TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI
Trang 1T S V N TRONG TÍNH TOÁN S C CH U T I
C ÓNG THEO TIÊU CHU N 22TCN 272-05
KS Nguy n Huy Hoàn
KS Nguy n D ng
Công ty CP T v n Xây d ng 533
Tóm t t: Bài vi t tóm t t m t s kinh nghi m c a tác gi trong quá trình áp d ng tính
toán s c ch u t i c c óng, qua ó nêu lên nh ng khó kh n trong vi c áp d ng tiêu chu n 22TCN 272-05 ng th i nghiên c u xu t m t s ph ng pháp và công th c
có th áp d ng trong tính toán thi t k , nh m giúp các k s tr có th ti p c n d dàng và làm ch c nh ng k t qu tính toán c a mình.
Abstract: This paper summarizes some experience in calculation of driven pile’s load
bearing capacity, the difficulties in applying the specification 22TCN 272-05 and proposes some methods and formulas for design calculation in order to hepl the young engineers to approach this new specification and control their calculation results.
Khái quát chung
Vi c tính toán s c ch u t i (SCT) c a c c theo các tiêu chu n tr c ây (Quy trình thi t k c u c ng theo tr ng thái gi i h n 22TCN 18-79; Móng c c tiêu chu n thi t k 20TCN 21-86; Móng c c tiêu chu n thi t k TCXD 205-98) th ng không gây khó kh n nhi u cho ng i thi t k N i dung tính toán SCT c c theo các tiêu chu n này ng i n gi n và d hi u; tra b ng có ma sát n v c ng nh c ng
m i c c ph thu c vào lo i t ( t sét thì d a vào s t I, t cát thì c n c vào
tr ng thái t) và sâu l p t phân b r i áp vào công th c tính toán SCT là xong Tuy nhiên, trong quá trình áp d ng tiêu chu n 22TCN 272-05 thì m c dù các k
s thi t k không m c b t k sai sót nào trong th c hi n các phép tính toán h c nh ng khi tính toán xong v n có c m giác b n kho n, tr n tr và ch a hài lòng v i các k t
qu tính toán Nh ng câu h i b n kho n c a nh ng ng i ch a có kinh nghi m trong tính toán, ki u nh : “ Không bi t ã tính toán úng ch a? Tính theo ph ng pháp này thì không t nh ng theo ph ng pháp khác l i th a r t nhi u? B n kho n l a ch n
gi a các công th c tính, ph ng pháp tính” V i mong mu n làm sáng t a nh ng b n kho n trên, tác gi ã nghiên c u ti p c n h th ng quy tình, tiêu chu n theo tri t lý thi t k hi n i, tham kh o trao i và ti p thu kinh nghi m tính toán c a m t s n
v t v n l n, m t s tác gi vi t sách trong và ngoài n c k t h p v i hi u bi t c a
b n thân thông qua m t s công trình ã thi t k , thi công và có k t qu c th
th ng nh t trong tính toán, ng th i t o ra c h i trao i r ng rãi c a các ng nghi p c ng nh vi c t v n cho C T hay thuy t ph c c Th m nh, bài vi t i sâu vào vi c phân tích các khó kh n khi áp d ng 22TCN 272-05 và ki n ngh m t s
ph ng pháp, công th c trong tính toán C ng l u ý r ng, trong bài vi t này ch c p
n SCT c a c c óng theo t n n, còn vi c tính toán s c ch u t i c c theo v t li u là
t ng i n gi n có th xem i u 5.7.4 c a tiêu chu n 22TCN 272-05
1 Nh ng khó kh n khi áp d ng tiêu chu n 22TCN 272-05 trong tính toán.
1.1 S l c v s c kháng d c tr c c a c c óng theo tiêu chu n 22TCN 272-05.
Khái quát: S c kháng c a c c có th c c tính b ng cách dùng các
Trang 2làm 2 nhóm chính là t dính (các lo i t sét) và t r i (các lo i t cát, bùn không
d o) Các h s s c kháng t ng ng c l y theo b ng 10.5.5-2 c a tiêu chu n, c ng
trong b ng này c n chú ý n h s λv ph thu c vào bi n pháp thi công và ki m tra
c c ngoài hi n tr ng, giá tr c aλvthay i t 0,80 n 1,00
Ph ng pháp phân tích lý thuy t ( c tính n a th c nghi m): Ph ng pháp này
c tính toán d a trên s li u ng kháng c t không thoát n c c a t Su, xác
nh b ng thí nghi m nén 3 tr c không c k t – không thoát n c theo tiêu chu n ASTM D2850 ho c AASHTO T234 Ph ng pháp này ch áp d ng cho t dính, s c kháng là hàm c a Su V s c kháng thành bên tiêu chu n a ra 3 ph ng pháp (chi
ti t t ng ph ng pháp tham chi u tiêu chu n) là ph ng pháp α, ph ng pháp β,
ph ng pháp λ
Ph ng pháp hi n tr ng (d a trên các thí nghi m hi n tr ng): Ph ng pháp
này s d ng k t qu SPT ho c CPT và ch áp d ng cho t r i.
1.2 M t s khó kh n khi áp d ng tiêu chu n trong tính toán.
M t s b t c p: Nh n th y, theo tiêu chu n thì ph ng pháp n a th c nghi m
ch dùng c cho t dính, còn ph ng pháp th c nghi m ch dùng c cho t r i
nh v y trong m t công trình c n ph i có c s li u thí nghi m Su và v a ph i có s
li u thí nghi m SPT thì m i tính toán c; i u này nh h ng n giá thành công trình Nh v y n u d án không có s li u Su t thí nghi m mà ch có s li u SPT thì
vi c tính toán cho l p t dính theo tiêu chu n s ph i quy i t SPT sang Su (công
th c tham kh o tài li u [5], [6] và m t s sách n c ngoài) i u này d n n k t qu không còn chính xác n a
M t s khó kh n trong tính toán: Ph ng pháp α ch ra trong tiêu chu n 22TCN 272-05 (theo Tomlinson 1987), theo ph ng pháp này thì h s α ph thu c vào Su, các l p a ch t và chi u sâu ngàm c c trong t ng ch u l c Xác nh α d a vào 3 tr ng h p trong hình 10.7.3.3.2a-1 (theo Tomlison 1987) c a [1] là r t khó
kh n, nhi u khi mang tính ch quan và ph thu c nhi u vào quan ni m c a t ng ng i thi t k M t s khó kh n có th k n nh sau: Th nh t là vi c quan ni m các l p
t sao cho úng, trong th c t c c th ng xuyên qua s l p t nhi u h n hai l p;
nh ng tr ng h p này u ph i quy v m t trong ba tr ng h p c a Tomlison ( ây chính là m t h n ch mà [1] không ch ra, c ng theo [7] thì i u ki n b t bu c khi s
d ng ph ng phápα– Tomlinson là s l p t < 2 (l p) và l p t d i m i c c ph i
là l p t sét c ng), v y i u ki n a ch t Vi t Nam còn có m t s tr ng thái t
khá ph bi n nh sét n a c ng, d o c ng hay á sét thì sao? Th hai là trong ba tr ng
h p c a Tomlinson thì giá tr α ch ph thu c vào giá tr Su v i ba tr ng h p c th
c a DBlà DB <10D, DB = 20D và DB>40D, v i DBlà chi u dài o n c c ngàm trong
t ng ch u l c, D là ng kính hay b r ng c a c c óng; còn các tr ng h p trung gian thì [1] c ng không nêu rõ V n này tác gi c ng ã c p v i ng i vi t tài
li u [5] và có câu tr l i là “các giá tr trung gian thì n i suy”, tuy nhiên vi c n i suy
ây là r t khó kh n, thi u chính xác và mang tính ch quan b i vì ng cong c a Tolinson là ng cong th c nghi m, các giá tr ph thu c không ph i là tuy n tính
C n l u ý r ng, b n thân Tomlinson tác gi cu n sách Pile design and construcstion
practice c ng ã vi t r ng qua h α và Su là có xu h ng b o th (nguyên v n: tend to conservative results), tài li u [5] dùng t “r t k d ” c p t i v n này
Trang 32 M t s ph ng pháp và công th c tính toán ngoài tiêu chu n.
kh c ph c nh ng b t c p và khó kh n ã nêu trên, tác gi ngh m t s
ph ng pháp và công th c tính toán m i có th tham kh o áp d ng trong quá trình tính toán làm c s so sánh, rút ra k t lu n c n thi t và ôi khi là ph ng pháp không th thay th
2.1 Ph ng pháp lý thuy t.
Ph ng pháp α-Tomlinson 1980: Trong nhi u tr ng h p (có nhi u l p t xem k p nhau l n l n) có th áp d ng phiên b n c c a Tomlinson (1980), trong phiên
b n này Tomlinson ch a ra m t tr ng h p duy nh t, (khác v i Tomlinson 1987 có
3 tr ng h p) xem ph n 2.5.1.1 c a tài li u [5].
Ph ng pháp a–API (American Petrolium Institute): ây là ph ng pháp c a
Vi n d u khí Hoa K , ph ng pháp này s d ng c ng su t t ng và ng su t h u
hi u Ta v n dùng ph ng trình tính toán nh c a Tomlinson 1987 nh ng h s α
c tính toán b ng công th c nh sau:
α = 0.5ψ-0.5
n uψ< 1.0; α = 0.5ψ-0.25
n uψ > 1.0 vàαmax =1
V iψ = Su/δ’v ;δ’v(hay p’) là ng su t h u hi u t i i m gi a phân t c c ang xét Tuy ph ng pháp α–API ít c m i ng i bi t n nh ph ng pháp α -Tomlinson, nh ng nó có nh ng u i m nh sau: ph ng phápα-API n gi n, d l p trình (vì có d ng công th c, không ph i n i suy nên vi c tính giá tr α là khá d dàng); qua so sánh v i thí nghi m nén t nh cho th y α-API có tin c y cao h n α -Tomlinson; c bi t n u ta bi u th quan h α và fi = α.Su trên th v i nh ng giá tr
ng su t h u hi u nh t nh thì không còn th y “ i m k d ” nh c a α-Tomlinson,
i u này ph n ánh úng th c t h n
2.2 Ph ng pháp hi n tr ng.
Trong ph ng pháp hi n tr ng, bài vi t ch c p n s d ng k t qu xuyên tiêu chu n SPT, vì ây là ph ng pháp ph bi n hi n nay hay dùng Trong tiêu chu n 22TCN 272-05 c p t i v n này nh ng ch dành cho t r i (xem i u 10.7.3.4)
D i ây, tác gi xin trình bày thêm v ph ng pháp c a Meyerhof ã c t p th nhi u tác gi (Schmertmanm, Lai, Graham, Mac Veight…) s a i b sung liên t c trong h n 10 n m qua áp d ng cho m i lo i c c úc s n, trong m i lo i t và v i tin c y cao h n Cách tính này ban u c t tên là SPT91, SPT94 r i SPT97; t nay th ng nh t ng i ta g i là Cách tính Schmertmanm
S c kháng thành bên và s c kháng m i c a c c c d báo trên k t qu thí nghi m N60, N60 là s nhát p ng SPT i c 30cm ã hi u ch nh v 60% n ng
l ng h u ích trong thí nghi m xuyên tiêu chu n SPT; N60 = N.CE v i: N là tr s SPT, CE = Eh/60; Eh là t l ph n tr m n ng l ng h u ích c a thi t b SPT (th ng Eh
=30-:-60) Chú ý v i N60< 5 thì l y N60= 0 (b qua ma sát thành bên khi t y u) và
N60 > 60 thì l y N60 = 60
t n n c chia làm 4 nhóm: Nhóm 1 là t sét; nhóm 2 là h n h p sét b i cát, cát có nhi u b i, b i; nhóm 3 là cát và nhóm 4 là á vôi m m, cát l n nhi u v sò,
v h n (vi c phân nhóm t n n chi ti t h n so v i [1] ch có t dính và t r i) S c
Trang 4giá tr trung bình c a 2 i m cách phía trên m i c c m t o n là 8D và cách phía d i
m i c c m t o n là 3,5D; v i D là ng kính hay b r ng c a c c
L u ý, theo cách tính Schmertmanm thì không dùng c h s s c kháng nh
b ng 10.5.5-2 c a tiêu chu n [1], c ng theo ph ng pháp này có thêm khái ni m s c
ch u t i huy ng Sau khi tính c s c kháng thành bên n v qs và s c kháng m i
n v qp, ta nhân v i di n tích thành bên As và di n tích m i c c Ap ta c t ng s c kháng thành bên Qs và t ng s c kháng m i c c Qp Khi ó s c ch u t i huy ng s
c tính theo công th c:
Q = Qs+ Qp/3 : i v i c c bê tông và c c thép ch H
Q = Qs+ Qp/2 : i v i c c ng thép
Và s c ch u t i cho phép c coi là: [Q] = Q /2 ; nh v y có th th y h s
s c kháng thành bênϕs = 1/2 và s c kháng m iϕp = 1/6 i v i c c óng bê tông
B ng 1: S c kháng thành bên f i hay q s (kPa), cách tính Schmertmanm SPT
Ký
hi u Lo i t C c Bê tông C c thép ch H C c ng thép
1 t sét 2.N(110-N)/41,84 2.N(110-N)/55,72 18,58+20,93Ln(N)
2
H n h p
sét-b i-cát; cát có
nhi u b i; b i
2.N(110-N)/47,86
-2,17+3,16N-0,044N2+2,36.10-4N3 23,27+10,08Ln(N)
3 Cát 1,82.N 1,11.N 5,55+14,56Ln(N)
4
á vôi m m;
cát l n nhi u
v sò, h n
0,96.N 0,73.N 1,72+12,83Ln(N)
B ng 2: S c kháng m i c c q p (kPa), cách tính Schmertmanm SPT
Ký
hi u Lo i t C c Bê tông và c c thép ch H C c thép ch H
2 H n h p sét-b i-cát; cát
4 á vôi m m; cát l n
(Chú ý: trong b ng 1 và b ng 2, cho g n khi trình b y, N 60 c vi t là N)
Trang 5t lu n và ki n ngh
i v i ng i làm công tác thi t k n n móng c n th u tri t m t lu n i m r ng
m i tính toán móng c c theo lý thuy t u ch là d tính, k t qu ph i c ki m nghi m qua th c t th t i hi n tr ng vì th c t s c ch u t i c a c c ph thu c nhi u vào t ng v trí xây d ng, nh h ng c a quá trình thi công; c ng nh tính chính xác
c a các s li u thi t k
Trong quá trình tính toán, thi t k c n k t h p tính b ng nhi u ph ng pháp, nhi u công th c khác nhau qua ó có th so sánh các k t qu và rút ra k t lu n c n thi t
Trong tính toán c bi t l u ý t i th nguyên c a các i l ng nêu trong công
th c
Vì t m quan tr ng c a h s s c kháng c t không thoát n c (Su) khi thi t k móng c c trong t dính theo h th ng tiêu chu n m i nên trong công tác kh o sát a
k thu t c ng nh khi ti n hành các thí nghi m trong phòng ph i c bi t coi tr ng
ph ng pháp thí nghi m và tính b t bu c ph i có c ng nh tính chính xác c a thông s này
Tài li u tham kh o
[1] – Tiêu chu n thi t k c u 22TCN 272-05; B GT VT
[2] – Quy trình thi t k c u c ng theo tr ng thái gi i h n 22TCN 18-79; B GT VT [3] – Móng c c tiêu chu n thi t k 20TCN 21-86
[4] – Móng c c tiêu chu n thi t k TCXD 205-98; B Xây D ng
[5] – Móng c c phân tích và thi t k ; Gs Ts V Công Ng / Ts Nguy n Thái, Nhà XB Khoa h c và k thu t, n m 2006
[6] – Thí nghi m t hi n tr ng và ng d ng trong phân tích n n móng; Gs Ts V Công Ng / Ts Nguy n Thái, Nhà XB Khoa h c và k thu t, n m 2003
[7] - Thông tin kh o sát thi t k s 4 n m 2005; TEDI
[8] – Foundation analysis and design; fourth edition, Joseph E Bowles
[9] - National Cooperative Highway Research Program; report 507, Load and Resistance Factor Design for Deep Foundations, Washington D.C 2004