So sánh các tiêu chuẩn 22tcn272 05, aashto lred 2007 và tcxd205 1998 trong tính toán móng cọc,đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên

SO SÁNH CÁC TIÊU CHUẨN 22TN272-05, AASHTO LFRD 2007 VÀ TCXD 205 - 1998 TRONG TÍNH TỐN THIẾT KẾ MĨNG CỌC NHÓM NGHIÊN CỨU : Trần Thị Minh Tâm Nguyễn Xuân Thắng Võ Tá Quý Nguyễn Minh Kha Trần Thành Đạt Trường Đại học Giao thơng Vận tải – Cơ sở II E-Mail: tranminhtam26@gmail.com Tóm tắt Bài báo tóm tắt nội dung nghiên cửa nhóm tác giả SO SÁNH CÁC TIÊU CHUẨN 22TN272-05, AASHTO LFRD 2007 VÀ TCXD 205 - 1998 TRONG TÍNH TỐN THIẾT KẾ MĨNG CỌC với nội dung gồm phần : - Chương Tổng quan tiêu chuẩn - Chương So sánh tiêu chuẩn - Chương Tính tốn ví dụ ( cọc khoan nhồi) Đưa kết luận kiến nghị thực tiễn, đề nghị bổ sung thay đổi tiêu chuẩn thiết kế Bên cạnh đề nghị xem xét việc thống tiêu chuẩn thành hệ thống thống nhất, khơng nên để tình trạng để nhiều tiêu tuẩn song song gây tốn mặt sửa đổi tìm hiểu nâng cấp tiêu chuẩn, gây khó khăn cho người thiết kế Chữ viết tắt American Association of State AASHTO Highway and Transportation LFRD : Officials Load and Resistance Factor Design (Hiệp hội Quan chức Giao thông Xa lộ Tiểu bang Mỹ ) Tải trọng sức kháng danh định Phần mở đầu Hiện nay, việc tính tốn móng cọc thiết kế cầu Việt Nam sử dụng song song tiêu chuẩn thiết kế TCXD 205-1998 Bộ Xây Dựng ban hành tiêu chuẩn 22TCN27205 Bộ Giao Thông Vận Tải ban hành Hai tiêu chuẩn ban hành áp dụng từ năm 1998 2005 Các tiêu chuẩn từ áp dụng đến việc nghiên cứu phát triển để bổ sung, cập nhật hạn chế Tuy nhiên, sau thời gian dài áp dụng điều kiện thực tế cụ thể phát sinh số tồn Đề tài nghiên cứu tiêu chuẩn ban hành tiêu chuẩn so sánh tiêu chuẩn với với mục tiêu : - - - Tìm hiểu tổng quan tiêu chuẩn, từ rút điểm khác theo tiêu chuẩn So sánh điểm khác tiêu chuẩn, 22TCN272-05, TCXD 205-1998 AASHTO 2007 Từ đưa nhận xét Tính tốn ví dụ mẫu mọng cọc sử dụng tiêu chuẩn 22TCN272-05 AASHTO 2007 đưa kết luận giống khác tiêu chuẩn Từ so sánh ví dụ tính tốn mẫu đưa kết luận kiến nghị định Nội dung 2.1 Tổng quan tiêu chuẩn Tiêu chuẩn thiết kế cầu giao thông vân tải Việt Nam 22TCN272-05 : Trước tiêu chuẩn để thiết kế cầu Việt nam Tiêu chuẩn ngành mang ký hiệu 22TCN 18-1979 với tên gọi ’ Quy trình thiết kế cầu cống theo trạng thái giới hạn’ Tiêu chuẩn sử dụng khoảng 1/ kỷ mà chưa có dịp cập nhật, sửa đổi Nội dung Quy trình dựa Quy trình Liên xô ban hành từ năm 1962 năm 1967 có tham khảo Quy trình Trung Quốc năm 1959 Từ năm 2001 tiền thân Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 272-05 đời mang ký hiệu 22 TCN 27201 biên soạn phần công việc dự án Bộ giao thông vận tải mang tên “Dự án phát triển Tiêu chuẩn cầu đường ” Kết việc nghiên cứu tham khảo đưa đến kết luận rằng, hệ thống Tiêu chuẩn AASHTO Hiệp hội cầu đường Mỹ thích hợp để chấp thuận áp dụng Việt nam Tiêu chuẩn thiết kế cầu Hoa Kỳ AASHTO LRFD 2007: Là hệ thống Tiêu chuẩn AASHTO Hiệp hội cầu đường Mỹ Với đặc điểm tiêu chuẩn mở nên AASHTO liên tục cập nhật năm thay đổi năm/lần Các tiêu chuẩn gần đầy AASHTO 2007, AASHTO 2010 AASHTO 2012 Trong AASHTO 2007 đưa vào áp dụng từ tháng năm 2007 với gồm 14 phần Tiêu chuẩn thiết kế móng cọc Bộ Xây dựng Việt Nam TCXD 205-1998 Tiêu chuẩn xây dựng TCXD 205-1998 Bộ Xây dựng ban hành, nội dung chủ yếu dựa Tiêu chuẩn thiết kế móng cọc VCCA-2011 Vương Quốc Anh Nga Nó có phần nội dung Tiêu chuẩn Nhật Bản (TCXD Appendix C C.2.3) vài nước khác Tiêu chuẩn thiết kế móng cọc nàyđược áp dụng từ năm 1998 cho cơng trình thuộc lĩnh vực xây dựng dân dụng công nghiệp, giao thông, thủy lợi ngành có liên quan khác Tiêu chuẩn gồm có mục 2.2 So sánh tiêu chuẩn So sánh tiêu chuẩn 22TCN272-05 với tiêu chuẩn AASHTO LRFD 2007 Và so sánh So sánh tiêu chuẩn 22TCN272-05 với tiêu chuẩn TCXD 205-1998 : - Khoảng cách cọc, hiệu ứng nhóm cọc Hệ số sức kháng Chuyển vị ngang Chuyển vị lún thẳng đứng Sức chịu tải độ lún Từ so sánh rút nhận xét : Đưa số điểm khác biệt hai tiêu chuẩn - Khoảng cách cọc: Phạm vi xét khoảng cách cọc từ tim đến tim cọc tiêu chuẩn AASHTO LRFD 2007 mở rộng rõ ràng so với 22 TCN 272-05 + 22 TCN 272-05: khoảng cách tim đến tim cọc xét > 3D +AASHTO LRFD 2007: khoảng cách tim đến tim cọc xét < 4D < 6D - Hiệu ứng nhóm cọc: Có thay đổi khoảng cách tim đến tim cọc ứng với hệ số chiết giảm  = 1,0 +22 TCN 272-05:  = 1,0 khoảng cách từ tim đến tim 6,0 lần đường kính +AASHTO LRFD 2007:  = 1,0 đối vời khoảng cách từ tim đến tim 4,0 lần đường kính - Hệ số sức kháng: Theo tiêu chuẩn AASHTO LRFD 2007, hệ số sức kháng đa phần có thay đổi đưa hệ số nhỏ so 22 TCN 272 – 05 +Ước tính sức kháng cọc khoan đất rời: Tiêu chuẩn AASHTO LRFD 2007 cịn tính theo Reese O’Neill (1999), cịn theo - - - tiểu 22 TCN 272-05 ngồi tính theo Reese O’Neill (1999), đưa thêm cơng tính khác Sức kháng cọc khoan đá: Tiêu chuẩn AASHTO LRFD 2007 đưa cơng thức rõ ràng để tính sức kháng cho thành bên mũi cọc Chuyển vị ngang: Tiêu chuẩn AASHTO LRFD không quy định cụ thể mà xét tổng chuyển vị lệch chuyển vị, tiêu chuẩn 22 TCN 272 – 05 đưa giá trị chuyển vị ngang cho phép 38mm Chuyển vị lún thẳng đứng: Có thay đổi số ký hiệu cơng thức tính chất ký hiệu +22 TCN 272-05: cơng thức lún nhóm cọc dùng A diện tích móng + AASHTO LRFD 2007: cơng thức lún nhóm cọc dùng A’ diện tích có hiệu móng 2.3 Tính tốn vi dụ (cọc khoan nhồi) Với giả thiết số liệu đầu vào bao gồm: + Số liệu tải trọng + Số liệu địa chất thuỷ văn, chiều dài nhịp + Số liệu hố khoan địa chất Tính tốn với tiêu chuẩn 22TCN27205 tiêu chuẩn AASHTO 2007 ta kết sau: KHOẢNG CỌC So sánh khác tiêu chuẩn 22 TCN 272 – 05 TCXD 205 – 1998 Thấy số điểm khác như: - Hệ số sức kháng: Trong tiêu chuẩn TCXD 2051998 không dùng hệ số sức kháng - Chuyển vị ngang: Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 đưa giá trị chuyển vị ngang 38mm cịn TCXD 205 – 1998 khơng có quy định thể mà phải tính tốn Sức chịu tải độ lún: tiêu chuẩn thay đổi hồn tồn cơng thức tính đưa phương pháp khác để tính - CÁCH 22TCN 272-05 AASHTO LRFD 2007 2.5D 2.5D TRỌNG LƯỢNG CỌC ( CỌC ) 746.1 KN 746.1 KN TỔNG TẢI TRONG THẲNG ĐỨNG TT 20200KN 20200KN TỔNG SỨC KHÁNG 20245.52 KN 21136 KN TỶ LỆ DỰ TRỮ AN TOÀN 1.002 1.046 Nhận xét: - - Các tiêu chí so sánh cho thấy tiêu chuẩn AASHTO LRFD 2007 lớn tiêu chuẩn 22TCN 272-05 so sánh phương án giả thiết Tuy nhiên với tỷ lệ dự trữ an tồn móng cọc thấp không đủ đề xuất phương án bổ sung để tăng tỷ lệ dự trữ an oàn TĂNG TỶ LỆ DỰ TRỮ AN TOÀN Đề xuất phương án: Phương án : Tăng số cọc Phương án : Tăng khoảng cách cọc GIÁ TRỊ MÔ TẢ KHOẢNG CÁCH CỌC GIÁ TRỊ BAN LƯC DỌC TK ĐẦU SỐ CỌC THIẾT KẾ PHƯƠNG BAN ĐẦU ÁN PHƯƠNG ÁN 2.5 D 2.5D 4D 20200 20200 20200 10 TĂNG KHỐI LƯỢNG BỆ TRỤ SỐ LƯỢNG CỌC TĂNG THÊM 115.2 HIỆU ỨNG NHÓM CỌC LỰC DỌC THIẾT KẾ CHO CỌC SỨC VCCA-2011 KHÁNG 2525 TỔNG 20245.52 0.65 0.8 2020 2525 25306.91 24917.57 CỘNG LỰC DỌC TK 20200 20200 20200 TỶ LỆ DỰ TRỮ AN TOÀN 1.002 1.253 1.234 theo Tiêu chuẩn AASHTO LRFD 2007 hiệu kinh tế kỹ thuật KẾT LUẬN Nhận xét phương án : - Nhận thấy phương án đảm bảo tỷ lệ dự trữ an toàn,nhưng xét mặt kinh tế phương án kiến nghị thay đổi phương án 2, chi phí tăng bệ móng thấp nhiều so với chi phí tăng cọc ( đặc biệt trường hợp cầu lớn, số lượng cọc lớn ) - Nhận thấy hệ số nhóm cọc ảnh hưởng lớn đến sức chịu tải nhóm cọc Tính tốn Phương án với tiêu chuẩn AASHTO 2007 kết sau: Khoảng cách cọc Hiệu ứng nhóm cọc Lực dọc thiết kế Sức kháng tổng cộng Tỷ lệ dự trữ an toàn 22TCN272-05 ( Phương án Ban đầu ) AASHTO LRFD 007 ( Phương Ban đầu) 2.5 D 2.5 D AASHTO LRFD 2007 ( Tăng khoảng cách cọc ) 4.0 D 0.65 0.65 1.0 20200 KN 20200KN 20200KN 20245.52 KN 21136 KN 32508 KN án 1.002 1.609 1.046 Từ việc so sánh hai tiêu chuẩn 22TCN272-05 với AASHTO LRFD 2007 thấy so với tiêu chuẩn hành Bộ Giao thông vận tải (dựa AASHTO LRFD 1998) tính tốn móng cọc tiêu chuẩn AASHTO LRFD 2007 có nhiều thay đổi cách xác định hệ số tính tốn,… Mà hiệu từ thay đổi rõ ràng Thơng qua kết tính tốn ví dụ cụ thể thấy việc tính tốn móng cọc khoan nhồi VCCA-2011 Qua nội dung phân tích so sánh trên, có vài kết luận kiến nghị tính tốn móng cọc khoan nhồi sau: Một là, việc tính tốn thiết kế móng cọc Việt Nam tồn hai tiêu chuẩn song hành Tiêu chuẩn 22TCN 272-05 TCXD 205-1998 Tuy nhiên, hai tiêu chuẩn có khác tính tốn móng cọc khoan nhồi Cụ thể là, tiêu chuẩn 22TCN272-05 (dựa AASHTO LRFD 1998) áp dụng kết thí nghiệm trường tính tốn cịn TCXD205-1998 (theo tiêu chuẩn Anh, Pháp, Nhật, ) sử dụng hệ số an toàn Vậy với điều kiện khác việc áp dụng tiêu chuẩn có phù hợp khác Hiện nay, nước ta áp dụng tiêu chuẩn theo hình thức cơng trình Bộ Giao thơng áp dụng tiêu chuẩn 22TCN272-05 cịn cơng trình Bộ Xây dựng áp dụng tiêu chuẩn TCXD205-1998 Từ so sánh cụ thể nhóm tác giả kiến nghị nên thay đổi cách áp dụng tiêu chuẩn Cụ thể tùy vào điều kiện xây dựng đặc điểm cơng trình để áp dụng tiêu chuẩn tính tốn cho phù hợp Hai là, việc tính tốn móng cọc khoan nhồi theo tiêu chuẩn 22TCN272-05 có nhiều tồn cách tính tốn cịn dựa cơng thức kinh nghiệm nhiều nhóm tác giả khác dẫn đến việc áp dụng khó khăn kết thiếu độ an toàn tin cậy Thơng qua kết tính tốn thấy tiêu chuẩn AASHTO LRFD 2007 giải vấn đề đảm bảo độ an toàn tăng 20% so với tiêu chuẩn 22TCN272-05 Vì kiến nghị, sở tiêu chuẩn 22TCN272-05 nên có cập nhật bổ sung theo tiêu chuẩn AASHTO LRFD 2007 có điều chỉnh để phù hợp với điều kiện Việt Nam để hoàn chỉnh thêm tiêu chuẩn Tài liệu tham khảo [1]Tiêu chuẩn 22TCN272-05, Bộ GTVT, 2005 [2]Tiêu chuẩn AASHTO LRFD 2007(Phần 10: Nền móng) [3] Tiêu chuẩn TCXD 205-1998, Bộ Xây Dựng, 1998 [4]Một số tồn dự tính sức kháng đỡ dọc trục cọc khoan nhồi theo tiêu chuẩn 22TCN272-05 AASHTO LRFD 2007PGS.TS Trần Đức Nhiệm (Bộ môn Cầu Hầm) ThS Ngô Châu VCCA-2011 Phương (Bộ môn Cầu Hầm CS2), Trường Đại học Giao thông Vận tải [5]Áp dụng công nghệ cọc thép Việt Nam Kouichi, Masaya Higashi (Bộ phận phát triển vật liệu kết cấu công trình, Tập đồn thép Nippon Steel Corporation, Tokyo, Nhật Bản) Nguyễn Thị Tuyết Trinh ( Bộ mơn Cơng trình giao thơng thành phố Cơng trình thủy, Trường Đại Học Giao thông vận tải, Hà Nội) Ngô Châu Phương (Bộ môn Cầu hầm, Trường Đại học Giao thông vận tải, sở 2, Tp HCM) TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI CƠ SỞ II BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN SO SÁNH CÁC TIÊU CHUẨN 22TCN272-05, AASHTO LRFD 2007 VÀ TCXD205-1998 TRONG TÍNH TỐN MĨNG CỌC Thuộc nhóm nghành khoa học: Kỹ thuật TP HCM, 5/2013 TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI CƠ SỞ II BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN SO SÁNH CÁC TIÊU CHUẨN 22TCN272-05, AASHTO LRFD 2007 VÀ TCXD205-1998 TRONG TÍNH TỐN MĨNG CỌC Thuộc nhóm ngành khoa học: Kỹ thuật Sinh viên thực hiện: Trần Thị Minh Tâm Nữ Dân tộc: Kinh Nguyễn Xuân Thắng Nam Dân tộc: Kinh Nguyễn Minh Kha Nam Dân tộc: Kinh Trần Thành Đạt Nam Dân tộc: Kinh Võ Tá Quý Nam Dân tộc: Kinh Lớp: CTGTTPK50 Khoa: Cơng trình Năm thứ: /Số năm đào tạo: 4,5 Ngành học: cơng trình giao thơng thành phố Người hướng dẫn: KS.Nguyễn Danh Huy TP HCM, 5/2013 MỤC LỤC Phần I: Mở đầu Phần II: Nội dung đề tài Chương 1: Tổng quan tiêu chuẩn 1.1 Tiêu chuẩn 22TCN272-05:tiêu chuẩn thiết kế cầu Bộ Giao thông vận tải Việt Nam 1.2 Tiêu chuẩn AASHTO LRFD 2007:tiêu chuẩn thiết kế cầu Hoa Kỳ 1.3 Tiêu chuẩn TCXD 205-1998: tiêu chuẩn thiết kế móng cọc Bộ Xây dựng Việt Nam 1.4 Nhận xét Chương 2: So sánh khác tiêu chuẩn (trong tính tốn móng cọc khoan nhồi) 2.1 So sánh tiêu chuẩn 22TCN272-05 với tiêu chuẩn AASHTO LRFD 2007 2.1.1 Khoảng cách cọc hiệu ứng nhóm cọc 2.1.2 Tính tốn sức kháng 2.1.3 Chuyển vị ngang 2.1.4 Chuyển vị lún thẳng đứng 2.2 So sánh tiêu chuẩn 22TCN272-05 với tiêu chuẩn TCXD 205-1998 2.2.1 Tính tốn sức kháng 2.2.2 Sức chịu tải độ lún 2.2.3 Chuyển vị ngang 2.2.4 Bảng so sánh tổng hợp 2.3 Nhận xét Chương 3: Tính tốn ví dụ (đối với cọc khoan nhồi) 3.1 Tính tốn theo Tiêu chuẩn 22TCN272-05 3.2 Tính toán theo Tiêu chuẩn AASHTO LRFD 2007 3.3 Đề xuất phương án 3.4 Nhận xét Phần III: Kết luận kiến nghị Phần I: MỞ ĐẦU I Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài Cùng với tiến khoa học kỹ thuật xu phát triển liên tục kinh tế nhu cầu sở hạ tầng, mạng lưới giao thông,…cũng gia tăng địi hỏi cải tiến khơng ngừng Đi đơi với phát triển phải hệ thống tiêu chuẩn phù hợp, đại diện cho trình độ khoa học kỹ thuật kiến thức tiên tiến cơng nghệ lĩnh vực xây dựng Vì hầu giới hệ thống tiêu chuẩn nói chung tiêu chuẩn thiết kế cầu nói riêng liên tục cập nhật bổ sung Cụ thể hệ thống Tiêu chuẩn AASHTO Mỹ cập nhật năm thay đổi khoảng năm/lần Gần AASHTO vừa ban hành tiêu chuẩn AASHTO 2012 Trong tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN272-05 Việt Nam biên soạn dựa tiêu chuẩn AASHTO LRFD 1998 áp dụng đến gần mười năm việc cập nhật, bổ sung hạn chế Rõ ràng so sánh với AASHTO tiêu chuẩn thiết kế cầu hành nước ta tỏ “lạc hậu lỗi thời” Nhận thấy vấn đề suốt trình áp dụng tiêu chuẩn thời gian qua, có khơng tác giả đưa so sánh cụ thể đồng thời tồn tiêu chuẩn 22TCN272-05 so với AASHTO LRFD 2007 Mà cụ thể điển hình phải kể đến nghiên cứu PGS.TS Trần Đức Nhiệm ThS Ngô Châu Phương – Bộ môn Cầu Hầm, Trường đại học Giao Thông Vận Tải tồn dự tính sức kháng đỡ dọc trục cọc khoan nhồi theo tiêu chuẩn 22TCN272-05 AASHTO LRFD 2007 Hay nghiên cứu khác nhóm tác giả KS Nguyễn Huy Hoàn KS Nguyễn Dũng số vấn đề tính tốn sức chịu tải cọc đóng theo Tiêu chuẩn 22TCN 272-05,… Tuy nhiên nghiên cứu hạn chế phạm vi định Vì tương lai nên hướng đến nhìn tổng quát tồn tiêu chuẩn 22TCN272-05 để có so sánh tồn diện từ cập nhật bổ sung, hồn chỉnh hệ thống tiêu chuẩn Việt Nam II Lý chọn đề tài Hiện nay, việc tính tốn móng cọc thiết kế cầu Việt Nam sử dụng song song hai tiêu chuẩn thiết kế TCXD 205-1998 Bộ Xây Dựng ban hành tiêu chuẩn 22TCN272-05 Bộ Giao Thông Vận Tải ban hành Hai tiêu chuẩn ban hành áp dụng từ năm 1998 2005 Nội dung tiêu chuẩn thiết kế TCXD 205-1998 chủ yếu dựa Tiêu chuẩn thiết kế móng cọc Vương Quốc Anh Nga Nó có phần nội dung Tiêu chuẩn Nhật Bản (TCXD Appendix C C.2.3) vài nước khác Trong Nội dung tiêu chuẩn 22TCN272-05 dựa Tiêu chuẩn AASHTO LRFD 1998 Hoa Kỳ có đưa vào điều kiện Việt Nam tải trọng tàu bè, cấp sơng, nhiệt độ, gió, động đất Đối với riêng tiêu chuẩn 22TCN272-05 với gần mười năm áp dụng tiêu chuẩn đến việc nghiên cứu phát triển để bổ sung, cập nhật hạn chế Tuy nhiên, sau thời gian dài áp dụng điều kiện thực tế cụ thể phát sinh số tồn Trong hệ thống Tiêu chuẩn AASHTO Mỹ cập nhật năm thay đổi khoảng năm/lần cụ thể năm sau AASHTO liên tục sửa đổi, bổ sung đưa quy trình AASHTO 2007, AASHTO 2010, gần AASHTO 2012 Vì thơng qua đề tài nhóm nghiên cứu muốn phần thay đổi cụ thể hiệu mà mang lại so với tiêu chuẩn cũ Trên sở so sánh, phân tích ưu nhược điểm kinh tế, kỹ thuật tính tốn móng cọc tiêu chuẩn AASHTO 2007, 22TCN272-05 TCXD 205-1998; từ rút kết luận kiến nghị việc áp dụng tiêu chuẩn việc tính tốn móng cọc nước ta III Mục tiêu nghiên cứu đề tài Trong q trình thực đề tài nhóm nghiên cứu muốn đề cập rõ hai mục tiêu cụ thể: - - Thứ nhất, tính đến thời điểm nước ta chưa rõ ràng việc áp dụng tiêu chuẩn tính tốn móng cọc Cụ thể với hai tiêu chuẩn 22TCN27205 TCXD 205-1998, thường cơng trình Bộ giao thơng vận tải áp dụng tiêu chuẩn 22TCN272-05 Bộ Xây Dựng sử dụng tiêu chuẩn TCXD 205-1998 Như với điều kiện địa chất công trình Bộ áp dụng tiêu chuẩn tương ứng Điều liệu mang lại khác việc áp dụng liệu có hợp lý chưa? Đó mục tiêu đề tài muốn làm rõ Thứ hai hệ thống tính tốn thiết kế cầu Bộ Giao Thông vận tải so sánh điểm khác tiêu chuẩn 22TCN272-05 AASHTO LRFD 2007 tính tốn móng cọc khoan nhồi Từ so sánh lý thuyết nêu tính tốn ví dụ cụ thể kết luận kiến nghị việc nên cập nhật, bổ sung tiêu chuẩn thiết kế cầu hành nước ta IV Phương pháp nghiên cứu Tìm hiểu nghiên cứu tiêu chuẩn, sở lý thuyết, ví dụ tính tốn Dịch tiêu chuẩn AASHTO 2007 tiếng việt, đưa phạm vi cần so sánh, lựa chọn tổng hợp rút gọn vấn đề nghiên cứu để đưa kết luận chung cho đề tài 2,Tỉnh tải Nttc =5250 1,1 Nttt =5775 Nttc =5250 1,1 Nttt =5775 3,Hoạt tải Nhtc =1350 1,4 Nhtt =1890 Nhtc =1350 1,4 Nhtt =1890 II.Lực ngang Hxtc =150 1,4 Hxtt = 210 Hytc =170 1,4 Hytt =238 III.Mô men MYtc =1955 MYtt =2737 MXtc =2259 Do hoạt tải tiu chuẩn Mytc =800 1.4 Mytt =1120 Mxtc =950 1.4 Mxtt =1330 Do lực ngang Hxtc.h =1155 1.4 Hxtt.h =1617 Hytc.h =1309 1.4 Hytt.h=1832,6 MXtt =3162,6 Với h= CĐĐT – CĐĐB= 8.2 - 0.50= 7.7 m 3.1.3.3.Xác định kích thước cọc vật liệu làm cọc Kích thước cọc - Kích thước mắt cắt cọc: Cọc chọn cọc khoan nhồi, đường kính vừa có kính thước 1m - Yêu cầu mũi cọc cắm vào sâu lớp đất tốt  1m - Chiều dài cọc: Chiều dài cọc (LC) xác định sau (chưa kể chiều sâu cọc ngàm vào bệ ): LC = CĐĐB – CĐMC Cọc cắm sâu vào lớp đất tốt có N>20 Chiều sâu mũi cọc (-36.2m) ta có chiều dài cọc: Lc = 0.5 – (-36.2) = 36.7 m Hiệu chỉnh lại cao độ mũi cọc cho chiều dài cọc số chẳn chọn : Cao độ mũi cọc : -36.5 (m)  Lcọc = 37 m Kiểm tra: Độ mảnh cọc: Lc/D = 37/ = 37 thoả mãn yêu cầu độ mảnh Vậy: tổng chiều dài cọc Lcd = 37 + = 38 m ( m ngàm vào bệ) Diện tích mặt cắt ngang cọc Ap = 0.79 m2 Chu vi mặt cắt ngang cọc P = 3.14m Chiều dày lớp bê tông bịt đáy hbd = 2m Cường độ bê tông thân cọc fc = 25 Mpa Trọng lượng riêng bê tông = 25 KN/m3 Mô đum đàn hồi bê tông cọc Ec = 26875 Mpa Trọng lượng thân cọc W = 746.1 KN 3.1.4 Tính tốn sức kháng 3.1.4.1 Tính sức kháng dọc trục cọc đơn 3.1.4.1.1 Sức kháng dọc trục theo đất - Sức kháng đỡ cọc ước tính cách dùng phương pháp phân tích hay phương pháp thí nghiệm trường - Sức kháng đỡ tính tốn cọc QR tính sau : QR   * Qn   qP * QP   qs * Qs Với QP  qP * AP Qs  qs * As Trong :  q =hệ số sức kháng dùng cho sức kháng đỡ cọc đơn QP=sức kháng mũi cọc (N) Qs=sức kháng thân cọc (N) qp=sức kháng đơn vị mũi cọc (MPa) qs=sức kháng đơn vị thân cọc (MPa) As=diện tích bề mặt thân cọc (mm2) Ap=diện tích mũi cọc (mm2+) qP =hệ số sức kháng sức kháng mũi cọc quy định cho bảng 16 hay 39 SGK dùng cho phương pháp tách rời sức kháng cọc sức kháng mũi cọc sức kháng thân cọc  qs =hệ số sức kháng sức kháng thân cọc bảng 16 hay 39 dùng cho phương pháp tách rời sức kháng cọc sức kháng mũi cọc sức kháng thân cọc Tra bảng ta có : - Hệ số sức kháng mũi cọc : qP = 0.55 - Hệ số sức kháng thân cọc :  qs=0.65 - (Tính sức chịu tải cọc tính từ mặt đất sau xói trở xuống) Lớp tính từ cao độ -2.0 (cao độ sau xói lỡ) 3.1.4.1.1a Sức kháng thân cọc Qs = qs x As áp dụng phương pháp ∝ ta có : Ma sát đơn vị bề mặt danh định (Mpa) tính : qs= ∝ x Su Trong đó: Su: :Cường độ kháng cắt khơng nước trung bình (Mpa) ∝: hệ số kết dính áp dụng cho Su(DIM) Asi =  D  hi Ta có: D = 1000 chiều rộng hay đường kính cọc(mm)Type equation here Bề dày lớp (m) Su 8.2 0.002 13.2 13.1 Lớp ∝ Qsi= qsi*Asi qsi = *su Asi =4*D*hi (MPa) (m2) (MN) 0.55 0.0011 32.8 0.03608 0.078 0.55 0.0429 52.8 2.26512 0.106 0.55 0.0583 52.4 3.05492 Tổng 5.35612  sức kháng thân cọc Qs = ∑Qs= 5.35612 M N=5356.12 KN 3.1.4.1.1b Sức kháng mũi cọc qp=9*Su Su : cường độ kháng cắt khơng nước sét gần chân cọc ( MPa) Diện tích mũi cọc :Ap=3.14 R2=3.14* 5002=785000 (mm2) qp=9*Su=9*0,106= 0,954 MPa Qp=Ap*qp=785000 * 0,954=748890 N=748.890 KN Như sức chịu tải dọc trục cọc theo đất nền: QR   Qn   qP QP   qs Qs =0,55*748.890+0,65*5356.12=3893.37 KN  Vậy sức chịu tải thiết kế là: Ptk = P0 = 3893.37 3.1.4.2.Sức kháng đỡ ngang PR   Pu Pu=sức kháng đỡ ngang giới hạn (danh định)của cọc đơn(MPa) =hệ số sức kháng ngang cọc =0,6 - Sức kháng đỡ ngang tới hạn trường hợp đầu cọc ngàm - Sức kháng đỡ ngang tới hạn Pu trường hợp đầu cọc bị ngàm tính theo cơng thức sau : Vì tồn đất sét thuộc loại đất dính : => Pu =  cu  B  (L – 1.5  B) +cu cường độ khng cắt khơng nước đất (KN/m2) +L chiều dài cọc ngập đất (m) +B đường kính hay bề rộng cọc(m) Sức kháng đỡ ngang theo lớp là: *Tính cho lớp:  Lớp 1, đất dính : cao mặt đất sau xói lở :-2,0mL1=10.2-2.0= 8.2 m; Cu=2 (KPa) Pu1 =    (8.2 – 1.5  1) = 120.6 (KN)  Lớp 2, đất dính :L2=13.2m, Cu=78 ( KPa) Pu2 =  78   (13.2 – 1.5  1) = 8213.4 (KN)  Lớp 3, đất dính: L3= 13.1 m ; Cu =106 KN/m2 Pu3 =  106   (13.1– 1.5  1) = 11066.4 (KN)  Sức kháng đỡ ngang danh định : Pu = Pu1 + Pu2 + Pu3 = 120.6 + 8213.4 + 11066.4 = 19400.4 (KN) Sức kháng đỡ cọc đơn là: PR = 0.6  19400.4 = 11640.24 (KN) 3.1.5 Xác định số lượng cọc bố trí cọc bệ Số lượng cọc tính theo cơng thức: Trong đó: V: Là tổng tải trọng thẳng đứng tác dụng lên bệ V = Ptt = 20000 (KN) P = 5805.83 (KN) : Là hệ số kể đến ảnh hưởng lực ngang mômen: 1,5 Chọn =1,5 Vậy : n = 1,5  20200 3893.37 Số cọc thiết kế cọc Bố trí hình vẽ : 3.2 Tính tốn theo tiêu chuẩn AASHTO LRFD 2007 3.2.1 Tính sức kháng dọc trục cọc đơn 3.2.1.1 Sức kháng dọc trục theo đất : Sức kháng đỡ cọc ước tính cách dùng phương pháp phân tích hay phương pháp thí nghiệm trường Sức kháng đỡ tính tốn cọc QR tính sau : QR   * Qn   qP * QP   qs * Qs Với QP  qP * AP Qs  qs * As Trong :  q =hệ số sức kháng dùng cho sức kháng đỡ cọc đơn ,(trong điều 10.5.4,hay tham khảo AASHTO 2007)dùng cho phương pháp không phân biệt sức kháng tồn góp phần riêng rẽ sức kháng mũi thân cọc QP=sức kháng mũi cọc (N) Qs=sức kháng thân cọc (N) qp=sức kháng đơn vị mũi cọc (MPa) qs=sức kháng đơn vị thân cọc (MPa) As=diện tích bề mặt thân cọc (mm2) Ap=diện tích mũi cọc (mm2)  qP =hệ số sức kháng sức kháng mũi cọc quy định cho bảng 16 hay 39 SGK dùng cho phương pháp tách rời sức kháng cọc sức kháng mũi cọc sức kháng thân cọc  qs =hệ số sức kháng sức kháng thân cọc bảng 16 hay 39 dùng cho phương pháp tách rời sức kháng cọc sức kháng mũi cọc sức kháng thân cọc Tra bảng ta có : -Hệ số sức kháng mũi cọc :  qP =0.4 -Hệ số sức kháng thân cọc :  qs=0,45 3.2.1.1a Sức kháng thân cọc Qs = qs x As áp dụng phương pháp ∝ ta có : Ma sát đơn vị bề mặt danh định (Mpa) tính : qs= ∝ x Su Trong đó: Su: :Cường độ kháng cắt khơng nước trung bình (Mpa) ∝: hệ số kết dính áp dụng cho Su (DIM) Ta có: Lớp Asi =  D  hi Bề dày lớp (m) Su 8.2 0.002 D = 1000 chiều rộng hay đường kính cọc (mm) ∝ 0.55 Qsi= qsi*Asi qsi = *su Asi =4*D*hi (MPa) (m2) (MN) 0.0011 32.8 0.03608 13.2 0.078 0.55 0.0429 52.8 2.26512 13.1 0.106 0.55 0.0583 52.4 3.05492 Tổng 5.35612 Sức kháng thân cọc Qs = ∑Qs=5.35612M N=5356.12KN 3.2.1.1b Sức kháng mũi cọc Qp=9*Su Su : cường độ kháng cắt không thoát nước sét gần chân cọc ( MPa) Diện tích mũi cọc :Ap=  D2 =(3.14*1000*1000)/4=785000 (mm2) qp=9*Su=9*0,106= 0,954 MPa Qp=Ap*qp=785000*0,954=748890 N=748.890 KN Như sức chịu tải dọc trục cọc theo đất nền: QR   Qn   qP QP   qs Qs =0,4*748.890+0,45*5356.12=2709.81KN  Vậy sức chịu tải thiết kế là: Ptk = P0 = 2709.81 KN 3.2.1.2 Sức kháng đỡ ngang cọc đơn tính theo cơng thức sau PR   Pu Pu= sức kháng đỡ ngang giới hạn (danh định)của cọc đơn(MPa)  = hệ số sức kháng ngang cọc =0,45 - Sức kháng đỡ ngang tới hạn trường hợp đầu cọc ngàm - Sức kháng đỡ ngang tới hạn Pu trường hợp đầu cọc bị ngàm tính theo cơng thức sau : Vì tồn  bộ đất sét thuộc loại đất dính : => Pu =  cu  B  (L – 1.5  B) +cu cường độ khung cắt không thoát nước đất (KN/m2) +L chiều dài cọc ngập đất (m) +B đường kính hay bề rộng cọc(m) Sức kháng đỡ ngang theo lớp là: * Tính cho lớp: Lớp 1,đất dính : cao mặt đất sau xói lở :-2,0m L1=10.2-2.0= 8.2 m; Cu=2 (KPa) Pu1 =    (8.2 – 1.5  1) = 120.6 (KN) Lớp 2, đất dính :L2=13.2m, Cu=78 ( KPa) Pu2 =  78   (13.2 – 1.5  1) = 8213.4 (KN) Lớp : Đất dính: L3= 13.1 m ; Cu =106 KN/m2 Pu3 =  106   (3.1– 1.5  1) = 11066.4 (KN)  Sức kháng đỡ ngang danh định : Pu = Pu1 + Pu2 + Pu3 = 120.6 + 8213.4+11066.4= 19400.4 (KN) Sức kháng đỡ cọc đơn là: PR = 0.45  19400.4 = 8730.18 (KN) 3.2.2 Xác định số lượng cọc bố trí cọc bệ Xác định số lượng cọc : Số lượng cọc tính theo cơng thức: Trong đó: V: Là tổng tải trọng thẳng đứng tác dụng lên bệ V = Ptt = 9518.005 (KN) P = 2709.81 (KN) : Là hệ số kể đến ảnh hưởng lực ngang mômen: Chọn =1,5 1,5 Vậy : n = 1,5  20200 2709.81 12 Số cọc thiết kế 12 cọc Kết tính tốn:  THEO 22TCN 272-05 22TCN 272-05 TẢI TRỌNG TK 20200 KN TRỌNG LƯỢNG CỌC 746.1 KN TỔNG SỨC KHÁNG 20245.52 KN TỶ LỆ DỰ TRỮ AN TOÀN 1.002  THEO AASHTO LRFD 2007 AASHTO LRFD 2007 TRỌNG LƯỢNG CỌC 746.1 KN TẢI TRONG TK 20200KN TỔNG SỨC KHÁNG 21136 KN TỶ LỆ DỰ TRỮ AN TOÀN 1.046 Nhận xét: - - Các tiêu chí so sáng cho thấy tiêu chuẩn AASHTO LRFD 2007 lớn tiêu chuẩn 22TCN 272-05 so sáng phương án giả thiết Tuy nhiên với tỷ lệ dự trữ an tồn móng cọc thấp không đủ đề xuất phương án bổ sung để tăng tỷ lệ dự trữ an toàn 3.3 Đề xuất phương án (lấy phương án sở để so sánh phương án ban đầu tính theo tiêu chuẩn 22TCN272-05) Đề xuất phương án để tăng tỷ lệ dự trữ an toàn: Phương án 1: Tăng số cọc Phương án 2: Tăng khoảng cách cọc 3.3.1 Phương án 1: Tăng số lượng cọc - Ưu điểm nhược điểm: + Khơng thay đổi kích thước móng, bổ sung cọc khoảng bệ cọc bổ sung thêm cọc, tổng cơng 10 cọc chơ móng trụ + Bố trí cọc nội lực cọc khơng tính tốn chi tiết + Tăng chi phí cho cọc + Ảnh hưởng xói nhỏ cần kiểm tra lại - Mặt bằng: 3.3.2 Phương án 2: Tăng khoảng cách cọc từ 2,5D lên 4D - Ưu điểm nhược điểm: + Tăng kích thước móng, bố trí lại cọc bệ móng + Số lượng cọc khơng thay đổi cọc + Bố trí cọc nội lực khơng tính tốn chi tiết + Tăng khoảng cách cọc để giảm hiệu ứng nhóm cọc, lớn 0.65 (Nội suy với khoảng cách 4D giá trị 0.8 theo quy trình ) + Phương án tiết kiệm so với phương án + Cần kiểm tra ảnh hưởng xói - Mặt bằng: Tính tốn sơ sức chịu tải hai phương án mới: GIÁ TRỊ MÔ TẢ KHOẢNG CÁCH CỌC GIÁ TRỊ BAN ĐẦU LỰC DỌC THIẾT KẾ ĐƠN VỊ THIẾT KẾ BAN ĐẦU PHƯƠNG ÁN PHƯƠNG ÁN 2.5 D 2.5D 4D 20200 20200 20200 10 MN/CỌC SỐ CỌC TĂNG KHỐI LƯỢNG BỆ TRỤ 1152 SỐ LƯỢNG CỌC TĂNG THÊM HIỆU ỨNG NHÓM CỌC LỰC DỌC THIẾT KẾ CHO CỌC CỌC 2525 (1403) 0.65 0.8 2020 2525 KN SỨC KHÁNG TỔNG CỘNG 20245.52 20200 LỰC DỌC TK TỶ LỆ DỰ TRỮ AN TOÀN 1.002 25306.91 24917.57 KN 20200 20200 KN 1.253 1.234 Nhận xét hai phương án: - Nhận thấy phương án đảm bảo tỷ lệ dự trữ an toàn,nhưng xét mặt kinh tế phương án kiến nghị thay đổi phương án 1, chi phí tăng bệ móng thấp nhiều so với chi phí tăng cọc ( đặc biệt trường hợp cầu lớn, số lượng cọc lớn ) - Nhận thấy hệ số nhóm cọc ảnh hưởng lớn đến sức chịu tải nhóm cọc  Về hiệu ứng nhóm cọc hai tiêu chuẩn 22TCN272-05 AASHTO LRFD 2007 Mục CỌC KHOAN NHỒI 22TCN 272-05 0.65 Đối với khoảng cách cọc 2.5D 1.0 Đối với khoảng cách cọc 6.0 D AASHTO LRFD 2007 0.65 Đối với khoảng cách cọc 2.5D 1.0 Đối với khoảng cách cọc 4.0 D Cùng giả thiết tính tốn mở rộng bệ (tăng khoảng cách cọc với tiêu chuẩn AASHTO LRFD 2007 ) Kết tính tốn giá trị sau: 22TCN272-05 ( Phương án Ban đầu ) AASHTO LRFD 2007 ( Phương án Ban đầu) AASHTO LRFD 2007 ( Tăng khoảng cách cọc ) Khoảng cách cọc 2.5 D 2.5 D 4.0 D Hệ số nhóm cọc Tăng khối lượng bệ trụ 0.65 0.65 1.0 Lực dọc thiết kế Sức kháng tổng 20200 KN 20200KN 20200KN cộng Tỷ lệ dự trữ an toàn 20245.52 KN 21136 KN 32508 KN 1.002 1.046 1.609 Vậy: Với trường hợp mở rộng bệ móng (tăng khoảng cách cọc ) tính theo tiêu chuẩn AASHTO LRFD 2007 ta có tỷ lệ dự trữ an toàn cao nhiều so với tất phương án 3.4 Nhận xét Từ việc tính tốn ví dụ thấy so với tiêu chuẩn hành Bộ Giao thông vận tải (dựa AASHTO LRFD 1998) tính tốn móng cọc tiêu chuẩn AASHTO LRFD 2007 có nhiều thay đổi cách xác định hệ số tính tốn,… Mà hiệu từ thay đổi rõ ràng Thơng qua kết tính tốn ví dụ cụ thể thấy việc tính tốn móng cọc khoan nhồi theo Tiêu chuẩn AASHTO LRFD 2007 đảm bảo độ an tồn tin cậy cao so với tính tốn theo tiêu chuẩn 22TCN 272-05 Phần III: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Qua nội dung phân tích so sánh trên, có vài kết luận kiến nghị tính tốn móng cọc khoan nhồi sau: Một là, việc tính tốn thiết kế móng cọc Việt Nam tồn hai tiêu chuẩn song hành Tiêu chuẩn 22TCN 272-05 TCXD 205-1998 Tuy nhiên, hai tiêu chuẩn có khác tính tốn móng cọc khoan nhồi Cụ thể là, tiêu chuẩn 22TCN272-05 (dựa AASHTO LRFD 1998) áp dụng kết thí nghiệm trường tính tốn cịn TCXD205-1998 (theo tiêu chuẩn Anh, Pháp, Nhật, ) sử dụng hệ số an toàn Vậy với điều kiện khác việc áp dụng tiêu chuẩn có phù hợp khác Hiện nay, nước ta áp dụng tiêu chuẩn theo hình thức cơng trình Bộ Giao thơng áp dụng tiêu chuẩn 22TCN272-05 cịn cơng trình Bộ Xây dựng áp dụng tiêu chuẩn TCXD205-1998 Từ so sánh cụ thể nhóm tác giả kiến nghị nên thay đổi cách áp dụng tiêu chuẩn Cụ thể tùy vào điều kiện xây dựng đặc điểm cơng trình để áp dụng tiêu chuẩn tính tốn cho phù hợp Hai là, việc tính tốn móng cọc khoan nhồi theo tiêu chuẩn 22TCN272-05 có nhiều tồn cách tính tốn cịn dựa cơng thức kinh nghiệm nhiều nhóm tác giả khác dẫn đến việc áp dụng khó khăn kết thiếu độ an tồn tin cậy Thơng qua kết tính tốn thấy tiêu chuẩn AASHTO LRFD 2007 giải vấn đề đảm bảo độ an tồn tăng 20% so với tiêu chuẩn 22TCN272-05 Vì kiến nghị, sở tiêu chuẩn 22TCN272-05 nên có cập nhật bổ sung theo tiêu chuẩn AASHTO LRFD 2007 có điều chỉnh để phù hợp với điều kiện Việt Nam để hoàn chỉnh thêm tiêu chuẩn TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiêu chuẩn 22TCN272-05, Bộ GTVT, 2005 Tiêu chuẩn AASHTO LRFD 2007 (Phần 10: Nền móng) Tiêu chuẩn TCXD 205-1998, Bộ Xây Dựng, 1998 Một số tồn dự tính sức kháng đỡ dọc trục cọc khoan nhồi theo tiêu chuẩn 22TCN272-05 AASHTO LRFD 2007 PGS.TS Trần Đức Nhiệm (Bộ môn Cầu Hầm ) ThS Ngô Châu Phương (Bộ môn Cầu Hầm CS2), Trường Đại học Giao thông Vận tải Áp dụng công nghệ cọc thép Việt Nam Kouichi, Masaya Higashi (Bộ phận phát triển vật liệu kết cấu cơng trình, Tập đoàn thép Nippon Steel Corporation, Tokyo, Nhật Bản) Nguyễn Thị Tuyết Trinh (Bộ mơn Cơng trình giao thơng thành phố Cơng trình thủy, Trường Đại Học Giao thơng vận tải, Hà Nội) Ngô Châu Phương (Bộ môn Cầu hầm, Trường Đại học Giao thông vận tải, sở 2, Tp HCM)