Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng: Đánh giá khả năng chịu tải của cọc từ kết quả thí nghiệm nén ngang PMT

- Trên cơ sở kết quả thí nghiệm nén ngang tại hiện trường phân tích: + Khả năng chịu tải của cọc + So sánh với kết quả thí nghiệm tại hiện trường đưa ra phân tích đánh giá khả năng chịu

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS PHẠM VĂN HÙNG ,

PGS TS BÙI TRƯỜNG SƠN

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

I TÊN ĐỀ TÀI:

Đánh giá khả năng chịu tải của cọc từ thí nghiệm nén ngang PMT

II NHIỆM VỤ: - Phân tích và đánh giá khả năng chịu tải của cọc dựa vào kết quả thí nghiệm nén

ngang PMT - Trên cơ sở kết quả thí nghiệm nén ngang tại hiện trường phân tích:

+ Khả năng chịu tải của cọc + So sánh với kết quả thí nghiệm tại hiện trường đưa ra phân tích đánh giá

khả năng chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm này III NỘI DUNG:

- Mở dầu - Chương 1: Các phương pháp đánh giá khả năng chịu tải của cọc - Chương 2: Cơ sở tính khả năng chịu tải của cọc từ kết quả thí nghiệm PMT - Chương 3: Đánh giá khả năng chịu tải của cọc từ kết quả thí nghiệm PMT - Kết luận và kiến nghị

VI CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS PHẠM VĂN HÙNG, PGS.TS BÙI TRƯỜNG SƠN

Tp.HCM, Ngày 04 tháng 12 năm 2015

CÁN BỘ HD1 CÁN BỘ HD2 CHỦ NHIỆM BỘ MÔN

TS PHẠM VĂN HÙNG PGS.TS BÙI TRƯỜNG SƠN PGS.TS LÊ BÁ VINH

TRƯỞNG KHOA XÂY DỰNG

PGS.TS NGUYỄN MINH TÂM

Lời đầu tiên là tôi xin cảm ơn gia đình đã luôn luôn ở bên tôi, chia sẻ nhưng khó khăn, động viên tinh thần và ủng hộ vật chất để tôi có thể tiếp tục con đường học tập và phát triển

Lời tiếp theo tôi xin cám ơn các anh, các chị, các bạn đã nhiệt tình giúp đỡ chia sẽ những khó khăn và hỗ trợ tôi trong khoảng thời gian làm tiểu luận cũng như đồ án

Và đặc biệt tôi xin gửi lời cảm ơn đến Quý Thầy Cô Bộ môn Địa Cơ Nền móng – Khoa Kỹ thuật Xây dựng - Trường Đại học Bách Khoa vì sự thân thiện, nhiệt tình, quan tâm giúp đỡ và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt quá trình học tập vừa qua

Và cuối cùng tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy TS Phạm Văn Hùng và thầy PGS.TS Bùi Trường Sơn, hai người thầy đã gợi ý, giúp tôi có những định hướng thực hiện đề tài khoa học và ý nghĩa nhất Với sự nhiệt tình, tận tụy, hai thầy đã truyền dạy và củng cố cho tôi rất nhiều kiến thức không chỉ trong phạm vi luận văn này mà cả trong phương pháp nghiên cứu, cách sống và làm việc

Kính chúc Quý Thầy Cô thật nhiều sức khỏe Trân trọng kính chào./

Học viên

Tạ Quang Hiệp

PMT”

Thí nghiệm nén ngang trong hố khoan cho phép xác định các đặc trưng cơ lý của đất nền ở điều kiện thế nằm tự nhiên Đặc biệt, thí nghiệm này cho phép thực hiện ở các độ sâu lớn Sử dụng kết quả thí nghiệm này cho phép đánh giá khả năng chịu tải của cọc khá phù hợp với kết quả thí nghiệm kiểm tra sức chịu tải ở ngoài hiện trường

ABSTRACT

“Evaluating pile capacity based on testing results of PMT”

Pressuremeter test allows determining the mechanical characteristics of soil in natural condition Especially, this text can be carried out to evaluate deformation and strength of soils in great depth Using testing allows evaluating pile capacity, which is resonable in comparison with the results of PDA test in-situ

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan: Luận văn này là đề tài nghiên cứu thực sự của tác giả, được thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của TS Phạm Văn Hùng và PGS.TS Bùi Trường Sơn

Tất cả số liệu, kết quả tính toán, phân tích trong luận văn là hoàn toàn trung thực Tôi cam đoan chịu trách nhiệm về sản phẩm nghiên cứu của mình

Tp.HCM, ngày 04 tháng 12 năm 2015

Học Viên

Tạ Quang Hiệp

MỤC LỤC

Trang

MỞ ĐẦU 1

1 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 1

2 Phương pháp nghiên cứu 1

3 Phạm vi nghiên cứu 2

CHƯƠNG 1 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA CỌC 3

1.1 SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO VẬT LIỆU 3

1.2 SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO ĐẤT NỀN 6

1.2.1 Sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ học của đất nền 6

1.2.1.1 Phương pháp đánh giá sức kháng mũi cọc Qp 6

1.2.1.2 Phương pháp đánh giá sức kháng bên của cọc Qs 12

1.2.2 Sức chịu tải cọc theo chỉ tiêu trạng thái của đất nền - phương pháp thống kê181.2.2.1 Sức chịu tải tiêu chuẩn của cọc chống 18

1.2.2.2 Sức chịu tải tiêu chuẩn của cọc ma sát ( cọc treo) 20

1.2.2.3 Sức chịu tải tiêu chuẩn của cọc nhồi 23

1.2.3 Sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cường độ của đất nền 25

1.2.3.1 Sức chịu tải cực hạn của cọc trong đất dính 26

1.2.3.2 Sức chịu tải cực hạn của cọc trong đất rời 27

1.2.4 Sức chịu tải của cọc theo hiện trường 28

1.2.4.1 Sức chịu tải cực hạn của cọc trong đất rời 28

1.2.4.2 Sức chịu tải theo kết quả thí nghiệm xuyên 32

1.2.4.3 Sức chịu tải theo kết quả thí nghiệm PDA 34

1.2.4.4 Sức chịu tải theo thí nghiệm nén tĩnh dọc trục 46

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC TỪ KẾT QUẢ CỦA THÍ NGHIỆM NÉN NGANG PMT 49

2.1 THÍ NGHIỆM NÉN NGANG (PMT) 49

2.1.1 Thiết bị thí nghiệm nén ngang (PMT) 49

2.3 TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC TỪ THÍ NGHIỆM PMT 55

2.3.1 Phương pháp đánh giá sức kháng mũi 57

2.3.1.1 Phương pháp Menard 1963 58

2.3.1.2 Phương pháp Baguelin 1978 59

2.3.1.3 Phương pháp Bustamante và Gianeselli 1981 59

2.3.1.4 Phương pháp Bustamante và Gianeselli 1982 59

2.3.1.5 Phương pháp LCPC - SETRA 1985 60

2.3.2 Phương pháp đánh giá sức kháng hông fL 60

2.3.2.1 Phương pháp Menard 1963 61

2.3.2.2 Phương pháp Beguelin 1978 61

2.3.2.3 Phương pháp Bustamante và Gianeselli 1981 61

2.3.2.4 Phương pháp Bustamante và Gianeselli 1982 62

2.3.2.5 Phương pháp LCPC - SETRA 1985 62

2.3.3 Tính toán khả năng chịu tải của cọc từ kết quả thí nghiệm nén ngang theo phương pháp LCPC - SETRA (1985) 63

2.3.3.1 Công thức tính áp lực tới hạn mũi 63

2.3.3.2 Tính toán áp lực tới hạn tương đương 63

2.3.3.3 Xác định hệ số k trong thí nghiệm nén ngang PMT 65

2.3.3.4 Tính toán sức kháng mũi 66

2.3.3.5 Xác định sức kháng hông đơn vị , fL 66

3.1.1 Khái quát về công trình 72

3.1.2 Tính toán sức chịu tải của cọc từ thí nghiệm nén ngang PMT 76

3.1.2.1 Các bước tính toán sức chịu tải cọc đơn từ thí nghiệm PMT 76

3.1.2.2 Thông số tính toán của cọc 77

3.1.2.3 Số liệu tính toán của thí nghiệm nén ngang PMT 78

3.1.2.4 Tính toán sức chịu tải của cọc 79

3.1.3 Tính toán sức chịu tải của cọc từ thí nghiệm CPTu 81

3.1.3.1 Số liệu thí nghiệm CPTu khu vực cọc thi công 81

3.2.1 Điều kiện địa chất khu vực xây dựng công trình 85

3.2.2 Tính toán khả năng chịu tải của cọc theo thí nghiệm PMT 88

3.2.2.1 Số liệu tính toán của thí nghiệm PMT 88

3.2.2.2 Tính toán sức chịu tải của cọc 93

3.2.3 Tính toán khả năng chịu tải của cọc theo thí nghiệm CPTu 95

3.2.3.1 Số liệu tính toán của thí nghiệm CPTu 95

3.2.3.2 Sức kháng bên 95

MỤC LỤC HÌNH

Trang

Hình 1.1 Hệ số v phụ thuộc liên kết 4

Hình 1.2 Mặt trượt giả thuyết của Terzaghi 7

Hình 1.3 Biểu đồ quan hệ giá trị φo - Kpγ và φo - Nγ 8

Hình 1.4 Sơ đồ chọn chiều dài cọc ngàm vào đất Lb 9

Hình 1.5 Biểu đồ xác định các hệ số sức chịu tải đất nền dưới mũi cọc 10

Hình 1.6 Biểu đồ xác định hệ số λ 16

Hình 1.7 Biểu đồ xác định giá trị lực ma sát đơn vị fs theo Coyle – Castillo 17

Hình 1.8 Quan hệ α - cu 27

Hình 1.9 Biểu đồ quan hệ giữa hệ số Nq và φo 28

Hình 1.10 Mô hình cọc của Smith và mô hình cọc CAPWAP 35

Hình 1.11 Mô hình sức kháng của đất theo Smith 36

Hình 2.1 Sơ đồ và các thiết bị thí nghiệm nén ngang 49

Hình 2.2 Đầu dò thiết bị nén ngang 50

Hình 2.3 Các đặc trưng cơ lý của một thí nghiệm nén ngang 53

Hình 2.4 Các thông số tính toán của thí nghiệm nén ngang 55

Hình 2.5 Mô hình tính toán sức chịu tải cực hạn của cọc 56

Hình 2.6 Vùng ảnh hưởng dưới mũi cọc đến giá trị qL 58

Hình 2.7 Biểu đồ xác định hệ số k từ quan hệ k - He/R 58

Hình 2.8 Biểu đồ xác định hệ số k từ quan hệ k - (pL-p0) 60

Hình 2.9 Đường cong quan hệ fL - pL theo đề nghị của Menard 61

Hình 2.10 Đường cong quan hệ fL - pL theo đề nghị của LPC 1985 62

Hình 2.11 Thông số xác định áp lực tới hạn tương đương dưới mũi cọc 64

Hình 2.12 Cách tính diện tích và chu vi một số loại cọc 64

Hình 2.13 Biểu đồ xác định ma sát hông fL của cọc theo pL 68

Hình 3.1 Hình ảnh Nhà Máy Điện Cà Mau 72

Hình 3.2 Vị trí xây dựng Nhà Máy Điện Cà Mau 73

Hình 3.3 Mặt cắt địa chất tại hố khoan BH1 và BH2 73

Hình 3.4 Tổng hợp kết quả thí nghiệm hố khoan P3 78

Hình 3.5 Tổng hợp tính toán áp lực tới hạn và áp lực tới hạn thuần 80

Hình 3.6 Kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh CPTu tại vị trí CPT1 81

Hình 3.7 Dữ liệu thử cọc bằng phương pháp PDA 83

Hình 3.8 Mặt cắt địa chất công trình khu vục cầu Cá Trê Lớn, hố khoan CTL-W-2 và CTL-W-3 86

Hình 3.9 Mặt cắt địa chất công trình khu vục cầu Cá Trê Lớn, hố khoan CTL-E-2 và CTL-E-3 87

Hình 3.10 Hình ảnh Cầu Cá Trê Lớn thuộc Dự án Đại Lộ Đông Tây 87

Hình 3.11 Tương quan áp lực giới hạn (pL) theo độ sâu của sét mềm bão hòa nước khu vực TPHCM và lân cận 88

Hình 3.12 Tương quan áp lực giới hạn ròng p*L và độ sâu của sét mềm bão hòa nước khu vực TPHCM và lân cận 89

Hình 3.13 Tương quan pL theo độ sâu của đất rời khu vực TPHCM và lân cận 89

Hình 3.14 Tương quan p*L theo độ sâu của đất rời khu vực TPHCM và lân cận 90

Hình 3.15 Tương quan pL theo độ sâu của sét dẻo cứng đến cứng khu vực TPHCM và lân cận 90

Hình 3.16 Tương quan p*L theo độ sâu của đất sét dẻo cứng đến cứng khu vực TPHCM và lân cận 91

Hình 3.17 Tương quan pL theo độ sâu của sét pha khu vực TPHCM và lân cận 91

Hình 3.18 Tương quan p*L theo độ sâu của đất sét pha khu vực TPHCM và lân cận 92

Hình 3.19 Kết quả thí nghiệm CPTu khu vục cầu Cá Trê Lớn tại hố khoan CPTu4 95

Hình 3.20 Kết quả thí nghiệm PDA cọc A1E cầu Cá Trê lớn 97

Bảng 1.6 Giá trị Ks theo B.J Das 12

Bảng 1.7 Giá trị Ks theo trường Cầu đường Paris (ENPC) 13

Bảng 1.8 Giá trị α theo Viện dầu hỏa Hoa Kỳ (API) 13

Bảng 1.9 Giá trị α theo Tomlinson 13

Bảng 1.10 Giá trị α theo Peck, 1974 14

Bảng 1.16 Hệ số điều kiện làm việc m 23

Bảng 1.17 Hệ số điều kiện làm việc đất ở mũi cọc mR 23

Bảng 1.18 Hệ số điều kiện làm việc đất mặt bên của cọc mf 23

Bảng 1.25 Các thông số đầu vào trong mô hình CAPWAP 44

Bảng 2.1 Giá trị Vc theo các kiểu đầu dò 51

Bảng 2.2 Giá trị k cho cọc theo tóm tắt LCPC - SETRA, 1985 65

Bảng 2.3 Chọn loại đường cong để xác định giá trị fL 66

Bảng 3.1 Thông số tính toán của cọc 77

Bảng 3.2 Giá trị tính toán sức kháng hông 80

Bảng 3.3 So sánh sức chịu tải cực hạn của cọc theo PMT và PDA 84

Bảng 3.4 Đặc trưng cơ lý nén ngang của đất khu vực cầu Cá Trê 92

Bảng 3.5 Thông số cọc 93

Bảng 3.6 Giá trị tính toán sức kháng hông cọc 30x30cm khu vực cầu Cá Trê 94

Bảng 3.7 So sánh kết quả tính toán khả năng chịu tải của cọc theo thời gian và kết quả thí nghiệm PDA ở thời điểm 23 ngày kể từ ngày đóng cọc 97

MỞ ĐẦU

1 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Trong thực tế ở nước ta hiện nay, khả năng chịu tải của cọc thường được đánh giá thông qua giá trị đặc trưng cơ lý của đất từ kết quả thí nghiệm trong phòng Theo một số kết quả thực tế, khả năng chịu tải chịu tải của cọc được kiểm tra lại sau khi thi công thường có giá trị lớn hơn đáng kể so với kết quả tính toán trước đó dựa theo hồ sơ thiết kế Một số tổ chức đề nghị đánh giá và thi công cọc với tải trọng nhỏ hơn đáng kể so với giá trị cực hạn [11] Ngoài ra, đặc trưng cơ lý của đất từ thí nghiệm hiện thường cho đến kết quả đáng tin cậy do được xác định ở điều kiện thế nằm tự nhiên và được xác định trực tiếp nên việc sử dụng đặc trưng cơ lý từ thí nghiệm hiện trường cho kết quả đáng tin cậy

Đề tài " Đánh giá sức chịu tải của cọc từ kết quả thí nghiệm nén ngang

PMT " thực hiện nhằm mục tiêu phân tích và đánh giá khả năng chịu tải của cọc và

so sánh với kết quả thí nghiệm hiện trường, góp phần bổ sung và hoàn thiện phương pháp đánh giá khả năng chịu tải của cọc, là loại móng phổ biến ở khu vực có nhiều đất yếu như ở khu vực Tp.HCM và các tỉnh phía nam

2 Phương pháp nghiên cứu

- Tổng hợp phương pháp đánh giá khả năng chịu tải từ kết quả thí nghiệm nén ngang PMT

- Tính toán cho công trình thực tế trên cơ sở kết quả thí nghiệm nén ngang ở khu vực Cà Mau và Tp.HCM

- Phân tích so sánh với kết quả thí nghiệm hiện trường để kiểm tra

- Việc tính toán áp dụng theo điều kiện thực tế và so sánh với kết quả thí nghiệm kiểm tra được thực hiện nhằm mục đích đánh giá mực độ chính xác và tin cậy của phương pháp Đánh giá khả năng chịu tải của cọc sử dụng kết quả thí nghiệm nén trong hố khoan

3 Phạm vi nghiên cứu

Số liệu thu thập sử dụng cho việc tính toán được lấy ở khu vực Tp Hồ Chí Minh và Cà Mau Do hạn chế về số liệu nên việc tính toán chỉ giới hạn trong điều kiện địa chất công trình đã nêu

CHƯƠNG 1 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH KHẢ

NĂNG CHỊU TẢI CỦA CỌC

1.1 SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO VẬT LIỆU

Sức chịu tải ở đây được hiểu là sức chịu tải dọc trục của cọc Cọc làm việc như một thanh chịu nén đúng tâm, lệch tâm hoặc chịu kéo (khi cọc bị nhổ) và sức chịu tải của cọc theo vật liệu có thể được tính theo công thức:

vlpvl

Trong đó : Qvl : Sức chịu tải của cọc theo vật liệu

Ap : Diện tích tiết diện ngang của cọc Rvl : Cường độ chịu nén tính toán của vật liệu làm cọc φ : Hệ số ảnh hưởng bởi độ mảnh của cọc

Cọc làm việc trong nền đất chịu tác động của áp lực nén của đất xung quanh, nên thông thường ta không xét đến ảnh hưởng của uốn dọc, ngoại trừ các trường hợp đặc biệt như cọc quá mảnh hoặc do tác động của sự rung động gây ra sự triệt tiêu áp lực xung quanh hay cọc đi qua lớp đất bùn nhão Ảnh hưởng của độ mảnh phải được xét đến trong sức chịu tải của cọc theo vật liệu

Với cọc bê tông cốt thép, sức chịu tải cực hạn của cọc theo vật liệu xác định theo công thức thanh chịu nén có xét đến uốn dọc Sự uốn dọc được xét như tính cột trong tính toán bê tông

An : Diện tích bê tông φ : Hệ số xét đến ảnh hưởng của uốn dọc phụ thuộc độ mảnh và

theo thực nghiệm lấy như sau:

λd = l0 / d < 4 20 22 24 26 28 30 φ 1 0,78 0,74 0,70 0,65 0,60 0,55

Trong đó: r - Bán kính của cọc tròn hoặc cạnh cọc vuông

d - Bề rộng của tiết diện chữ nhật l0 - Chiều dài tính toán của cọc

0

Với : l – chiều dài thực của đoạn cọc khi bắt đầu đóng cọc vào đất tính từ đầu cọc đến điểm ngàm trong đất hoặc l được chọn là chiều dày lớp đất yếu có cọc đi ngang qua v - hệ số phụ thuộc liên kết của hai đầu cọc lấy theo hình 1.1

Hình 1.1 Hệ số v phụ thuộc liên kết

Nếu xét đến sự hiện diện của đất bùn nhão xung quanh cọc, M Jacobson đề nghị ảnh hưởng uốn dọc theo bảng sau:

Bảng 1.2 Hệ số φ theo Jacobson

Với L – Chiều dài cọc; r – Bán kính hoặc cạnh cọc

Ngoài ra, sức chịu tải của cọc theo vật liệu còn tính theo kinh nghiệm xây dựng ở một số quốc gia được giới thiệu trong Quy phạm Xây dựng Việt Nam 21-86 như sau:

Sức chịu tải theo vật liệu của cọc nhồi

Do cọc nhồi được thi công đổ bê tông tại chỗ vào các hố khoan, hố đào sẵn sau khi đã đặt lượng cốt thép cần thiết vào hố khoan Việc kiểm soát điều kiện chất lượng bê tông khó khăn nên sức chịu tải của cọc nhồi không thể tính như cọc chế tạo sẵn mà có khuynh hướng giảm như công thức:

vlubana

Với: Ru - Cường độ tính toán của bê tông cọc nhồi

Khi đổ bê tông dưới nước hoặc dưới bùn Ru = R/4,5 < 6MPa

Khi đổ bê tông trong hố khoan khô Ru = R/4 < 7MPa Ab - Diện tích tiết diện ngang của bê tông trong cọc

Aa - Diện tích tiết diện ngang của cốt thép trong cọc

Ran- Cường độ tính toán cho phép của cốt thép Φ < 28mm thì Ran = Rc/1,5  220MPa

1.2 SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO ĐẤT NỀN

Sức chịu tải cực hạn của cọc Qu gồm tổng sức chống cắt cực hạn mặt bên giữa

đất và vật liệu cọc Qs cùng với sức gánh đỡ cực hạn của đất ở mũi cọc Qp

usspp

Trong đó: As - Diện tích xung quanh cọc tiếp xúc với đất

Ap - Diện tích tiết diện ngang mũi cọc fs - Ma sát hông đơn vị

qp - Sức kháng mũi đơn vị

Sức chịu tải cho phép của cọc:

ps

a

QQQ

FSFS

a

QQ

Phương pháp cổ điển đánh giá sức chịu mũi do Terzaghi và Peck đề nghị sử dụng là các công thức bán thực nghiệm, được phát triển trên cơ sở các công thức sức chịu tải của móng nông với sơ đồ trượt của đất dưới mũi cọc tương tự như sơ đồ trượt của đất dưới móng nông

Hình 1.2 Mặt trượt giả thuyết của Terzaghi

2 3 / 4/22







Với Kpγ : Hệ số áp lực bị động của đất lên mặt nghiêng của nên trượt Hệ số

Kpγ, Nγ chỉ có thể xác định giá trị gần đúng bằng cách tra biểu đồ hình 1.3

Hình 1.3 Biểu đồ quan hệ giá trị φo - Kpγ và φo - Nγ

b) Phương pháp Meyerhof

Sức chịu tải của nền đất dưới mũi cọc theo Meyerhof thường sẽ lớn hơn cách tính của Terzaghi khi xem như là móng nông do ảnh hưởng của độ sâu đặt móng Có nhiều tác giả đã nghiên cứu ảnh hưởng này và điều chỉnh các hệ số sức chịu tải

của nền Nc, Nq, Nγ Đối với sức chịu tải đơn vị diện tích của phần đất nằm dưới đáy các móng sâu và móng cọc, công thức có xét đến hình dạng và chiều sâu chôn móng được viết dưới dạng:

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Quan hệ φ - Kp φ - Nγ

Phương pháp Meyerhof xác định các hệ số N'c, N'q cho sức chịu tải ở mũi cọc

trong đất nền, đặc biệt là cát, gia tăng theo chiều sâu cọc chôn trong lớp cát chịu tải

D : Cạnh cọc ở độ sâu mũi cọc

Hình 1.4 Sơ đồ chọn chiều dài cọc ngàm vào đất Lb

Trong cách tính sức chịu tải đất nền dưới mũi cọc theo Meyerhof, các thông số

chống cắt c và φ tương ứng với trạng thái ứng suất hữu hiệu và qp xác định theo

công thức (1.16) với hệ số N'c, N'q được xác định theo biểu đồ hình 1.5

Các bước tính toán sức chịu tải đất nền dưới mũi cọc the Meyerhof

Bước 1: Từ φ suy ra (Lb/D)cr bởi biểu đồ hình 1.5

LD  các giá trị N'c và N'q được xác định như sau:

o

KQ  A q  A cN   q N 

** 3

1 2

q

oNN

K

 

Theo Vesic Nq  f I rr

Trong đó:

1

rrr

r

II

I

  - chỉ số độ cứng suy giảm

Δ - Biến dạng thể tích trung bình trong vùng biến dạng dẻo bên dưới mũi cọc

Như vậy, những điều kiện không có sự thay đổi thể tích, ta có: Δ = 0 và Ir = Irr

Vesic giải và thiết lập bảng giá trị N*c, N*σ phụ thuộc vào Irr và góc ma sát φ

Giá trị Ir có thể ước lượng từ kết quả thí nghiệm nén ba trục hoặc nén cố kết tương ứng với những giá trị ứng suất nén khác nhau hoặc tham khảo các giá trị tổng kết thực nghiệm

1.2.1.2 Phương pháp đánh giá sức kháng bên của cọc Qs

Cọc khoan nhồi Ks  Ko 1sin'

Cọc đóng, có thể tích đất bị chiếm chỗ nhỏ K sKo (giới hạn dưới)

o

K 1,4 (giới hạn trên) Cọc đóng, có thể tích đất bị chiếm chỗ lớn K sKo (giới hạn dưới)

o

K 1,8 (giới hạn trên)

Bảng 1.7 Giá trị Ks theo trường Cầu đường Paris (ENPC)

Hệ số hiệu chỉnh α được xác định theo các bảng 1.8, 1.9 và 1.10

Bảng 1.8 Giá trị α theo Viện dầu hỏa Hoa Kỳ (API)

Lực chống cắt không thoát nước cu (kPa) Hệ số α

Sét mềm, bùn và đất dính cứng 8÷20

> 20

0,4 cu = 0÷25: α = 1,25÷0,7 cu > 25: α = 0,7

Sét cứng 8÷20

0,4 cu = 0÷30: α = 1,25÷1 cu = 30÷80: α = 1 cu = 80÷130: α = 1÷0,4 cu > 130: α = 0,4

Bảng 1.10 Giá trị α theo Peck, 1974

Lực chống cắt không thoát nước cu (kPa) Hệ số α

v

uC

s

   

(1.27)

Với C1 = 0,4÷0,5 cho cọc nhồi và C1 = 0,5 cho cọc đóng

b) Phương pháp β Phương pháp này được Burland đưa ra năm 1973 dựa trên các giả thuyết sau:

- Lực dính của đất giảm đến 0 trong quá trình đóng cọc do đất bị phá vỡ kết cấu

- Ứng suất hữu hiệu của đất tác động lên mặt đứng của cọc sau khi áp lực nước lỗ rỗng thặng dư phân tán hết ít nhất phải bằng ứng suất này ở trạng thái tĩnh, áp lực nước lỗ rỗng thặng dư xuất hiện do thể tích cọc lấn chiếm và

đất xung quanh bị nén, nhưng hệ số thấm của đất bé nên cần phải có thời gian để nước thoát đi

- Ứng suất chống cắt của đất xung quanh cọc trong quá trình chịu tải chỉ liên quan đến vùng đất mỏng xung quanh cọc, vùng này tùy thuộc dạng cọc và tính thoát nước của đất giữa hai thời điểm đóng và chất tải lên cọc

Hình 1.6 Biểu đồ xác định hệ số λ

d) Phương pháp Coyle - Castillo

Năm 1981, Coyle - Castillo đưa ra một cách xác định sức chịu tải của cọc trong nền cát sau hàng loạt phân tích các kết quả thí nghiệm nén tĩnh và đóng cọc thử tại hiện trường

sss

fs là lực ma sát đơn vị giữa đất và cọc được tác giả thiết lập quan hệ thực

nghiệm với góc ma sát φ và tỷ số z/B, với chiều sâu z tính đến giữa lớp cát và B là

bề rộng của cọc Lưu ý rằng, phương pháp của Coyle - Castillo không xét đến loại vật liệu làm cọc, ảnh hưởng việc hạ cọc và điều kiện ứng suất ban đầu

Hình 1.7 Biểu đồ

e) Phương pháp tổng quát Kulhawy

Một phương pháp khác nhcọc được Kulhawy đưa ra có d

'0

σ'v - Ứng suất hữu hiệu thẳng đứng t

và K/K0 được Kulhawy giới thiệu theo bảng 1.11

theo Coyle – Castillo

t cát với mặt bên của

(1.34)

(1.35)

ng tại điểm tính fs

ng 1.11

Bảng 1.11 Giá trị tỷ số φa/φ và K/K0

Cát/cọc bê tông không láng 1,0 Cát/cọc bê tông trơn láng 0,8 ÷ 1,0 Cát/cọc thép không láng 0,7 ÷ 0,9 Cát/cọc thép trơn láng 0,5 ÷ 0,7

1.2.2 Sức chịu tải cọc theo chỉ tiêu trạng thái của đất nền - phương pháp thống kê

Nhằm mục đích tính toán sơ bộ sức chịu tải cọc theo các kết quả thống kê các chỉ tiêu đặc trưng vật lí của đất nền cho các dự án tiền khả thi, có thể sử dụng phương pháp rất đơn giản, ít chính xác và không cần nhiều thí nghiệm cơ học phức tạp, đó là phương pháp thống kê, còn có tên là phương pháp tính sức chịu tải cọc theo chỉ tiêu vật lí của đất nền

1.2.2.1 Sức chịu tải tiêu chuẩn của cọc chống

Sức chịu tải trọng nén Rc,u tính bằng kN, của cọc tiết diện đặc, cọc ống đóng hoặc ép nhồi, và cọc khoan (đào) nhồi khi chúng tựa trên nền đá kể cả cọc đóng tựa trên nền ít bị nén được xác định theo công thức:

Ab - Diện tích tựa cọc trên nền, lấy bằng diện tích mặt cắt ngang

đối với cọc đặc, cọc ống có bịt mũi; lấy bằng diện tích tiết diện ngang thành cọc đối với cọc ống khi không độn bê tông vào lòng cọc và lấy bằng diện tích tiết diện ngang toàn cọc khi độn bê tông lòng đến chiều cao không bé hơn 3 lần đường kính cọc

qp - Cường độ sức kháng của đất nền dưới mũi cọc chống được

tính như sau:

qp = 20Mpa = 2000 T/m2 : Đất nền cọc tựa là đá, đất hạt lớn và sét cứng Đối với cọc đóng hoặc ép nhồi, khoan nhồi và cọc ống nhồi bê tông tựa lên nền đá không phong hoá, hoặc nền ít bị nén (không có các lớp đất yếu xen kẹp) và

ngàm vào đó ít hơn 0,5 m, qp xác định theo công thức:

gR Kq



Với Rc n, : Cường độ chịu nén trung bình của đá ở trạng thái no nước xác

định ngoài hiện trường

γg = 1,4 : Hệ số tin cậy của đất

Ks - Hệ số giảm cường độ trong nền đá

Bảng 1.12 Hệ số giảm cường độ Ks trong nền đá

Mức độ nứt Chỉ số chất lượng đá, RQD

% Hệ số giảm cường độ KsNứt rất ít

Nứt ít Nứt trung bình Nứt mạnh Nứt rất mạnh

90 - 100 75 - 90 50 - 75 25 - 50 0 - 25

1,00 0,60 - 1,00 0,32 - 0,60 0,15 - 0,32 0,05 - 0,15 Chú thích:

1) Giá trị RQD càng lớn thì Ks càng lớn

2) Các giá trị Ks ứng với giá trị RQD trung gian thì xác định bằng nội suy 3) Khi thiếu các giá trị RQD thì Ks lấy giá trị nhỏ nhất trong các khoảng biến đổi đã cho

Đối với cọc đóng hoặc ép nhồi, khoan nhồi và cọc ống nhồi bê tông tựa lên nền đá không phong hoá, hoặc nền ít bị nén (không có các lớp đất yếu xen kẹp) và

ngàm vào đó lớn hơn 0,5 m, qp xác định theo công thức:

1.2.2.2 Sức chịu tải tiêu chuẩn của cọc ma sát ( cọc treo)

mR : Hệ số điều kiện làm việc của đất ở mũi cọc

mf : Hệ số điều kiện làm việc của đất ở mặt bên của cọc

qp : Sức chịu tải đơn vị diện tích của đất ở mũi cọc

fs : Lực ma sát đơn vị giữa đất và mặt xung quanh cọc

u : Chu vi tiết diện ngang của thân cọc Các đại lượng trên được xác định theo các bảng tra 1.13, 1.14 và 1.15

Bảng 1.13 Hệ số mR và mf

Phương pháp hạ cọc Hệ số điều kiện làm việc của cọc

Dưới mũi cọc mR ở mặt bên cọc mfHạ cọc đặc và cọc rỗng có bịt đầu, bằng

Rung và ép cọc vào: a) Đất cát chặt vừa: - Hạt thô và hạt vừa - Hạt mịn

- Hạt bụi b) Đất sét có độ sệt IL=0,5 - Á cát

- Á sét - Sét c) Đất sét có độ sệt IL<0

1,2 1,1 1 0,9 0,8 0,7 1

1 1 1 0,9 0,9 0,9 1

Các hệ số mR, mf của đất có độ sệt trong khoảng [0÷0,5] có được bằng phép nội suy

Bảng 1.14 Sức chịu tải đơn vị diện tích của đất ở mũi cọc qp

Độ sâu mũi cọc (m)

Sức chịu tải đơn vị diện tích của đất ở mũi cọc qp (T/m2)

của đất cát chặt vừa có hạt là Sỏi Thô - Thô vừa Mịn Bụi

của đất sét với chỉ số độ sệt IL là 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 3 750 660 (400) 300 310 (200) 200 (120) 110 60 4 830 680 (510) 380 320 (250) 210 (160) 125 70 5 880 700 (620) 400 340 (280) 220 (200) 130 80 7 970 730 (690) 430 370 (330) 240 (220) 140 85 10 1050 770 (730) 500 400 (350) 260 (240) 150 90 15 1170 820 (750) 560 440 (400) 290 165 100 20 1260 850 620 480 (450) 320 180 110 25 1340 900 680 520 350 195 120

30 1420 950 740 550 380 210 130 35 1500 1000 800 600 410 225 140

* Các giá trị trong ngoặc cho đất sét

Bảng 1.15 Lực ma sát bên của cọc fs

Độ sâu trung bình của

lớp đất (m)

Ma sát bên của cọc fs (T/m2) của cát chặt vừa thô và

vừa mịn bụi

của đất sét có độ sệt IL là 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1

2 3 4 5 6 8 10 15 20 25 30 35

3,5 4,2 4,8 5,3 5,6 5,8 6,2 6,5 7,2 7,9 8,6 9,3 10

2,3 3,0 3,5 3,8 4,0 4,2 4,4 4,6 5,1 5,6 6,1 6,6 7,0

1,5 2,1 2,5 2,7 2,9 3,1 3,3 3,4 3,8 4,1 4,4 4,7 5,0

1,2 1,7 2,0 2,2 2,4 2,5 2,6 2,7 2,8 3,0 3,2 3,4 3,6

0,5 1,2 1,4 1,6 1,7 1,8 1,9 1,9 2,0 2,0 2,0 2,1 2,2

0,4 0,7 0,8 0,9 1,0 1,0 1,0 1,0 1,1 1,2 1,2 1,2 1,3

0,4 0,5 0,7 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,9 0,9

0,3 0,4 0,6 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,8 0,8

0,2 0,4 0,5 0,5 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,7 0,7

- Các giá trị fs của cát chặt tăng thêm 30%

- Khi xác định fs nên chia các lớp đất mỏng hơn 2m b) Sức chịu tải của cọc chịu nhổ

1.2.2.3 Sức chịu tải tiêu chuẩn của cọc nhồi

Trong phương pháp này, sức chịu tải dọc trục của cọc nhồi có thể được xác định theo công thức:

Các hệ số m, mR, mf - hệ số điều kiện làm việc, theo bảng 1.16, 1.17 và 1.18

Bảng 1.16 Hệ số điều kiện làm việc m

Đất sét có độ bão hòa Sr > 0,85 0,8

Bảng 1.17 Hệ số điều kiện làm việc đất ở mũi cọc mR

Phương pháp thi công cọc mR

thép có bịt mũi rồi đổ bê tông đồng thời rút ống thép

0,8 0,8 0,8 0,7 Cọc nhồi có tác động rung khi đổ bê tông 0,9 0,9 0,9 0,9 Cọc nhồi khi đổ bê tông:

a) có ống chống b) dưới bùn betonite

0,7 0,7 0,7 0,6

Cọc khoan phun với áp lực 2÷4atm 0,9 0,8 0,8 0,8

qp (T/m2) - Cường độ chịu tải của đất dưới mũi cọc nhồi và cọc ống, được tính

như sau: - Cọc trong đất sỏi lẫn cát

Góc ma sát φ của đất dưới mũi cọc23 25 27 29 31 33 35 37 39 Aok

Bok

9,5 18,6

12,6 24,8

17,3 32,8

24,4 45,5

34,6 64

48,6 87,6

71,3 127

108 185

163 260

α khi L/dp

4 5 7,5

10 12,5

15 17,5

20 22,5 ≥ 25

0,78 0,75 0,68 0,62 0,58 0,55 0,51 0,49 0,46 0,44

0,79 0,76 0,70 0,65 0,64 0,58 0,55 0,53 0,51 0,49

0,80 0,77 0,70 0,67 0,63 0,61 0,58 0,57 0,55 0,54

0,82 0,79 0,74 0,70 0,67 0,65 0,62 0,61 0,60 0,59

0,84 0,81 0,76 0,73 0,70 0,68 0,66 0,65 0,64 0,63

0,85 0,82 0,78 0,75 0,73 0,71 0,69 0,68 0,67 0,67

0,85 0,83 0,80 0,77 0,75 0,73 0,72 0,72 0,71 0,70

0,86 0,84 0,82 0,79 0,70 0,76 0,75 0,75 0,74 0,74

0,87 0,85 0,84 0,81 0,80 0,79 0,78 0,78 0,77 0,77 β khi

dp

< 0,8m < 0,4m

0,31 0,25

0,31 0,24

0,29 0,23

0,27 0,22

0,26 0,21

0,25 0,20

0,24 0,19

0,23 0,18

0,23 0,17

- Cọc trong đất sét

qp được lấy theo bảng 1.20

Bảng 1.20 Giá trị sức chịu mũi qp

Chiều sâu mũi cọc (m)

qp (T/m2) ứng với độ sệt IL

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 3

5 7 10 12 15 18 20 30 40

85 100 115 135 155 180 210 230 330 450

75 85 100 120 140 165 190 240 300 400

65 75 85 105 125 150 170 190 260 350

50 65 75 95 110 130 150 165 230 300

10 50 60 80 95 100 130 145 200 250

30 40 50 70 80 100 115 125

25 35 45 60 70 80 95 105

1.2.3 Sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cường độ của đất nền

Theo TCXD 10304:2014, sức chịu tải cực hạn của cọc theo đất nền được tính với công thức:

a

QQQ

σ'vp - Ứng suất hữu hiệu trong đất theo phương thẳng đứng tại độ sâu

mũi cọc do trọng lượng bản thân đất

Nc, Nq, Nγ - Các hệ số sức chịu tải, phụ thuộc góc ma sát trong của

đất, hình dạng mũi cọc và phương pháp thi công cọc

γ - Trọng lượng riêng của đất ở độ sâu mũi cọc

FSs - Hệ số an toàn cho thành phần ma sát bên, lấy bằng 1,5÷2,0

FSp - Hệ số an toàn cho sức chống dưới mũi cọc, lấy bằng 2,0÷3,0

Bảng 1.21 Ma sát và lực dính giữa đất và cọc

Cọc đóng bê tông cốt thép = c = φ

1.2.3.1 Sức chịu tải cực hạn của cọc trong đất dính

Do góc ma sát của đất bằng không nên sức chịu tải sẽ có dạng:

usupcu

Trong đó: As - Diện tích xung quanh cọc tiếp xúc với đất

Ap - Diện tích tiết diện ngang mũi cọc

cu - Sức chống cắt không thoát nước của đất nền

Nc - Hệ số sức chịu tải lấy bằng 9 cho cọc đóng trong sét cố

kết thường và bằng 6 cho cọc nhồi

α - Hệ số điều chỉnh lực bám dính giữa đất và cọc từ lực

dính của thí nghiệm không cố kết không thoát nước + Với cọc nhồi: α = 0,3 ÷ 0,45 cho sét dẻo cứng