổi Trong 22TCN272-05 không quy đinh zc, nhiên sử dụng kết qủa SPT có quy định qp ql ( phần 3.3.3.1.2a) sử dụng CPT tính qp độ sâu giới hạn từ L-8D đến L+yD( phần 3.3.3.1.2b) Sử dụng kết qủa SPT Ngô Thị Thanh Hương 94 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Ngành Xây dựng Công trình Giao thông Trong 22TCN272-05 đà trình bày chi tiết phương pháp nhiều tác giả khác Sử dụng CPT Trong quy trình chưa quy định thiết bị thí nghiệm tiêu chuẩn Cọc tựa đá Trong TCXD 205:1998 đà đề cập tới vấn đề theo điều A.2 Tuy nhiên 22TCN 272-05 đà có phương pháp tính cọc tựa đá có xét tới chiều rông đường nứt, khoảng cách đường nứt đá ( Phần 3.3.2.3) 3.5.3 Lực nhổ Trong TCXD 205:1998 đà đề cập đến vấn đề theo điều 3.8 chưa ®a c«ng thøc tÝnh thĨ Trong 22TCN 272-05 ®· ®a c¸ch tÝnh lùc rÊt chi tiÕt cho cọc đơn cho nhóm cọc( Phần 3.3.2.4) 3.5.4 Khả chịu tải nhóm cọc (Sức kháng ®ì däc trơc cđa nhãm cäc) Trong TCXD 205:1998 ®· ®Ị cËp ®Õn vÊn ®Ị nµy theo ®iỊu 3.9.5 nhng chưa đưa công thức tính cụ thể Trong 22TCN 272-05 đà trình bày cách tính sức kháng đỡ dọc trơc cđa nhãm cäc mét c¸ch rÊt chi tiÕt cho loại đất dính đất rời(Phần 3.3.2.8) 3.5.5 Biến dạng oằn cọc Trong TCXD 205:1998 chưa đề cập đến vấn đề Trong 22TCN 272-05 trình bày phần 3.3.2.9 3.5.6 Độ lún nhóm cọc 3.5.6.1 Mãng khèi quy íc Theo TCXD 205:1998 cã hai c¸ch để xác định móng khối quy ước phần 2.6.2.2.1 Theo 22TCN 272-05 có cách để xác định móng khối quy ước phần 3.3.3.1, cách giống cách thø hai TCXD 205:1998 nhng kh«ng chi tiÕt b»ng 3.5.6.2 Phương pháp tính độ lún nhóm cọc Theo TCXD 205:1998: Độ lún móng quy ước tính theo phương pháp phân tầng công lún sách Cơ Học Đất Bùi Anh Định, móng nông thiên nhiên Theo 22TCN 272-05 : Sau xác định móng khối quy ước phải dùng phương pháp ước tính độ lún cho móng nông để ước tính độ lún nhóm cọc trình bày phần 3.3.3.2 3.6 Ví dụ tính toán Như đà phân tích trên, phương pháp thí nghiệm tải tĩnh (nén tĩnh cọc) phương pháp tin cậy Vì vậy, để kiểm tra, đánh giá, so sánh phương pháp lý thuyết Ngô Thị Thanh Hương 95 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Ngành Xây dựng Công trình Giao thông xác định sức chịu tải cọc theo ®Êt nỊn theo hai Tiªu chn trªn ®iỊu kiƯn địa chất Việt Nam , ta tính toán sức chịu tải cọc theo công thức hai Tiêu chuẩn so sánh với kết nén tĩnh cọc 3.6.1 Dự án xây dựng cầu Thanh Trì 3.6.1.1 ThÝ nghiƯm nÐn tÜnh C«ng viƯc nÐn tÜnh cäc khoan nhồi số hiệu 10 trụ cầu P10L hạng mục cầu vượt Pháp Vân thuộc Dự án xây dựng cầu Thanh Trì thực Công Ty Tư vấn Công Nghệ, thiết bị Kiểm định xây dựng(CONINCO) Cọc thí nghiệm theo hai chu kỳ với tải trọng thí nghiệm Max 780T Quy trình thí nghiệm theo TCXDVN 269:2002 ASTM D1143 Quy trình kÕt qu¶ thÝ nghiƯm nÐn tÜnh cäc: - T¶i träng thiết kế :390T Tải trọng thí nghiệm :780T Cọc thÝ nghiÖm theo chu kú: Chu kú 1: Cäc chịu tải đến 100% thiết kế, sau giảm với kết quả: Với cấp tăng tải, cọc thí nghiệm chịu tải trọng đến cấp cao 390T bằng100% tải trọng thiết kế, tổng chuyển vị cọc đạt 7,478mm Sau giảm cọc phục hồi chuyển vị dư 1,033mm Chu kỳ 2: Cọc chịu tải đến 200% thiết kế, sau giảm với kết quả: Với cấp tăng tải đến cấp cao 780T, tổng chuyển vị 15,535mm, sau giảm cọc phục hồi chuyển vị dư 2.27mm Kết luận: Trong suốt trình thí nghiệm, cọc thí nghiệm tình trạng làm việc bình thường tải trọng từ đến 780T Tổng chuyển vị 15,535mm- nhỏ so với chuyển vị giới hạn cọc có đường kính D1000(100mm) Sức chịu tải tính toán cọc theo thí nghiệm nÐn tÜnh lµ : Qa = Qu 780 = = 390T FS ( hƯ sè an toµn FS =2) Vậy sức chịu tải tính toán cọc theo thí nghiƯm nÐn tÜnh b»ng víi t¶i träng thiÕt kÕ 3.6.1.2 Tính sức chịu tải cọc khoan Số liệu vào: KÝch thíc cäc: D = 1000mm ChiỊu dµi cäc : l=45.5m Cọc xuyên qua lớp địa chất, lớp đất mũi cọc cát chặt lẫn cuội sỏi Theo phụ lục ta có: - Sức chịu tải cọc số 10 trụ P10L cầu vượt Pháp Vân tính theo TCXD 205:1998 có giá trị : 338.06 T( =86.7% sức chịu tải thiết kế) Ngô Thị Thanh Hương 96 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Ngành Xây dựng Công trình Giao thông - Sức chịu tải cọc số 10 trụ P10L cầu vượt Pháp Vân tính theo 22TCN27205 có giá trị : 375,7T (=96,3% sức chịu tải thiết kế) 3.6.2 Công trình nhà làm việc Bộ thương mại 3.6.2.1 Thí nghiệm nén tĩnh Công việc nÐn tÜnh cäc khoan nhåi sè hiƯu 158 cđa c«ng trình nhà làm việc Bộ thương mại thực Công Ty Tư vấn Đại học Xây dựng Cọc thí nghiệm theo hai chu kỳ với tải trọng thí nghiệm Max 84T Quy trình thí nghiệm theo TCXDVN 269:2002 Quy trình kết thí nghiệm nén tÜnh cäc: - T¶i träng thiÕt kÕ :42T T¶i träng thí nghiệm :84T Cọc thí nghiệm theo chu kỳ: Chu kỳ 1: Cọc chịu tải đến 200% thiết kế, sau giảm với kết quả: Với 10 cấp tăng tải, cọc thí nghiệm chịu tải trọng đến cấp cao 84T bằng200% tải trọng thiết kế, tổng chuyển vị cọc đạt 7,945mm Sau giảm cọc phục hồi chuyển vị dư 2,715mm Kết luận: Trong suốt trình thí nghiệm, cọc thí nghiệm tình trạng làm việc bình thường tải trọng từ đến 84T Tổng chuyển vị 7.945mm- nhỏ so với chuyển vị giới hạn cọc có kích thước 300mm(30mm) Sức chịu tải tính toán cọc theo thí nghiệm nén tĩnh : Qa = Qu 84 = = 42T FS ( hệ số an toàn FS =2) Vậy sức chịu tải tÝnh to¸n cđa cäc theo thÝ nghiƯm nÐn tÜnh b»ng víi t¶i träng thiÕt kÕ Theo kÕt qu¶ thÝ nghiƯm nén tĩnh : Sức chịu tải cọc đóng số 158 42T 3.6.2.2 Tính sức chịu tải cọc ®ãng Sè liƯu vµo: KÝch thíc cäc: 30x30cm ChiỊu dµi cọc : l=20.5m Cọc xuyên qua lớp địa chất, lớp đất mũi cọc cát hạt trung lẫn sỏi nhá chỈt võa Theo phơ lơc ta cã: - Sức chịu tải cọc đóng số 158 tính theo TCXD 205:1998 có giá trị : 41.3 T( =98% sức chịu tải thiết kế) - Sức chịu tải cọc đóng số 158 tính theo 22TCN272-05 có giá trị : 44.7T (=106.4% sức chịu tải thiết kế) Ngô Thị Thanh Hương 97 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Ngành Xây dựng Công trình Giao thông Chương IV: Kết luận kiến nghị 4.1 Kết luận Luận văn đà tập hợp, phân tích rõ cách xác định sức chịu tải loại cọc đóng cọc khoan với địa chất khác theo Tiêu chuẩn Bộ Xây dựng TCXD205:1998 dựa theo tiêu chuẩn thiết kế móng cọc Nga xác định sức kháng cọc theo Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN272-05 Bộ Giao thông vận tải dựa Tiêu chuẩn thiết kế cầu Mỹ(AASHTO-LRFD) So sánh Tiêu chuẩn thiÕt kÕ cÇu 22TCN272-05 víi néi dung vỊ thiÕt kÕ móng cọc với Tiêu chuẩn thiết kế TCXD205:1998 mặt tỉng thĨ cđa triÕt lý thiÕt kÕ kh«ng cã sù khác nhiều quy định chi tiết cách biểu đạt có nhiều điểm khác nên để nắm vững làm chủ hệ thống Tiêu chuẩn cần có thời gian tìm hiểu, nghiên cứu kỹ Đây điều cần lưu ý triển khai áp dụng Tiêu chuẩn Qua việc nghiên cứu, phân tích Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05 cho thấy: Tiêu chuẩn 22TCN 272-05 đà trang bị cho công cụ thiết kế tương đối đầy đủ, thống nhất, cập nhật thành tựa khoa học giới nước Luận văn đà tiến hành tính toán sức kháng cho hai loại cọc đóng cọc khoan theo hai Tiêu chuẩn hành móng cọc Những nghiên cứu bước đầu cho thấy sức chịu tải cọc đóng cọc khoan thiết kế theo Tiêu chuẩn TCXD205:1998 22TCN27205 cho kết gần tương đương Thiết kế cọc theo 22TCN272-05 an toàn Tuy nhiên, với đặc điểm thí nghiệm tải trọng tĩnh đắt nên công trình cầu thông thường dùng phương pháp này, với thời gian có hạn Vì đề tài bước đầu lấy kết quả nén tĩnh hai công trình làm sở phân tích, tính toán Do cần có thời gian nhiều số liệu thí nghiệm nén tĩnh để có nghiên cứu, kiểm toán cách chi tiết, tỉ mỉ hơn, từ có đánh giá cách xác đầy đủ 4.2 Kiến nghị Trong TCXD 205:1998 đà tập hợp tất vấn đề liên quan đến thiết kế móng cọc như: Tiêu chuẩn hành có liên quan, khảo sát, vật liệu, ứng suất cọc, loại cọc, đài cọc, sức chịu tải cọc, độ lún cọc Vì vậy, sử dụng Tiêu chuẩn người kỹ sư dễ dàng theo dõi không nhiều thời gian để tra cứu Tiêu chuẩn 22TCN 272-05 đà trang bị tương ®èi ®Çy ®đ vỊ phÇn néi dung thiÕt kÕ mãng cọc, nhiên nội dung thường nội dung tổng thể thiết kế cầu nên ngêi thiÕt kÕ khã theo dâi vµ mÊt nhiỊu thêi gian để tra cứu Phải Bộ Giao thông phần riêng biệt Tiêu chuẩn thiết kế cho hạ mục kết cấu công trình Ngô Thị Thanh Hương 98 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Ngành Xây dựng Công trình Giao thông Tài liệu tham khảo [1] Lê Quý An, Nguyễn Công Mẫn, Hoàng Văn Tân- Tính toán móng theo trạng thái giới hạn- Nhà xuất Xây Dựng 1998 [2] Bùi Anh Định, Nguyễn Sỹ Ngọc- Nền Móng công trình cầu đường- Nhà xuất Giao Thông vận tải 2000 [3] Vũ Công Ngữ, Nguyễn Thái- Móng cọc phân tích thiết kế-Nhà xuất b¶n khoa häc kü tht 2004 [4] Ngun ViÕt Trung, Lê Thành Liêm- Cọc khoan nhồi công trình giao thông- Nhà xuất Xây Dựng 2003 [5].Tiêu chuẩn thiết kế móng cọc 20TCN21-86- Tiêu chuẩn kỹ thuật công trình giao thông tập IV- Nhà xuất Giao Thông vận tải 1998 [6].Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN272-05- Tiêu chuẩn kỹ thuật công trình giao thông tập VIII- Nhà xuất Giao Thông vận tải 2001 [7] Tiêu chuẩn xây dựng 205:1998 Móng cọc- Tiêu chuẩn thiết kế- Nhà xuất Xây Dựng 2002 [8] Tiến tới việc ban hành áp dụng thức Tiêu chuẩn ngành 22TCN272-01-Thông tin khảo sát thiết kế số năm 2005- Tổng công ty tư vân thiết kế G.T.V.T [9] Hồ sơ báo cáo thí nghiệm nén tĩnh cọc công trình nhà làm việc Bộ thương mại- Công ty tư vấn đại học Xây dựng [10] Hồ sơ báo cáo thí nghiệm nén tĩnh cọc số 10 trụ P10L cầu vượt Pháp Vân- Dự án Cầu Thanh Trì- Công ty CONINCO [11].R.Whilow- Cơ học đất- Nhà xuất Giáo dục 1999 [12].Viện tiêu chuẩn Anh- Hướng dẫn thực hành móng- Nhà xuất Xây Dựng 2002 [13].G.G Meyerhof- The Bearing Capacity and Settlement of Foundation 1981 [14] Hans F.Winterkorn- Foundation Engineering-1970 [15] US Army Corps of EngineersDesign of Pile Foundation 1991 Ngô Thị Thanh Hương 99 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Ngành Xây dựng Công trình Giao thông Phần phụ lục Ngô Thị Thanh Hương 100