Luận văn thạc sĩ Địa kỹ thuật xây dựng: Nghiên cứu phạm vi chuyển dịch của đất nền xung quanh cọc trong quá trình thi công ép cọc bê tông cốt thép

Nghiên cứu phạm vi chuyển dịch của đất nền xung quanh cọc trong quá trìnhthi công ép cọc bê tông cốt thépTóm tắt:Trong thực tế xây dựng hiện nay, móng cọc đang là giải pháp được lựa chọn

MỤC TIỂU NGHIÊN CỨU

+ Nghiên cứu quá trình thay đổi trạng thái ứng suất-biễn dạng của đất nền, xác định cơ chế chuyền vị đất nền khi thi công cọc ép bê tông.

+ Xây dựng được phương pháp dự báo vùng ảnh hưởng của việc thi công ép cọc gây ra cho khu vực lân cận trong khu dân cư đồ thi.

+ Đề xuất biện pháp giảm thiểu những ảnh hưởng bat lợi do việc thi công ép cọc đối với khu vực lân cận

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

+ Tổng hợp và phân tích cơ sở lý thuyết đã có về khả năng nén chặt của đất trong quá trình thi công ép cọc, sự thay đổi áp lực nước lỗ rỗng và trạng thái ứng suat-bién dạng khi thi công.

+ Dùng phương pháp giải tích dự báo khả năng chuyển dịch của đất nền khi hạ cọc bằng phương pháp ép tĩnh Thông qua ứng xử của đất nền khi ép cọc, đánh giá tác động gây ảnh hưởng đến sự 6n định của đất nền trong khu vực.

+ Sử dụng công cụ tính toán (phần mềm Plaxis 8.5) để mô phỏng quá trình ứng xử của đất khi ép coc BTCT (mô hình đất đàn hồi dẻo Mohr-Coulomb).

Ý NGHĨA KHOA HOC CUA DE TÀI

Đề tài thực hiện nhằm làm rõ hơn những ứng xử của nên đất khi ép cọc Qua đó phân tích những tác động đến công trình lân cận va góp phan xác định biện pháp thi công phù hợp cho loại hình móng cọc ép tĩnh đang được sử dung pho biến hiện nay.

PHAM VI NGHIÊN CỨU CUA DE TÀI

Đề tài tập trung nghiên cứu về chuyển dịch của đất nền trong quá trình cọc đơn được hạ vào đất bằng phương pháp ép tĩnh Qua đó, đề xuất biện pháp thi công ép cọc phù hợp cho loại hình công trình nhà xây chen trong khu dân cư đô thị tại thành phố Hồ Chí Minh.

1.1.1 Giới thiệu sơ lược về phương pháp ép tĩnh cọc

Khi xây dựng công trình cao tầng trong đô thị, từ điều kiện phải xây chen với các công trình có sẵn xung quanh, giải pháp móng thường dùng trước đây là móng cọc khoan nhéi Tuy nhiên, giải pháp cọc khoan nhỏi cho thấy nhiều nhược điểm khi sử dụng như: giá thành cao, khó quản lý được chất lượng của từng cọc nhdi.

Ngay trong việc thử tải cho cọc nhdi, vì lý do quá tốn kém, thường chỉ được tiến hành kiểm tra theo tỉ lệ vài phần trăm Theo Tạp chí Sài Gòn Đầu Tư Xây Dựng 6/1998 “Thử tĩnh một vài cọc nhồi trong công trình là khá nguy hiểm, vì số cọc còn lại có thé là ân họa”[1].

Vi vậy, giải pháp thay thé cho móng công trình hiện nay là ép tĩnh cọc Cùng với sự phát triển rất nhanh trong lĩnh vực sản xuất cọc bê tông cường độ cao, phương pháp ép tĩnh cọc là lời giải hợp lý vì có giá thành thấp hơn rất nhiều so với cọc nhỏi, chất lượng từng cọc được kiểm soát và khả năng chịu lực được nâng cao

(nêu so sánh về gia tri vật liệu làm cọc giữa cọc đúc săn và cọc nhoi).

Phương pháp ép tĩnh cọc là sử dụng tải trọng (thông qua dàn ép thông thường hoặc Robot) dé ép dan cọc xuống nên đất Lớp đất bên dưới bị dịch chuyển do có sự chiếm chỗ của cọc trong đất và có thé gây ra ảnh hưởng nhất định đến khu vực lân can.

Trong phạm vi luận van nay, tác giả xin đề cập đến những chuyền dịch đất nền khi ép cọc, làm rõ phạm vi ảnh hưởng trong khu vực Từ đó, đề ra biện pháp góp phan hoản thiện hơn phương pháp ép tĩnh cọc bê tông cốt thép (BTCT) — phương pháp đang được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay.

1.1.2 Một số phương pháp hạ cọc đang sử dụng tại TP Hồ Chí MinhNhững hình ảnh dưới đây minh họa cho một số phương pháp hạ cọc đang được sử dụng trong thực tế Tuy thuộc vào cấp tải trọng công trình, đặc điểm địa chất cụ thể, điều kiện về diện tích công trường và kinh phí đầu tư Một trong số các

Hình 1.1 Phương pháp ép tĩnh cọc thông thường-sử dung đối trọng là các khối bê tông (hoặc sắt) Phù hợp cho công trình có diện tích rộng. đất Phù hợp cho nhà đưới 3 tang, dién tich chat hep.

Hình 1.3 Phương pháp ép coc bằng robot tự hành-sử dung doi trọng là các khối sắt và trọng lượng bản thân. a

Hình 1.4 Phương pháp cọc khoan nhôi- Sử dung khi có yêu cầu coc có đường kính lớn, chiêu đài sau.

Hình 1.5 Phương pháp ép cọc-khoan trong (Nakabory), su dụng cọc ly tam cường độ cao Phù hợp cho nhà cao tang phía trên có thể được ép thuần túy hoặc khoan-ép. suất — biến dạng của đất xung quanh và dưới mũi cọc được thể hiện như hình 1.7 [2]

Việc ép cọc làm xáo trộn đất xung quanh cọc Khi cọc được ép vào lớp đất nền bên dưới thì sẽ xảy ra những ứng xử khác nhau tùy thuộc vào độ lớn cọc, độ sâu hạ cọc và khác biệt vé đặc trưng cơ lý theo từng loại dat.

1.2.1 Khi hạ cọc vào lớp đất sét [3]

De Mello (1969) đã liệt kê 4 loại ảnh hưởng chính khi hạ cọc vào đất là:

-Lam thay đổi cấu trúc đất xung quanh cọc -Làm bién đổi trạng thái ứng suất trong đất ở vùng lân cận cọc -Làm tăng áp lực lỗ rỗng xung quanh cọc

-Hiện tượng biến đổi độ bền Theo thời gian trong đất

Trước hết, xét cọc ép vào tang đất sét bảo hòa nước Khi ép cọc xuống thì một lượng thể tích đất bị dịch chuyến, thé tích khối đất nầy bằng với thé tích của cọc đã chiếm chỗ Có thể nói hoạt động ép cọc gây ra những thay đỗi về biến dạng trong đất sét Đất có thể bị đấy từ vị trí ban đều BCDE sang ngang với vị trí

B’C’D’E’ (hinh1.8) Do đất sét bảo hòa nước có tính thấm bé, đất bị dịch chuyén và nén ép có thê trôi lên mat dat.

Hình 1.8 Chuyển vị và nén ép của đất xung quanh do ép cọc Trên hình 1.9, cọc có bán kính oa được ép sâu vào trong tầng đất sét, sự thay đối của độ bền cắt doc theo chiều dài cọc và khoảng cách theo phương ngang đến cọc được cho trên hình obcd, trong đó o là góc toa độ Duong A biéu diễn độ bền cắt trước khi ép cọc và cũng là độ bền của đất sét khi còn nguyên dạng Ngay sau khi ép cọc, độ bền cắt biểu thị băng đường B Trước khi ép cọc đất ở điểm a, thì sau khi ép đã dịch chuyển tới điểm o, còn gốc o thì dịch chuyển đến điểm f Độ bền cat bi giảm đi [3].

Vv lo y uv cei ae

Hình 1.9 Độ bên cắt trong đất sét bão hòa nước trước và sau khi ép cọc nước lễ rỗng là không thay đổi Do đó, phần mất đi giữa các hat đã được chuyển thành áp lực nước lỗ rỗng Vì chỉ có lớp đất cách cọc rất gần mới bị xáo trộn nên áp lực lỗ rỗng tăng lên Hon nữa, áp lực ngang bên cạnh cọc tăng do chuyển vị hướng ra ngoài của đất khi ép coc Gradient do áp lực dư này lập tức gây ra thấm và bắt đầu quá trình có kết Vì dòng chảy xảy ra từ điểm có áp lực cao đến điểm có áp lực thấp, do đó hướng của dòng chảy là từ cọc và theo phương đường kính cọc Trong thời gian cố kết, các hạt đất chuyển dịch hướng vào phía cọc vì nước chảy hướng ra.

Như vậy đất trong phạm vi gần mặt cọc giảm hệ số rỗng còn đất ở xa bị dãn nở ra một ít Do đó, sau khi hạ cọc đất tạo nên ma sát bên với tốc độ khá nhanh Điều này thé hiện trong thí nghiệm nén lại (Taylor, 1948) Trên hình 1.9, oh biểu hiện ma sát bên khi nén lại, còn đường C biểu diễn độ bền phụ thuộc khoảng cách tính từ cọc.

CƠ SỞ LÝ THUYET VE CO CHE NEN ÉP VÀ CHUYỂN

DICH CUA DAT NEN KHI ÉP COC 2.1 Áp lực mở rộng vùng ảnh hưởng của đất quanh coc khi hạ cọc

Tương tác giữa coc và khối đất xung quanh coc bat đầu từ khi thi công cọc và tiếp diễn cho đến khi cọc chịu tải trọng của công trình Khi đó, trong khối đất hình thành trạng thái ứng suất — biến dạng khác nhau tại các vị trí dưới mỗi và xung quanh cọc Tính chất cơ lý của đất, trong đó bao gồm các thông số module biến dạng, hệ số Poisson, lực dính, góc ma sát trong , đóng vai trò quan trọng và có ảnh hưởng lên quá trình hình thành và thay đổi trạng thái ứng suất — biến dang của khối đât trong vùng ảnh hưởng tiêp xúc với cọc.

Trong giai đoạn này, vấn đề quan trọng là xác định trạng thái ứng suất — biến dạng (các thành phần ứng suất và tương ứng là các giá trị biến dạng) của đất xung quanh cọc sau khi thi công ép cọc Trong quá trình ép cọc, đất xung quanh cọc sẽ bị phá hoại và dịch chuyển do sự chiém chỗ của cọc Khối đất hình trụ bị ép ra xung quanh và hình thành một vành đai dẻo với đường kính xác định được từ biến dạng thé tích đất do nén ép.

2.1.1 Áp lực mở rộng tại mép cọc Áp lực mở rộng vùng ảnh hưởng ngay cạnh mép cọc được tính từ công thức công bố bởi Vesie (1972) và Torstensson (1973) [5]

TF _m 2rr(1+v) l (2.1) Áp lực mở rong Py được tinh toán từ công thức (2.1) phụ thuộc hệ số độ cứng E/tr (soil rigidity ratio) Trong đó, E là module đàn hỏi, tr là độ bên cắt của đất Có thé thay rằng sự thay đổi áp lực mở rộng khá nhỏ đối với các loại đất cứng (E/tr

>600) Ngược lại, đối với đất yếu có hệ số độ cứng dưới 200, áp lực mở rộng ở bề mặt cọc thay đối khá lớn (Minh hoa ở hình 2.1)

SOIL RIGIDITY RATIO,— { 8 vả od /

Hinh 2.1 Ap lực nén đất khi ha coc phụ thuộc độ cứng đất 2.1.2 Sự phân bồ áp lực của đất theo khoảng cách khi hạ cọc

Một lời giải cho sự phân bố áp lực mở rộng vùng ảnh hưởng trong đất vừa có lực dính vừa có lực ma sát (theo tiêu chuẩn Mohr-Coulomb) được đưa ra bởi Vesic (1972) Sự thay đồi tổng ứng suất trong vùng dẻo quanh một hốc hình tru ở khoảng cách rp! (hình 2.2) được diễn tả băng các phương trình sau: Ày _ 21, (pt=2InCP) +1 (22)

Hình 2.2 Mô tả sự phân bố áp lực mở rộng vùng dẻo quanh cọc

2.2 Áp lực nước lỗ rỗng trong đất khi hạ cọc 2.2.1 Sự gia tăng áp lực nước lỗ rỗng

Sự thay đổi áp lực nước 16 rỗng trong vùng dẻo cho việc mở rộng vùng ảnh hưởng trong điều kiện không thoát nước có thé được tính đến Từ đây có kha năng để xác định sự thay đổi ứng suất hữu hiệu Áp lực nước lỗ rộng thặng dư có thé được diễn ta theo dang thay đối ứng suất thông thường.

Và su thay đối ứng suất cat:

At = =[(Ao, — Aứ;)? + (Ag, — Aứ,)? + (Aứ, — Aứ,)° (26) Đưa đến công thức sau:

Với a và B là các hệ số áp lực nước lỗ rỗng (Henkel, 1960) Gia sử điều kiện ban dau là đăng hướng và B=1 cho đất sét bao hòa Áp lực nước lỗ rỗng thang dư ở mọi điểm chung quanh hốc mở rộng có thé đạt đến theo phương trình sau

Hệ số áp lực nước lỗ rỗng Henkel ar (ở thời điểm phá hoại) có quan hệ với hệ số Skempton Ar bởi quan hệ: a, = 0.707(3A; — 1) (2.9) Ứng suất hữu hiệu tính được từ ứng suất tong (đã tính trước) và ứng suất nước lỗ rong trong vùng déo:

Các phương trình nay này có thé được trình bày theo dạng quen thuộc với hệ số áp lực nước lỗ rỗng Skempton Af

Hệ số áp lực nước lỗ rỗng Af được tinh từ thi nghiệm 3 trục bang phương trình:

A= Au—Aơa (2.16) Aơ—Aơa Đối với thớ nghiệm 3 trục thơng thường (Aứ› =0), phương trỡnh 1a:

Gia tri tiêu chuân của hệ sô áp lực nước lô rong Ar (ở thời diém pha hoại) cho đất bảo hòa được trình bày trong bảng 1 (Lambe và Whitman, 1969).

Bang 2.1 Hệ số áp lực nước lỗ rỗng Ai cho các loại dat (Lambe và Whitman)

Sét qua c6 két nhe 0.3 — 0.7Sét quá cô kết nặng -0.5—0

Hệ số áp lực nước 16 rỗng lớn hơn 1 thì thường gắn liền với loại đất có kết cầu không 6n định và thường bi phá hủy khi chịu tải Phần áp lực hữu hiệu trên hạt cát được chuyền vao áp lực lỗ rỗng và làm sự gia tăng áp lực lỗ rỗng sé lớn hon Aứœ Đối với đất sột quỏ cĩ kết nặng hay cỏt cĩ xu hướng phinh ra khi chịu tải, ỏp lực lỗ rỗng sẽ giảm xuống Hệ số áp lực 16 rỗng Af có thé mang số âm

2.2.2 Dự tính mức phân bố áp lực nước lỗ rỗng theo khoảng cách từ cọc

Một số phương pháp đã được phát triển dé dự đoán phân bố áp lực nước lỗ rỗng dư quanh cọc Đối với áp lực nước lỗ rỗng gần bề mặt cọc, D’Appolonia và

Lambs (1971) đưa ra công thức tính sau [4]:

Trong vùng pha hoại của đất quanh coc, áp lực lỗ rỗng là lớn nhất và không đối, và việc ép những cọc gần ké chỉ làm tăng áp lực lỗ rỗng lên một chút Bên ngoài vùng phá hoại, áp lực lỗ rỗng giảm nhanh theo khoảng cách và tại khoảng cách xuyên tâm khoảng 16 lần đường kính từ cọc hầu như không đáng kể Việc ép các cọc gần ké làm phát triển áp lực lỗ rỗng trong vùng bên ngoài này Vì vậy, ap lực lỗ rỗng lớn nhất gây ra bởi việc ép một số cọc trên một nền móng có thể được dự đoán đơn giản như là giá trị của Aum từ biểu thức (2.18) Nghiên cứu của Lo và Stermac (1965) dé nghị bán kính vùng phá hoại bằng khoảng 4 lần bán kính cọc.

Các phương pháp lý thuyết để ước lượng phân bố của áp lực lỗ rỗng dư theo khoảng cach từ cọc được Nishida (1962) va Ladanyi (1963) nghiên cứu Phuong pháp trước đây dựa trên phân tích trong môi trường đàn dẻo, trong khi đó, phương pháp sau này là hệ quả của lý thuyết về sự mở rộng của một lễ hồng hình trụ trong một khối đặc với trạng thái ứng suất - biễn dạng không thoát nước của đất Phương pháp sau linh hoạt hơn và phản ánh trung thực hơn ứng xử của đất Hơn nữa, nó dựa trên chỉ tiết của các đường ứng suất - bién dang trong phòng thí nghiệm, độ tin cậy của chúng là không cao do bị ảnh hưởng bởi các yếu t6 như sự xáo trộn trong lay mau thử và điêu kiện ứng suât ban dau của mau.

Biểu thức Lo và Stermac được dùng dé thu áp lực lỗ rỗng lớn nhất Aum, từ bé mặt cọc tới khoảng cách rpl Dựa trên hình 2.3 và những phân tích của Nishida

(1962), khoảng cách rpI biến thiên từ 3 fo đến 4 ro đối với đất sét kém nhạy, tới 8 fo đối với đất sét nhạy (với rp! : khoảng cách xuyên tâm từ cọc; fo là bán kính cọc).

Bên ngoài khoảng cách Fpl, áp lực 16 rỗng dư được coi như là biến thiên nghịch đảo bình phương của khoảng cach Ppl từ cọc:

Sự biến thiên được dự đoán bởi Ladanyi và Nishida (1962).

A + Lộ Dat sét biển u oO i

Hình 2.3 Sự biến thien cua dp lực nước lỗ rỗng Đối với nhóm cọc, phân bố áp lực 16 rỗng quanh các cọc riêng lẻ có thể được cộng tác dụng, ngoại trừ áp lực lỗ rỗng không thể vượt quá Aum, như đã được Lo và

2.3 Chuyến dich của đất nền khi ép cọc 2.3.1 Chuyển dịch đất nền khi ép cọc đơn

Steenfelt, Randolph va Wroth (1981) đã thực hiện một số nghiên cứu trong phòng thí nghiệm, sử dụng công nghệ X-quang dé đo đạc sự dịch chuyển của đất do hạ cọc Những mẫu đất sét cao lanh có hệ số quá cố kết khác nhau, trạng thái dẻo

T EXCAVATION

Hình 2.8 Mô tả mức đất trôi của nhóm cọc khi hạ cọc

Dat trồi cũng bị ảnh hưởng bởi những yếu tố hình học của việc bố trí cọc trong nhóm Trong hình 2.9, tỷ lệ đất trồi tương đối Q trên mặt đất phụ thuộc hai yếu tổ :

-Hinh dang của nhóm cọc Y/X

-Khoảng cách tương đối của cọc trong nhóm S/L.

PILE GROUP GEOMETRY,Y/X

Hình 2.9 Anh hưởng của việc bố trí cọc trong nhóm đến sự phân bố đất troi

-Trường hợp 1: Đối với nhóm cọc hẹp (Y/X= 0,20), đất chủ yếu chuyền vị bên ngoài nhóm.

-Trường hợp 2: Đối với nhóm cọc vuông (Y/X= 0,90), với khoảng cách giữa coc xấp xỉ S/L = 02 Dat trồi trong nhóm cọc sẽ tương đối lớn.

-Trường hợp 3: Đối với nhóm cọc vuông, khi khoảng cách giữa các cọc là lớn, thé tích đất chuyền vị bên ngoài nhóm cọc sẽ nhỏ nếu so với thé tích đất bên trong.

-Trường hop 4: Đất trôi cho nhóm coc hẹp với khoảng cách giữa các cọc là tương đối lớn thì gần giỗng như trường hợp như trường hợp 2.

Tuy nhiên, do việc đo đạc để xác định thể tích đất trôi trong và ngoài móng cọc khá phức tạp nên có rất it báo cáo về độ chính xác của đất trồi liên quan đến vẫn dé này Thực nghiệm chi ra răng: đất trồi trong phạm vi nhóm cọc thì thường lớn hon đất trôi ở khoảng cách xa hơn so với móng cọc.

2.3.3 Anh hướng của chuyền dịch dat nền đối với cọc lân cận Ảnh hưởng của việc hạ cọc đối với các cọc liền kề được nghiên cứu bởiHagerty (1969) Trong quá trình hạ cọc, phân đất trồi lên mặt đất sẽ tác dụng một lực hướng lên và kéo cọc liền kề đã có sẵn Từ hình 2.10 và 2.11, cọc không di

34 chuyển cho đến khi lực tác dụng hướng lên vượt quá sức kháng chống kéo lên của cây cọc đã hạ trước đó [5]

ST nh Af f N ÁN am: il N\A ee aint MỸ L/2

AWA \ I

Hình 2.10 Anh hưởng trôi cọc lân cận khi hạ cọc (hagerty, 1969)

GROUND HEAVE DUE TỌ DRIVING PILE 3

Hình 2.11 Cơ chế chuyên vi cọc liền kê (Hagerty, 1969)

Hagerty va Peck (1971) đã dé xuất một mô phỏng đơn giản va gần đúng về mặt lý thuyết để đánh giá độ trôi của cọc đã được ép Thủ tục này dựa trên ý tưởng rang: Coc thắng đứng nam trong đất sẽ bị nâng lên bởi đất trồi tương đối dọc theo phần trên của coc, còn bên dưới một độ sâu nào do, lực kéo xuống sẽ tác động Độ sâu đó (hình 2.12) được xác định bằng cách cân bằng thế năng của lực đấy lên và xuống của phan trên và dưới cua cọc một cách tương ứng Do đó, Coc trôi được coi là liên quan đên sự trôi lên cua dat.

Hình 2.12 Mô hình tinh cọc trôi (Hagerty va Peck, 1971)

Massarsch (1976) chia cọc trồi trong dat ra thành 2 cơ chế khác nhau Khi lực đây cọc lên do đất trồi lớn hon trọng lực của cọc, cọc sẽ trồi lên và có thé trôi lên khỏi mặt đất trong quá trình ép các cọc phụ cận. Độ trôi và biến dạng đất chung quanh do hạ cọc sẽ không đủ sức dé nâng cây cọc liền kề cho đến khi sức kéo lên của đất trồi (tác dụng vào phần trên) vượt quá sức kháng kéo của cọc có sẵn liền kề Nếu lực dính của cọc — đất không thay đôi theo chiều sâu, khi cọc được hạ xuống độ sâu bang với khoảng lớn hơn 1⁄2 chiều dai cọc có san, lực hướng lên (do đất trồi) dọc phan trên lớn hơn sức kháng kéo của phan cọc dưới, cọc liền kể sẽ bị trồi (Hagerty, 1969).

Quan niệm được đề xuất bởi Hagerty có thể được mở rộng đến những loại đất có độ bên cắt gia tăng theo chiều sâu Ở trạng thái cân bằng của những lực tác dụng đọc theo cọc (hình 2.13). giả thuyết độ bên cat ở chiều sâu | là :

Ta có phương trình sau: njL — 2 (2œ-1)

Hình 2.13 Anh hưởng cua sự gia tăng độ bên cắt vào vị trí cân bằng lực khi cọc trôi (ứng với trọng lượng riêng đất 16,5kN/m3)

Khi độ bền cắt là hang số theo chiều sâu (m= 0), điểm cân bang lực ở điểm giữa chiều dài cọc Trong trường hợp độ bên cat của đất gia tăng theo chiều sâu, điểm cân bằng lực sẽ di chuyển xuống dưới va đạt cực đại ở độ sâu 0,707L

Nêu cọc chịu mũi được đặt vào lớp đá Việc hạ cọc trở lại là can thiệt Việc ép cọc trở lại nên được thực hiện sau khi đã ép toàn bộ cọc trong nhóm Đôi với cọc ma sát, việc hạ cọc trở lại có thê bỏ qua, trừ phi việc này được thực hiện trước khi đất tái cỗ kết.

2.4 Nhận xét a) Trong quá trình ép cọc, khối đất xung quanh sẽ bị phá hoại và dịch chuyển do sự chiếm chỗ của cọc Khối đất hình trụ bị ép ra xung quanh và hình thành một vành đai dẻo với đường kính xác định được từ biến dạng thé tích đất do nén ép.

Khi cọc được hạ vào đất, thé tích cọc chiém chỗ trong đất và tạo nên áp lực nén ép đất xung quanh Áp lực nây được gọi là áp lực mở rộng (từ cọc) Áp lực mở rộng lớn nhất Pu ở cạnh cọc và giảm nhanh theo khoảng cách so với cọc Áp lực nầy phụ thuộc hệ số độ cứng của đất ( bang tỉ số module đàn hồi và độ bền cắt) Sự thay đối áp lực mở rộng khá lớn đối với đất yếu và ngược lại chỉ thay đổi một ít đối với các loại dat cứng. b) Trong vùng phá hoại của đất quanh cọc (khoảng 2D), áp lực 16 rỗng là lớn nhất Bên ngoài vùng phá hoại, áp lực lỗ rỗng giảm nhanh theo khoảng cách.

C) Chuyển vị đứng trên mặt đất (đất trồi) do thi công cọc được dự báo từ nghiên cứu lý thuyết của Chow va Teh (1990) Những chuyền vi nay bị ảnh hưởng bởi kích thước cọc và khoảng cách từ cọc Họ cũng tim thấy răng tốc độ trồi giảm khi cọc đi sâu quá một độ sâu nhất định Dưới độ sâu này, chuyển dịch chủ yếu xuông phía dưới và ra xa. Đối với nhóm coc, mức trồi đất còn phụ thuộc vào tong luong thé tich coc. cọc chiếm chỗ trong dat càng nhiều thi mức trồi đất càng tăng Ngoài ra, phạm vi trồi đất của nhóm cọc còn bị ảnh hưởng bởi những yếu tố hình học của việc bồ tri cọc trong nhóm như là: hình dạng của nhóm cọc và khoảng cách tương đối giữa cọc trong nhóm.

Trong quá trình hạ cọc, phần đất trồi lên mặt đất sẽ tác dụng một lực hướng lên và kéo cọc liền kề đã có sẵn khi lực tác dụng hướng lên vượt quá sức kháng chong kéo lên cua cây cọc đã hạ trước đó, cọc có thê bị trôi lên khỏi mặt dat.

DU BAO CHUYEN VỊ DAT NEN TRONG QUÁ TRÌNH

EP COC 3.1 Dự báo chuyển vị đất nền khi ép coc bằng phương pháp giải tích 3.1.1 Dự báo chuyển vị ngang của đất khi ép cọc

Giả thiết khi cọc chiếm chỗ, nền đất quanh cọc không bị nén ép và không dịch chuyền theo phương đứng Giá trị dịch chuyển ngang lớn nhất của đất Ux sẽ được xác định sau khi giải phương trình cân băng giữa thé tích chiếm chỗ của cọc có bán kính r và thé tích mở rộng ra của cột đất xung quanh tại khoảng cách S ké từ tâm

S Thay thế các trị số S để xác định mức Ux chuyén dich đất từ trục cọc (S=0) đến điểm có khoảng cách băng 30 lần bán kính cọc, ở đây giả định cho trường hop hạ cọc D=0,6m Ta được:

Bang 3.1 Giả tri dich chuyển ngang lớn nhất của đất nên khi hạ cọc

Bang cách tính tương tự, Giá trị dịch chuyển ngang lớn nhất ứng với các trường hợp hạ cọc có đường kính khác nhau được trình bày trong hình 3.1:

Hình 3.1 Dự bảo giả trị dich chuyển ngang lớn nhát khi ha coc Gia trị dịch chuyển ngang khác nhau do phụ thuộc đường kính cọc, tuy nhiên nếu khảo sát băng giá trị dịch chuyển tương đối so với đường kính cọc (Ux/r) đường biểu diễn của dịch chuyên ngang đều đồng dạng (hình 3.2)

—®— Giá trị dịch chuyền ngang

Dịch chuyển ngang tương đối (Ux/r) 0,2 0

Hình 3.2 Giá trị dịch chuyển ngang tương doi khi hạ cọc (Ux/r) Độ dốc khá lớn của đồ thị cho thấy giá trị dịch chuyển ngang giảm nhanh từ 100% ở điểm bị chiếm chỗ ở trục cọc chỉ còn khoảng 12% ở điểm cách trục cọc 4r và ở khoảng cách 6r (3D) còn lại khoảng 8%.

3.1.2 Dự báo chuyển vị đứng của đất (đất trồi) khi ép cọc

Dự báo cho đất trôi trên mặt đất do hạ cọc được đề nghị bởi Chow va Teh (1990) [4] Phan dat trồi Uy trén mat đất tai điểm có khoảng cách S tính từ trục cọc do hạ một cọc hình trụ với đường kính D, chiều sâu hạ cọc L cho bởi phương trình:

Dưới đây là dự báo cho trường hợp ép cọc D=0.6m vào đất khi áp dụng công thức trên Chiểu sâu hạ cọc L@D (24m) Chuyển vị đứng trên mặt đất ở khoảng cách 0.6m (1D) Ảnh hưởng theo chiều sâu hạ cọc như sau (Bảng 3.3 và hình 3.4).

Bảng 3.2 Chuyển vị dung Uy (khi hạ cọc) ở điểm cách cọc 1D

Chuyển vi đứng so với từng độ sâu Uy (m)

Chiều sâu /đường kính coc L/D

Hình 3.3 Dự bảo chuyển vị dung cua đất trên mặt dat khi ha coc

Bằng cách tương tự như trên, Chuyển vị đứng trên mặt đất cũng được dự báo trong trường hợp mở rộng cho những khoảng cách xa hơn để so sánh sự thay đổi chuyển vị đứng do ảnh hưởng của khoảng cách đến trục cọc Sử dụng cọc D=0,6m, chiều sâu hạ cọc 30m Khoảng cách tính toán cho các điểm cách trục cọc từ 2D đến 15D cho kết quả như sau :

Bảng 3.3 So sánh chuyên vị đứng Ủy (m) ở điểm cách cọc 2-15D

Kết quả trên được thé hiện trong đồ thị hình 3.5 dưới đây:

Chiều sâu ha cọc/đường kính coc (L/D)

Hình 3.4 So sánh chuyên vị đứng của đất theo khoảng cách với cọc

3.1.3 Tính phạm vi vùng chuyển dịch của đất khi ép cọc

Gia thuyét việc ép coc thực hiện trong một môi trường đồng nhất, đăng hướng, dan hồi dẻo lý tưởng với ứng suất đăng hướng ban dau Pham vi vùng chuyền dịch FpI được diễn tả bởi quan hệ được trình bày băng phương trình của Vesie (1972) dưới đây.

Phương trình trên cho thay việc mở rộng vung ảnh hưởng có thể được dự báo nếu xác định được các thông số đất như hệ số độ cứng E/Tr và hệ số poisson v (với E là module đản hồi va Tr là độ bên cat của đất).

Dưới đây là bảng tính vùng chuyển dịch của đất khi hạ cọc D=0.6m vào đất với giả định v = 0,3 và các hệ số độ cứng E/tr từ 100 đến 900 (bảng 3.2)

Bang 3.4 Pham vi vùng chuyển dịch ngang khi hạ cọc (D=0,6m) r E/tf FpIl (m) pl /r Fpl /D

Hệ số độ cứng E / TF

Hình 3.5 Dự báo phạm vì vùng chuyền dịch ngang

3.2 Mô phỏng chuyền vị của đất nền khi hạ cọc bang phần mềm plaxis 8.5

Nội dung của mô hình tính toán áp dụng chung trong phan nay là (hình 3.6):

-Áp dụng bài toán đối xứng trục.

-Mục tiêu mô phỏng nhăm xác định các chuyên vị khi cọc được ép tinh vào đất, nên tải trong áp dụng dé ép cọc là chuyến vị đứng cưỡng bức tương tự như quá trình ép cọc trên thực tế Cọc được đưa dần từng đoạn vào đất với chuyển VỊ tương ứng (để mô phỏng quá trình cọc chiếm chỗ trong đất)

-Nén một lop, cac thong số địa chất theo tiêu chuan Mohr-Coulomb

10,00 5,0 0,0 1 0111111111/111/11/1/0111111111111110111111. ® t Ẫ Ã ° ° ¢ @ + @ ° f & ô` a 7 Bi? BẦU tụ nó n6 3ó oO

$ o t ° 4 * 4 è Giai đoạn I Giai đoạn 4 Giai đoạn 8 Giai đoạn 9

Coc trên mặt dat Coc ở độ sâu 3m Coc ở độ sâu 15m Coc ở độ sâu 18m

Hình 3.6 Mô phỏng quá trình ép cọc bằng plaxis 8.5Kết quả Chuyển vị đứng có dạng theo hình 3.7 a

Hình 3.7 Mô hình bién dạng khi hạ cọc

3.2.2 Khao sát ảnh hưởng của đường kính cọc, độ sâu hạ cọc và khoảng cách (tính từ trục coc) đến chuyền dich đất khi ép cọc

Trường hợp 1: Khảo sát chuyển dịch đứng và ngang tại mặt đất ảnh hưởng theo yếu tố độ sâu hạ cọc Thực hiện mô phỏng theo mô hình hạ cọc trên với:

-Điều kiện đất nên chuẩn hóa : E’ = 18.000 kPa, c’ = 66 kPa, @° = 149, v=0.3 , ysat kN/m3, y unsat kN/m3.

-Độ sâu hạ coc bang 18 m.Tién hành các giai đoạn ép cọc ứng với từng độ sâu 0.9m: 1.8m; 3m đến 18 m (tương ứng với 1D; 2D 30D - với D là đường kính coc)

-Ghi nhận chuyền vị đứng lớn nhất của đất nền tại mặt đất (độ trồi) sau khi ha cọc đến từng độ sâu nêu trên.

Kết quả tính toán ghi nhận trong phụ lục 1 và 2, được trình bay theo đồ thị hình 3.8 và 3.9 như sau:

Hình 3.8 Chuyển vị dung tai mặt đất ảnh hưởng do độ sau ha cọc.

Khảo sát tại điểm cách cọc 1D

6 go 5 —@— Chuyên vị ngang ứng ® so ò với từng độ sâu

< —®— cộng dôn chuyên vi ©- -25 * ngang a

Hình 3.9 Chuyển Vị ngang tại mặt đất ảnh hưởng theo độ sâu hạ cọc.

Khảo sát tại điểm cách cọc 1D

Trường hợp 2 : Khao sát chuyển dich đứng và ngang tai mat đất anh hưởng theo yếu tố khoảng cách so với trục cọc khi hạ cọc.

Mô phỏng được thực hiện theo mô hình và các thông số địa chất như trường hợp 1 Kết quả phi nhận trong phụ lục 3 và 4, được phân tích và thể hiện bằng đồ thị trong hình 3.10 và 3.11

CHIỀU SÂU ÉP CỌC/ĐƯỜNG KÍNH (L/D)

Hình 3.10 Chuyển vị đứng tại mặt đất ảnh hưởng theo khoảng cách tính từ cọc

—@®— Diém cách truc 2D -20