Luận văn thạc sĩ Địa kỹ thuật xây dựng: Phân tích sự thay đổi tải trọng gây ra ma sát âm ảnh hưởng đến sức chịu tải của cọc trong đất yếu

TOM TAT LUẬN VĂNMa sát âm là hiện tượng lớp đất yếu xung quanh thân cọc lún nhanh hơn tốc độlún của cọc, từ đó sinh thêm lực kéo xuống, làm ảnh hưởng khả năng chịu tải của cọc.Có nhiều n

ĐẠI HỌC QUOC GIA TPHCMTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

csc2

TÔ LÊ HƯƠNG

PHAN TÍCH SỰ THAY DOI TAI TRỌNGGAY RA MA SÁT AM ANH HƯỚNG DEN

Chuyên ngành: Dia kỹ thuật Xây dung

Mã số: 60.58.02.11

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP.HCM, tháng 12 năm 2016

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TPHCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAMTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập — Tự do — Hanh phúc

Tp.HCM, ngày tháng năm

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: TÔ LÊ HƯƠNG MSHV: 1570160

Ngày, tháng, năm sinh: 06/08/1992 Nơi sinh: TP.HCM

Chuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG Mã số: 60.58.02.11I TEN ĐÈ TÀI:

PHAN TÍCH SỰ THAY DOI TAI TRỌNG GAY RA MA SÁT AMANH HUONG DEN SỨC CHIU TAI CUA COC TRONG ĐẤT YEUIl NHIEM VU VA NOI DUNG:

Mở đầuChương 1: Tổng quan về ma sát âm.Chương 2: Cơ sở lý thuyết phương pháp xác định vị trí mặt phăng trung hòavà tính sức chịu tải cọc có xét đến ma sát âm

Chương 3: Phân tích sự thay đổi tải trọng tác dụng gây ra ma sát âm ảnh hưởngđến sức chịu tải của cọc trong đất yếu

Chương 4: Mô phỏng bài toán sự thay đổi tải trọng tac dụng gây ra ma sát âmcho cọc trong đất yếu

Kết luận và kiến nghịII NGAY GIAO NHIEM VU: 04/07/2016Iv NGAY HOÀN THÀNH NHIỆM VU: 05/12/2016

Công trình được hoàn thành tại: Trường Dai học Bách Khoa - ĐHỌG-HCM

4 TS Lê Trọng Nghĩa (Phản biện 2)5 TS Phan Tá Lệ (Uỷ viên)

Xác nhận của Chủ tịch hội đồng đánh giá LV và Trưởng khoa quản lý chuyên

ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nêu có)

CHỦ TỊCH HỘI ĐÔNG TRƯỞNG KHOA KTXD

PGS.TS NGUYÊN VĂN CHÁNH PGS.TS NGUYEN MINH TAM

LỜI CÁM ƠN

Với sự ủng hộ và giúp đỡ của gia đình, thầy cô, bạn bè, tôi đã hoàn thànhchương trình học Cao học khóa 2015 và thực hiện Luận văn tốt nghiệp Dé có đượcthành quả nay, tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến:

- Thay hướng dẫn PGS.TS.Võ Phan đã tận tâm chi dan và giúp đỡ tôi trongsuốt quá trình học tap, nghiên cứu và thực hiện luận văn Những hướng dẫncủa thay là nguôn kiến thức, kinh nghiệm quý báu giúp tôi có thêm nên tảng

cho việc học tập và công tác sau này.

- Quy Thay, Cô trong Bộ môn Địa Cơ — Nền Móng cũng như các Thay, Côtrong phòng Đào tạo Sau Đại học đã tạo nhiều thuận lợi cho tôi trong suốt

khóa học Cao học.- Cac anh, chi học viên cao hoc Dia kỹ thuật xây dựng khóa 2013, 2014, các

bạn học viên lớp Cao hoc Dia Kỹ Thuật Xây Dựng khóa 2015 đã giúp đỡtôi trong thời gian học tập.

- Gia đình, bạn bè đã hỗ trợ cũng như khích lệ tinh thần trong quá trình tôihọc tập và thực hiện Luận văn tốt nghiệp

Do kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế, luận văn đươc hoàn thành nhưngkhông thể tránh khỏi những thiếu sót Rất mong nhận được sự đóng góp của quý thầy

cô, bạn bè và đồng nghiệp dé luận văn được hoàn thiện hơn.

Học viên

TOM TAT LUẬN VĂN

Ma sát âm là hiện tượng lớp đất yếu xung quanh thân cọc lún nhanh hơn tốc độlún của cọc, từ đó sinh thêm lực kéo xuống, làm ảnh hưởng khả năng chịu tải của cọc.Có nhiều nguyên nhân gây ra ma sát âm trong cọc như: bản thân đất quanh cọc chưakết thúc có kết, nâng hạ mực nước ngâm,v v Mục tiêu của đề tài này là phân tíchsự thay đổi tải trọng tác dụng gây ra ma sát âm ảnh hưởng sức chịu tải của cọc trongđất yếu Tính toán sức chịu tải của cọc theo TCVN 10304-2014 và đánh giá sự thayđối sức chịu tải khi xảy ra ma sát âm do thay đối chiều cao lớp đất dap

Bên cạnh đó, đề tài cũng mô phỏng bài toán khảo sát ảnh hưởng ma sát âm dothay đôi tải trong đất dap băng phần mềm Plaxis 2D v8.5, kết hợp với kết quả tínhtoán theo phương pháp thông nhất của Fellenius Qua đó đánh giá sự thay đối chiềusâu vùng anh hưởng ma sát âm (độ sâu mặt phăng trung hòa) của cọc trong đất yếu.Độ lún của đất nền và của cọc cũng được xem xét đến trong kết quả tính toán của

Plaxis 2D.

As a result of fill placement, lowering phreatic level, etc , the soils surroundingthe pile in soft ground settles more than the pile, in that case, negative skin frictionoccurs The aim of this thesis is to analyzing negative skin friction effect on capacityof single pile due to changing of surface load Capacity of single pile is based onVietnamese Standard TCVN 10304-2014, and evaluate the capacity when changingheight of the embankment.

Besides, this thesis also uses Plaxis 2D software for analyzing the effect ofnegative skin friction due to surface load to single pile, compare with the result fromUnified Method of Fellenius to evaluate depth of neutral plane of pile in soft soil Thesettlement of pile, settlement of ground also concern in result of Plaxis 2D.

LOI CAM DOAN

Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sĩ này là công trình nghiên cứu cua riêng tôi

và được sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS.Võ Phán

Nội dung và kết quả nghiên cứu trong luận văn nảy là trung thực và chưa từngđược sử dụng hoặc công bố trong bất kỳ công trình nào khác Những số liệu, nhậnxét, đánh giá của các tác giả khác, cơ quan tổ chức khác được chính tác giả thu thậptừ các nguồn khác nhau có ghi rõ trong phan tài liệu tham khảo

Tác giả luận văn

Tô Lê Hương

MỤC LỤC

MỤC LỤCC 70G G0000 0 0 0 0.0004 60 6056 i

DANH MỤC BANG BI UU -2 5 SE << 9xx x9 99 95øevee ivDANH MỤC HÌNH Á'NH G5 s5 cư ưu g9 99950 vDANH MỤC KY HIỆU VÀ CHU VIET 'TÁTT 5 5-5 sssseseseses<s viiiMỞ DAU _ SoeSS<SEHeHHTHHTHHHHHTgrrrerksrresrrssre 1Chuong1 TONG QUAN VE MA SAT ÂM <5 55 S5 ssescscsesesee 3

I.I Hiện tượng ma Sat Âm - ( ( - - c c0 0013 1311111111118992335 3311111111 re 3I.I.I Dinh nghĩa ma sát âm - - << << G555 11 1133111111111858555315151 11111 1errree 3

1.1.2 Một số thuật ngữ liên quan đến ma sát âm - - + s+e+EsEsEerereei 41.2 Ảnh hưởng ma sát âm đến sức chịu tải của cọc trong đất yếu 51.2.1 Ảnh hưởng của ma sát âm do thay đổi tải trọng tác dụng lên cọc 51.2.2 Các yếu tô ảnh hưởng đến hiện tượng ma sắt âm 5s 55c: 81.3 Một số nghiên cứu trước đây theo hướng nghiên cứu của dé tài 81.3.1 Nghiên cứu trên thé giGi ccc esceecesesescssscscscsescscscscsssssssvevetstereeeees 8

1.3.2 Nghiên cứu trong NUGC 00 cccccccccceeesssesseseessncceeeeeeceeeeeeseessssnsaaeeeess 11

1.4 Kết luận chương Loo cccccscscscssseccscsssssssvscssscsesececscscscasasscacasavaveveveveveesen 14

2.1.3 Sức chịu tải tỚI hạ1 c c5 111111 ve 19

2.2 Phương pháp Thống Nhat (Unified Method) tinh toán xác định sức chịu tải

CỦA CỌC - c HQ Q0 ST ng ng 21

2.3 Nguyên tắc chính xác định khả năng chịu tải CUA CỌC <<<<5 25

2.4 Tính toán sức chiu tải của cọc theo TCVN 10304:2014 - 25

2.4.1 Sức chịu tải theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền -5-6s+sseseseseee 252.4.2 Sức chịu tải theo chỉ tiêu cường độ dat nền - 2 ss+ssesesese 262.4.3 Sức chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT 272.5 Tinh toán sức chịu tải của cọc khi xét đến hiện tượng ma sát âm 282.5.1 Xác định độ lún 6n định của nên - S 2c s 2e SE ce se E+EsEzeEsesesez 28

2.5.2 Xác định độ lún của cọc đơn - S se 30

2.5.3 Xác định chiều dài đoạn coc bị ảnh hưởng bởi ma sat âm, ZL 312.5.4 Xác định sức chịu tải của cọc có kể đến ma sát âm 25: 322.6 Phan mềm PLAXIS 2D và các mô hình đất - -¿-ccccccssccsrcee2 322.7 Kết luận chương 2 -G- tk 9E 5 S111 H111 11111111111 40Chuong3 PHAN TÍCH SỰ THAY DOI TAI TRỌNG TÁC DỤNG GAY RAMA SÁT AM ANH HƯỚNG DEN SỨC CHIU TAI CUA COC TRONG DAT

3.3.3 Sức chịu tải thiết kẾ CỦa CỌC: Set St Sa S te SE SE ESESEEEEsErErsrerssree 463.4 Tính toán sức chịu tải khi có xét đến ma sát âm -¿ 2s cs£+ese£e£szs: 473.5 Phương pháp thống nhất — Unified Method (B.H.Fellenius) 483.6 Phân tích kết quả tính toán theo TCVN 10304-2014 va Unified Method 513.7 Kết luận chương 3 - «sex S911 E19151 1111111 1T ng 53Chuong4 MO PHONG BAI TOAN SU THAY DOI TAI TRONG TACDUNG GAY RA MA SÁT AM CHO COC TRONG DAT YEU 544.1 Mô hình bài toán và thông số đầu Va0 wee esesesecscsccsssssscessssssvevereveeeeseeees 544.2_ Kết quả mô phỏng bằng Plaxis - - E6 SE EEEEeEeEererererees 58

4.2.1 ĐỘ lÚn CỌC CC c0 vớ 58

4.2.2 Độ lún dat nÊn + - 22 SE SE E15 E1 1515111115151 7115111111000 594.2.3 Vị trí mặt phăng trung hoa ccccccesssssesesssssecessescsesececscecssesevevens 614.3 Kết luận chương 4 -G- tt E11 1H 1g H111 E1 cv 64KẾT LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ d 5-5-5 << 999 99 9seseeevee 65[ KẾtluận c.Sc HS HE T1 1112111111211 1101211 1101111111211 65II Kiến nghị -G G1111 91515 111111111111 TT ng gu 66TÀI LIEU THAM IKHÁOO 5 5 5 5 << <9 ưu 9 99 9gøevee 67PHU LUC LUẬN VĂN 5-5 cư cư ng ng nhưng ve 71

DANH MỤC BANG BIEU

Bang 2.1 Giá trị hệ số B của một số loại đất -¿- - xxx #E£EEEeEeEsrerrerees 16Bang 2.2 Gia trị hệ số Ni của một số loại Gat csesesesecsscscscsccsssseseserererststeeeee 19Bang 2.3 Các thông số đầu vào của mô hình Mohr Coulomb - s «se: 33Bảng 2.4 Bảng tra hệ $6 R¡nter 5: - 5 S233 EEE SE E1 1 1111131111111 1e ckd 39Bang 2.5 Bảng tra hệ số POisSOm - SE S911 E1 E1115151 1151111 39Bang 3.1 Cấu tạo địa tầng ví dụ tính foán - cv EEgEgEererrerees 4]Bang 3.2 Đặc trưng cơ lý của các lớp dat - cv rerrerees 43Bang 3.3 Kết quả tính toán theo PP thống nhất - 5-5 6E +E£E£EeEsEsEeEererees 48Bảng 3.4 Kết quả tính sức chịu tải cọc theo TCVN 10304-2014 với các chiều cao đấtdap khác nhau (không xét ma sắt âim) - - SE +E#E#E+ESESEEEEEEEEEEEkekekekekreeerree 51Bang 3.5 Kết quả tinh sức chịu tai cọc theo TCVN 10304-2014 với các chiều cao đấtdap khác nhau (có xét ma sát AM) wo eccesesececcececssscssscsssssssvsvscsesesesecscscecasasavevaens 51

Bang 3.6 So sánh sức chịu tai coc theo Fellenius và TCVN 10304-2014 52

Bang 4.1 Bảng số liệu tính toán Plaxis của các lớp at - - - c+cscsesrerrees 55

Bang 4.2 Độ lún coc theo giai đoạn tính toán - ccscesecsssessccsscsssessessseeeens 59

Bảng 4.3 Tổng hợp kết qua độ lún đất nên khi mô phỏng băng Plaxis 2D 59Bảng 4.4 Tổng hợp kết qua độ sâu vùng ma sát âm khi mô phỏng bang Plaxis 62Bang 4.5 Kết quả tính vùng ảnh hưởng ma sát âm Z theo 3 phương pháp 63

Bang 4.6 So sánh chênh lệch vùng ảnh hưởng ma sát âm Z¡, theo các phương pháp

DANH MỤC HÌNH ANH

Hình 1.1 Các trường hợp xuất hiện ma sát âm do tôn nên - + 2 2+s+s+ssxee 5

Hình 1.2 Các trường hợp xuât hiện ma sát âm khi cọc tựa trên nên dat cứng và có tôn

tại tải trọng 0 6Hình 1.3 Ma sát âm xuất hiện trong coc do nâng chiều cao đắp nên - 7Hình 1.4 Ma sát âm xuất hiện trên thân cọc do chất tải nặng trên nên kho chứa §Hình 1.5 Biểu đồ phân bồ (a) lực kéo xuống và (b) ứng suất cắt với trường hop mô

0051509118541 21089))1ã5e91v0ìi 100 — 9

Hình 1.6 Phân bố lực kéo xuống doc theo thân cọc đơn với nhiều trường hop tải trongbề mặt khác nhau c.ccccccccccccsecescssesescssesescsseccsessescsesecscsesseseseescsesecscseecscsescscsesscacsesees 10Hình 1.7 Độ lún của cọc và của đất quanh cọc cho trường hop tải bề mặt là (a) 5kPa

(00810 10

Hinh 1.8 Hư hỏng của móng cọc do ma sát âm tại Bà Ria — Vũng Tàu 13

Hình 2.1 Giá trị hệ số B thay đối theo độ dài ngàm cọc trong cát (theo số liệu củaRollins và đồng nghiệp (2005) và so sánh với CFEM (1992), Gregersen và đồnng

nghệp (1973), HongKong Geo (2006)) << - c c 1111111111111 1902231111111 kh rrg 17

Hình 2.2 Sức kháng ma sát thành đơn vị cho trường hợp cọc khoan nhồi đường kính1.8m, thi công trong đất sét pha cát lẫn bột (silty sandy clay) và đất cát pha sét (clayey

S00 ằ.ẽ dd 18

Hình 2.8 Sơ đồ tính lún theo phương pháp tổng phân t6 - - 5c sex: 29Hình 2.9 Gia trị ÿ theo biểu đồ phân bố ma sát trên thân cọc - - 2 2 s52 31Hình 2.10 Hệ trục tổng quát va quy ước chiều va dấu của ứng suất trong Plaxis 32

Hình 2.11 Mặt dẻo của mô hình Mohr - Coulomb 5 2255 < << << <2 33

Hình 2.12 Mô hình mặt dẻo Mohr-Coulomb với không gian ứng suất chính 34

Hình 2.13 Mặt dẻo trong mô hình Hardening Soil << 55<<+++<ssss++ss 35

Hình 2.14 Quan hệ ứng suất bién dạng theo đường Hyperbol - - s «se: 36Hình 3.1 Sơ đồ bài toán -c:cct r2 tr H22 rrrrrerie 44Hinh 3.2 VỊ trí mặt phăng trung hòa và lực dọc lớn nhất tại vị trí mặt phăng trung hòatheo Phương pháp Thống nhất (Fellenius) (H=1.7im) - 5-5 2 2 s+s+E+x+£s£erezxd 49Hinh 3.3 Vi trí mặt phăng trung hòa và lực dọc lớn nhất tại vị trí mặt phăng trung hòatheo Phương pháp Thống nhất (Fellenius) (H=2.0m) - 2 2 ss+E+E+£s£erezxd 49Hinh 3.4 VỊ trí mặt phăng trung hòa và lực dọc lớn nhất tại vị trí mặt phăng trung hòatheo Phương pháp Thống nhất (Fellenius) (H=2.5m) + 2 2 ss+x+x+£s£erezxd 50Hinh 3.5 Vi trí mặt phăng trung hòa và lực dọc lớn nhất tại vị trí mặt phăng trung hòatheo Phương pháp Thống nhất (Fellenius) (H=3.0m) - - 5c +E+e+EsEsEererees 50Hình 3.6 So sánh sức chịu tai cọc có và không xét ảnh hưởng ma sát âm (tính theo

TCVN 10304-20 4) HH HH nọ vn 51

Hình 3.7 Biểu đồ so sánh sức chịu tải của cọc (không xét ma sát âm) tinh theo

Fellenius và TCVN 10304-20114 c 11H cv H* TH T HH TH 52Hình 4.1 Mô hình bài toán trong Plaxis 2Ì - 5-5222 +21 E++SS reeesss 54Hình 4.2 Trinh tự mô phỏng quy trình thi công trong Plaxis 2] - - 56

Hình 4.3 Độ lún đất nền sau khi chất tải đất dap - - +sxsxsxskeEsrsrerererees 56Hình 4.4 Độ lún đất nền sau khi cỗ kết 1 năm + +s+e+E+E+E+E+E£EeE+Erezesesee 56Hình 4.5 Độ lún cọc (a) và độ lún đất nên (b) sau khi chất tải đầu cọc 1000KN 57Hinh 4.6 Lực ma sát dọc thân cọc ở các giai đoạn 5,6,Va 7 -ccc<<sscccss 57

Hình 4.7 Kết quả mô phỏng Plaxis độ lún cọc chịu ảnh hưởng ma sát âm do tải đấtđắp HH —.7im - - tt 31 19191515 1111 11H TT T111 1 TT 58Hình 4.8 Kết quả mô phỏng Plaxis độ lún đất nền chịu ảnh hưởng ma sát âm do tảiđất đắp, HH —.7im -¿- k1 9151 11111 T111 T1 1111111111111 greg 58Hình 4.9 Kết qua mô phỏng Plaxis độ lún đất nền khi xét ảnh hưởng ma sat âm dothay đối chiều cao đất đắp -c- t1 1191515151111 111g g1 ru 60Hình 4.10 Phân bố lực ma sát của đất của đất dọc thân cọc (Chiều cao tải dap H=

Hình 4.11 Phân bố độ sâu điểm trung hòa trên cọc khi thay đổi chiều cao tải dap .61Hình 4.12 Độ sâu mặt phang trung hòa theo chiều cao đất đặp 5-«¿ 63

Dién tich xung quanh cua doan coc.

Module đàn hồi của ban thân cọcChỉ số SPT trung bình của lớp đất rời thứ “i”Hệ số sức kháng mũi

Độ lún của cọc do tải trọng truyền lên đất dọc

Chiều dài đoạn cọc nam trong lớp đất thứ “i”.

Sức kháng mũi don vi tai tải trọng làm việc.

Cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc

Ma sát âm đơn vi.

Áp lực hữu hiệu theo phương thăng đứng tại

cao trình mỗi coc.

Sức kháng ma sát thành don vi cực hạn.

Tương ứng là các hệ sô điêu kiện làm việc củadat dưới mũi và trên thân cọc có xét dén anh

Yoq Và Ves : ¬ mm

hưởng của phương pháp hạ cọc đên sức kháng

của dat, lay theo Bảng 4 — TCVN 10304:2014Góc ma sát giữa đất và bề mặt cọc ở lớp đất thứ

Ổi Độ/ad ¡, thông thường đối với cọc bê tông, lay bang

với góc ma sat trong của dat gi.Ứng suất hữu hiệu do trọng lượng bản thân đất

Ovi kN /m* à :

nên theo phương thăng đứng ở giữa lớp thứ i

Ứng suất hữu hiệu do trọng lượng bản than đấtoa, KN /m? :

nên.

Ứng suất hữu hiệu ở độ sâu mũi cọc (z=D) do

Øz=p kN/mˆ cà

trọng lượng bản thân đât nên.

AL m Biến dạng đàn hồi của bản thân cọc.D m Độ dai cọc năm trong đất (Công thức 2.3, 2.4)

D Đường kính (cọc tròn) hoặc cạnh cọc (cọc

m

vuông).

S m Độ lún đất nên

Sa m Do lun coc don.

ZL m Chiéu dai doan coc bi anh hưởng bởi ma sát âm.H m Chiều dày lớp đất yếu

L m Chiều dai cọc.t m Chu vi tiét dién ngang than coc

Hệ số phụ thuộc vào đặc điểm của lớp đất namtrên đất dính, loại cọc và phương pháp hạ cọc,cô kết của đất trong quá trình thi công và

Œữ

-phương pháp xác định lực dính cụ Khi không

day đủ những thông tin này có thé tra a trênbiéu đỗ ở Hình G.2 — TCVN 10304:2014.B - Hệ số Bjerrum-Burland

Lt, Eo - Hệ số poisson va module cua đất dưới mũi coc.: Hệ số phụ thuộc vào dạng biéu dé phan bố ma

sát trên thân cọc.

Hệ số phụ thuộc vào hình dáng cọc, cọc tròn

OM

-w = 0,79, cọc vuông -w = 0,88.

MỞ ĐẦU1 Đặt vẫn đề

Việt Nam được biết đến là nơi có nhiều đất yếu, tập trung nhiều nhất ở khu vựcĐồng băng sông Cửu Long (ĐBSCL) Trong những năm gan đây, cùng với đà pháttriển kinh tế xã hội cũng như nhu câu của người dân, nhiều công trình đã được xâydựng trên những nên đất yếu nay, từ nhà ở , xí nghiệp, cao ốc cho đến những cây cầu

băc qua sông.

Một công trình muốn chắc chắn và an toàn phần lớn phụ thuộc vào phần móngbên dưới Cho đến nay, giải pháp móng cọc vẫn là tối ưu nhất cho các công trình thicông trên khu vực đất yếu Tuy nhiên, với sự biến đôi phức tạp của đất yếu do quátrình cố kết đã tac động không nhỏ đến cọc nói riêng và móng cọc nói chung Mộttrong những tác động đó là hiện tượng ma sát âm Ma sát âm là hiện tượng lớp đấtyếu xung quanh thân cọc lún nhanh hơn tốc độ lún của cọc, từ đó không những khôngtạo lực ma sát có lợi để giữ cọc lại mà còn sinh thêm lực kéo xuống, làm ảnh hưởngkhả năng chịu tải của cọc Việc hiểu được đặc điểm của ma sát 4m, tính toán mức độảnh hưởng và phạm vi ảnh hưởng của ma sát âm trong thiết kế là rất cần thiết Do đó,tôi thực hiện đề tài: “Phân tích sự thay đổi tai trọng tac dụng gây ra ma sát âm

ảnh hưởng sức chịu tải của cọc trong dat yêu.”

Ma sát âm đã được thế giới quan tâm từ rất sớm, đã có nhiều công trình nghiêncứu, tính toán nói về hiện tượng này Ở Việt Nam, hiện tượng ma sát âm vẫn còn khámới mẻ, chưa được dé cập nhiều trong tài liệu chuyên môn và quy chuẩn tính toán.Luận văn này thực hiện với mong muốn làm phong phú thêm nguồn tư liệu trongnước về hiện tượng ma sát âm, giúp cho những người nghiên cứu sau có thé bồ sung,hoàn thiện về tính toán, khắc phục hiện tượng ma sát âm cho các công trình xây dựngtrên nền đất yếu ở Việt Nam nói chung và khu vực ĐBSCL nói riêng

1 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

- Khao sát ảnh hưởng của ma sat âm với sức chịu tải của cọc trong đất yếu khithay đối chiều cao tải đắp

- Khao sát sự phân bồ vi trí mặt phăng trung hòa trong cọc khi chịu ảnh hưởnghiện tượng ma sát âm theo ba phương pháp tính: theo Tiêu chuẩn Việt Nam(TCVN), theo Phương pháp Thống nhất của Fellenius và mô phỏng bang

Plaxis.

- _ Đánh giá sơ bộ kết quả tinh lún giữa TCVN và mô phỏng bang Plaxis

2 Phương pháp nghiên cứu của đề tài

- Phong pháp lý thuyết: Tìm hiểu phương pháp tính toán sức chịu tải của cọccó và không có ảnh hưởng ma sát âm Tìm hiểu cách xác định đường phân bốlực kéo xuống trong cọc (dragload) và vi tri mặt phang trung hoa (neutral

plane) khi xảy ra hiện tượng ma sát âm trong cọc.

- Phuong pháp mô phỏng: Ứng dụng phần mềm Plaxis để mô phỏng ảnh hưởnghiện tượng ma sát âm do sự thay đổi tải trọng tac dụng đối với cọc trong đấtyếu Thông qua kết quả mô phỏng, xác định độ sâu mặt phăng trung hòa trong

coc.3 Y nghĩa khoa học va tính thực tiễn của dé tài

Y nghia khoa hoc cua dé tai: Phan tich su thay đổi lực ma sát doc thân cọc và sựthay đôi vi trí mặt phang trung hòa khi thay đổi tải trọng tac dụng Qua đó, làm rõảnh hưởng của ma sát âm do sự thay đôi tải trọng tác dụng đến sức chịu tải của cọctrong đất yếu

Chương 1TONG QUAN VE MA SÁT AM.

1.1 Hiện tượng ma sat âmIL.I.1 Định nghĩa ma sat am

Đối với công trình sử dụng móng cọc, cọc được đóng vào trong tầng đất nềncó quá trình cô kết chưa hoàn tất, khi tốc độ lún của dét nên dưới công trình nhanhhơn tốc độ lún của cọc theo chiều đi xuống, thì sự lún tương đối này phát sinh ra lựckéo xuống của tang đất đối với cọc, làm giảm khả năng chịu tải của cọc gọi là hiệntượng ma sát âm, lực kéo xuống gọi là lực ma sát âm [1]

Trong TCXD 205:1998 [2], mục 1.4, định nghĩa về Lực ma sát âm như sau:“Luc ma sát âm: là giả trị lực do đất tác dụng lên than cọc có chiều cùng với chiềutải trọng cua công trình tác dụng lên cọc khi chuyến dịch của đất xung quanh cọc lớn

hơn chuyên dịch của cọc.”

Đối với TCVN 10304 - 2014 [3] mục 3.2, định nghĩa này được nêu ngắn gonhon: “Luc ma sat am (Negative skin friction): Luc xuất hiện trên bê mặt thân coc khi

độ lún cua dat xung quanh cọc lớn hơn độ lún của cọc và hưởng Xuông dưới.”

Ma sát âm trên cọc là yếu tố không thé bỏ qua khi thiết kế móng cọc trong khuvực mới san nên trên đất yếu va trong vùng chịu ảnh hưởng của hiện tượng hạ mựcnước ngâm Ma sát âm bién động theo thời gian, phụ thuộc vào tốc độ cô kết của đất

và tôc độ lún của cọc.

Khi cọc được đóng trong nên đất tốt đã có kết xong, tải trọng hướng xuống tácdụng vào móng coc sẽ hình thành trong đất lực dé cân bang lại với tải trọng này làma sát bên thân cọc theo chiều hướng lên (trong trường hợp cọc treo) và có thêm sứckháng mũi cọc (nếu trường hợp cọc chống trong nền đất cứng) Ma sát bên thân cọc

trong trường hợp này gọi là ma sát dương

Trường hợp cọc được xây dựng trong khu vực đất yếu hoặc có tải dap là đấtyếu chưa cô kết xong: Lúc này, các lớp đất yếu do trọng lượng bản thân sẽ dần dầncô kết lại, dẫn đến chuyền động lún xuống của đất và hình thành lực ma sát bên thân

cọc theo chiêu hướng đi xuông, cùng chiêu tải trọng tác dụng lên cọc Lực ma sát nhưvậy gọi là lực ma sát âm.

Ma sát âm trong cọc còn gặp trong trường hợp cọc chống trong nên đất cứng,nhưng trên lớp đất cứng này là các tầng đất sét xốp Ban đầu khi xây dựng móng cọctang sét xốp nay đã 6n định, tuy nhiên trong quá trình sử dụng vì lý do nào đó mamực nước ngầm trong dat không ở cao trình như cũ, hoặc có thêm phụ tải đặt lên tangsét xốp nay Điêu này dẫn đến việc tăng ứng suất hữu hiệu trong tầng sét xốp, làmquá trình cỗ kết trong tầng sét xốp tiếp tục diễn ra, đất tiếp tục lún xuống sinh ra lực

ma sát dọc thân cọc cùng chiêu với tải trọng gây nên hiện tượng ma sát âm.

Như vậy, qua những trường hợp trên có thể thấy ma sát âm xuất hiện trongmột phan đoạn thân cọc hoặc toàn bộ than coc, điều này phụ thuộc vào chiều dày củalớp dat yếu chưa cô kêt Trong trường hợp ma sát âm tác dụng lên toàn bộ thân cọcthì rất nguy hiểm, sức chịu tải của cọc lúc này không kế đến ma sát hông cọc ma chủ

yêu phụ thuộc sức chịu tải cua mũi coc, chong lên nên dat cứng, nên đá.1.1.2 Mot so thuật ngữ liên quan dén ma sat âm

Theo Fellenius, các thuật ngữ trong nghiên cứu ma sát âm như sau:- _ Hiện tượng ma sát âm (negative skin friction): là lực ma sat bên thân cọc được

huy động khi dat dịch chuyển xuống tương đối so với cọc.- Luc kéo xuống (dragload): là lực nén dọc trục gây ra trong các phan tử của

cọc do sự tích lũy ma sát âm khi đất có khuynh hướng dịch chuyền tương đốiđi xuống so với cọc

1.2 Anh hưởng ma sát âm đến sức chịu tải của cọc trong đất yếuTheo [1], có thé kế một số nguyên nhân thường gặp gây ra lực ma sát âm:— Ma sát âm do lún dưới tải trọng bản thân hoặc dap nén, chat thém phu tai;— Ma sát âm do coc đóng trên nên chưa kết thúc cỗ kết;

— Mực nước ngâm bị hạ thấp;— Phụ tải của nền gần móng.Trong phạm vi luận văn, tác giả chỉ trình bày về nguyên nhân gây ma sát âm do lúndưới tai trong bản thân hoặc đắp nên, chất thêm phụ tải

1.2.1 Anh hưởng của ma sát âm do thay đổi tải trọng tác dụng lên cọc

Quá trình xuất hiện ma sát âm được đặc trưng bởi độ lún của đất gân coc vatốc độ lún tương ứng của đất lớn hơn độ lún và tốc độ lún của cọc xảy ra do tác độngcủa tai trọng Trong trường hop nay đất gan cọc như buông khỏi cọc , còn tai trọng

thêm sẽ cộng vào tải trọng ngoài tác dụng lên cọc Thông thường hiện tượng này xảy

ra trong trường hợp cọc xuyên qua đất có tính cô kết và độ dày lớn; khi có phụ tải tácdụng trên mặt đất quanh cọc

a) Khi nên công trình được tôn cao, gây ra tải trọng phụ tác dụng xuống lớp đấtbên dưới làm xảy ra hiện tượng cô kết cho lớp nên bên dưới, hoặc chính dotải trọng bản thân làm cho lớp đất nền đắp xảy ra quá trình tự cô kết Ta xétcác trường hợp cụ thể sau:

(a) (b) (c)

Hình 1.1 Các trường hop xuất hiện ma sát âm do tôn nên

G

Trưởng hop T:Hình 1.1 aKhi có một lớp đất sét dap trên một tang đất dang hạt mà coc sẽ xuyênqua nó, tang dat sẽ cố kết dần dan Quá trình cỗ kết này sẽ sinh ra một lựcma sát âm tác dụng vao cọc trong suốt quá trình có kết

Trưởng hợp 2: Hình 1.1bKhi có một tang đất dang hạt, dap phía trên một tang sét yếu, nó sẽgây ra quá trình cô kết trong tầng sét yếu và tạo ra một lực ma sát âm tác

dụng vào cọc.

Trưởng hợp 3: Hình 1.1¢Khi có một tầng đất dính dap phía trên một tầng sét yếu, nó sẽ gây raquá trình cỗ kết trong cả hai tang đất đắp và tang đất sét, và tạo ra lực ma

sát âm tác dụng lên cọc.

Trường hợp các cọc được tựa trên tang dat cứng va có ton tại tai trong bé mat

xảy ra trong các trường hợp sau đây:

Tải trọng bề mặtTải trọng bề mặt Tải trọng bề mặt

“+ Truong hop 6: Hình 1.2cĐiều hiển nhiên là gần như bat ky sự dap nao sé tao ra bién dang lún theo thờigian dưới tác dụng của trọng lực Đối với công trình sử dụng móng cọc trong nên đấtyếu, việc nâng chiều cao đắp nền quá cao sau khi thi công cọc, hoặc chất tải quá nhiều

trên san công trình trong quá trình sử dụng sẽ dê khiên hiện tượng ma sát âm xảy ra

Khi chat hàng hóa, thiết bi nặng lâu ngày ở các nhà kho nam trên nền đất yếu(Hình 1.4) thì rất có thể gây ra hiện tượng ma sát âm tác động lên cọc, từ đó làm giảm

sức chịu tải tức thời của cọc gây lún lệch cho công trình.

a — —

3 dat tot “coc

Hình 1.4 Ma sát âm xuất hiện trên thân cọc do chất tải nặng trên nên kho chúa

1.2.2 Các yếu tô ảnh hưởng đến hiện twong ma sát âmMa sát âm là một hiện tượng phức tap va nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố như:

- Loại cọc, chiều dai cọc, phương pháp hạ cọc, mặt cắt ngang của cọc, bề mặttiếp xúc g1ữa cọc và đất nền, sự co ngắn đàn hôi của cọc

- Dac tính cơ lý của đất, chiều dày của lớp đất yếu, tính trương nở của dat.- Tai trọng chất tải (chiều cao đắp nên, phụ tải)

pháp tính toán từ rất sớm như: Terzaghi và Peck (1948), Endo et al (1969), Bjerrumet al (1969), H.G.Poulos và E.H.Davis (1972), Fellenius, Tomlinson và hiện vẫn còn

nhiêu nghiên cứu khác.

Việc ứng dụng phần mềm phan tử hữu han dé mô phỏng và phân tích ảnh hưởng

hiện tượng ma sát âm đôi với cọc cũng được thực hiện ở một sô nghiên cứu.

Trong một nghiên cứu sau này của Comodromos và Bareka [4| sử dụng cùng

số liệu của Lee [5] để mô phỏng lại bằng phần mềm FLAC 3D cũng thu được kết quảcó quy luật phân bố gần tương đồng, xét với trường hợp mô phỏng đơn giản cho cocđơn (chỉ có một lớp đất yếu) (xemHinh 1.5)

Lực kéo xuông (kN) Ứng suất cắt (kPa)

(a) = (b)

0 100 200 300 400 500 600 700 -30 -20 -1003 l

Ñ | eee CC chống FLAC 3D

| || | = Ke Coc ma sat, FLAC 3D

5F * |— —| —*— Coe chống Lee et al, ABAQUS ~ Zz

= | %€== Coc ma sat, Lee etal, ABAQUS

=

Nói —

(an)

Hình 1.5 Biéu đồ phân bố (a) lực kéo xuống và (b) ứng suất cắt

với trường hợp mô phỏng đơn giản cho coc don.Khi xét trường hợp cọc đơn xuyên qua nhiều lớp đất khác nhau, băng việc thayđối tải bề mặt khác nhau va sử dụng phần mềm mô phỏng FLAC 3D, Comodromosthu được một số kết quả như sau:

SH là on oe ale Me a S8 ee s

-15 + — — = sài

Như vậy, chỉ cần một tải bề mặt nhỏ khoảng 10kPa thì lực kéo xuống đã đạtgiá trị là 1.56 MN Nó đạt giá trị lớn nhất là 3.7 MN khi tải tăng thêm lên đến 100kPa.Lúc này sự xuất hiện quy luật phân bố lực kéo xuống trên thân cọc cũng giống nhưquy luật thu được từ trường hợp cọc chống (Hình 1.6) Từ Hình 1.7a có thé thay vịtrí mặt phăng trung hòa nằm xấp xỉ ở độ sâu 30m mặc dù tải gia tăng chỉ ở mức nhỏlà 5kPa Điều này có thé do cọc được làm từ vật liệu rất cứng trong khi đất xungquanh lại có tính nén lún từ trung bình đến cao Độ sâu của mặt phăng trung hòa dandan tăng lên theo sự tăng cua tải bề mat, va cũng thé hiện quy luật gần như cọc chiumũi (độ sâu mặt phang trung hòa ở độ sâu 40m) khi tải bề mặt là 100kPa (Hình 1.7b).

1.3.2 NghiÊH Cứu trong nước

Ở Việt Nam [6] hiện tượng ma sát âm trên cọc có thé là nguyên nhân chính dẫn

đến sự cô nên móng cua một sô công trình xây dựng như:

- Nha của khoa vật lý thuộc trường Dai học sư phạm Ha Nội sử dụng

cọc đóng tiết điện 30 x30 em Do ảnh hưởng của hiện tượng hạ mựcnước ngầm xung quanh khu vực nhà máy nước Mai Dịch, móng củacông trình đã bị lún làm hư hỏng kết cau bên trên

- - Một số chung cư và công trình công cộng tại khu vực Ngọc Khánh,Thành Công và lân cận: Đây là các khối nhà xây dựng trên móng nông.Nên đất khu vực này rat yéu, toàn bộ khu vực bi lún do tai trọng cuađất san nền và do hạ mực nước ngầm gây ra Sau khi đưavảo sử dụng,nhiều nhà đã bị lún và hư hỏng nên đã được đầu tư chống lún băngmóng cọc Tại một số nhà công tác chống lún đã phát huy hiệu quả,tuy vậy tại một vài nhà khác độ lún sau khi đã gia cường móng bằngcọc có thể do ma sát âm chưa được xét đến day du khi tinh toan tai

trong tac dung lên coc.- Mot nhà may tại khu công nghiệp Dinh Vũ, Hải Phong: công trình

được xây dựng ở khu vực mới san lap trên nên đất yếu với bề dày lớn.Cọc móng với chiều dài khác nhau được sử dụng cho các hạng mục

của công trình Đôi với kết câu chính của nhà, cọc được đóng tựa vào

đá trong khi các cọc thuộc hệ thống dây chuyền công nghệ ngắn hơnnên chỉ tựa vào lớp sét cứng năm dưới lớp bùn sét Trước khi thi côngđại trà người ta đã tiễn hành đóng cọc thử và nén tĩnh, kết qua thínghiệm cho thay tất cả các cọc thi nghiệm có sức chịu tải đạt yêu cầuvới hệ số an toàn FS =2 Sau khi thi công móng và bắt đầu lắp đặt thiếtbị đã phát hiện móng thuộc hệ thông dây chuyển công nghệ bị lún trên10 em và độ lún vẫn tiếp tục phát triển Nguyên nhân gây lún móngcọc được xác định là do ma sát âm chưa được xét đến khi tính toán tải

trọng lên cọc.

Sự cố cục bộ xảy ra ở 1 cây cọc trong móng công trình ở Ba Rịa —Vũng Tàu: Theo thiết kế, các cọc của công trình có tiết diện 40x40 emdai 32m được đóng qua lớp cát san nền dày 3-4m và lớp đất yếu dày11-12m và tựa vào lớp cát hạt trung ở phía dưới Trong thiết kế cọc đãxét đến tải trọng phụ thêm do ma sát âm và cọc đã được quét bỉ tumnhựa để giảm ma sat, vi vậy các kết cầu đặt trên móng cọc đều 6n định.Sự cố chỉ xảy ra cục bộ ở 1 cây cọc bồ trí đưới cột một kết cầu nhẹ Dotải trọng của kết cau bên trên nhỏ nên dưới mỗi cột chỉ bố trí 01 câycọc Ở cốt nền công trình có hệ giằng với độ cứng khá cao dé đỡ tườngbao che va truyền tải trọng tường xuống các móng Cây cọc có xuhướng bị kéo lún do ma sát âm trong khi phần cô cột được liên kết vớikết cau bên trên có độ cứng đủ lớn nên phân cô cột đã chịu lực kéo trên40 T, đủ lớn dé kéo đứt 4 thanh thép d16 của cô cột (Hình 1.8)

Ma sát âm chỉ mới được biêt đên trong lĩnh vực nghiên cứu chuyên môn củamột sô tác giả [7], [§].v.v Một sô tiêu chuân ở nước ta đã dé cập đền vân dé ma satâm nhưng van chưa có sự hoàn thiện và phô biên rộng rãi trong tính toán.

Theo TCXD 205:1998 [2] và mới đây là TCVN 10304: 2014 [3] đã dé cập đếnvan dé ma sát âm trong tính toán thiết kế móng cọc, cu thé là cần xem xét khả năng

xuât hiện của nó khi tính toán sức chịu tải của cọc trong các trường hợp sau:

- Lop đất dap san nền day hon 1,0 m;- Chat tải hữu ích lên sàn nhà kho vượt quá 20 KN/m?;- _ Đặt thiết bị có tải trọng hữu ich từ thiết bị trên 100 kN/m? lên sàn kề bên móng:- Tang ứng suat hiéu qua, loại bỏ tac dụng đây nổi của nước do hạ mực nước ngầm

trong đất;- _ Cố kết đất thuộc trầm tích cận đại và trầm tích nhân tạo chưa kết thúc;- Lam chặt các loại đất rời bang tai trọng động:

- Lun sụt đất do ngập nước;

- Khi xây dựng công trình mới gân công trình có săn.

- - VỊ trí mặt phăng trung hòa phụ thuộc vào nhiều yếu tố như điều kiện địa chất, độlớn lực dọc tác dụng lên đầu cọc, tỉ lệ chiều dài cọc / đường kính cọc, v V - _ Việc tính toán sức chịu tải của coc và móng cọc có kế đến ma sát âm ngày càng

được quan tâm, có nhiều phương pháp tính toán từ lý thuyết đến phương pháp sốbăng cách sử dụng các phần mềm phân tích theo lý thuyết phần tử hữu hạn

Chương 2CƠ SỞ LÝ THUYET

PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ MAT PHANG TRUNG HOA

VA TÍNH SỨC CHIU TAI COC CÓ XÉT DEN MA SÁT ÂM

Như đã biết, sức chịu tải của cọc bao gôm sức kháng ma sát thành và sức khángmũi Kết qua của việc tính toán sức chịu tải cọc chịu ảnh hưởng rat lớn từ việc xác định

các thành phan sức kháng ma sát thành va sức kháng mũi coc

Trong tính toán thiết kế móng cọc, bên cạnh việc đảm báo đủ sức chịu tải, ngườithiết kế cũng cần quan tâm đến việc phân tích chuyển vị Đối với nhóm cọc năm trongnên đá hoặc đất tốt, chuyển vị thường không gây ảnh hưởng bat lợi Tuy nhiên khi xâydựng công trình ở những điều kiện đất nền khác, nhất là các vùng có tầng đất yếu bề daylớn,việc phân tích chuyển vị nhất thiết phải được tiến hành Thiết kế móng cọc phải kểđến các yếu tố sau: sự phân bố sức kháng ma sát thành va sức kháng ma sát mũi, sự cânbăng lâu dài giữa tổng sức kháng bên, sức kháng mũi với lực tác dụng ở đầu cọc, ảnhhưởng của ma sát âm lên cọc (tồn tại từ đầu cọc đến vị trí mặt phăng trung hoa), sự phanbố lực dọc trong coc,

2.1 Lý thuyết tương tác lực giữa cọc và đất theo B.FelleniusTheo B.Fellenius [9], việc thiết kế cọc và móng cọc chịu tải dọc trục khởi đầu băngviệc phân tích tải trọng được truyền vào đất như thế nào, thông qua tương tác giữa đấtvà cọc dé tính được sức chịu tải của cọc, mà thường được biết đến với hai thành phan la

suc kháng ma sát thành coc va sức khang mũi coc Cách phan tích nay gọi la Phân tích

truyền tải trọng (Load-Transfer Analysis) hay thường gọi là Phân tích tĩnh (StaticAnalysis) hoặc Phân tích Sức chịu tải (Capacity Analysis) Trong phần này trình bàycách tính toán các thành phan sức kháng ma sát thành va sức kháng mũi theo cách phân

tích trên.

21.1 Sức khang ma sát thành

Công thức xác định sức kháng ma sát thành đơn vi cực hạn - r7;:

t =C + Bo, (2.1)Tổng sức khang ma sát thành từ độ sâu 0 đến z được tính theo công thức:

R, = li = [ Ac’ + 6øz)dz (2.2)

Hệ số B phụ thuộc vào nhiều yếu tố như cỡ hạt đất, thành phần khoáng độ chặt,lịch sử hình thành đất,v v Bang 2.1 trình bay một số giá trị B của một vài loại đất đượcFellenius tập hợp từ nhiều trường hợp thí nghiệm

Bang 2.1 Giá trị hệ số B của một số loại datDat Ọ BDat loại Sét (Clay) 25—30 0.15 — 0.35Dat loại Bột (Silt) 28 — 34 0.25 — 0.50Đất loại Cát (Sand) 32 — 40 0.30 — 0.90Đất loại Cuội sỏi (Gravel) 35 — 45 0.35 — 0.80

Gia trị hệ số B có thé chênh lệch rất lớn so với giá trị cho trong Bang 2.1 Rollinsvà đồng nghiệp (2005), đã tiến hành thí nghiệm thử tải tĩnh dạng kéo lên (không có sứckháng mũi) và xác định giá trị hệ số B ở giá trị sức kháng ma sát thành cực đại như đãcho trong Hình 2.1.

9.0 TF

o¢

se9 s se"

Chiéu dai coc trong dat (m)

Hình 2.1 Giá trị hệ số B thay đối theo độ dài ngàm cọc trong cát (theo số liệu củaRollins và đông nghiệp (2005) và so sảnh với CFEM (1992), Gregersen và đồnng

nghép (1973), HongKong Geo (2006))Các kết quả khảo sát sự phân bố sức kháng ma sát thành dọc theo thân cọc chothay rang sức kháng ma sát thành sẽ tăng xấp xỉ tuyến tinh theo chiều sâu Ta có théthay công thức (2.1) biểu diễn sức kháng ma sát thành đơn vị cực hạn ty lệ với ứng suấtdo trọng lượng bản thân Đó là ảnh hưởng của ứng suất hữu hiệu lên sức kháng ma sát

thành.

Gia trị hệ số B thực sự biến đổi trong khoảng giá trị rộng và phụ thuộc vao nhiềuyếu tố như cấp phối hạt đất, thành phan khoáng, hệ số quá có kết (OCR), đất tram tíchhay đất tàn tích phong hóa

Nghiên cứu của Fellenius va Nguyen (2013) [10] cho thay chỉ cần có một chuyểndịch nhỏ giữa cọc và đất, khoảng chừng vài milimet, thì sức kháng ma sát thành cực hạnsẽ được huy động hoàn toàn Trong Hình 2.2, sức kháng ma sát đơn vị được đo dọc theođộ sâu từ 73 đến 83m của một cọc khoan nhồi thí nghiệm (bored test pile) có đườngkính 1,8m, thi công ở Cao ốc Sunrise City, TPHCM Chuyển vị lớn giữa cọc va đất cósự gia tăng đáng ké tương ứng quá trình sức kháng ma sát thành trong cọc tăng đến cực

dai, sau đó thì tuy có gia tăng chuyến vi (trong thí nghiệm khảo sát từ 5mm đến 35mm)

nhưng sức kháng ma sát không tăng nữa.

1.8m, thi công trong dat sét pha cat lan bột (silty sandy clay) va dat cat pha sét

(clayey sand)Hướng di chuyền lên hay xuống không ảnh hưởng đến độ lớn của sức kháng masát thành Dù nén cọc hay kéo cọc lên thì giá trị ứng suất cắt lớn nhất cũng không thaydoi Ngoài ra giá trị chuyển vị tương đối giữa coc và đất nền xung quanh dé huy động

toàn bộ sức kháng ma sát thành không phụ thuộc vào đường kính cọc.21.2 Sức khang mii

Sức khang mũi cực hạn don vi cũng được giả thuyết tỉ lệ với ứng suất hữu hiệu (tai mũi

Hệ số sức kháng mũi N¿ được xác định theo Bang 2.2.

Bang 2.2 Gia trị hệ số N; của một số loại datDat Ọ NiDat loai Sét (Clay) 25 —30 3—30Đất loại Bột (Silt) 28 — 34 20 — 40Dat loại Cát (Sand) 32 — 40 30 — 150Dat loại Cuội sỏi (Gravel) 35— 45 60 — 300

21.3 Sức chịu tai tới hanSức chịu tai tới hạn cua coc Quit là tong của sức khang mũi cực hạn va suc khang ma satthành cực hạn:

Tải và sức khang (KN)Qiive

chuyén tiép "3

\ Ỳ 7

304

Ry35

Hình 2.3 Đường cong phân bố tải và sức kháng theo độ sâu

Trong quá trình sử dụng công trình, tai của kêt câu bên trên sẽ truyên xuông dau cáccọc thông qua dai cọc Tải trọng được chia thành tĩnh tai Qaeaa và hoạt tai Qlive Ngay cakhi chuyên vi cua dat nên là nhỏ, đa sô trường hợp dat sẽ di chuyên xuông so với cọc vatruyền lực vào cọc thông qua lực ma sát âm Và chỉ can một chuyên vi tương đôi nhỏ là

đủ dé gây nên một lượng đáng ké luc ma sát âm (cũng như ma sát dương) Do đó, mọi

cọc đêu phát trién một cơ chê cân băng lực, với một bên là tông của tĩnh tai đặt lên daucọc - Qa và lực kéo xuông — Qn (sinh ra bởi lực ma sát âm ở phan trên của cọc) sẽ cânbăng với bên còn lại gôm tông sức kháng mũi và ma sát dương ở phan dưới của cọc Vi

Sự phân bố lực trong cọc ở dưới mặt phang trung hòa, xét trong thời gian lâu dài sẽ

cho công thức tính như sau:

0; = 04 + | A,qd2 = Qa + Qn 27Với:

Qn = 1s = Bo; (2.8)Vùng chuyền giữa sức kháng và đường cong phân bồ lực không đột ngột uốn gậpnhư hình vẽ mà chuyền tiếp dan dan từ vị trí có ma sát âm sang vị trí có ma sát dương.Điều này xảy ra ở lân cận vùng mặt phăng trung hòa và được gọi là vùng chuyểntiếp Chiều dài vùng chuyền tiếp nay thay đối tùy thuộc vao loại đất và gradientchuyền vị tương đối giữa cọc và đất nền xung quanh tại mặt phang trung hòa Chiềudai nay có thể ước lượng sơ bộ là chiều dài mà trong đó chuyển vị tương đối giữacọc va đất nền nhỏ hơn 2mm + 5mm Cũng cần lưu ý rang việc tính toán này cũngcó tương tác với dữ liệu bài toán, khi thay đồi tinh tải tác dụng lên đầu cọc, cũng sẽdẫn tới việc thay đổi vị trí mặt phăng trung hòa và giá tri của lực doc lớn nhất trong

Tóm tắt các bước cơ bản để tính toán thiết kế sức chịu tải của cọc theo Phươngpháp Thống nhất:

1) Thu thập số liệu địa chat và trình bày phân tích tĩnh về sự truyền lực trong cọc.Vẽ các đường phân bố lực và sức kháng theo độ sâu

2) Kiểm tra lại dé dam bảo sức chịu tải tới hạn của cọc phải lớn hơn hoặc bang hệsố an toàn nhân với tong tinh tĩnh tải và hoạt tải tac dụng lên cọc (không kế đến

ma sát âm trong bước tính toán này).

3) Kiểm tra rằng lực dọc lớn nhất trong cọc, tong cua tinh tai tac dung lên coc valực kéo xuống do ma sát âm (tinh từ đầu cọc đến vi trí mặt phăng trung hòa),nhỏ hơn sức chịu tải theo vật liệu của cọc với một hệ số an toàn hợp lý (thườnglà 1.5) (không kể đến hoạt tải trong bước tinh này) Lưu ý răng, lực dọc lớnnhất trong cọc phụ thuộc vào vị trí của mặt phăng trung hòa, mức độ huy độngsức kháng mũi cọc, độ dai vùng chuyển tiếp (vùng chuyển từ ma sát âm sangsức kháng ma sát dương ở lân cận phía trên và dưới mặt phăng trung hòa).4) Tính toán độ lún bao gồm tat cả các yếu tô có thé gây nên sự thay đôi ứng suất

ở vi trí hay lần cận vi trí cọc Lưu ý, vi tri của mặt phăng trung hòa và chuyểnvi của cọc là hàm của độ xuyên mỗi cọc vào đất Nó được xác định dựa vàobiểu đô phân bé lực và sức kháng theo độ sâu, biểu đỗ liên hệ giữa độ lún mũi

cọc — sức kháng mũi (đường cong q-z).

Qa = Qạ+ Qạ = % Qu

el Qu PILE CAP GROUND

= nó cự On, - ws SETTLEMENT SETTLEMENT

Qá 25 Q42 Qe LOAD AND | —_

SOILSETTLEMENT

PILE

"SETTLEMENT”

DEPTH