Luận văn thạc sĩ Xây dựng công trình thủy: Nghiên cứu trạng thái ứng suất trong hệ bản cọc làm việc đồng thời

Luận văn sử dụng những lý thuyết về kết cấu, nền móng, phương pháp phần tử hữu han và công cụ SAP 2000 dé phân tích trạng thái ứng suất trong hệ bản cọc làm việc đồng thời.. Nội dung luậ

LỜI CẢM ƠN

Sau thời gian làm luận văn, với sự cỗ gang của ban than và được sự hướng dẫn

nhiệt tình, khoa học của thầy giáo PGS.TS Nguyễn Cảnh Thái — Bộ môn Thuỷ

Công — Trường Dai Học Thuy Lợi, tác giả đã hoàn thành luận văn tốt nghiệp của mình Với đề tài: “ Nghiên cứu trạng thái ứng suất trong hệ bản cọc làm việc đồng thời “.

Thời gian làm luân văn tốt nghiệp là một dip tốt dé tác giả có điều kiện hệ thống lại kiến thức đã được giảng dạy trong những năm học tập tại trường, đặc biệt giúp tác giả làm quen với việc tìm tòi nghiên cứu và trình bày một đề tài khoa học Những điều đó giúp tác giả thêm vững vàng trong quá trình công tác, phát triển tư

duy nghiên cứu khoa học.

Luận văn sử dụng những lý thuyết về kết cấu, nền móng, phương pháp phần

tử hữu han và công cụ SAP 2000 dé phân tích trạng thái ứng suất trong hệ bản cọc làm việc đồng thời Mặc dù có nhiều cố gắng trong thực hiện nhưng không tránh khỏi những thiếu sót, rat mong các thầy cô góp ý dé luận văn được hoàn thiện hơn.

Nội dung luận văn gồm 5 phan chính sau: Phần một: tổng quan; phan hai: cơ

sở lý thuyết; phần ba: nghiên cứu trạng thái ứng suất trong hệ bản cọc làm việc đồng thời; phần bốn: ứng dụng phân tích ứng suất cho công trình cống Nam Đàn; phần 5: kết luận và kiến nghị.

Cuối cùng tác giả xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô giáo trong bộ môn Thủy Công đặc biệt là thầy giáo PGS.TS Nguyễn Cảnh Thái đã tận tình hướng dẫn, tạo mọi điều kiện để tác giả hoàn thành luận văn này.

Hà Nội, ngày 01 tháng 06 năm 2012

Tác giả:

Hoàng Minh Thang

BẢN CAM KET

‘Toi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Kết quả nên

trong luận văn là trung thực, có nguồn gốc rõ rằng, không sao chép từ công trình

nghiên cứu nao khác.

Nếu sai, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

Tác giả

Hoàng Minh Thing

CHƯƠNG 1: TONG QUAN VE

1.1 Tổng quan về các dang công trình thuỷ lợi dạng bê tông đặt trên nền đất 1

1.1.1 Lịch sử phát triển '

1.1.2 Công trình bê tông trên nền đắt 2

1.1.3 Yêu cầu vé nền đối với các công trình bê tông thấy công kh 6

1.2 Ứng xử của nén và các phương pháp xử lý nén đắt yếu 71.2.1 Nền đất yêu và phân loi nên đắt yế 7

1.2.2 Đặc điểm làm việc của công trình bẻ tông trên nén đất 8

1.2.3 Mot số phương pháp xử lý công trình khi gặp nền đất yếu 10

1.3 Tổng quan vỀ mồng cọc ụ

1.3.1 Khái quát về sự hình thành phát triển 131.3.2 Ứng dang và phan loại cọc bể tông cốt thep M41.3.3 Cấu tạo mồng cọc bê tông cốt th 16

2.2.2 Tinh toán độ bền vật liệu lm cọc va dai cọc _—,

2.2.4 Hình thức bố trí và kiểm tra điều kiện làm việc của móng cọc 332.2.5 Đặc điểm làm việc của bản cọc với phương pháp b tr truyén thống 36

3.3 Tương tác giữa cọc và môi trường đất 37

3.11 Cơ chế làm việc của hệ bản — cọc 35 3.1.2 Các quan điểm nghiên cứu.

3.2 Các mỗ hình phần tủ hữu hạn nghiên cứu hệ bản cọc

3.2.1 Thay cọc bằng các gối di hồi

3.2.2 Coi đất như một không gian cùng làm việc trong mô hình 603.23 Thay tương tic cọc - đất bằng géi mm độ cứng K, ái3.3 Trạng thai ứng suất của hệ bản cọc khi làm việc đồng thời 62

3.31 Trang thái ứng suất bản kh làm không xét ảnh hưởng của cọc 6 3.3.2 Trang thái ứng suất bản, cọc kim việc đồng thời 68

3.4 Ket luận chương 3 vs ¬ 74

CHUONG 4: ỨNG DUNG TÍNH TOÁN NGHIÊN CỨU TRẠNG THÁI 75ỨNG SUÁT CÔNG NAM ĐÀN 154.1 Giới thiệu chung về công trình cổng Nam Dan, 15

4.1.1 Viti địa lý, đặc điểm công mình 15

4.1.2 Tình hình địa chất nền móng công trình — TB

4.13 Lựa chọn gi pháp gia cổ nén 80

4.2 Trạng thái ứng suất bản đấy cổng 80

4.2.1 Cie số liu eo bản : se a)

4.2.2 Sơ đồ tính toán 82

4.2.3 Trường hợp tính toán 83

4.24 Xác định tải trong 83 4.2.5 Kết quả tinh toán `

DANH MỤC BAN VE.

Hình 1.1: Xử lý nén móng tram bơm Xuân Dương,

Hình 1.2: Xử lý nền móng cổng lấy nước Nam Đàn

Hình 1.3: Mặt bằng bổ trí cọc cổng lễ

Hình 1.4: Xử lý nền móng công Xuân Tinh — C¡

nước Nam Ban

Khê - Phú Thọ

Hình 1.6: Xử lý nền đưới trụ cầu giao thông

Ninh 1.7: Hình thức móng công trình trên nén đất

Hình 1.8: Sơ đỗ mắt ổn định công trình bé tông chịu tải trong phic tạp,Hình 1.9: Vai hình ảnh về sự cổ sập cầu Cần Thơ,

Hình 1.10: Tháp nghiêng Pisa - Italia

Hình 1.19: Chi tết cốt thép đầu cọc và cốt thép móc eft

Hình 1.20: Câu tạo thep chờ và đai thép đầu cọc

Hình 1.21: Chi tiết mỗi nối cọc

Hình 1.22: Céu tạo mồng cọc

Hình 2.1: Chuyển vj xoắn của đất do đồng cọc

Hình 2.2: Phân ứng suất do cọc đơn và nhồm cọc

Hình 23: Sức chịu tải kéo của cọc mổ rộng chân (mồng cọc prt).

Hình 2.4: Sự huy động sức kháng (móng cọc pHk).

Hình 25 Sơ đồ bổ tr cọc điền hình

Hình 2.6 : Sơ họa móng cọc

Hình 2.7: Mặt bằng mồng cọc quy ước 35

Hình 2.8: Lign kết ọc và di cọc "

Hình 2.9: Móng dim chịu tải trong tác động 38Hình 2.10: Nền chịu tai trọng phân bo 39Hình 2.11: Nền chịu ải trọng tập trang 40Hình 2.12: Mô hình nền Winkler trong móng tuyệt đối cứng AlHình 2.13: Trường hop dằm tích khỏi nền 4

Hình 2.14: Độ lún của nên theo bai toán không gian 42

Hình 2.15: Độ lún của nền theo bai toán phẳng ~ os 42

Hình 2.16: Thi nghiệm bn nén 43

Hình 3.1: Sự làm việc của hệ bin cọc, cọc và nền đất s

Hình 3.2: Biểu đồ quan hệ giữa ti trọng và độ lún theo các quan điểm thiết kể 7

Hình 3.3: Sơ dé tinh toán kết cấu bản khi xem đầu cọc như một gối đàn hỗi 9

Hình 34: Mô tả phương php tính lún cia Gambin 39 Hình 3.5: Mô hình tỉnh toán trong phương pháp 61

Hinh 3.6: Mô hình tinh toán, phương pháp sử dụng 16 xo thay the tương tác cọc-đất

Hình 3.18: Biểu đổ ứng suất Sm 6

Hình 3.19: Mô hình tính toán 68

Hình 320: Biểu d ứng suất SII “9

Hình 3.21: Biểu đồ ứng suất S22 “9

Hình 3.22: Biểu đỗ ứng suất S33 70Hình 323: Biểu đổ ứng suất S12 10Hình 3.24: Biểu đồ ứng suất S13 7Hình 3.25: Biểu đổ ứng suất S23 m

Hình 3.26: Biểu đồ ứng suất Smax 1

Hình 3.27: Biểu đổ ứng suất Smi Hình 3.28: Biểu đỗ ứng suất Smin BHình 3.29: Biểu đồ ứng suất Svm 73Hình 4.1: Cắt ngang cổng vi tri nh điều hành 15

-Hình 4.2: Mặt bằng bổ trí cọc bản đấy thân cổng lấy nước 80

Hình 4.3: Sơ đỗ hình học 82

Hinh 4.5: Sơ đỗ tinh toán nàn — 4

Hình 46: Biểu 87 Hình 47: 87 Hình 48: Biểu đỗ ứng suất $33 88

Hình 4,10: Biểu đồ ứng suất S13 5Hình 4.11: Biểu đồ ứng suất S23 89

Hình 4.12: Biểu đồ ứng suất Smax vs - 90

Hình 4.13: Biểu đồ ứng suất Smid 90Hình 4.14: Biểu đồ ứng suất Smin aHình 4.15: Biểu đổ ứng suất Sum 9Ị

DANH MỤC BANG BIEU

Bảng I.l: Một số chỉ tiêu phân loại nền đắt mềm yếu

Bang 2.1 : Quan hệ giữa N, và Su

Bảng 22 : Các hệ số điều kiện làm việc của đất

30

31

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Tải nguyên nước là thành phần chủ yêu của môi trường sống, quyết dinh sựthành công trong các chiến lược quy hoạch, kế hoạch phát triển kinh tế, xã hội, đảm.bảo quốc phòng an ninh quốc gia Hiện nay dưới tác động của hiện tượng biển đổi

khí hậu toàn cầu và tác động khai thác của con người nguồn tài nguyên thiên nhiên.

quý hiểm và quan trong này dang phải đối mặt với nguy cơ ô nhiễm và can kiệt

Một trong các biện pháp khắc phục vin đề trên là xây dựng những hệ thông

công trình thuỷ lợi hợp lý nhằm diéu tiết, bảo tổn va phát triển nguồn tải nguyên.quý giá này Trên thực tế đã xuất hiện các công trình như các cổng điều tiết: cổnglấy nước; cống ngắn triều, giữ ngọt nhẳm phục vụ mục đích trên, Bi theo việc xây

dung các công trình đó là các giải pháp về mặt kết cấu, ôn định công trình để dim

bảo công trình hoạt động một cách an toàn bản vững Sử dung cọc dé gia cố nên đất

yếu là phương pháp phổ bi khi xây dựng các công trình thuỷ lợi Tuy nhiên hiện thực khách quan cho thấy khi sử dụng cọc chúng ta chưa đánh giá đến sự làm việc

đồng thời của bản và cọc dẫn đến việc sử dụng cọc thiên lớn làm hao phí về kinh tế

dài

Vi vay dé tài: “ Nghiên cứu trạng thái ứng suất trong hệ bản cọc làm việc

đẳng thời" cố ý nghĩa khoa học và thục tiễn lớn lao trong chiến lược phát triển con

người nói chung và tải nguyên nước nói riêng.

2 Mục đích của ĐỀ tài :

Nghiên cứu trang thái ứng suất của hệ ban cọc trong từng điều kiện chịu lực

đồng thời của hệ bản và cọc nhằm tận dụng tối đa

khác nhau khi xét đến sự lâm vi

khả năng lim việc của hệ cọc, tết kiệm vé mặt kinh tế và nông cao chất lượng về

3 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

-#ˆ Cách tiếp cận

Tiếp cận trực tiếp hoặc gián tiếp thông qua ác tổ chức, cá nhân khoa học haycác phương iện thông tin đại chúng để nắm được tổng quan v8 các biện pháp xử lýcông trình trên nên dắt yếu đặc iệ à phương pháp xử lý bằng cọc b tông cốt thép

Từ đồ nhận thấy rằng khi sử dụng bê tông cốt thép để gia cỗ nén đất yếu các

phương pháp tính hiện nay cỏn tương đối đơn giản, chi xét riêng rẽ các trạng thái

làm việc của bê tông bản đấy và cọc mà chưa xét đến sự làm việc chung của chúng

Mặt khác việc bo trí cọc đồng đều trên diện tích bản đáy hiện nay là không biện.

chứng và không tận dụng hết khả năng làm việc của cọc dẫn đến ling phí vỀ mặtkinh tế, Vì vậy với dé tài “ nghiên cứu trang thái ứng suất trong hệ bản cọc làm việcđồng hồi tác giá sẽ giải quyết được các nhược điểm vừa nêu rên

‘Thu thập, phân tích đánh giá các ti liệ liên quan, các quy phạm hưởng dẫn

tinh toán kết cầu từ đó đưa ra phương pháp nghiên cứu tính toán trạng thai ứng suất

của hệ bản cọc khi chúng làm việc đồng thời.

+ Phường pháp nghiên cứu:

~ Phương pháp đi tra khảo sit thu thập tổng hợp ti iệu

~ Phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với đúc rút kính nghiệm thực tế, dựa trên chỉ dẫn tinh toán của các quy trình quy phạm, sử dung mô hình toán và cácphần mềm ứng dung

Cu thể đề tài nghiên cứu sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn với sự hỗ trợcủa phần mém SAP 2000, mô hình hóa phần tử theo mô hình không gian ba chiều,

có xét tới tương tác giữa cọc và nẻn đẻ phân tích trạng thái ứng suất của hệ ban cọc

khi làm việc đồng thời với các tổ hợp ải trọng khắc nhau

- Phương pháp chuyên gia, hội thảo Tranh thi sự góp ý của các chuyên gia,

bạn bè đồng nghiệp để phát iển ý tưởng và khuyết điểm của đề tài trong quá trình

thực hiện

~ Phương pháp phân tích tong hợp Đánh giá tong quát kết quả nghiên cứu, về

ti nhược điểm và phương hướng giải quyết

4 KẾt quả dự kiến đạt được

~ Tổng quan về tinh hình sử dụng phương pháp gia cổ nền đất yếu bằng cọc

~ Đưa ra kết quả nghiên cứu về trang thi ứng suất của hệ bản cọc khi làm

việc đồng thời, phân bổ ứng suit trên đầu cọc trong các trường hợp sử dụng sơ đồ

hệ coe

~ Dé xuất ý kiến về việc tính toán kết cắu bản đáy, sơ đỗ bố trí cọc một cách.tối uu đảm bảo hiệu quả về mặt knh tế và kỹ thuật

~ Cách thức sử dụng kết quả nghiên cứu cho một công trình cụ thể

5 Nội dung của luận văn

"Ngoài phần đâu khẳng định tinh cấp thiết của để ti, các mục tiêu in đạt được khi thực hiện đề tai, các cách tiếp cận và phương pháp thực hiện để đạt được các

mục tiêu đó Bồ cục của luận văn bao gồm các chương như sau:

CHUONG 1: Tổng quan về các vin đề nghiên cứu

CHUONG 2: Cơ sở lý thuyết tính toán mồng cọc

CHƯƠNG 3: Trang thai ứng suất của hg bản cọc khi lâm việc đồng thời

CHUONG 4: Ứng dung tính toán nghiên cứu trạng thái ứng suất công Nam Đàn

CHƯƠNG 1

TONG QUAN VE CÁC VAN ĐÈ NGHIÊN COU

LA Tổng quan về các dang công trình thuỷ lợi dạng bê tông đặt trên nền đất

1.1.1 Lịch sử phái triển

Xi vai t không thể thiếu đối với sự sống, nước luôn được con người tìm

cách khai thác và sử dụng, Trên thé giới các loại đập thấp, kênh mương và các côn

trình đơn giản khác để tưới nước cho cây trằng, cùng cắp nước cho thành thị, được

xây dựng ở Ai Cập 4400 năm trước công nguyên, ở Trung Quốc 2280 năm trước

công nguyên Đập thủy lợi được xây dựng đầu tiên là đập xây trên sông Nile cao

15m, dài 450m có cốt là đá đỗ va đắt sét Đề bảo vệ lãnh thổ Ha Lan cũng được xây

dựng 2000 năm trước công nguyên.

6 nước ta, từ năm 938 Lê Hoàn đã đảo sông từ núi Đồng Cổ, Ba Hòa (Thanh6a), sau đỏ đến năm 1029 thời Lý Thái Tông và năm 1231 thời Trần Thái Tông đãđảo sông Lam, sông Trim, sông Hào ở Thanh Hóa và Diễn Châu (Nghệ An) Đểurge dip đầu tiên vào năm 1108 tai Hà Nội và ở các vùng ven biển để ngăn mặn

như ở Ninh Bình Các công trình kênh mương, tưới tiêu nước trong nông nghiệp.

cũng đã được xây dựng nhiều vào các thời Lê sơ và Lé Nhân Tông

Hiện tượng biến đồi khí hậu toàn cầu khiển thể giới đang phải img chịu nhiềuthiên ti, là ạt hạn hán diễn ra nhiễu nơi cây tổn thất rất nhiều về người và của

Hiện tượng bang tan, nước biển ding (sea level rise) gây ra quá tình xâm mặn tác

động nghiêm trọng đến các hoat động kinh tế của người dân Vì vậy công nh thủy

lợi ngày cảng khẳng định vai trò lớn lao đòi hỏi những bước phát tiễn mới nhằm

đáp ứng nhu cầu khai thác sử dụng nước trong bồi cảnh hiện tại

Các dạng công trình thủy lợi cũng phát triển theo sự phit hiển của nỀn vănmình cũng như nền khoa bọc kỹ thuật của nhân loại Thưở sơ khai nó chỉ là cácdạng công trình vật liệu địa phương giản đơn như đập đắt đá thấp, dé ngăn lũ, kênh

mương Gần day với sự phát triển như vũ bão của khoa học công nghệ, đặc biệt là

sự phát triển của ngành công nghệ vật liệu các công trình thủy lợi được xây dựng với những quy mô hoành trắng, ứng dụng những loại vật liệu khác nhau với những,

kết cấu được xử lý phức tạp phủ hợp với mọi điều kiện khí hậu và tỉnh hình nền

mồng công trình

Bê tông và bê tông cốt thp là vật liệu xây dựng được sử dụng rộng rãi nhất đểxây dựng trên thế giới Các kết cấu bê tông cốt thép có thể được thi công tại chỗ.hoặc tiền chế trong các nhà máy, xưởng sản xuất bÈtông Với những ưu điểm vượt

trội có thể kể đến như:

~ C6 cường độ chịu nền cao, bên tong mỗi trường

~ Cổtliệu có thể sử dụng nguyên ligu địa phương

~ Dễ cơ giới hóa tự động hóa quá trình sản xuất và thi công,

~ Có thể tạo được nhiều loại bê tông có tính chất khác nhau.

Theo đó bê tông cốt thép cũng đang được sử dụng rộng rãi phd biến, rong

khắp trong cúc hình thức công tình thấy lợi Tuy nhiên do khối lượng công trìnhlớn đôi hỏi điều kiện tương đổi cao về nền móng nên việc nghiên cứu xử lý nền

„ tâm huyết của các nhàmóng cho công trình bé tổng cũng đòi hỏi nhiễu thời gi

khoa học, các nhà thết kế Sau đây chúng ta xem xét một số công tinh bê tông và

phương pháp xử lý nền móng của chúng khi đặt trên nén đất yếu.

1.1.2 Công trình bê tông trên nén đắt

hờ tinh chất bền vững, chịu được cường độ cao, dễ tạo hình kiến trúc, khảnăng chống thắm cao bể tông ngày cảng được sử dụng rộng rã trong các công

trình thủy lợi Có thé nhân thấy ở nước ta trong thời gian gin đây, những công trình

thủy lợi lớn đều được xây dựng từ be tông,

4 Tram bơm là công trình dùng cấp nước cho khu vực cao hoặc tiêu nước vùng trũng nhờ động lực.

Trạm bơm Xuân Dương nằm trên huyện Sóc Sơn thành phổ Hà Nội, hoạt động

với ba tổ máy, cung cấp nước tưới cho toàn bộ diện tích nông nghiệp huyện Sóc.

Som Kết cấu nhà trạm bê tông edt thp trên nên đắt st pha vữa kết cấu kém chất

trang thái đèo chy đối chỗ xen kẹp lớp cát pha méng không đảm bảo én định néncho công tinh, Do đó đơn vị tư vin ~ công ty cổ phần xây dựng nông nghiệp và

phát triển nông thôn đã sử dụng hệ cọc 25x25x1050 em đóng sâu vào lớp cát hạt

¢ cầu chặt vừa, trang thái bào hòa nước bên dưới để đám bảo yêu cầu vị

trung

định nên cho công tin,

Cắt dọc nhà tram

Mat bằng bổ trí cục

Hinh 1.1: Xứ lề nồn mông trạm bơm Xuân Dương:

4 Cổng lộ thiên là loại công trình thủy lợi hở xây dụng để diễu ết lưulượng và khống chế mực nước nhằm đáp ứng các yêu cầu cắp nước, phân lũ, tiêu

ling, ngăn triểu giữ ngọt, tiêu mặn.

Cổng lắp nước Nam Đàn - Nghệ An Cat ngang cổng

Hinh 1.2: Xử lý nền móng cổng dy nước Nam Đàn

Hinh 1.3: Mặt bằng bổ tí cọc cổng lẫy nước Nam ĐànCổng Nam Bin là cổng lấy nước trên sông Lam, cổng được đặt trên nền sétmẫu xám, xám den, phớt xám nâu lẫn hữu cơ trạng thái dẻo mém, déo chảy, chảy.Phương ấn xử lý nén móng đơn vi tư vẫn thiết kế - công ty chuyển giao công nghệtrường Đại học Thủy lợi đưa a là sử dụng hệ cọc 40x40x2000 em, đồng sâu xuống

lớp sét mau xim, xắm xanh trang thái dẻo cứng phía sâu bên dưới

+ Công nghệ ngăn sông lớn đập trụ đỡ và đập xà lan liên hợp từ lâu đã phát

triển mạnh trên thé giới gin đây cũng được xem xét đưa vào ứng dụng phân gianh

mặn ngọt và ngăn triều ở Việt Nam:

'Công trình đáng kể tới có đập Thảo Long ~ Thừa Thiê

công trình có quy mô vào bie nhất Đông Nam A Toàn bộ trọng lượng công trìnhtruyền xuống nên qua trụ đỡ Bản đáy trụ đặt trên nền địa chất đáy sông bùn sét màu.xám đen, trang thải chày, nguồn gốc liy biển (bmQ) chiều đây thay đổi từ 6 ~ 11 mPhương pháp xử lý nền đưa ra của Trung tâm công trình đồng bằng ven biển Viện

khoa học thủy lợi là sử dung trụ đ đặt trên hệ cọc khoan nhỏi D 120 di Sm, mũi

cọc cắm vào lớp cuội sỏi lẫn cát phía dưới.

Hình 1.5: Công nghệ đập trụ đỡ

4 Clu là công trình giao thông nỗi liễn hai điểm hai bên bờ sông với nhau

sip việc vận chuyển đi lại giữa bai bên bờ sông được thuận lợi Kết cầu bê tông c

"Với đặc điểm.

thép là kết cầu được sử dụng phổ biến với hình thức công trình này

tải trọng bản thân lớn, tải trọng động do xe cô di lại, mặt khác địa chất lòng sông

thường yếu nên việc xử lý nén móng luôn cin được đánh giả một ch chỉ it

Cầu Bach Hả~ Huế Thi công cọc khoan nhi dưới trụ cầu

Hình Ló: Xứ lý nén dưới trụ cầu giao thông

Cầu Bạch Hỗ trên sông Hương đãi hơn 542 m rộng 24,5 m nhịp dũng hingcần bằng, trên cầu có 6 vọng âu Trụ cầu đặt trên nn địa chất lòng sông bùn nhãodeo chiy ngập nước, do đô để đảm bảo én định, cầu được thiết kế hệ thông cọc

khoan nhỏi cắm vào nền đá dưới sâu

“Trên đầy là một s dạng công trình bê ông trên nén đất và phương ấn xử lý

nền móng của chúng Sau đây ta di nghiên cứu yêu cầu về nén và các phương pháp

xử lý nền đất yếu

1.1.3 Yêu cầu về nền đối với các công trình bê tông thủy công Khối lớn

“Các công trình bê tông thủy công đều có trọng lượng ban thân lớn, chịu áp lực

n rit lớn, theo đó việc xemthủy tinh, thủy động cao, Vì th ti trong tác dụng lên

xét sự lâm việc của nén cũng cin đánh giá kỹ lưỡng và chỉ tết

"Nhìn chung nền của các công trình bê tông thủy công cần có những yêu cầu sau:

~ it nên đủ khả năng chịu lực

~ Chất đất tương đối đồng chất

~ Không có lớp đất mềm

~ Dit it bj nên và nền tương đổi đều

~ Đắt không bị hòa tan, không thay đổi độ chặt, không bị trương nở khi gặp,

nước wy,

Khi nền không đảm bảo yêu cầu ảnh hưởng đến sự bền vững của công trìnhcần có biện pháp xử lý nền móng cho phủ hợp để tăng sức chịu tái cho nền đất,giảm độ lún, đảm bảo điều kiện khai thie bình thường cho công trình

2 Ứng xử của nền và các phương pháp xử lý nén đắt yếu

1.2.1 Nên đắt yéu và phân loại nén đất vẫn

Nan đất fa ty 6 trang thải tự nhiên, độ âm của chúng gin bằng hoặccao hơn giới hạn chảy, hệ số rỗng lớn, lực dính theo thí nghiệm cắt nhanh khôngthoát nước từ 0,15 daN/em trở xuống, gốc nội ma sit ừ 0” đến I0” hoặc lực dinh từkết quả cắt cánh hiện trường s, < 025 daN/em?, Theo sức kháng cắt không thoát

nước, sạ và trị số tiêu chuẩn N như sau:

vi rit yếu: s, < 12,5 kPa hoặc N < 2

- Đất yếu: s, 55 kPa hoặc N <4

.Các loại nén đất yếu thường gặp:

~ Đắt sét mềm: gdm các loại đt sết hoặc dt tương đổi chất, ở trang tháibão hôn nước, có cường độ thấp

in: Các loại đất tạo thành trong môi trường nước, thảnh phần hạt ritmịn (<200 jm) ở trang thái luôn lo nước, hệ số rồng rất lớn, rit yêu về mặt chịu lực,

+ Cát chảy: Gồm các loi cát min, kết cấu rời rg, có thé bị nén chặt hoặc

pha loãng đáng kẻ, Loại này khi chịu tải trọng động thì chuyển sang trạng thái chảy gọi là cất chảy,

# bazan: Dây cũng là đất yếu với đặc điểm độ rng lớn, dưng trong khô

bé, khả năng thắm nước cao, bị lún sập

Dit sét yế là một rong những đối tượng nghiên cứu và xử lý rất phúc tạp, đồihỏi cong tác khảo sắt, điều tra, nghiên cứu, phân ích và tính toán rất công phDit sét yếu nói chung là loại đắt có khả

úc dưới

1g chịu tải nhỏ (áp dung cho đất có

cường độ kháng nén quy u 10 daN/em? ), có tính nén lún lớn, hệ ó ng

lớn (c >1), có môdun biến dạng thấp (Fy < 50 daN/em” ), và có sức kháng cắt nhỏ

Khí xây dmg công trình trên nn đất yếu mà thiểu các biện pháp xử lý tích ding

và hợp lý thì sẽ phá nh biển dụng thậm chí gây hư hỏng công tỉnh Bảng L tình

bủy một số chỉ tiêu phân loại đắt mém yếu

"Bảng 1.1: Mội số chỉ iên phân loại nên đẫt mém yêu

lư Hệ số co đúc nội ma.

Chiúu AM MP 6 ing ye Am S20Tage madeny PONE + POM sine hin

sign G9) (Mpa) ắtnhanh)Đất sét >40 >12 >0,5 >95 <5

305095 >03 >9 <s

1.2.2 Đặc điểm làm việc của công trình bê tông trên nên đắt

Công trình bê tông thủy công là loại công trình có tải trong bản thân và tải

trọng ngang lớn, làm việc tong môi trường nước, bởi thế nên thường bão hòa vàđiều kiện làm việc Không thoát nước Mông công trinh bê tông có thé đặt trực tiếp

trên nén đắt hoặc ngim sâu vào nền Khi chịu tai trọng phức tạp, tải trọng công trình

truyền xuống nén vượt quá sức chịu tải của nền, nền sẽ bị phá hoại hoặc xây ra cáchiện tượng trượt phẳng, sâu hoặc trượt hỗn hợp; điều đó dẫn đến sự phá hoại về kếtcấu và công trình bị phá hoại hoàn toàn

Mong đặt trực tiếp trên nên Méng nông trên nền

5 ` 5

¬ a 2 nS

-Mong sâu ngằm vào nên -Mong sâu ngàm vào nén

“nhờ tăng chiều sâu hộp đấy nhờ hệ thông cọc

Tình 1.7: Hình thúc méng công rnh trên nén đất

Hink 1.8: Sơ đồ mắt én định công trink bê tông chịu tải trọng phic tạp

Thực tế cho thấy việc đánh giá khả năng làm việc của đất nén và biện pháp xử

lý không phù hợp đã dẫn đến những sự cổ đáng tiếc, gay thiệt hại lớn về người và

Vu sập cầu Cần Thơ năm 2008 là một ví dụ điển hình, sự cổ xảy ra là do lúnlệch dai móng trụ tạm thượng lưu TI3U theo hướng đọc cầu từ phía bờ ra phía sông,làm tăng nội lực trong các bộ phân của trụ tạm, gây đứt bulông kiên kết của một sốthanh ging xiên, dẫn tối các thanh đứng của tu tam này bị mắt 6n định và sip đỗcác kết cầu bên tên trụ tạm (Trích báo mổi trẻ online dẫn lời ông Nguyễn HồngQuân - bộ trưởng Bộ Xây dựng, chủ tịch Uy ban Nhà nước điều tra sự cổ sập hainhịp din cầu Cần Thơ (ñy ban điều ta) về nguyên nhân chính, nguyên nhân khởinguồn của vụ tai nạn thương tâm này,

Tháp nghing Pisa — Italia ~ kỳ quan thé giới được khỏi công xây dựng vào

ngày 9 thing 8 năm 1173 dưới sự điều khiển của Bonanno Pisano và hoàn tit vào năm 1373 bởi Tommaso Pisano 200 năm sau ngày khởi công Nguyên nhân nghiêng

của tháp là do hiện tượng lún không đều của nỀn móng Hiện tại để đảm bảo sự ônđịnh của tháp người ta bổ trí bố trí thiết bị khoan hút đất bên dưới cạnh phía bắc củachân mồng thấp đồng thỏi sử dụng hệ thống đây cáp giữ tháp khỏi đổ dưới bắt cứsai lầm nào trong khâu xử lý

Khoan hút đt dưới chân móng thập

Hinh 1.10: Tháp nghiêng Pisa - Italia

Từ đỏ có thé thấy ring néu nền đất yêu không được xem xét xử lý tiệt đ sẽdẫn đến những sự cỗ không thể kiểm soát được

1.23 Một số phương pháp xử lở công trình Khi gặp nền đắt yên

Để khắc phục những sự cổ công trình do nền đất yéu đem đến cần có những

biện pháp kỹ thuật để cải tạo tính năng xây dựng của nó Một vài biện pháp điển

hình có thể kể đến như sau:

-& Biện pháp xử lý về mặt kết cầu công trình

- Đừng vật liệu nhẹ và kết cầu nhẹ: Lim giảm trong lượng bản thin công

trình bằng cách sử dụng các loại vật liệu nhẹ, kết edu thanh mảnh, uy nhiên vẫn

"hải đảm bảo cường độ của công trình.

«Lim tăng độ mềm của kết efu công trình: Mục đích để khử ứng suit phụ

thêm phát sinh trong kết cấu khi xảy ra lún lệch hoặc lún không đều Phương pháp.dàng kết cắu ĩnh định hoặc phan cit các bộ phân công trinh bằng cúc khe lún

~ Tang cường độ cho kết cấu công trinh: Lâm tăng cường độ cho kết cấu

công trình dé đủ sức chịu các ting lực sinh ra do lún lệch và lún không đều Phương.pháp ding các đại bê ông cốt thép để tăng khả năng chịu ứng suất kéo khí chịu tốn,đồng thời có thé gia cổ tại các vị trí dự đoán xuất hiện ứng suất cục bộ lớn

4 Các biện pháp xử lý về móng

- Đầu tiên phải kể đến phương pháp thay đổi chiều sâu chôn móng, sửdụng phương pháp này có thể giải quyết về mặt lún và khả năng chịu tải của nén,

sức chịu tải của nền tăng Trường hợp nền đất yếu

Khi chiều sâu chôn móng tang tì

c6 chigu day thay đổi nhiều, để giảm chênh lún có thé đặt móng ở nhiều cao trình

khác nhau.

Phương pháp thay đổi kích thước móng có tác dụng thay đổi trực tiếp áp lựctác dung lên mặt nén do đỏ cải thiện được điều kiện chịu tả cũng như điều kiệnbiến dang của nền

a

Thay đổi độ sâu chôn móng Thay đội kích thước ming

Hinh 1.11: Phương pháp xứ by về móng.

~ Với các lớp đắt yêu có độ dày không lớn (tốt nhất vớ lớp đất yếu < 3m)

ở trạng thải bão hôa nước người ta sử dụng đệm cát (đảo bỏ toàn bộ lớp đất yếu vàthay bằng cất hạt trung, hạt thô dim chat) để cải tạo nỀn, Đệm cát đồng vai trò nhưmột lớp chịu tủ tiếp thu ải trọng công trình và truyễn tải trọng đồ xuống các lớp đắt

bên dưới.

Sơ đỗ bổ trí đệm cát

Hin 1.12: Phương phúp sử lý về nén

= Khi gặp trường hợp nén yếu nhưng có độ ẩm nhỏ (G < 0,7) có thể sử

dụng phương pháp dim chit lớp mặt để làm tang cường độ chẳng cắt của đất và imgiảm tinh nén kin, Lớp đất mặt sau khi được đầm chặt có tác dụng như một tingđệm đắt, không những ưu điểm như phương pháp đệm cát ma còn có tru điểm là tậndụng được nền dit thiên nhiên để đặt móng, giảm khối ượng đất đào đắp

~ Phương pháp sử dụng cọc bê tông cốt thép: Mục đích của phương pháp,

sử dụng khả năng chịu tải cao của các ting đất dưới sâu va lực ma sát giữa cọc và

nên móng để giữ ổn định cho công trình.

Với wu điểm có lịch sử phát rén lu đi, phủ hợp với nhiễu loại địa ình địa chất phương án sử dụng móng cọc được sử dụng phổ biế

loại công trình nói chung và công trình thủy lợi nói riêng Về việc nghiên cứu để tcủa luận văn, ác giả hi vọng gp tiêm một chút hiễu biết nhỏ rong bệ thống lýthuyết về phương pháp tính toán móng cọc làm phong phú kho tài liệu về móng cọc

Méng cọc đài thấp "Móng cọc đài caoHinh 1.13: Phương pháp xử lý về nén bằng móng cọc

13 Tổng quan về móng cọc

1.3.1 Khái quát về sự hành thành phát triển

“Trong số những phương pháp xử lý khi xây dựng công trình dit yếu, móng,

‘coc là một trong những loại móng được sử dung rộng rãi nhất hiện nay Người ta cóthé đóng, ha các cây cọc lớn xuống các ting đất sâu, nhờ đó làm tăng khả năng chịu

tải trong lớn cho móng

Móng cọc được sử dụng từ rất sớm, khoảng 1200 năm trước, những người dân.của thời kỳ đồ đá mới của Thụy Sỹ đã biết sử dụng các cọc gỗ cắm xuống các hồnông để xây dựng nhà trên các hd cạn (Shower 1979) Cũng trong thời kỳ này người

ta đồng các cọc gỗ để làm để quai chin đất dùng thân cây và cảnh cây để làm móng

nhà WW

Hình 1.14: Vat hình ảnh th công móng cọc bé tông cốt thập

Ngày nay, cùng với sự tiến bộ của khoa hoc kỹ thuật nói chung, móng cọc

ngày cảng được cải tiền hoàn thiện Trong đó cọc bê tông cốt thép được sử dụngrộng rãi nhất với nhiều hình thức nhất, đặc biệt với các công trình có chiều sâu nền

đất yếu lớn

———

Coe khoan nhài Thi công cọc baret trong đắt

Hình 1.15: Coe dé tại chỗ:

1.3.2 Ứng dụng và phân loại cọc bê tông cốt thép

Chức năng chung nhất của cọc là truyền ti trọng xuống ting sâu ở những nơi

mã Ling dat nông không đủ chịu lực Khi cọc xuyên qua lớp đất xấu và cắm xuống

một phần vào ting đất tốt có khả năng chịu lực thì gọi là cọc chống Khi cọc được

ha vào trong ting đất ma sức chịu tải của đất không lớn lắm, sức chịu tai của coe

‘dra vào lực ma sát ở mặt bên của cọc thi chúng gọi là cọc ma sát Sức chịu tải của

cọc sẽ tăng lênrất nhiều khi sử dụng cả lục chống và lực ma sắt

¬ mm: i | các cae nu mm

Hình 1.16: Các ting dụng Khác nhau của cọc.

Coe chịu kéo được dùng để chống lại mô men trong các kết cấu cao, các lực

kéo lên và đùng cho các kết cấu chịu các lực day lên, chẳng hạn kết cầu có móng.

nằm dưới mực nước ngằm hoặc các bể chứa chôn sâu,

Coe chịu tải trọng ngang là cọc chịu tii trọng đặt nghiêng một gốc nảo đó so

với trục của nó; chẳng hạn như móng tường chắn, móng cổng khi cửa công đóng để

ngăn tiểu hoặc dâng nước,

Coe được ha nghiêng một góc so với phương thẳng đứng gọi là cọc xiên

Coc có thể chịu tải trọng động khi có động đất hoặc cọc đưới các móng máy.

Các cọc có thể im bing thép, bê tông, gỗ và compôzÏt

CCó nhiều cách phân loại cọc bê tông phụ thuộc vio kỹ thuật hạcọc,thết bị vàvật liệu được sử dung trong khử hạ cọc, đồng thời phụ thuộc tên gọi thích hợp Coe

bê tông có thể được phân thành 3 loại chính sau:

trước, thép có thể được căng trước hoặc căng sau Những cọc này được đúc, xử lý

và bảo quản trước khi hạ vào nền, phần lớn bằng cách đồng Loại cọc này có một sốdạng tit diện như: hình trồn, hình bát gic, hoặc hình vuông có vuốt gốc và có thểrỗng dé giảm trọng lượng.

Coe bê tông đúc tại chỗ được thi công bằng cách đồ bé tông vào trong một hố

4 được tạo trước ở trong đất hoặc bằng cách khoan phun, hoặc phối hợp phương

1.3.3 Cấu tạo móng cọc bê tông cốt thép

Mông cọc gồm hai bộ phận chính là cọc và dai cọc

Coe: Là kết edu có chiều dai lớn so với b& rộng tiết diện ngang, được đông haythi công tại chỗ vào lòng đất, đá để tuyển tai trọng công trình xuống các ting đất,

44 sâu hơn nhằm cho công trình bê trên đạt các yêu cầu của trạng thái giới hạn quyđịnh Coc bê tông cốt thép thường ding bê tông Mác lớn hơn hoặc bằng 200, tuy

nhiên khi thiết kế thường dùng bê tông Mác 250 ~ 300 để đảm bio an toàn chất

lượng cọc Can với cọc bê tông cốt thép ứng suất trước thì sử dụng bê tông mác >

400 đối với móng cọc đài cao và bê tông mác > 300 đối với móng cọc đài thấp

có thể tir 5 — 25m, có khi đạt đến 40 — 45m (nếu cọc

nhau ) Chiều dài đoạn cọc đúc sẵn phụ thuộc.

u dai cọc bé tông đúc

cđài thi chế tạo từng đốt rồi nỗi lại v

lều kiện thi công (thiét bị chế tạo, vận chuyển, lấp rip, hạ cọc ) và

chủ yếu vio

liên quan đến tiết diện chịu lực, chẳng han đối với cọc tiết diện đặc thường hạn chếchiều dài như trong bảng sau

Kích thước tiết điện (em) | 20 | 25 | 30 | 35 | 40 | 45

“Chiều dài tối đa (m) 5s | 12 | is | 18 |21 | 25

“Tiết điện cọc: cọc bê tông cốt thép có nhiễu loại iết điện khác nhau như vuông, chữ

nhật, chữ T, chữ I, tam giác, da giác hoặc vuông có lỗ tron Trong đồ tiết điện vuông được sử dụng rộng rãi hơn cả vì nó có ưu điểm chủ yếu là cấu tạo đơn giản

“Hình 1.19: Chi tất cất thép đầu cọc và cất tháp móc cầu

Khi cọc dai có thé nối cọc từ các đốt chế tạo sẵn Mối nổi cỏ thể sử dung thép

bản tap dé liên kết hàn đầu cọc hoặc dùng thép góc L để táp vào va hàn lại Việc nối

cọc thực hiện khi ép xong đoạn trước đó, với cọc chịu nén thì không cần kiểm tra

cường độ, với cục chịu mô men th phải kiểm ta cường độ để thép tai mỗi nối đãkhả năng chịu lực Sau khi nổi cọc cin quét một lớp bi tum để bảo vệ thép không bj

h

ajo pe +

Tình 1.20: CẤu tạo thép chờ và đi thép đâu cọc

và cổ thé đổ tai chỗ hoặc lip ghép trong các công trinh cầu đường, thủy lợi, dândụng thi phan lớn đài cọc được thi công tại chỗ

Mang coe đài thắp Mang coe đài cao

Tình 1.23: Cấu tạo móng cụcĐài cọc lắp ghép it được sử dụng hơn, chủ yếu với các công trình xây dựng

dan dung và công nghiệp Hình đáng, kích thước mặt bằng của đỉnh đài phụ thuộc.

vào hình ding kich thước của đấy công tình Hình dáng, kích thước cia đấy đãi

phụ thuộc vio diện tích cằn thiết để b tí số cọc trong móng,

ứng khi Lim việc Coe được

coi là liên kết cứng với đầi khi đầu ope ngim vào dii một khoảng bằng chiều dài

Coe được ngim vào dai cọc tạo thành hệ bản cọc.

neo cốt thép hoặc ngầm cốt thép trần vào dai bằng 40@ đổi với thép trơn và 204

đối với thép có gỡ,

1.4 Kết luận chương 1

Chương này tổng quan về các vin để cần nghiên cứu Qua dé thấy được rằng

sự tồn tại phát triển của công tình thủy lợi gắn liền với sự xuất hiện và phít triểncủa cuộc sống loài người Khoa học kỹ thuật phát triển dẫn đến sự phát triển của

hình thức và quy mô công trình, điều đồ đồi hôi nÊn móng công tình phải được xử

lý kỹ lưỡng hơn để tránh các sự cổ công trình do nền móng bị phá hoại.

Một rong những biện pháp được xử lý ném đắt yếu phổ biển nhất hiện nay là

sử dụng móng cọc bê tông t thép Chương này cũng khái quất được quá trình phát

triển, ứng dụng của cọc bê tông cốt thép và cấu tạo của móng cọc bê tông cốt thép

Chương sau ta sẽ di nghiên cứu nguyên lý và đặc điểm làm việc của móng cọc

bê tông cốt thép, phương pháp truyền thông tính toán thiết kế móng cọc bê tông cốt

thép trong thực tế xây dựng.

CHUONG 2

CO SỞ LÝ THUYET TÍNH TO MONG COC2.1 Nguyên lý kết chu và điều kiện làm việc cia mồng cọc

2111 Ủng xử của đất sung quanh cọc đồng

Việc đồng cọc lim xáo trộn đất xung quanh cọc Khi đông cọc thi dit st và

cát có những ứng xử khác nhau

s4 Hới

De Melloo (1969) a liệt kế 4 loại ảnh hưởng chính khi đóng cọc vio đất st là

đất sét:

~ Lam thay đổi cấu trúc của đắt xung quanh cọc

~ Lim biến đổ trang thấi ứng suất trong đắt ở vùng lin cận cọc

Lâm tiêu tin áp lực nước kẻ tổng du xung quanh cọc

- Hiện tượng biển đổi độ bn theo thời gian trong đất

Khi cọc đồng xuống thì thể ích khối đất sẽ bị dịch chuyển bằng với th tíchcủa cọc, thể tích này tương đối lớn Do đó hoạt động đóng cọc có thể y ra những thay đổi sau đây trong đắt sét

‘Dat có thé bị day tir vị trí ban đầu BCDE sang ngang tới vị trí B'C'D'E' hoặc

từ FIGH tới F'J'G`H” ( hình 2.1) Trong khi đóng cọc, đất sét bị mất một phần độ.bên đo đất bị xảo trộn nhưng lại xuất hiện một lượng tương đối nhỏ ma sắt bên.Khi coe được đồng vào trong đất sét bão hoà nước đất có thể bị ti lên dokhối lượng đắt bị dịch chuyển

Y

Ye ;

Hinh 2.1: Chuyến vị xoắn của đất do đồng cọc

Lực chống đầu cọc nói chung là lớn trong quả trình đóng cọc, nó bằng với lựcyêu cầu để tạo ra tắt cả các xáo trộn của đất quanh cọc Ngay cả đất cổ độ bênnguyên dang cao cũng bị đẩy ra theo cách này, Bit này không thé nén được vì đắt

bão hòa nước không có khả năng chịu nén khi gia tải nhanh (như khi đóng cọc) Do.

đồ cột đất phải chuyển động lên phia trên mặt cọc để cọc có thé xuyên xuống lớpdit dưới mũi cọc Thực tế là tit cả sức kháng trong nhiễu loại đất sét đều là sứcchống đầu cọc khi đồng cọc De Mello (1969) đã giá thiết rằng ngay sau khi đồngsọc lượng đất bị xảo trộn đã giảm từ 100% tại mặt tiếp giáp với cọ ~ đt tới 0 ởkhoảng cách cỡ 1,5 đến 2 lần đường kính cọc tinh từ thân cọc Orrje và Broms

(1967) đã chỉ ra rằng, với cọc bê tông hạ trong đất sét nhạy cảm, chi sau 10 tháng

thì độ bền không thoát nước hoàn toản có thể trở lại giá trị ban đầu

4 Tới cát:

Coe hạ vio cát thường dùng phương pháp đóng Dao động do đồng cọc vào cát

có hai ảnh hưởng:

= Lâm chat cát

~ Lâm ting giá trị áp lực ngang xung quanh cọc.

Các thí nghiệm xuyên cát rước và sau khi đồng cọc cho thấy qué trinh đóngcọc đã làm tăng độ chặt của cát với khoảng cách xung quanh cỡ 8 lin đường kính

cọc tinh từ tâm cọc Do tăng mật độ nên đã làm ting góc ma sit Đồng cọc làm cát dịch chuyển theo phương ngang và do đồ lâm tang ứng suất theo phương ngang tác

dụng vào cọc Hor (1966) đã tôm lược các kết quả nghiên cứu ứng suất ngang hiệu

quả (g3) tắc dung lên cọc ha trong cát Bảng 2.1 cho phạm vi các giá tị của ứng

suất hiệu quả theo phương ngang được xem là hợp lý với k = 2, côn k = 1 thì hơi

lớn (Lambe và Whitman, 1969)

2.1.2 Hoạt động của cọc khi chịu kéo

Ca trong cất và trong đất sét, khí cọc chịu kéo thi sẽ mắt sức chống đầu cọc,

VGi các cọc có đường kính không đổi được hạ trong cát thì khá năng chịu kéo cực hạn bằng với súc kháng bên và trọng lượng cọc Trong trường hợp cọc chịu tải

trong kéo len thi ma sit bê sẽ không cig bản chit và do đồ nó cũng không bằng ma

sát bên trong trường hợp cọc chịu nền.

Trong dit sét, ma sit bên cực hạn khi kéo lên (lực dính C) có thể hoàn toàn

tương tự vớ trường hợp cọc chịu nén thang đứng Tuy nhiên, khi kéo cọc lên trong

đất sét mịn thì sự phá hoại có thé không xảy ra đọc theo chu vi của cọc don (Taylor1948) Ap lực nước ke rng âm cũng có thể xây ra khi kéo cọc trong đắt sé, Khả

năng chịu kéo lên dưới tác dụng của ải trong còn chịu đựng được có thể nhỏ hơn

khả năng độ bén không thoát nước ngắn hạn Đắt sét có xu hướng mềm ra theo thời

gian và độ bền của nó giảm do sự tiêu tán áp lực kẽ rỗng âm.

Néu cọc có để ở đầy hoặc mở rộng day, sự phá hoại sẽ không xảy ra dọc hoặc

kể cận cọc mà mặt phá hoại bắt đầu từ chu vi đáy hoặc ở chỗ mở rộng lên mặt đắt.

ra

và Hlegedus 1984 đã nhận thấy

cơ sở thi nghiệm kéo thực tế những cọc có đường kính không đổi, Khosla

at, độ

năng chịu kéo tới han thi các dự đoán phù hợp tốt với giá trị nhận được khi bé mặt

~ Trong đất sét quá cổ it không thoát nước xi khá

ge tác dụng được dùng để dự đoán.

~ Trong cát và trong đắt phù sa không déo thi khả năng chịu kéo lên được.

dự đoán trên cơ sở coi chu vi thực hiện của cọc như mat phá hoại và đất có ma sát

với cọc tương ứng với lực kéo đo được.

2.1.3 Sự mắt dn định của cọc do tổn dọc

"Một cọc cắm hoàn toàn trong đắt chỉ chị tác đụng các ti trong thing đứng

thi rt thi thấy nó bi on, Người ta thấy các cọc gỗ, cọc có mặt cất hình chữ H dài

và có độ dài không được liên kết có thé bị phá hoại, bị mắt ôn định do uốn dọc.(Davisson, 1960) Cho nên việc sử đụng các cọc rất dồi và trong một khoảng đồikhông có liên kết dùng cho các công trình ngoài thêm lục dia thì van để ôn định dotốn doc của cọc trở thành vẫn đề quan trọng

Hai trường hợp có thé ké ra Thứ nhất là cọc hoàn tin thing đứng và tải trọng thẳng đứng không lệch tâm Đây là trường hợp lý tướng, hoàn toàn không có trong.

thực tế, Tôn tai độ lệch tâm gây ra do quá trình đồng cọc, cũn; như tải trong dat không đồng âm

Tuy nhiễn, khi cả tải trọng thing đứng và cả tải trọng ngang đồng thời tác

dụng thì một cách tự động, chuyển vị do tải trọng ngang gây ra sẽ là độ lệch tim

của tải trong đứng Cgc có độ lệch tâm lớn sẽ làm cho chuyển vị ngang ting rt nhanh ngay cả khi tải trọng còn nhỏ Chuyển vị ngang của cọc sẽ gây ra phản lực,

của dit, phản lực này có thể vượt qui khả năng chịu ải của đất Vi các cọc có ti diện mảnh th khả năng chịu tải thấp, vi khả năng ch ti này lệ với chiễu rộng của

cọc Sự mat ôn định của cọc do uốn dọc không xảy ra trong dat cứng trừ khi phản

lực đt đã trở nên hoàn toàn déo( Davisson, 1960)

Ba trụ chịu ôi trọng thẳng đúng đã được đánh giá v8 mặt ổn định, chúng bị

phá hoại khi có thêm ti trong ngang Nỗi chung, người ta hiễu được rằng ứng suấtthẳng đứng và ứng suất uốn gây ra do tải trong ngang được tích lũ lại Đánh giá

này cũng chưa phải rỡ rằng Tuy nhiễn tải trọng ngang gây ra chuyển vi ngang, do

445 tạo nên độ lệch tâm của tải trong thẳng đứng ( Davisson, 1960)

ai loạt thí nghiệm về cọc đơn đã được tường trình, trong đó tải trọng đọc trục

đặt trước, sau đồ mới đặt ti trong ngang So với các cọc chỉ chịu tải trọng ngang thi chuyén vị ting lên đăng kể, vi trong cọc còn có thêm mémen của ải trong đứng do

nó đặt lệch tâm, độ lệch tâm này gây ra do tải trong ngang ( Davisson, 1960)

2.14 Hoạt động của nhắm cọc

Các sọc được đóng thành nhóm với khoảng cách giữa các cọc từ 3 đến 4 lần

đường kính hoặc cạnh của cọc Nếu các cọc là cọc ma sắt th ứng xả của các cọc

trong nhóm hoàn toàn khác với ứng xử của cọc đơn Với cọc chống thì có thể khôngthấy có dẫu hiệu khác biệt nhau như thể

cám ‘george cục

Hinh 2.2: Phin bỗ ứng sudt do cọc dam và nhằm cọcTrong nén đắt rời, qué trình hạ cọc bằng phương pháp đồng hay ép thường nền

chặt đắt nén, vi vậy sức chịu tả của nhớm cọc có thể lớn hơn tổng sức chịu tải của

cac cọc đơn trong nhôm

“Trong nén đắt dinh, sức chịu tải của các cọc ma sit nhỏ hơn tổng sức chịu tải

của các cọc đơn trong nhém, Mite độ giảm sức chịu tải của cọc đơn trong nhồm cọc

trong trường hợp này phụ thuộc vào khoảng cách giữa các cọc trong nhóm, đặc tính

của nền đất, độ cứng của đi cọc và sự tham gia truy tải công trinh xuống đãi cọc

và đất

Đổi với cọc chẳng, sức chịu ải của nhôm ọc bằng tổng sức chịu tải của các

sọc đơn trong nhóm

2.2 Phương pháp tính toán thiết kế móng cọc truyền thống

Cọc và móng cọc được thiết kế theo các trạng thải giới hạn Trang thái giới hạn của móng cọc được phân làm hai nhóm sau:

"Nhóm thứ nhất gồm các tính toán:

Sức chịu tải của cọc theo điều kiện đất nền

2.11 Sức chị ti của cọc theo điều kiện đất bao quanh cọc

Sức chịu tải đọc trục của cọc theo điều kiện đất bao quanh cọc được chia thành.

sức kháng bên và sức kháng mũi

Trong đó: Qe Sức kháng bên

tu: Chu vi thân cọc

-ø,: Chiều dai đoạn phân tổ cọc mà trên đó được coi là hằng

ú A: Diện tích xung quanh của đoạn phần tổ cọc

Qy: Sức kháng mũi

Q,=4» Ác

Trong đó: qp ste kháng mũi đơn vị cực hạn của cọc

Ac Tiết điện ngang mỗi cọc

Néu cọc chịu kéo, mũi cọc mở rộng chân thì A, là phẩn mở rộng chân, mặt

tiếp xúc giữa cọc với đất phía bên trên chỗ mở rộng (hình 2.3) Nếu cọc chịu kéo

không mở rộng chân thì A, = 0

Tình 3.3: Sức chịu tải kéo của cọc mở rộng chân (mỏng cọc pttk)

Nhiều nghiên cứu thấy rằng (hình 2.4): Sức kháng bên cực dat cực hạn ritnhanh (ở chuyển vị khoảng 3 ~ 5 mm Nếu cọc nhdi có thành bên rất nhám thì sứching bên có thé đt cục hạ ở chuyển v lớn hơn, khoảng 10 ~ 15 mm) Ngược li,sức kháng mũi cọc dat cực hạn rit chậm Dưới tải trọng cho phép, chuyển vị của cọc [s] há nhỏ, do đó sức khẳng mai mí chỉ được huy động một phần nhỏ (rong

khi đó, sức kháng bên của cọc đã được huy động khá lớn),

Đổi với loại đất đá "giảm yếu khi biến dạng lớn” Khi chuyển vị là sự, sứckhing bên đã huy động được toàn phần và dat giá tị cực đại Q, Tuy nhiên khichuyển vi tăng din lên, trong khi sức kháng mũi vẫn tăng dẫn thi sức kháng bên lại

giảm di, Như vậy, tổng súc kháng cực han không phải là Q, + Q, mà là giá tị lớn

hơn trong hai giả tị sau: Ôị = Qr+ Qại và Q; = Qn £ Q,

+ Tinh toán sức kháng bên của cọc

Khi một vật thé chuyển động trượt trên vật thể kia, giữa hai vật thé sẽ xuất

hiện sức kháng bên (súc kháng bên cấu) là

ngàng ơ', =K.o', Người ta phân biệt sức kháng bên thành hai trường hợp là

trường hợp thoát nước và trường hợp không thoát nước.

a) Site kháng bên thoát nước.

Cat (hay dit rồi nói chung là vật liệu thắm nước rất tốt Bởi vay, áp lực nước

18 rỗng dư luôn luôn được coi là tiêu tân ngay lập tức (thoát nước) Bởi vậy, sứckháng bên gita dit rời và cọc được gọi là súc kháng bên thoát nước Lae định củacất rời gin như không có (e = 0), bởi vậy sức kháng bên đơn vị cực hạn thoát nước

của cọc có dang sau:

Trong đó: ơ' ứng suất hữu hiệu theo phương đứng tại đoạn cọc (độ sâu là 2)

K hg số ấp lục ngang, sau khi cọc đã th công

K.o" ứng suất pháp tác dụng vuông góc với đoạn cọc dang xétL8 góc ma sắt ngoài giữa đắt với cọc, gốc này có thể lấy xắp xi bằng ø

là góc ma sát trong giữa đất với đất

Việc dự báo K là nit khó khan (hg số áp lực ngang K đã thay đổi so với đt

nguyễn dạng khi chưa cổ cọc) ta có thé đặt KtgØ bằng , do đồ phương trình 2

Sức kháng bên không thoát nước

gọi là sức kháng bên không thoát nude, Trong điều kiện không thoát nước, đắt dính:

bão hỏa có góc ma sit trong ø= 0 và lực dính e Bởi vậy, ta có sức kháng bên don

vi cực hạn không thoát nước của cọc trong đắt dinh bão hòa là:

hợp cọc bị phá hoại trong những tình huồng bắt ngờ như mưa bão, 10 Tut),

“Trong phương tình 2.2 ta không trực tiếp thấy quan hệ giữa £ và độ sâu Thực.

ra nó đã gián tiếp nằm trong sức kháng cất không thoát nước Sự TheoJamiolkowsky, Mesi Ladd và công sự thì với đắt đồng nhất, S, sẽ tăng theo độ sâu

‘Theo lý thuyết cân bằng giới hạn ( Terzaghi ), khi đắt ở mũi cọc bị trượt sâu ta

có sức chịu tải theo phương trình sau