Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng: Mô phỏng tính toán sức chịu tải của cọc khoan nhồi trên cơ sở so sánh với thí nghiệm O-Cell

TÓM TAT LUẬN VĂNMO PHONG TÍNH TOÁN SỨC CHIU TAI CUA COC KHOAN NHỎITREN CO SO SO SANH VOI THI NGHIEM O-CELLTOM TAT: Đề tài luận văn tập trung nghiên cứu sức chịu tải của coc khoan nhồidựa

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TRAN VAN THÂN

Chuyên ngành : Kỹ thuật xây dựng công trình ngầmMã số : 60 58 02 04

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HO CHÍ MINH, tháng 12 năm 2016

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠITRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOAĐẠI HOC QUOC GIA TP HO CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa hoc: PGS TS Trần Tuan Anh

CHỦ TỊCH HỘI ĐÔNG TRƯỞNG KHOA

KY THUẬT XÂY DUNG

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CONG HOA XÃ HOI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAMTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

-0Q0 -NHIEM VU LUAN VAN THAC SIHo va tén hoc vién: TRAN VAN THAN MSHV: 7140721

Ngày, thang, năm sinh: 10-08-1991 Noi sinh: Binh Dinh

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trinh ngam Mãsố: 60 58 02 04I TEN DE TÀI: Mô phỏng tính toán sức chịu tai của cọc khoan nhdi trên cơ sở so

sánh với thí nghiệm O-Cell

Il NHIEM VỤ VÀ NỘI DUNG:— Tính toán sức chịu tải của cọc khoan nhéi dựa trên cơ sở lý thuyết tính toán

băng phương pháp giải tích theo TCVN 10304:2014— Thiết lập mô hình tính toán sức chịu tải của cọc khoan nhỏi sử dụng phương

pháp phan tử hữu han thông qua phần mém Plaxis 2D— Trên cơ sở phương pháp mô phỏng và phương pháp giải tích so sánh với kết

quả quan trắc đánh giá tính hợp lí của cách tính sức chịu tải cọcIll NGÀY GIAO NHIỆM VU : 04 - 07 - 2016

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIEM VU : 04 — 12 - 2016Vv CAN BO HUONG DAN: PGS TS TRAN TUẦN ANH

Tp HCM, ngày tháng năm 2016

CÁN BỘ HƯỚNG DAN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

PGS TS Trần Tuấn Anh PGS TS Lê Bá Vinh

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

PGS TS Nguyễn Minh Tâm

LOI CAM ONTrước tiên, tôi xin chân thành bay tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thay PGS TS TranTuan Anh Thay đã hướng dẫn giúp tôi hình thành nên ý tưởng của dé tài, hướng dẫntôi phương pháp tiếp cận nghiên cứu Thay đã có nhiều ý kiến đóng góp quý báu vàgiúp đỡ tôi rất nhiễu trong suốt chặng đường vừa qua Ngoài ra, tôi cũng xin gửi lờicảm ơn đến ThS Đặng Xuân Vinh đã có nhiều đóng góp trao đổi giúp tôi hiểu rõ vềbản chất dé tài, cũng như giúp đỡ tôi rất nhiều trong quá trình thực hiện luận văn này.

Tôi cũng xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô Khoa Kỹ thuật Xây dựng, trường Đạihọc Bách Khoa Tp.HCM đã tận tình giảng dạy và truyền đạt kiến thức cho tôi từ khitôi học Đại học và trong suốt khóa Cao học vừa qua

Mặc dù bản thân đã cố gắng nghiên cứu và hoàn thiện, tuy nhiên không thé khôngcó những thiếu sót nhất định Kính mong quý Thay Cô chỉ dẫn thêm để tôi bổ sungnhững kiến thức và hoàn thiện bản thân mình hơn

Xin trân trọng cảm ơn quý Thay Cô

Tp HCM, ngày 04 tháng 12 nam 2016

Trần Văn Thân

TÓM TAT LUẬN VĂNMO PHONG TÍNH TOÁN SỨC CHIU TAI CUA COC KHOAN NHỎI

TREN CO SO SO SANH VOI THI NGHIEM O-CELLTOM TAT: Đề tài luận văn tập trung nghiên cứu sức chịu tải của coc khoan nhồidựa trên kết quả từ bài toán mô phỏng khả năng chịu tải của cọc sử dụng phương phápphân tử hữu hạn, ứng dụng phương pháp thử tải tĩnh băng hộp tải trọng Osterberg đểđánh giá sức chịu tải của cọc khoan khôi có tải trọng thí nghiệm lớn, các công trìnhgặp khó khăn về mặt băng

Từ khóa: O-cell, sức chịu tải cọc khoan nhồi

ABSTRACT: Thesis focused on the load capacity of bored piles based on resultsfrom simulations of the pile load capacity using finite element method, applicationmethod static load test with load box Osterberg to evaluate the bearing capacity ofpiles with load block big experiment, the difficulty of the work premises.

Keyword: O-cell, bearing capacity of bored pile

LOI CAM DOANTôi xin cam đoan đây là công việc do chính tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn củaThay PGS TS Tran Tuan Anh.

Các kết qua trong Luận van là đúng sự thật và chưa được công bố ở các nghiên cứu

khác.Tôi xin chịu trách nhiệm về công việc thực hiện của mình.

Tp HCM, ngày 04 tháng 12 năm 2016

Trần Văn Thân

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THAC SĨ - E1 E1 3E 111 11H 1n ng ru iiiLOL CAM ƠN 5< St 1 1511 1111151511 1111111511 1111111511111 11 1511111111111 gryg ivTOM TAT LUẬN VĂN HH 1111115151111 11101 11111 TT H11 Tri VLOL CAM 82979102 vi

MUC LUC 22 vii

DANH MỤC CAC HINH VẼ - - - + SE E119 5E 1 EE1515151511 1111111111111 XDANH MỤC CAC BANG BIỀỂU - - - + S2 SESE*ESESEEEESEEkEEEEEEEETEEEEE1 111k ckrreg xiiMOT SO KY HIỆU VA VIET TẮTT G9333 S311 111115152 xe xiiiMO ĐẦU 2G t1 1 111115151511 1111111511 1111115111111 1511111111111 T1 1111111111111 11g 15| Tính cấp thiết của để tải - - - tt E1 1915151 1 111 1 1 11T He grep 15

3 Phạm vi nghiÊn CUU 0 ccccccccccesesssssssssncceeeeececeeeeeseeessssseeeeeeeeeeeseceeeeeseeeeaas 16

4 Y nghĩa khoa học và thực tiene cece csccssesessecscscesescsvscscecesesvevassesseevaeees 16CHƯƠNG 1: TONG QUAN uuecccccccssssesssececececececscsesecsvevevevevevevacacacacacsssecasavavavavavavavaces 17

1.1 Tình hình nghiên CỨU 00101010131111111111111118885588253511 111111 rrrrre 17

1.1.1 Tình hình nghiên cứu trên thé giới - -¿- - xEx+k+E+E#E£EeEeEeEsrerrerees 17

1.1.2 Tinh hình nghiên cứu trong nƯỚC - 5-5-5339 33365155111serrree 18

1.2 Triển vọng của việc áp dụng thử tai bang hộp tải trọng Osterberg 20CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LY THUYÊT - 2-5 SE SE+E+E+E#EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEErkrkrkrree 21

2.1 Nguyên ly thí nghiệm Osterberg ccccccesessscccceecceeeseseesesssscceeeeeeceeeeeeeeees 21

2.2 Nguyên tac chon hộp tai ccccscscscsscccessssssssscscscsesessecscscecesscecasasavavavens 25

2.3 Phương pháp dat tai ccccccsssssssssscceeeeeceeeeeeeeseesssssaeeeeeeeeeeeeceeseeseeeeeaas 27

2.4 Nguyên tac xác định tải trọng giới han của CỌC -¿-¿- sex seeeseseseee 282.5 Phân tích kết quả thử tải - - k3 SES SE SE cvcư cư g cvcv ng nererreg 302.6 Cách chuyền đổi tương đương từ kết quả thử theo phương pháp Osterberg vềkết quả thử theo phương pháp thử tĩnh truyền thống 2-2-5 +sx+x+x+Esescse 33

2.6.1 Cách quy đổi don giản -c- k1 S191 5E TT ng ng 342.6.2 Cách quy đổi chỉ tiẾt - - c3 E1 919151 111111 ng ng 34

2.7 Sức chịu tải CUA CỌC - -c c1 1S ST vết 382.7.1 Công thức chung xác định sức chiu tải của COC -<<+<<<++++2 38

2.7.2 Sức chiu tải cua cọc theo các chỉ tiêu cường độ của đất nên 39

2.7.3 Xác định sức chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩnSPT (theo phụ lục G.3 TCVN 10304:2014 [9]) c 72s SSeeeerse 412.7.4 Xác định sức chịu tai của cọc theo sức kháng mũi xuyên tinh qc (theo phụlục G.4 TCVN 10304:2014 [9|]) - 1n SH TH TH ng ng tre 432.8 Xác định sức chịu tải giới hạn của cọc đơn từ kết quả thử nghiệm hiệntrường bang tải trọng tĩnh ép dỌC tỤC - «+ + s33 EEE AE Erxrkrkrererkes 452.8.1 Theo phương pháp d6 thị - - - - ss+x+E+ESEExExSkSkckckckckekgkgEekekekrerree 452.8.2 Theo giới hạn chuyỀn Vị QUY ƯỚC - + + sExExEeEsExEkEkckckckekekekekreeree 462.8.3 Theo tinh trạng thực tế thí nghiệm và cọc thí nghiệm - 46

2.9 Mô hình đất -cccct th Hee 462.9.1 Mô hình Morh-Coulomb .- 11101119 ng ve 462.9.2 Mô hình Hardening-SOIÏ - << << c5 5 1333333111113 111eerrrrs 472.9.3 Mô hình Linear EÏASẨHC - G G1391 1 vn ng ven 49CHƯƠNG 3: KET QUA SỐ GB TS 11111111111 111111 511111111 E11 nerkrkg 503.1 6/1080 11 ua d+ 50

3.2 Đặc điểm địa chất thuỷ văn - s1 ng rkrreree 513.3 Tinh toan suc chiu tai cua coc theo phuong phap giai tich TCVN 10304-“0L 53

3.3.1 Sức chiu tai cực hạn của cọc theo chỉ tiêu co lý đất nên 54

3.3.2 Sức chiu tai cực han cua coc theo chi tiêu cường độ của đất nén 55

3.3.3 Sức chịu tải cực han của cọc theo kết quả xuyên tiêu chuẩn (SPT) 58

3.4 Phân tích ngược quá trình thí nghiệm hiện trường bang hộp tai trong theophương pháp phan tử hữu hạn Plaxis 2 D - - - + xxx ‡k#EeEeEeterersrereree 613.5 So sánh kết quả thí nghiệm O-cell cọc khoan nhôi với kết quả tinh toán sứcCHIU tal 00107 67

3.6 Bài toán mô phỏng xác định sức chịu tải cực hạn của cọc 76

3.7 Đánh giá tổng quan vé sự chênh lệch giữa sức chịu tải coc theo tính toán vớikết quả quan tTẮC - - - k1 E19E9E5 3 E111 1 1 9111110111111 11 T111 HH ng rreg 79CHƯƠNG 4: KET LUẬN VA HƯỚNG NGHIÊN CỨU -25©52 5525552 81NẦẦẦ 81

TÀI LIEU THAM KHAO u.eeeccccccscscsssssssssscscscsscsesscsesecsesucsesessesecsescsscsesscsesecsessssssscseees 82

Iisi0808i9 HH 84

Phụ luc A — Hỗ khoan địa Chat: c.ccccccccccccssscscssssescseesesesesscseseseesesesceseseseesessescseseeceas 84Phu luc B — Một số hình ảnh ở hiện trường: voces eseeeeesesesceesesesececscscscesesesevens 86LY LICH TRÍCH NGANG - Sa St S3 18188581818 E5113 1811131111311 E15 1115155115 5e xeE 90

DANH MUC CAC HINH VEHình 2.1: Nguyên lý tạo lực va truyền lực của hộp O-cell ¿- - + s+s+s+x+esree 22Hình 2.2: Sơ đồ bố trí thiết bị và chất tải c-ccccctsrtirriirrrirrirrrirrrirrrirrrrrieo 22

Hình 2.3: Nguyên lý thí nghiệm OsterberØE - - -c 5 133231211111 1111118111 23

Hình 2.4: So đồ thí nghiệm Osterberg cho cọc khoan nhồi 2 2-2 +s+cz se: 24Hình 2.5: Vị trí bố trí hộp tải trọng Osterberg cv gererree 25Hình 2.6: Vị trí cọc lúc ban đầu và sau khi chuyển 2 ằ.ằ.ằ 30

Hình 2.7: Đường cong chuyển vi - tai trọng (ma sát bên đạt cực hạn) 31

Hình 2.8: Đường cong chuyên vị - tải trọng do chất tải đầu cọc tương đương 31

Hình 2.9: Đường cong chuyén vi - tải trong (sức chống mũi dat cực hạn) 32

Hình 2.10: Đường cong chuyên vị - tải trọng do chất tải đầu cọc tương đương 32Hình 2.11: Sơ đồ tính độ nén đàn hồi lý thuyẾ - + << SE eveveeeeecee 35Hình 2.12: Sơ đồ tính độ nén đàn hồi lý thuyết trong thí nghiệm chất tai đầu cọc (TLT)dựa theo sự phát triển của ứng suất cắt thành bên - - s+E+E+EsEsEeEEkrkrererees 36Hình 2.13: Biéu đồ lực dọc 0700155992000 d4: 38Hình 2.14: Biểu đồ xác định hệ số ¿522cc tre 39Hình 2.15: Biểu d6 xác định hệ số Op và ÍI -c5ccctctiertirtrirrrrrrrirrrirrrrres 43Hình 2.16: Quan hệ ứng suất biến dạng hyperbo liC - - + + +E+E+EsEeEveveceeeeeeed 48Hình 3.1: Phối cảnh của công trÌnh ¿- - kk+E#E#E#E#ESESESESESESEEEEEsErkekrkrkeerkekeed 50Hình 3.2: Mặt bằng cầu Binh Lợi và nút giao thông Bình Triệu - - 5+ +: 52Hình 3.3: Mặt cắt ngang địa chất công trình - - + + E+E+ESESEEEEkckckekekekeerkeeeed 52Hình 3.4: Mô hình đối xứng trục coc đơn trong Plaxis 2Ì) «<< «<< <<<<++++2 62Hình 3.5: Mesh lưới mô hình đối XUN frỤục COC ƠI - 5555522555515 5%2 62

Hình 3.6: Mô phỏng quá trình thí nghiỆm - 5 c5 55 22222111155 65

Hình 3.7: Kết quả mô phỏng thi nghidn cs sececeesseesesesesesescscscscecscscececssssavavens 65

Hình 3.8: Biểu đồ chuyển vị theo thời Gian eee esesececeesseesesessessetstseseeeeteeeteen 66Hình 3.9: Biểu đồ tải trong theo thời gian - c9 SE EEEEgEererrerers 66Hình 3.10: Đường cong tải trong - chuyên vị di lên từ Plaxis 2D - - 5c: 67Hình 3.11: Đường cong tải trọng - chuyên vị đi xuống từ Plaxis 2D -. - 67Hình 3.12: Đường cong tải trọng - chuyỂn vị ¿xxx SE SE 5E Exrkrkrerereeo 69Hình 3.13: Đường cong tải trọng - chuyển vị (tăng tải) - ¿cà exrxeeeree 69Hình 3.14: Đường cong tải trọng Net - chuyỀn vị ¿+ sssEcxskckeEeEerrerkekrree 71Hình 3.15: Đường cong tải trong Net - chuyển vi ngoại SUy sec cererees 71Hình 3.16: Đường cong tải trọng - chuyén vị đầu coc tương đương (mô phỏng) 73Hình 3.17: Đường cong tải trọng - chuyền vị đầu cọc tương đương (quan trắc) 74Hình 3.18: Đường cong tải trọng - chuyền vị đầu cọc tương đương chưa ké đến độ néndan hồi bố Sung - + + tk 5 519151511111 1 1 1 111111 H1 0111 1311 01 re rrkg 75Hình 3.19: Đường cong tải trọng - chuyển vị đầu cọc tương đương có kế đến độ nén

Hình 3.20: Các phase dé tính sức chịu tải cực hạn của cọc bang Plaxis 2D 77Hình 3.21: Quá trình tính sức chịu tải cực han của cọc băng Plaxis 2D 77

Hình 3.22: Quá trình tính toán Phase 3 bi ÍaIÏL 5S 223313333 133133555553531511151 1532 78

Hình 3.23: Sức chịu tải cực han của cọc bang mô phỏng Plaxis 2D - - - 78

-XII-DANH MỤC CÁC BANG BIEUBảng 2.1: Giá tri các hệ số k, ZL và Nh cho cọc trong đất cát ác con se sec seresssrez 40Bang 2.2: H6 $6 1 44Bảng 2.3: Chuyén vị giới han Quy UGC c.ccccccscccsscsssssssecssssssecscscsesesecesessscscscacasasscnens 46Bảng 3.1: Dac trưng chỉ tiêu co lý trung bình của các lớp đất - -cscscsescse 53

Bang 3.2: Tinh toan 82::0i 057 7007 55Bang 3.3: Tinh toán gl1á tri Ufsilic cc ccccccccesssssssssneceeeeeceeeeeeeseeeseeesssssaaeeeeeeeceeeeeeeeees 57Bang 3.4: Tính toán gl1á tri Lfcileincccccccsssssssssscceeeeeccceececeesesesesssssaceecaaeeeeseceeeeeseeeseegas 59Bang 3.5: Tính toán gia tri 3Í: ¡Ì: ¡ cG G0101 0111113331 11111111 1 18011111 ng 1 re 60

Bảng 3.6: Kết qua tong hợp sức chịu tai Ca CỌC set SE SEEEEkrkrkrkekekeed 60Bảng 3.7: Bảng tong hợp thông số mô hình - - - SE +E+E£E#E+E£E£E+EeEeEeEererrerees 63Bảng 3.8: Bảng tong hợp chu kì nén tinh CỌC - 5+ + SE ‡keveveeeeseee 64Bảng 3.9: Bảng tổng hợp chuyỂn vị - - - x31 5E SE 5E Event 68Bang 3.10: Bảng quy đổi tải trọng Gross thành tải trọng Net - - 555555552 70Bang 3.11: Bang chuyển đổi tương đương từ kết quả thử theo phương pháp Osterbergvề kết quả thử theo phương pháp thử tĩnh truyền thống (mô phỏng) - - - 72Bảng 3.12: Bảng chuyền đổi tương đương từ kết quả thử theo phương pháp Osterbergvề kết quả thử theo phương pháp thử tĩnh truyền thống (quan trắc) - +: 72Bảng 3.13: Bảng kết quả tinh sức chiu tải cực hạn của CỌC -++<<<<<<<<s 79

TCVNCi

Lo

dpfjli

Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩnChuyên vi

Trọng lượng ban thân cọc tính từ O-cell trở lên

Tiêu chuẩn Việt NamHệ số trọng tâmChiều dài từ tắm thép trên đến đỉnh cọcDiện tích tiết điện cọc

Chu vi tiết diện cọc

Mô hình Hardening Soil

Cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọcCường độ sức kháng trung bình của lớp đất thứ iChiều dài đoạn cọc năm trong lớp đất thứ i

Sức chịu tải cực hạn của cọcĐường kính cọc

Số thứ tựModul đàn hồiHệ số quá cô kếtChiều dài cọc

Mực nước ngâm

Độ cứng gia tải 3 trụcĐộ cứng d6/nén lại 3 trục

Độ cứng gia tải nén cô kếtHệ số Poisson dỡ tải và gia tải lạiỨng suất tham chiếu

Hệ số áp lực ngang cho đất cô kết thường

Lực dínhGóc ma sátGóc giãn nở

Hệ số tương tác giữa cọc và đấtHệ số thắm theo phương ngangHệ số thâm theo phương đứng

MO DAU1 Tinh cấp thiết của đề tài

Tại các nước phương Tây phương pháp thử tải trọng cọc băng hộp tải trọngOsterberg được ứng dung từ những năm 70 của thé kỉ trước và đã được đưa vào tiêuchuẩn của nhiều nước phát triển Ưu điểm của phương pháp nay là có thé thử tai trọngtĩnh tới tải trọng lên đến nhiều nghìn tan với giá thành hợp lí, không đòi hỏi mặt bằngvà không gian chất tải lớn như các phương pháp thử tải tĩnh truyền thống

Dé xác định sức chịu tải của cọc trong phương pháp thử tải này nhiều nhà nghiêncứu đã đưa ra một số giả thiết chung quanh sức chịu tải cực hạn thân cọc và mũi cọccho những điều kiện đất nên khác nhau Hiện nay, tại các nước phát triển việc xâydựng tiêu chuân cho phương pháp thử này nói chung đều xoay quanh việc lựa chọncác giả thiết như vậy

Viện Khoa học công nghệ GTVT, Viện Kỹ thuật xây dựng Ha Nội và một số đơnvị nghiên cứu khác trong nước đã có những nghiên cứu bước đầu về cơ sở khoa học vàtrình tự công nghệ của phương pháp để ứng dụng trong điều kiện Việt Nam theo

hướng làm chủ công nghệ thí nghiệm, xây dựng quy trình thực hiện và phương pháp

luận khoa học dé giải thích các kết quả thí nghiệm.Hiện nay, nhu cầu xây dựng các công trình cao tầng ở nước ta rất lớn, các cọcbarette và khoan nhéi đường kính lớn có sức chịu tải trên một ngàn tan đang được ápdụng pho bién, vi vậy việc xác định sức chịu tải của chung là điều không thể tránh

khỏi.

Như vậy việc xác định sức chịu tải của các cọc khoan nhồi đường kính lớn và cọcbarette có sức chiu tải lớn dang là vấn đề thời sự của Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minhcũng như các công trình lớn khác trong cả nước Chúng ta đã biết một số thí nghiệmcủa nước ngoài sử dụng phương pháp thử tải băng HTT Osterberg tại Việt Nam và đãđến lúc chúng ta phải nghiên cứu để làm chủ công nghệ này và có được thêm mộtphương pháp đánh giá sức chịu tải tin cậy với giá thành hợp lí Đến một giai đoạn nhất

định tự chủ hoàn toàn thực hiện phương pháp này.

2 Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu cơ sở lí thuyết — khoa học, trình tự công nghệ của phương pháp thínghiệm O-cell và những van đề phải giải quyết để có kha năng ứng dụng công nghệ

Mô hình tính toán sức chịu tải cọc khoan nhồi bang phương pháp phan tử hữu hanvới sự hỗ trợ của phần mềm thương mại Plaxis 2D, tính toán sức chịu tải cua cọc bằngphương pháp giải tích theo TCVN 10304:2014 Dựa trên kết quả tính toán sức chịu tảicủa cọc theo phương pháp giải tích, phần tử hữu hạn so sánh với kết quả quan trắcđánh giá tính hợp lí cách tính sức chịu tải coc khoan nhồi

3 Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu sức chịu tải cọc khoan nhỏi thuộc dự án Tân Sơn Nhất — Bình Lợi —Vành đai ngoài trong nền đất bùn sét, cát pha, sét pha, cát tại khu vực ngã 4 BìnhTriệu, quận Thủ Đức Sức chịu tải cọc được tính toán dựa trên phạm vi cơ sở lý thuyếtphương pháp giải tích TCVN 10304:2012 và phương pháp phần tử hữu hạn plaxis 2D.4 Y nghĩa khoa học và thực tiễn

Phương pháp thử tải bang hộp tải trọng Osterberg là phương pháp thử tĩnh nhưngcó khả năng khắc phục được những nhược điểm của phương pháp thử tĩnh truyền

thống, đặc biệt là khi phải sử dụng tải trọng thử rất lớn Chính vì vay, trong tình hình

phát triển nhanh chong của ngành xây dựng, khi ngày càng có nhiều cọc khoan nhồi cóđường kính và khả năng chịu tải lớn được thi công thì việc nghiên cứu để áp dụngphương pháp thử tải bằng hộp tải trọng Osterberg là nhu cầu cấp thiết và mang tínhthiết yếu Việc nghiên cứu và ứng dụng công nghệ nảy ở nước ta hiện còn rất hạn chế

Dựa vào phương pháp tính giải tích, phương pháp phân tử hữu hạn (Plaxis 2D) vàthí nghiệm kiểm chứng hiện trường, Tác giả so sánh đánh giá, đưa ra cách tính tổngquan, giúp kỹ sư trong việc tính sức chịu tải cọc, có nhiều lựa chọn về các khía cạnhkỹ thuật, kinh tế, môi trường mang lại hiệu quả cao cho các dự án

CHUONG 1: TONG QUAN

1.1 Tinh hình nghiên cứu

1.1.1 Tinh hình nghiên cứu trên thé giớiNham tiễn hành một cách thuận lợi và kinh tế việc thử tải tĩnh các cọc khoan nhôi

đường kính lớn và coc barrette có khả năng chịu tải lớn, giáo sư Mỹ Jorj O.Osterberg

đã phát triển một công nghệ nén tĩnh mới là phương pháp thử tĩnh bang hộp tải trọngOsterberg Cho đến nay phương pháp nay đã được ứng dung rộng rãi và được đưa vaocác tiêu chuẩn kỹ thuật của nhiều nước Một số thí nghiệm quan trọng đã được thực

hiện với các mục đích xác định các đặc tính và trạng thái làm việc của cọc trong những

điều kiện cụ thể của nhiều môi trường địa chất khác nhau:— Dự án tuyến đường sắt Hung Tung Lau — Hồng Kông: Thí nghiệm được tiếnhành cho cọc khoan nhéi đường kính Im, chiều dài cọc 17m, trong đó có 3m mũicọc đặt trong lớp đá granit có độ cứng 2 và 3 Theo tính toán của thiết kế, tải trọngthiết kế trên mỗi cọc là 660T, hệ số an toàn là 2 và chỉ khai thác thành phan ma sat.Một hộp tải trong loại 3000T đã được đặt ở mũi với dự kiến thử cho đến phá hoại

Tuy nhiên thí nghiệm này đã dừng ở mức tải 1640T.— Thử tải Osterberg cho coc đóng: Việc áp dụng hộp tải trong cho cọc đóng đãđược áp dụng khá rộng rãi ở Mỹ Năm 1997, sở giao thông Louisiana đã có chương

trình nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian đến sức chịu tải của cọc tại dự án di dânở thành phố Morgan Các hộp Osterberg tải trọng 900T có hành trình 23em đượcgăn ở mũi cọc bê tông cốt thép đúc sẵn vuông 75 x 75 em dài 43m Một chươngtrình thí nghiệm để xác định sức chịu tải ma sát thành bên theo tùng khoảng thờigian 6 tháng, 12 tháng và 24 tháng kê từ khi đóng cọc Cọc được gan các thiết bị dotrên toàn bộ chiều dài để nghiên cứu sự làm việc trong suốt chiều dài chôn cọc vađược đóng cho đến khi đạt được sức kháng cực đại với 267 nhát búa cho 30cm cuốicùng Kết quả thí nghiệm cho thấy rõ việc tăng ma sát thành bên và giúp đánh giáđược hiệu quả của ảnh hưởng thời gian đến sự làm việc của hệ móng để thiết kế hệmóng kinh tế nhất cho các hạng mục công trình tiếp theo

— Các thí nghiệm hiện trường kiém chứng phương pháp Osterberg:+ Chương trình thí nghiệm được cục đường bộ liên bang Mỹ tài trợ nhằm giải

quyết vẫn đề đánh giá độ chính xác của kết quả thu nhận được từ thử tảitheo phương pháp Osterberg Dé thực hiện việc này người ta tiến hành thínghiệm cho một cọc khoan nhỏi bê tông đường kính Im Trên thân cọc gancác dau do tuyến tinh loại dây rung dé do các giá trị tải trọng doc theo thancọc trong quá trình thí nghiệm Osterberg Kết quả của các giá trị đo đượcbăng các đầu đo dọc theo thân cọc va băng hộp Osterberg Các giá trị đođược bang các đầu đo dọc theo thân cọc va bằng hộp Osterberg đã cho thấykết quả trong hai phép đo là giống nhau Nó cũng cho biết lực dính bám củađất và vữa với hộp tải trọng là nhỏ và có thể bỏ qua

+ Đã tiến hành thí nghiệm trên nhiều cọc giống nhau (coc tròn đường kính120cm, dai 38m) trên cùng một hiện trường Đã tiễn hành thử tĩnh truyềnthống bang hệ kích đặt trên đầu coc Coc này được gan các đầu do trên toànbộ chiều dài cọc Để mô phỏng điều kiện làm việc của tang ham da dungmot ống vách rộng hơn ở đoạn 18m phía trên cua coc để loại bỏ ma sát

thành bên của coc Coc thứ hai có hộp tải trọng ở đáy va cũng bi loại ma sat

đến độ sâu 18m Coc thứ 3 cũng có hộp tải trọng ở đáy nhưng không loại ma

sát ở 18m phía trên.

1.1.2 Tinh hình nghiên cứu trong nước

Trong khi phương pháp thí nghiệm nén tĩnh cọc băng HTT Osterberg đã được thựchiện khá phố biến ở Mỹ và một số nước phát triển khác thì phương pháp này chỉ mớiđược ứng dụng trong một số ít công trình ở Việt Nam:

— Công trình Cầu dây văng Mỹ Thuận: Cầu Mỹ Thuận bắc qua sông Tiền nối liền2 tỉnh Vĩnh Long và Tiền Giang, cách Thành phố Hồ chí Minh 125 km về phía TâyNam Toàn bộ công trình có 36 cọc khoan nhéi đều có cùng đường kính 2.4m Haitrụ tháp chính Bắc và Nam, mỗi trụ sử dụng l6 cọc Các mồ neo bờ Bắc và Nam,mỗi mồ sử dụng hai cọc Độ sâu hạ cọc thay đổi theo yêu cầu chịu lực và điều kiệnđịa chất Độ sâu hạ cọc cuối cùng được quyết định trên cơ sở kết quả thử tải trọng

tĩnh bang phương pháp hộp tải trong Osterberg dé xác định ma sát thành bên giớihạn của các lớp đất khác nhau và sức chống giới hạn ở mũi Trên công trình ngườita đã tiễn hành thử 5 cọc, trong đó có 3 cọc đặt một tang hộp Osterberg tai mỗi cocvà 2 coc bố trí hai tang dat hộp Osterberg tai độ sau -68m và tại mũi cọc ở độ sau -

84m Đã sử dụng loại hộp Osterberg có đường kính 540mm, khả năng tạo tải trọng

1200T Mỗi tầng đặt 3 hộp Osterberg nối thông đường ống áp lực để đảm bảo cáckích làm việc đồng thời

— Công trình toà nha Vietcombank: Công trình dau tiên ở Hà Nội áp dụng phươngpháp thí nghiệm Osterberg để xác định sức chịu tải của cọc barrette Coc khoannhdi ở đây là loại cọc barrette có kích thước 2.8 x 0.8 x 55m Sử dụng 2 kích O-cell, đường kính mỗi kích là 540mm Các đồng hồ đo chuyền vi là đồng hồ thiênphân kế (đo co học), kích O-cell sử dung dau thuỷ lực để bom áp lực Đã tiền hànhthí nghiệm Osterberg cho 2 coc, một cọc tai trọng thí nghiệm đến 3300T (khoảng2.5 tải trọng thiết kế) nhưng chưa xảy ra phá hoại cọc, cọc còn lại chỉ thí nghiệmđến 1300T Nhìn chung kết quả thí nghiệm cọc thu được là rất tốt Sau 6 năm sửdung, công trình rất 6n định va sử dụng bình thường

— Công trình nhà ở tiêu chuẩn cao và văn phòng 27 Láng Hạ: Công trình thứ 2 ởHà Nội áp dụng phương pháp thí nghiệm Osterberg để xác định sức chịu tải củacọc khoan nhéi Coc khoan nhi ở đây là loại cọc barrette có kích thước 2.8 x 1.5 x43.5m và 2.8 x 1.0 x 40.5m Sử dụng 2 kích O-cell, đường kính mỗi kích là 540mmcho cọc nhỏ và 670mm cho cọc lớn Các đồng hồ đo chuyển vị là loại đầu đo điệntử kết nối bộ phận thu giữ số liệu gan với máy tính xách tay, kích O-cell sử dụngnước lã để bơm áp lực Đã tiễn hành thí nghiệm Osterberg 2 cọc, một coc tải trọngthí nghiệm đến 1640T, cọc còn lại thí nghiệm đến 2380T Nhìn chung các cọcbarrette làm việc chủ yếu do ma sát bên, khi thi công đáy cọc chưa được làm sạchvà đất dưới mũi cọc bị xới lên Nếu sử dụng phương pháp thí nghiệm nén tĩnhtruyền thống ở công trình này thì không thể phát hiện được tình trạng yếu kém ở

đáy mũi cọc.

1.2 Triển vọng của việc áp dụng thử tải bằng hộp tai trọng OsterbergSự phát triển nhanh chóng của công việc đô thị hoá cùng với việc ra đời ngày càngnhiều các công trình cao tang sẽ mở ra thời kì ngày càng nhiễu các cọc barrette có sứcchịu tải lớn Điều đó đòi hỏi phải có công nghệ thử tải mới thích hợp với các cọc có

sức chịu tải lớn.

Nhờ có những đặc tính ưu việt của mình, phương pháp thử tải băng hộp tải trọngOsterberg sẽ được ứng dụng ngày cành nhiều ở Việt Nam và cùng với phương phápthử tải tĩnh truyền thống sẽ giúp cho kỹ sư tư van có nhiều lựa chọn về các khía cạnhkỹ thuật, kinh tế, môi trường

Đề chủ động nam bắt được công nghệ, tiễn tới việc áp dụng có hiệu quả phươngpháp thử tải bang hộp tải trọng Osterberg cho các cọc barrette có sức chịu tai lớn làcông việc hữu ích và là những bước đi đầu tiên nhằm tiến tới áp dụng công nghệ nàyvào công tác thử tải cọc barrette xây dựng tại Tp Hồ Chí Minh Các bước tiếp theo cóthé tiến tới chúng ta tự tiến hành thử tải theo phương pháp này với giá thành cạnh

tranh.

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYET

2.1 Nguyên lý thí nghiệm Osterberg

Lực nén dọc và chuyển vị của mặt bích trên và mặt bích dưới của hộp tải được đobang bộ cảm biến có dây dẫn nối lên trên mặt đất và biểu thị trên đồng hồ Tải đượctăng cho đến khi xảy ra một trong 3 tình huống:

— Sức kháng cắt giới hạn của đất nền quanh thân cọc trên hộp tải đạt tới trước— Hoặc sức kháng nén giới hạn của đất nền dưới mũi cọc cùng với sức kháng cất

giới hạn của đất nền quanh thân cọc của phân cọc dưới hộp tải đạt tới trước— Hoặc sức kháng giới hạn của hai phần cọc nêu trên đạt tới cùng lúc

Nếu ĐỌI tong các lực ma sát thành bên trên toàn bộ chiều dai coc là Pms va lựcchống ở mũi cọc là Pm, lực do hộp tải trọng Osterberg gây ra là Po, ta có nhận xét sau:

— Khi tao lực Po trong hộp Osterberg, theo nguyên lý cân bằng phản lực, một lựcPo truyền lên thân cọc và hướng lên trên sẽ cân băng bởi lực ma sát thành bên

Coc thí nghiệm sé bi pha hoại khi dat đến cân bang cua mot trong hai biéu thức

trên, tức là bi phá hoại mũi trước hoặc bi phá hoại thành bên trước.

Thiết bị đo chuyén vị bằng cam bien

441.2.

Hệ thông xử lý bằng máy tinh |;

“ —Mặt đất tự nhiên 4}

tad k v {

LÍ | || Thank do

\ ‘fe K chuyên vị

Phan cọc trên L me,

lập li Í PTT A Ong vach bao vệ

\ h thanh đo

( Hop tai

Phan coc dusi i: ¬" 4hộp tái TFTA

Hinh 2.1: Nguyén ly tao luc va truyén lực của hộp O-cell

Hình 2.2: Sơ đồ bé trí thiết bị và chat tai

Dé đo chuyền vị lên của đầu coc (A & B), người ta gan hai thiết bị đo bién dạngtuyến tính (Linear Variable Displacement Tranceducer — LVDT) vào dầm phụ có định.Các LVDT thường có độ chính xác đến 0.025mm và có hành trình cực đại là 100mm.Chuyển vi này sau khi hiệu chỉnh do sự dao động của dầm phụ được ký hiệu là TOS”

(top of shaft movement).

Bốn “thanh truyền” (tell tale) gan với tam thép trên của O-cell cho phép ta do đượcbiến dạng nén của cọc ở phần phía trên của O-cell (E & F) Số đọc (so với đầu cọc)được thu trực tiếp bằng bốn LVDT Các LVDT thường có độ chính xác đến 0.025mmvà có hành trình cực đại là 25mm Biến dạng nay ký hiệu là COMP (compression)

Đề đo chuyền vị nở của O-cell, người ta hàn bốn “thanh truyền” (tell tale) vào tamthép ở đáy của O-cell (C & D) Số liệu thu được qua các thanh truyền nảy là hiệu sốgiữa chuyển vị nở của O-cell và biến dạng nén của cọc Từ đó cho phép ta biết đượcchuyển VỊ xuống của cọc Số đọc (SO VỚI đầu cọc) được thu bang bốn thiết bị đo biếndạng rung tuyến tính (Linear Vibrating Wire Displacement Tranceducer — LVWDT).Các LVWVT thường có độ chính xác đến 0.01mm và có hành trình cực đại là 150mm.Chuyến vị nay ký hiệu là BP (bottom plate)

Sau khi thí nghiệm xong ta bơm vữa bịt qua những ống lắp sẵn (thường là hai ốngđường kính 15 + 20mm) dé làm kín tat cả những 16 hong trong cọc sau khi thí nghiệm

“Ae te eer re SAU SS PTFE IF PT

4) | | bỊ | |

0 WsQ, =O, -w =

|{[ /'†I Hop 0+ cell

Ihưửe theo ddI

dim phu

chót thanh truyền

GHI CHU:A&BILVDT),

+ Chia vach dén 0.025 mm

+ Do chuyển vị lên của đấu cọc (TOS)

C§0(LVWDT)+ Chia vach đến 0 01 mm

+ DoBP (chuyển vind của O-cell không ‡kẻ đến biến dang nên)

(SAN

YANG

N

E 4 F (LVDT)+ Chia vach đến 0.025 mm

+ Do biến dang nan phan cọc tự tam

then trên O-cell đến dau coc (COMP)

T heo dai’ nti

Dé do chuyển vị tó

thé cỏ của dam phụ.

4 " hanh truyền" BP

gắn vàn tắm đưới

4 '\hanh truyén” nen

COMP qắn vào tấm trên

2 đường dan ap lực

“eho mi kích

lãm thap (rên Q-celf

kích0-call-

1am thép dud! O-cell

(đây 50 mm)

Ghi chu: Tal cả e&£ "thanh truyền)" déu được bao ngoài hằng ống bao (casing) 12 +13.Hình 2.4: Sơ đồ thí nghiệm Osterberg cho cọc khoan nhồi

2.2 Nguyên tắc chọn hộp taiVị trí đặt hộp tải được xác định gần đúng theo nguyên tắc để sao cho đối trọng củaphân cọc trên hộp tải và phần cọc dưới hộp tải xấp xỉ bằng nhau, nhờ đó có thểthử được cấp tải trọng tiến gần tới mức giới hạn hơn:

Một số vi trí có thé bố tri HTT Osterberg (tham khảo The Osterberg Load test

Method for Bored and Driven Piles the first ten years — by JorJ O Osterberg, PhD)

hơn nhiều so với sức kháng thành bên và khi chỉ cần xác định sức kháng thành bên

giới hạn.

Hình b: Nếu muốn xác định cả 2 thành phan tới hạn của sức chống mũi va sứckháng thành bên thì HTT được đặt cách đáy cọc một khoảng xác định nào đó Nếu

khoảng cách này được xác định một cách chính xác thì khi đạt tới sức kháng thành bên

tới hạn bên trên HTT thì sức kháng thành bên đoạn cọc bên dưới cộng với sức chồngmũi cũng đạt tới giới hạn Mặc dù không thé xác định chính xác vị trí đặt HTT nhưngthực tế cho thấy khi tải trọng hướng lên trên hay tải trọng hướng xuống dưới đạt đếngiá tri tới han thì thường tải trọng kia đạt gân tới gia tri tới han của nó Nếu có chỉ số Ncủa SPT thì có thể tính toán một cách hợp lý

Hình c: Phương pháp này để xác định sức kháng thành bên và sức chống mũi củacoc có mũi trong nền đá một cách độc lập với đất phủ trên nên đá Vì vậy khi dùng PPOsterberg có thể tiễn hành như sau: đồ bê tông toàn bộ lỗ cọc và đặt các đầu đo biếndạng trong bê tông bên trên đoạn trong đá để tách tải trọng do đoạn trong đá chịu và

tải trọng do sức kháng thành bên trên HTT chịu Khi cọc thí nghiệm sẽ được sử dụng

lại trong công trình sau này, khoảng trống bên trong HTT va khoảng trống hình trụ bênngoài của cọc cần được phun vữa

Hình d: Khi cọc sẽ được thi công trên mặt đất hiện tại va sau đó tiễn hành đào đấtlàm tang ham thì cọc được đào đến độ sâu dự kiến, dat HTT va lỗ cọc được đồ bê tôngđến cao trình tang ham Phan lỗ coc còn lại được đồ cát hay vật liệu min khác rồi mớitiễn hành thí nghiệm

Hình e: Khi cần phải xác định sức kháng thành bên tới hạn của 2 lớp đất thì bandau chỉ cần đồ bê tông đến đỉnh của lớp phía dưới và tiến hành thử tải Sau khi đoạncọc còn lại được đồ bê tông sẽ tiếp tục thí nghiệm để thu nhận sức kháng thành bên tớihạn của toản bộ thân cọc Bang cách lay sức kháng tong trừ đi sức kháng thành bêncủa phân bên dưới sẽ xác định được sức kháng thành bên của phần bên trên

Hình f: Khi sử dụng 2 tầng HTT, một tại hay gần đáy cọc và một tại một khoảngcách nao đó tinh từ đáy thì có thé xác định được sức kháng thành bên tới hạn của phancọc bên trên HTT, sức kháng thành bên tới hạn phần bên dưới HTT và sức chống mũitới hạn Cách này đòi hỏi cần đặt tải cho các HTT theo các giai đoạn Một trình tự là

nén HTT dưới để nhận được sức chống mũi bên dưới HTT Sau đó nhả áp lực của hộpbên dưới, tái đặt áp lực cho hộp bên trên dé nhận được sức kháng thành bên bên dướihộp bên trên Sau đó đóng đường áp lực hộp bên dưới, nén hộp bên trên để nhận đượcsức kháng thành bên bên trên HTT phía trên Các trình tự đặt áp lực khác có thể đượcsử dụng tuy theo điều kiện địa tang va vi tri cua HTT trong coc.

2.3 Phương pháp dat tai

Tải trong đặt thông qua việc tăng áp lực dau trong hộp tai trọng và được theo dõithông qua các đồng hồ đo áp lực gan trên máy bơm cung cấp cho hộp thông qua hệthống ống dẫn đặt trước trong cọc

Việc tăng tải được hiện theo các quy định ASTM D1143: “Standard Test Methods

for Deep Foundations Under Static Axial Compressive Load” Ban dau cần đặt cácbước tải bang 5% sức chịu tải giới han của coc thử Bước gia tải sau đó có thé tăng lên

hoặc giảm di tùy theo sự ứng xử của cọc trong khi thử.

Việc gan các đầu do chuyển vi trực tiếp cần được thực hiện theo các yeu cau sau:- It nhất có 2 đầu do dé ghi lại chuyén vị xuống phía dưới của mũi cọc và 2 đầu

đo ghi lại chuyển dịch lên phía trên của đầu cọc.- Độ mở của hộp Osterberg được đo dé xác định chuyển dịch lên và xuống của

Trong chu kỳ đỡ tải cân chọn các bước giảm tải sao cho môi câp tải giảm có ít nhât

4 điểm số liệu dé vẽ trên đường cong tải trọng - chuyển vị Trong trường hợp cần thiết

có thé bổ sung các chu kỳ giảm tải và dỡ tải có trình tự tương tự sau khi kết thúc chukỳ thí nghiệm dau tiên.

Các đồng hồ đo chuyển vị dùng dé đo chuyển dịch của mũi cọc và đầu cọc cần cóhành trình ít nhất là 10cm và có độ chính xác đến 0.025mm Chuyển vi tai mũi cọccũng có thể đo băng cách dùng đầu đo tuyến tính loại dây rung để đo độ mở rộng củahộp Osterberg (15 cm) Các đầu đo hoặc dau đo tuyến tính loại dây rung được dùng đểđo độ nén thân cọc phải có hành trình ít nhất là 25mm và độ chính xác đến 0.0025mm.2.4 _ Nguyên tắc xác định tải trọng giới hạn của cọc

Do phương pháp Osterberg là phương pháp thử tải tĩnh nên về nguyên tắc để xácđịnh tải trọng giới hạn của cọc vẫn áp dụng các nguyên tắc của thử tải tĩnh truyềnthống:

a) Cấp tăng tảiBang khoảng 7-10% sức chịu tải giới han theo đất nền dự kiến của cọcb) Điều kiện tăng tải

— Tải trọng ở mỗi cấp được giữ cho đến khi chuyển vị cọc dừng lại thì mới đượctăng cấp tải tiếp theo

— Chuyển vị cọc được xem là dừng lại nếu tốc độ chuyển vị không vượt quá

0.1mm trong thời gian 60 phút khi mũi cọc hạ trong lớp cát hoặc sét cứng.

c) Cấp hạ tảiCấp hạ tải tối đa bằng 2 lần cấp tăng tải.d) Điều kiện dừng thử

e_ Kñi tổng chuyển vị s < 20mmTải được tăng theo các điều kiện 1 và 2 nêu trên cho đến khi: Nếu ứng với cấptải (Q) nào đó mà chuyền vị chưa dừng lai trong 24 giờ liên tục thì dừng thử và lay cấp

tải đó làm tải trọng giới hạn.

e Khi tong chuyển vị 20mm < s < 40mmTải được tăng theo các điều kiện 1 va 2 nêu trên cho đến khi:— Ở một cấp tải (Q) nào đó mà chuyên vị chưa dừng lại trong 24 giờ liên tục thi

dừng thử và lẫy cấp tải trước đó làm tải trọng giới hạn

— Đã đạt hết cấp tải dự kiến và chuyển vị dừng lại trong 24 giờ liên tục thì dừngthử và lấy cấp tải đó làm tải trọng giới hạn.

e Khi tong chuyển vị s > 40mmTai duoc tang theo cac diéu kién 1 va 2 néu trén cho dén khi:— Ở một cấp tải (Q) nào đó mà chuyển vi chưa dừng lại trong 24 giờ liên tục hoặc

nếu số gia chuyên vị ứng với cấp tải đang thử bằng hoặc lớn hơn 5 lần số gia độchuyền vị ứng với cấp tải trước đó thì dừng thử và lay cấp tải trước đó làm tải

trọng giới hạn.

— Đã đạt hết cấp tải dự kiến và chuyền vị dừng lại trong 24 giờ liên tục đồng thờisố gia độ chuyền vị ứng với cấp tải đang thử nhỏ hơn 5 lần số gia độ chuyền vịứng với cấp tải trước đó thi dừng thử và lay cấp tai đó làm tải trọng giới hạn

Trong đó:

— Q là trị số lực nén đọc đọc trên đồng hồ đo biểu thị lực nén dọc của một hướngtác dụng lực sinh ra từ hộp tải Như vậy, tong luc nén doc tac dung vao coc sé la2 x Q Day mới chính là cấp tải cần kiểm soát theo điều kiện dừng thử

— Chuyến vị (s) là chuyển vị riêng rẽ của phan cọc trên hộp tải và phần cọc dưới

hộp tải gây ra bởi lực nén dọc (Q) Với cùng một lực nén dọc (Q) nhưng do đặc

trưng đất nền và đặc trưng tác dung lực ở hai phan cọc khác nhau nên chuyến vicủa phan cọc trên (s’+) va của phan cọc dưới (s’-), về nguyên lý, có thể khácnhau Trị số chuyển vị (s) lớn hơn từ một trong hai trị số được dùng để kiểmsoát việc dừng thử theo điều kiện dừng thử

s = max (S”., S’+)

2.5 Phan tích kết quả thử tai

a.a 0 \ 2

sau chuyển vị

LÍ II || 4i Ir |Ì ===Thanh truyền

NUNG ƒ \ §4 i | ` O

i

ES ` rot —— — ~

|

Lowe

Hình 2.6: Vị tri cọc lúc ban đầu va sau khi chuyển VỊ

Trong quá trình thí nghiệm các chuyển vị thu được gồm:

— TOS*: chuyển vị lên của đầu cọc— COMP: biễn dạng nén đàn hồi của đoạn cọc phía trên kích— BP: chuyển vị xuống của tam thép dưới (so với đầu cọc)— BP + COMP: hanh trình của O-cell (chuyền vị nở của O-cell)— s† = TOS* + COMP: chuyền vị lên của tắm trên O-cell— sử = BP — TOS*: chuyển vị xuống của tam dưới O-cell.Phương pháp thí nghiệm Osterberg sẽ cho kết quả là hai biểu đồ quan hệ tai trọngvà chuyển vị được xây dựng độc lập như ở hình 2.7 và 2.8; 2.9 và 2.10

3.0 pein

1225 =

Đường cong

2.0 F tai trong ma sat

than cocECT s<

_ tok Tai trong lớn nhất

c Hiệu chinh phan khi thu tai

5 0.5 trọng lượng day Osterberg5 nổi thân cọc Y

te t I

1 2 thờ cac CAI:

4 5 `

LŨ [` Đường cong tải trong 6 hy

4 6 suc chong mũi do được , 8 1

12YAY đã cas

| |0 1000 2000 3000 4000 5000

Tai trọng

Hình 2.8: Đường cong chuyến vị - tai trọng do chất tải đầu cọc tương đương

> 4 + aie<=> 2 3 =

Š preter De Set

© T

Hiéu chinh phan trong

lượng day nổi than cọc a Tai trong lớn

trọng tong cộng do ma sát bên và sức chống mũi tại cùng một chuyển vi đi xuống củađiểm 5 trên đường cong chuyền vị đi xuống của thí nghiệm tải trọng này Nó được thểhiện ở vị trí điểm 5 (hình 2.8) của đường cong xây dung lại Tương tự cho các điểm 1-4, do thí nghiệm này giá tri cực hạn xảy ra tại ma sát bên, đường cong sức chồng mũiđi xuống được ngoại suy cho đến phá hoại (cùng chuyển vi).

Ngoài ra, theo quy trình kỹ thuật thử tải cọc bằng phương pháp Osterberd

DB32/T291 — 1999 của Trung Quốc, sức chịu tải giới hạn theo đất nền của cọc được

tính theo công thức sau:

Q= +Ợ: (2.4)

Trong đó:

Q*, Q: tương ứng là các giá trị sức chịu tải giới han của phan cọc trên và phancọc dưới chọn được sau khi thử Ở đây can lưu ý rằng chỉ trong trường hop thieđặc biệt — gây phá hoại sức kháng của nên thì O* và Ở mới có giá trị khác nhau,

con trong trường hợp thứ không gây phá hoại thì ` = 0

G*: trọng lượng bản thân của phan cọc trên hộp tải có xét đến hiệu ứng day nồikhi phần cọc này nằm dưới mực nước ngầm

A: hệ số phản ánh ảnh hưởng của loại đất ở dưới mũi cọc — với đất dính 4 = 0,8:

với cát À = 0,7.

2.6 Cách chuyển đổi tương đương từ kết quả thứ theo phương pháp Osterberg

về kết quả thử theo phương pháp thử tĩnh truyền thôngViệc phân tích — đánh giá kết qua thử theo phương pháp Osterberg van dựa trên cácnguyên tắc của thử tĩnh truyền thống trong đó biểu đồ quan hệ Q-s là một công cụquan trọng cho phép phân tích có định lượng về sức chịu tải của cọc mà một bài toáncơ học vẫn thường làm Mục tiêu của việc thử tải trong phần lớn các trường hợp khôngchỉ dừng ở việc xác định khả năng chịu tải theo đất nền của cọc mà còn muốn có mộthình ảnh cụ thể hơn so với lý thuyết chung cũng như so với kết quả tính toán theo lýthuyết đó về tương tác giữa cọc với đất nền xung quanh để từ đó có những ứng xửthích hợp hơn trong thiết kế móng cọc và trong quá trình xử lý thi công sau này

Ta có thể xây dựng đường cong tải trọng — độ lún (tương tự đường cong thí nghiệmnén tĩnh thông thường) bằng một trong hai cách dưới đây:

2.6.1 Cách quy đối đơn giảnTải lớn nhất trong đường cong nén tĩnh tương đương 1a:

Pmax ® 2Q; — W¡ˆ (2.5)

Trong đó: Q;- tải trọng lớn nhất trong thí nghiệm

W¡' — trọng lượng của bản thân cọc tinh từ O-cell trở lên (có kể

đền sự day nôi nêu dưới mực nước ngâm).

2.6.2 Cách quy đổi chỉ tiếte Tại một chuyến vị bất kỳ s, lực day xuống mà đất phải tiếp thu là:

Ory = QV + W2’ (2.6)Trong đó: QV — lực do O-cell đây xuống ở chuyén vi là s

W¿? — trọng lượng của ban thân coc tính từ O-cell trở xuống (có kểđến sự day nồi nếu dưới mực nước ngầm)

e Tại cùng chuyên vis đó, lực day lên mà đất tiếp thu là:

Q'†=(Q†-W¡)xF (2.7)Trong đó: Wy,’ — trọng lượng của bản thân cọc tinh từ O-cell trở lên (có kế đếnsự day noi nếu dưới mực nước ngầm)

F - hệ số kế đến sự khác nhau về ma sát bên giữa nén tĩnh thông

thường và nén Osterberg

Ở đây F = 1.00 với cọc trong đá, sét tốt

F = 0.95 với cọc trong đất rời.e Tại s, tong của lực đây lên và lực day xuống sẽ là tải mà đất tiếp thu:

P=Q@d+Q †=Ql + Wr’ + (QT - Wi)xE (2.8)Tuy nhiên trong trường hợp nén từ trên xuống, thì đất đã chịu sẵn một phần là

trọng lượng bản thân coc, do đó tải trọng đặt tại đỉnh cọc là:

Pe = P— Wi’ — Wo’ = QV + (QT — Wi’) x F- Wr’ (2.9)

e Tại tải trọng là P (gia tải từ trên xuống) thì độ lún của cọc là s + AS Trong đósố gia Ad là kế đến biến dạng nén đản hồi của cọc.

e Lap lại các bước trên với các vi trí s khác nhau, từ đó ta vẽ được đường cong

nén tĩnh tương đương với các cặp số liệu (Pe, s + AS).e Nếu tại một vị trí nào đó mà s năm ngoài khoảng của một đường cong (ví dụ

đường cong sức kháng bên của đoạn cọc trên kích, hình 2.9) thì ta chọn mộttrong hai giải pháp sau:

+ Hoặc lấy lực đây lên là không đổi (coi là giá trị cực hạn) và bang sức khángbên lớn nhất thí nghiệm được

+ Hoặc ngoại suy đoạn tiếp theo của đường cong sức kháng bên Tuy nhiên,việc ngoại suy này có sai số, vì nếu thân coc rất ghd ghé (lồi lõm), thì sứckháng bên đạt cực hạn chậm hơn; ngược lại, thân cọc it lỗi lõm thì sức

kháng bên đạt cực hạn nhanh hơn.

Sơ đồ tính nén đàn hồi lý thuyết trong thí nghiệm O-cell (OLT) dựa theo sựphát triển của ứng suất cắt thành bên:

ro ty Sa làm của TRIRTAE) PZ † ¥ ae) Oe

M 5 + | > l4 TT

| rit - 5 ta ' : a a +3 T¬ |? r†r tes T—=

| \ 4 ro WM_ | = _ l = =L; | + \ 10 Ệ +] 1 | RỂ | + SC

(LI+L2) — 3 AE Ỗ (LI+L2)— C AE ò (LI+L2) - 2 AE

2 Trường hợp chất tai hai tang hộp 6, va 6,

W’: trọng lượng cọc có xét day nôi ở phân bên dưới mực nước ngâm.

4faim,

Hình 2.12: Sơ đồ tính độ nén đàn hồi lý thuyết trong thi nghiệm chất tải đầu cọc

(TLT) dựa theo sự phát triển của ứng suất cắt thành bên

Thi nghiém chat tai dau coc:

Trong đó: Lo — chiều dài từ tắm thép trên O-cell đến đỉnh cọc

AE - tích giữa diện tích và mô đun đản hồi của cọcC¡ - hệ số phụ thuộc dạng biéu dé lực dọc trong thanhở day: C¡ =0.5 khi biểu đồ lực dọc có dạng tam giác (đường đứt nét)

C¡ <0.5 khi biéu đồ lực dọc có dạng như hình 2.13a.Thực tế thi 5 đã đo được trong thí nghiệm O-cell (là giá tri COMP), vì vậy từphương trình trên ta tìm được Ci Sau khi qua điểm 8 cực đại nếu ta lay sức khángbên không đổi thì cũng lay C¡ không đổi

Thi nghiệm Biểu đố lực đọc Thực tế cọc Biểu đồ lực đọc

Q-cell trong thanh làm việc trong thanh

Hình 2:13: Biểu đồ lực dọc trong cọcTrong hình 2.13b, biến dang đàn hồi cho đoạn trên O-cell là:Šr= (1-C:) Sa Lo+ Lu La =[CiQm + (1- C¡)P] (2.11)L,

AE

Như vậy, giữa thi nghiệm Osterberg (chat tải dưới lên) va thi nghiệm néntinh thông thường (chất tải trên xuống) ta có sự tăng của biến dang đàn hồi làAd = dr — So Ta sẽ kế thêm số gia này vào trong đường cong nén tĩnh tương

đương.

2.7 Sức chịu tải của cọc

2.7.1 Cong thức chung xác định sức chịu tải của cọcTheo phụ lục G.I TCVN 10304:2014 [9], sức chịu tải cực hạn của cọc được tínhtheo công thức sau:

2.7.2 Sức chịu tai của cọc theo các chỉ tiêu cường độ của đất nênTheo phụ lục G.2.1 TCVN 10304:2014 [9], Cường độ sức khang cua đất đưới mũi

cọc được xác định theo công thức:

dy =(CN, + dy, „N„)⁄4; (2.13)

trong do:

N’c, N’q là các hệ số sức chịu tải của đất dưới mũi cọcq’yp là áp lực hiệu quả lớp phủ tại cao trình mũi cọc (có trị số bằng ứng suất pháphiệu quả theo phương đứng do đất gây ra tại cao trình mũi cọc)

Theo phụ lục G.2.2 TCVN 10304:2014 [9], Cường độ suc kháng trung bình trên

thân cọc fj có thể xác định như sau:

Ii =AXC,, j (2.14)trong do:

cui: là cường độ sức kháng không thoát nước của lớp đất dính thứ ia: là hệ số phụ thuộc vào đặc điểm lớp đất năm trên lớp dính, loại cọc và phươngpháp hạ coc, cố kết của đất trong quá trình thi công và phương pháp xác định cụ Khikhông day đủ những thông tin này có thé tra œ trên biểu đồ hình 2.14 (theo Phu lục Acủa tiêu chuẩn AS 2159 -1978)

Đối với đất rời, cường độ sức kháng trung bình trên thân cọc trong lớp đất cát thứ ¡:

fake v.-tgỗ, (2.15)

trong đó:

ki: là hệ số áp lực ngang của đất lên cọc, phụ thuộc vào loại cọc: cọc chuyển VỊ(đóng, ép) hay cọc thay thế (khoan nhồi hoặc barrette)

Ø yz : là ứng suất pháp hiệu quả theo phương đứng trung bình trong lớp đất thứ i

5i: là góc ma sat giữa đất và cọc, thông thường đối với cọc bê tông 8: lay bằng gócma sát trong của đất ọ¡, đối với cọc thép 5; lay băng 20⁄3

Theo công thức (2.15) thì càng xuống sâu, cường độ sức kháng trên thân cọc càngtăng Tuy nhiên nó chỉ tăng đến độ sâu giới hạn ZL nao đó băng khoảng 15 lần đến 20lần đường kính cọc d, rồi thôi không tăng nữa Vì vậy cường độ sức kháng trên thâncọc trong đất rời có thé tính như sau:

k

Trên đoạn cọc có độ sâu nhỏ hơn ZL, fj = kØ y,z

—`Trên đoạn cọc có độ sâu băng và lớn hơn ZL, fj; = &Ø v,z1,

Bảng 2.1: Gia tri các hệ số k, ZL và N’, cho cọc trong đất cát