Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng: Dự đoán khả năng chịu tải của cọc khoan nhồi bằng phương pháp phần tử hữu hạn

NOI DUNG: - Mở dau- _ Chương 1: Tổng quan về công nghệ thi công cọc khoan nhdi.- - Chương 2: Tổng quan các phương pháp xác định sức chịu tải của cọc khoan nhồi theo phương pháp giải tích

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCMTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

PHẠM VĂN THANH

DU DOAN KHẢ NĂNG CHIU TAI CUA COC KHOAN NHỎI

BANG PHUONG PHAP PHAN TU HUU HAN

CHUYEN NGANH: KY THUAT XAY DUNG CONG TRINH NGAMMA SO: 60580204

LUAN VAN THAC SI

TP HO CHI MINH, thang 12 nam 2014

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠITRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOAĐẠI HỌC QUOC GIA TP HO CHI MINHCán bộ hướng dẫn khoa học : PGS.TS CHAU NGOC AN

Cán bộ chấm nhận xét 1 : TS LE VAN PHA

Cán bộ cham nhận xét 2 : TS NGUYEN SY LAM

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, DHQG Tp HCMngày l5 tháng 01 năm 2015

Thành phan Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:1 GS.TS TRAN THỊ THANH - - 5: Chủ tịch Hội đồng2.TS BUI TRUONG SƠN - 25c cccccccec Thư ký

3 TS LE VAN P.HA -¿-2-c + 2£<+x+tsesrrsrerree Ủy viên4 TS NGUYEN SY LÂM ¿ 5 cccscsrcrerei Uy vién5 TS TRUONG QUANG HÙNG - Uy viénXác nhận của Chu tịch Hội đồng đánh giá LV va Trưởng Khoa quản ly chuyênngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).

CHỦ TỊCH HỘI DONG TRƯỚNG KHOA XÂY DỰNG

GS.TS TRÂN THỊ THANH TS NGUYÊN MINH TÂM

Trang 2

ĐẠI HỌC QUOC GIA TP.HCM CỘNGH AXA HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAMTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIEM VỤ LUẬN VAN THẠC SĨHọ tên học viên: PHẠM VĂN THANH MSHV: 13090098

Ngày, tháng, năm sinh: 01/07/1983 Noi sinh: Gia LaiChuyén nganh: KY THUAT XAY DUNG CONG TRINH NGAMMã số: 60580204

I TÊN DE TÀI:DU DOAN KHẢ NANG CHIU TAI CUA COC KHOAN NHOI BẰNG PHƯƠNG

PHAP PHAN TỬ HỮU HAN

chịu tải của cọc

Ill NOI DUNG:

- Mở dau- _ Chương 1: Tổng quan về công nghệ thi công cọc khoan nhdi.- - Chương 2: Tổng quan các phương pháp xác định sức chịu tải của cọc khoan nhồi

theo phương pháp giải tích.- _ Chương 3: Mô phỏng cọc khoan nhỏi bằng phần mềm plaxis.- _ Chương 4: Phân tích và đánh giá kết quả.

- _ Kết luận và kiến nghị.- Tai liệu tham khảo.- Phu lục

IV NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 07/07/2014V NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 07/12/2014VI CÁN BO HUONG DAN: PGS.TS CHAU NGOC AN

Tp HCM, ngay 07 thang 12 nam 2014.CAN BO HUONG DAN CHU NHIEM BO MON DAO TAO

PGS.TS CHAU NGOC AN TS LE BA VINH

TRUONG KHOA XAY DUNG

TS NGUYEN MINH TAM

LỜI CÁM ƠNTrước tiên, học viên xin chân thành cảm ơn quý Thay Cô trong bộ môn Dia cơ Nềnmóng, quý Thầy Cô đã nhiệt tình, tận tâm truyền đạt cho học viên những kiến thức hếtsức quý báu và hữu ích trong suốt thời gian học viên tham gia khóa học Hôm nay, vớinhững dòng chữ này, học viên xin bày tỏ lòng biết ơn và tri ân sâu sắc đối với quý ThầyCô.

Học viên xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu nhà trường, Phòng đảo tạo SauĐại học trường Đại học Bách khoa Tp.HCM đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợicho học viên trong suốt quá trình học tập tại nha trường.

Đề cương Luận văn Thạc sĩ của học viên được hoàn thành đúng thời hạn theo quyđịnh là nhờ sự giúp đỡ tận tâm, tận tình và đầy nhiệt huyết của PGS.TS Châu Ngọc An.Học viên xin chân thành cảm ơn PGS.TS Châu Ngoc An, người Thay đã tận tình hướngdẫn và định hướng giúp học viên đưa ra những hướng nghiên cứu cụ thể Bên cạnh đó,Thay cũng cung cấp cho học viên nhiễu tài liệu, truyền đạt những kiến thức quý báutrong suốt quá trình học tập và nghiên cứu.

Học viên cũng xin chân thành cảm ơn các Thay TS Lê Bá Vinh, TS NguyễnMinh Tâm, PGS.TS Võ Phan, TS Bui Trường Sơn, GS.TS Dương Nguyên Vii, TS.Tran Tuan Anh, TS Lê Trọng Nghĩa, TS Đã Thanh Hai đã tạo điều kiện tốt nhất chohọc viên học tập và nghiên cứu khoa học trong hai học kỳ vừa qua Các Thay Co da luontận tâm giảng day và cung cấp cho học viên nhiều tài liệu quý báu và những hướngnghiên cứu cân thiết.

Bên cạnh đó, học viên xin trân trọng cảm ơn các anh chị làm việc trong dự án xâydựng tuyến đường sắt đô thị TP Hỗ Chí Minh, tuyến Bến Thành — Suối Tiên (Tuyến số1) đã giúp đỡ học viên trong việc thu thập các số liệu quan trac quý báu cần thiết để hoànthành luận văn này

Cuối cùng, học viên cũng xin bày tỏ lòng ghi ơn và tri ân sâu sắc đến gia đình, bạnbè và các đồng nghiệp đã luôn quan tâm, động viên và giúp đỡ học viên rất nhiều trongsuốt thời gian của khóa học cũng như trong khoảng thời gian thực hiện luận văn thạc sĩnày

HỌC VIÊN

PHẠM VĂN THANH

Trang 4

TÓM TẮTTrong luận văn này, tác giả sử dụng thí nghiệm nén tĩnh hiện trường có gắn cácthiết bị đo biến dạng dọc thân cọc để phân tích hai thành phân sức chịu tải của cọc khoannhỏi trên dia bàn Q.2, Q.Thu Đức — TP Hồ Chí Minh Hai thành phan sức chịu tải củacọc bao gôm: ma sát hông và sức chịu mũi Từ đó, bang phần mềm Plaxis 2D sử dụngmô hình Mohr - Coulomb, tiến hành mô phỏng các cọc khoan nhôi nói trên và xác địnhsức chịu tai của các cọc Công việc được thực hiện trên ba cọc khoan nhi gôm: TPB-02(đường kính d = 1,5m, chiều dài L= 77m), TPB-03 (đường kính d = 1,2m, chiều dài L =75m), TPB-05 đường kính d = 1,5m, chiều dài L = 55m).

Két quả phân tích sức chịu tải cua cọc từ thí nghiệm nén tinh hiện trường và từ môphỏng bằng phần mềm Plaxis 2D như sau: sức chịu tải của cọc chủ yếu được huy độngdo thành phan ma sát hông, chiếm từ 80% đến 90% sức chịu tải tổng, thành phan sứcchịu mũi chỉ chiếm từ 10% đến 20% Do đó, khi tính toán sức chịu tải của cọc khoannhỏi người thiết kế có thêm cơ sở dé lấy hệ số an toàn cho thành phan ma sát hông FS, =2 và cho thành phân chịu mũi FS, = 3.

Thông qua thí nghiệm nén tĩnh hiện trường ghi nhận được thành phần sức chịu tảido ma sát hông giữa cọc va đất trong cùng một lớp đất thay doi không đồng đều theochiều sâu Cụ thể, sức chịu tải do thành phan ma sát hông trong cùng một lớp đất khôngtăng tuyến tính theo chiều sâu (dao động xung quanh giá trị trung bình khá bất thường).Khi có tải trọng tác động lên đầu cọc, thành phan suc chiu tai do ma sat hong duoc huyđộng rất nhanh.

Mô phỏng thí nghiệm nén tĩnh cọc bằng phần mém Plaxis 2D sử dụng mô hìnhMohr — Coulomb diễn tả không tốt quá trình giảm tải Vì vậy, với cùng một cấp tải trọngtác động lên đầu cọc, quá trình giảm tải cho chuyển vị của cọc bằng với quá trình tăngtải Tuy nhiên, với mục đích xác định sức chịu tải của cọc bằng phương pháp phần tử hữuhạn thì van dé này không ảnh hưởng nhiều đến kết quả của luận văn Sau khi mô phỏngcọc khoan nhỏi bằng Plaxis 2D, tiến hành vẽ đồ thi quan hệ tải trọng và chuyển vị, ápdụng phụ lục E của TCVN 9393 : 2012 [10] dé xác định sức chịu tai của cọc.

ABSTRACTThe aim of this thesis is to be investigated and analyzed the bearing (loading)capacities of bored-pile by in-situ Static Load Testing (Pile Load Test) with measuringinstruments of longitudinal deformation (strain gage) at 2" District and Thu Duc Districtin Ho Chi Minh City The strain components of bored-pile are included: 1) wall frictionand 2) toe resistance The bored-piles are imitated and specify its bearing (loading)capacities by Plaxis 2D software with Morh — Coulomb Model Three (03) bored-pileswere chosen to analysis: TPB-02 (Diameter = 1.55 m, Length = 77.0 m); TPB-03(Diameter = 1.5 m, Length = 75.0 m) and TPB-05 (Diameter = 1.5 m, Length = 55.0 m).

The results of bearing (loading) capacities of bored-piles were analyzed andrecorded as following: 1) the wall friction occupied 80% to 90% and 2) toe resistanceoccupied 10% to 20% Therefore based on the results, when the designer calculates thebearing, it is added a factor of safe (FS) where wall friction FS, = 2 and toe resistance FS,= 3

According to the in-situ testing results, we recorded that the bearing capacity causedby wall fiction between pile and surrounded soil (in same soil layer) is not variedhomogeneous by depth That means the bearing capacity caused by wall fiction in samelayer of soil is not increased linear by depth (the bearing is varied around its averagevalue fairly extraordinary) If having the loading at top of bored-pile, the bearing capacitycaused by wall fiction is occurred very fast

The bored-piles are imitated and specify its bearing (loading) capacities by Plaxis2D software with Morh — Coulomb Model But this method do not describe clear theunloading cycle Thus, within the same load-level, the displacement of pile by unloadingcycle is equal load increment However, if the aim is determination of pile bearingcapacities by Finite Element Method (FEM), it will not influence the analysis of thesis.Finally, the author carried out the load-displacement curve based on the Appendix E,Vietnamese Standard 9393:2012 [10] to determine the bearing (loading) capacities ofbored-piles

Trang 6

LỜI CAM ĐOANTôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu cua tdi.Các kết quả nêu ra trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bốtrong bất kỳ công trình nghiên cứu nào khác.

Thanh pho Hô Chí Minh, ngày 07 thang 12 năm 2014.

Tac gia

PHAM VAN THANH

MỤC LỤC

09009 00007 4TOM TAT 0 — ,Ô 5

1x7 (an 6

0906096090907 7PHAN MO) 710 Ô 12

TONG QUAN VE CÔNG NGHỆ THI CÔNG COC KHOAN NHỎI 15

1.1 THIET BI THI 006) 97 7 a LGB.:ÔÔ 15

1.1.2 Thiết bị trộn và xử ly cát lẫn trong dung dich benf0if€ - c5 ccccccsrcrxseee 161.1.3 Các thiết bị kHiÁC ác tt kg HT TH TT HT TT HT 17

1.2 QUÁ TRÌNH THI CÔNG [9] L2 E1 22222111112 22311 1111119311111 1921111 E ng 11kg kg 17

1.2.1 Công tác chuẩn Đị - sec tt ng TH HH go TH TH ng 17

I1 42 01 nh .+ d aa 17

1.2.3 Công tác khoan tqo ÏỖ - - St kEkE TT HH TT HH iu 181.2.4 Công tác gia công và ha lông thép cccccccccccescscsssssstsssscstssssevssssssvesasavsveneavavsveneass 201.2.5 Xử lý cặn lắng đáy hồ khoan trước khi đồ bê tông c5 cccrsevsrerseee 211.2.6 Đồ bê tÔIg - - ST TT TT HH HH TT TH Hy 211.2.7 Rút Ống vách và vệ sinh AAU COC vcceccccscecsecssssssssssssvstssssvstssssvevsneasevereasavsvenensavseneass 22

2.3.1 Tính theo công thức Mleyer ÏGJƒ[ - c G331 St vn ng vn hà 242.3.2 Tính theo công thức của Nhật BẲn cect c cece HT tk khen, 25

2.4 SỨC CHIU TAI CUA CỌC THEO KET QUA THÍ NGHIỆM XUYEN TĨNH (CPT) 252.5 SỨC CHIU TAI CUA CỌC THEO THIẾT BỊ ĐO BIEN DẠNG DỌC THÂN CỌC (STRAIN GAGES)

26" X8): 9043 09:00/9 072211757 AAAÔỒố.Ú 29

010/9) i01 — 37

MO PHONG COC KHOAN NHỎI BẰNG PHAN MEM PLAXIS 37

3.1 XÁC ĐỊNH SUC CHIU TAI CUA CỌC THEO LY THUYET TU CAC CONG THUC KHAC NHAU373.2 MO PHONG CỌC KHOAN NHOI BANG PHAN MEM PLAXIS 2 275cc c++<<2 37

3.2.1 Tổng quan về Plaxis mô hình Mohr — Coulomb + Sccterrsevererkseeree 373.2.2 Thống kê các thông số địa chẤT, ch kề HE ng gu rờt 42

3.2.3 Mô hình cọc TPB-02 từ Plaxis 2Ì) HT TT ng 1xx ka 503.2.4 Mô hình cọc TPB-03 từ Plaxis 2Ì) QC HT ng ng xxx kg 513.2.5 Mô hình cọc TPB-05 từ Plaxis 2Ì) HH ng ng 1x ka 52

00019) i07 ,ôÔ 53

PHAN TICH VÀ DANH GIA KET QUA cccssssssssssssssssnssncsncssssnssnssnssossocssessecsecsscseconesncsneens 53

ALD Sức chịm ti MOC GN CỌC Ăn HT kg 53

4.1.2 Thành phân ma sát hÔHg - - nền TnkEETT ng ghggrrưu 554.1.3 CHUYEN Vi CA COC cecccececcccsssssvesssvevssssssvsussssvsneusavsvsnensavesnsasavaeasassvseasavsusnsataneveaeavane 57

4.2 XÁC ĐỊNH SUC CHIU TAI CUA CỌC TỪ PLAXIS 2D 0 ccccccccccccccccccesseccceceessseeeeceesssaeeees 61

AQ COC TPB-O2 nh he ee dẢ 61

4.2.2 COC 0 0 he e< 444 61

4.2.3 COC TPB-OS nh he he -||L::LÖLŒ:-1Íil" 62

4.3 DANH GIÁ KET QUA - - - CC CC S 9S SSSS ng ng ng 0 0 6011k ki 634.4 DONG GOP 100/060 Lm a-Ả ẢT BI 64KET LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ, 2 ° 2+ sư xe exeeesevecsovee 6598 00.0077 ÔỎ 65KIEN NGHI 01 ÔỎ 66TÀI LIEU THAM KH ÁOO 5 < sơ 2£ s4 se 9e xe eøeesevcsesee 675 i00000 68

5.1 BANG SO LIEU DONG HO ĐO CHUYEN VỊ NEN TĨNH HIỆN TRƯỜNG <- 68SDD COC ¡J0 nh hes 5 1 ó85.1.2 COC TPB-O3 n6 hhe< Gốă.ăố.ốỐ.Ốố.ố 805.1.3 COC TPB-OS occcccccccccccccccsscccsscescsseesssccesseccsseecesseeceseeeessecesseccsssecesaeeceseecesseeeesaeeesseesesaees 925.2 BANG SO LIEU ĐO BIEN DẠNG CO LAI CUA CỌC cccccccccsccecceseceecceeeesceeeeeesssseeecensaees 104SDD COC (0v 7n nh nh aA a.a." ố.ố.ố 1045.1.2 COC TPB-O3 - cHH ng vrt 105SLB COC 0 n6 6h he ẽ e.-.(.(::::‹+£3 1065.3 BANG SO LIEU STRAIN GAUGES NEN TĨNH HIỆN TRƯỜNG - 55552 2+S<<<<s++2 107SB COC 0/0 he 14 ảắnẽnaa 107

5.3.2 COC 0.50 PP he 4l 117

5.3.3 COC TPB-O5 nh ẽẶ.({a(d(Ö 127

5.4 BANG SO LIEU TÍNH LUC DOC THAN COC TU NEN TĨNH HIEN TRUONG 137

SAD COC TPB-O2 occcceccccccccccccccccesscesuscceseccessecesssecesseeessecesseccesaeccsseecesseeeeseeeessecessaeeesseeeaes 137170,0 0N nhe e ::(:Oas 5-1 14154.3 COC 0x7 nh he <a 145

5.5 BANG SO LIEU MA SÁT HÔNG TỪ NEN TĨNH HIỆN TRUONG 555 5555552 149SSL COC TPB-O2 0N hee (.Ã1 ốc Ê.(.(,: 1Ö3Ö3ÖOÔÔ ` 1495.5.2 COC TPB-O3 Eh- ẽ.ẽ (2© 151

5.5.3 COC 0x he ad ala na 153

5.6 BANG SO LIEU TÍNH LUC DỌC THAN COC TỪ MÔ HÌNH PLAXIS - - 155

5.6.I COC TP B-()2 - Gà T h 1555.6.2 COC T'PB-03 - - c c T T2 HH2 H21 1111 11g reu 1595.6.3 COC TIPB-(5 SG t2 2TET H22 n2 1 111 1u 163

5.7 BANG SO LIEU CHUYEN VỊ ĐẦU CỌC TỪ MÔ HÌNH PLAXIS - 5 2< <<<<552 167

5.7.1 COC TÌPB-(2 56c T TET 2 2222111 101g ràu 1675.7.2 COC T'PB-03 - St 2T HH2 n2 t1 112101 ngu 1675.7.3 COC TP.B-(5 c2 2T 22H H21 111011 ru 167

PHAN LY LICH TRÍCH NGANG 5< sex eo eseeeeree 168QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠẠOO 5° << sợ cư mg cư 0g cv 0x gegeersee 1689)0/.W):4));1060)icay co 168

DANH MỤC HÌNH ẢNH;inI;mn 0/2477 15HÌNH 1.2: MAY TRON VÀ XU LÝ CAT CHO DUNG DỊCH BENTONITE 16HÌNH 1.3: THIẾT BỊ THU HỎI, XỬ LÝ VÀ CHỨA ĐỰNG DUNG DỊCH BENTONITE)7.1e5.108))00 0212575 ôÔỎ 16HINH 2.1: DO THỊ TRA HE SỐ Nog 555-552 cscescnsvsstsssvnsvssvssvsrrsersersensrssrssrse 24HÌNH 2.2: THIẾT BỊ CAM BIEN ĐO SUC CHIU TAI DOC THAN COC (GEOKON

CO) ee 27

HÌNH 2.3: THIET BỊ CAM BIEN ĐO BIEN DANG CUA COC (GEOKON A-9) 27HÌNH 2.4: LAP DAT THIET BỊ CAM BIEN VÀO LONG THEDP c.ccsssssssssssesssssseseees 28HINH 2.5: TIEN HANH THÍ NGHIEM VA QUAN SÁT SỐ LIEU ĐO 28HÌNH 2.6: THONG SO KY THUAT CUA STRAIN GAGES GEOKON 4200 31HÌNH 2.7: THONG SO KY THUAT CUA STRAIN GAGES A -9 <5cc5cse- 33HINH 2.8: SO DO VI TRI LAP DAT CAC THIET BI CAM BIEN DOC THAN COC TPB-

Trang 10

HÌNH 3.6: MÔ HÌNH COC TPB-03 TRONG PLAXIS 5 < 5c sce<csessesee 51HÌNH 3.7: MO HINH COC TPB-05 TRONG PLAXIS -< 5< 5c sce<csessesee 52HÌNH 4.1: TAL TRỌNG DỌC THAN COC 'TPB-()2 <5 5 se se se cseesesscsessesee 54HÌNH 4.2: TAL TRỌNG DỌC THAN COC 'TPB-()4 - 5-5 5° se s<cseesesscsessesee 54HÌNH 4.3: TAI TRỌNG DỌC THAN COC TIPB (5 5 5° se sssseeseseseesee 54HÌNH 4.4: SỰ HUY ĐỘNG MA SÁT HÔNG CỦA CỌC TPB-02 TỪ THÍ NGHIỆM NÉN

HÌNH 4.7: BIEU ĐỎ QUAN HE TAI TRỌNG VÀ CHUYEN VỊ CUA COC TPB-02 57

HÌNH 4.8: BIEU DO QUAN HE TAI TRỌNG VA CHUYEN VỊ CUA COC TPB-03 58

HÌNH 4.9: BIEU DO QUAN HE TAI TRỌNG VÀ CHUYEN VỊ CUA COC TPB-05 59

HÌNH 4.10: PHƯƠNG PHAP DE BEER <5 5 5° << se se sessseeseseesessesee 60HÌNH 4.11: PHƯƠNG PHÁP DAVISSION < << se sssscsecseesevsesseessessrsssse 60HÌNH 4.12: XÁC ĐỊNH SUC CHIU TAI CUA COC TPB-02 TỪ KET QUÁ PLAXIS 61

HÌNH 4.13: XÁC ĐỊNH SUC CHIU TAI CUA COC TPB-03 TỪ KET QUÁ PLAXIS 62

HÌNH 4.14: XÁC ĐỊNH SỨC CHIU TAI CUA COC TPB-05 TỪ KET QUÁ PLAXIS 62

DANH MỤC BANG BIEUBANG 1.1: CHI TIỂU TINH NANG BAN ĐẦU CUA DUNG DỊCH BENTONITE 18

BANG 1.2 - SAI SO CHO PHÉP VE LO KHOAN CỌC - 5-5-5 ssssceseseseesee 19BANG 1.3 - SAI SO CHO PHÉP CHE TẠO LONG THÉP - 5-5 es sesseses 21BANG 2.1: HE SO KC VA © 5° sư 9 vợ gi eøgoemgoeeogreee 26BANG 3.1: SUC CHIU TAI CUA CAC COC THEO MOT SO CÔNG THỨC GIẢI TÍCH¬ L.L Ỏ Ạ ÔỎ 37BANG 3.2: TONG HỢP CÁC THONG SO DIA CHAT NHẬP VÀO MÔ HÌNH PLAXIS(09/9220 177 ÔỎ 42BANG 3.3: TONG HỢP CÁC THONG SO DIA CHAT NHẬP VÀO MÔ HÌNH PLAXIS(09 e6 ÔỎ 43BANG 3.4: TONG HOP CAC THONG SO DIA CHAT NHAP VÀO MÔ HÌNH PLAXIS(09 e7 Ô 43

BANG 4.1: SO SÁNH SUC CHIU TAI MUI VÀ MA SÁT HÔNG - 63BANG 4.2: SO SANH CÁC LOẠI CHUYEN VỊ CUA CỌC 2 5-5 scescscseecs 63

PHẢN MỞ ĐẦU1.1 Đặt van đề

Theo số liệu thống kê của Tổng cục thống kê, với tốc độ gia tăng dân số hiện naycủa cả nước nói chung và Tp.HCM nói riêng diễn ra rất nhanh, dẫn đến nhu cầu xây dựngcác công trình nhà ở, giao thông ngày một nhiều Đặc biệt là các công trình như: chungcư, cao 6c văn phòng, trung tâm thương mai, cầu, cảng, tau điện ngầm Các loại côngtrình này có tải trọng rat lớn nên hau hết các công trình nói trên có khuynh hướng sửdụng các loại móng sâu như móng cọc ép, cọc đóng, cọc khoan nhi hay là cọc barret.

Trong hơn mười năm qua, công nghệ cọc khoan nhỏi đã được áp dụng mạnh mẽtrong xây dựng công trình ở nước ta Theo [16], hiện nay ước tính hang năm ở nước tathực hiện khoảng 50, 70 nghìn mét dài cọc khoan nhdi có đường kính 0,8 đến 2,5m, vớichi phí khoảng 300, 400 tỷ đồng Vi vậy việc tìm ra các biện pháp kinh tế - kỹ thuật dé sửdụng móng cọc khoan nhôi có hiệu quả hơn là một van đề cần thiết không những chỉ đốivới các nhà nghiên cứu mà còn đối với cả các nhà thiết kế, nhà thầu, tư van giám sát.

Đối với móng cọc, tải trọng công trình thông qua cọc được truyền xuống các lớp đấtbên dưới bởi hai thành phân: thành phần do ma sát hông giữa cọc và đất, thành phần sứcchịu mũi của cọc Vấn đề được đặt ra ở đây là xét trong một khu vực địa chất cụ thể nàođó, trong quá trình tham gia chịu tải của cọc, thành phần ma sát bên và thành phần sứcchịu mũi chiễm một tỷ lệ bao nhiêu so với sức chịu tải tong của cọc theo thiết kế? Thiếtkế hiện nay có khai thác được tối đa khả năng chịu tải của cọc hay chưa?

Hiện nay, khi tính toán sức chịu tải của cọc, người thiết kế chủ yếu dựa vào số liệutừ các thí nghiệm trong phòng và kết quả tính toán sức chịu tải của cọc còn khác nhiều sovới thực tế Các thí nghiệm trong phòng còn tôn tại nhiều hạn chế do điều kiện lay mẫuhiện trường, vận chuyển và bảo quản mẫu cũng như việc tiến hành các thí nghiệm trongphòng không có độ chính xác cao, nguyên nhân có thể là do thiết bị, con người

Sau khi tính toán sức chịu tải của cọc theo các cơ sở lý thuyết khác nhau, dẫn đếncho ra nhiều giá tri sức chịu tải khác nhau nên việc xác định sức chịu tải của cọc ganđúng với thực tế là một van dé khó khăn hiện nay đối với người thiết kế Trước khi triểnkhai thi công các cọc một cách đại trà, người thiết kế thường thiết kế một số cọc thử vàsử dụng các phương pháp thí nghiệm hiện trường như: thí nghiệm nén tinh, thử độngPDA, thí nghiệm Osterberg dé xác định sức chịu tải của cọc, từ đó tiễn hành thiết kế vàthi công các cọc đại trà Tuy nhiên, việc thực hiện các thí nghiệm nói trên là tương đốiphức tạp và rất tốn kém, do vậy, cần có thêm nhiều phương pháp tính toán khác để xácđịnh sức chịu tải của cọc gần đúng với thực tế nhất Nhăm giúp cho người thiết kế cóthêm nhiều cơ sở để xác định sức chịu tải của cọc.

Ở nước ta tuy đã có các công nghệ: siêu âm để đánh giá chất lượng độ đồng nhấtcủa bê tông, thử động biến dạng nhỏ để đánh giá độ nguyên vẹn và thử động biến dạnglớn để đánh giá sức chịu tải của cọc khoan nhồi Nhưng ngoài ra, việc thử tải băng hộpOsterberg và công nghệ bom vữa sau post - grouting dé nâng cao sức chịu tải cho cọc dai,

Trang 12

công nghệ siêu âm để quan trắc hình học lỗ khoan sau khi đào, công nghệ thử tải cọc cógan thiết bi đã được áp dụng, nhưng còn do nhà thầu nước ngoài thực hiện.

Việc đánh giá sức chịu tải của cọc ở nước ta thường dựa vào các chỉ dẫn thiết kế,trong đó mặc định sức chịu mũi và ma sát hông đạt đến một ty lệ nhất định của giá trigiới hạn mà không xét đến ảnh hưởng của chiêu dài thân cọc cũng như tính chất cơ lý củalớp đất mang tải mũi cọc Tỷ lệ thí nghiệm đánh giá sức chịu tải của cọc trên hiện trườngđược thực hiện rất thấp do bị hạn chế về kinh phí.

Đề giải quyết van dé này, câu hỏi đặt ra ở đây là: có thé sử dụng phương pháp phantử hữu han dé phân tích và đánh giá được các thành phân sức chịu tải của cọc hay không?Phương pháp phân tử hữu hạn có thể xác định sức chịu tải của cọc không? Do đó, đề tài:“Dự đoán khả năng chịu tải của cọc khoan nhôi bằng phương pháp phan tử hữuhạn ” được tác giả lựa chọn để nghiên cứu và giải quyết vẫn đề được đưa ra.

1.2 Mục đích nghiên cứuVới nhu cầu sử dụng móng cọc trong thiết kế các công trình xây dựng ngày càngtăng, việc thiết kế chính xác sức chịu tải của cọc là hết sức cân thiết đối với công tác thiếtkế Tuy nhiên, hiện nay khi thiết kế sức chịu tải của cọc hầu hết được thiết kế với hệ sốan toàn rất cao, do đó chưa khai thác hết khả năng chịu tải của cọc, gây lãng phí rất nhiềucho các đơn vị Chủ đầu tư.

Phân tích va tính sức chịu tải của cọc khoan nhỏi bang các phương pháp giải tích.Trên cơ sở kết quả thí nghiệm nén tĩnh hiện trường phân tích và xác định với những mụcđích chính như sau:

- Ma sát bên giữa cọc và dat trong cùng một lớp đất thay đối như thé nào theo chiềusâu

- Tong lực ma sát hông cua cọc, tong lực ở mũi coc, mỗi thành phan chiếm một tỷlệ bao nhiêu so với sức chịu tải tong cua coc.

- Két hợp phân tích ngược theo phương pháp phan tử hữu han qua đó du đoán sứcchịu tải của cọc

Từ kết quả phân tích ngược theo phương pháp phan tử hữu han, có thể mô phỏngcọc cho từng địa chất cụ thé khác nhau va dự đoán sức chịu tải của cọc khi thiết kế cọc ởkhu vực đó Nghiên cứu này sẽ giúp cho các đơn vị Tư vấn thiết kế có thêm cơ sở để lựachọn sức chịu tải của cọc được tối ưu hơn khi thiết kế móng cọc.

1.3 Phương pháp nghiền cứuNghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm thông qua thí nghiệm nén tĩnh hiệntrường và phân tích ngược về sức chịu tải của cọc thông qua phần mềm Plaxis.

- Trén cơ sở lý thuyét, tính toán sức chịu tải của cọc khoan nhôi theo một sô công thứcgiải tích của các tác giả khác nhau

- Tw kết quả thực nghiệm, tiến hành phân tích sự phân bố sức chịu tải của hai thànhphan sức chịu tải cua cọc gom: sức chịu tải do ma sat hông, sức chịu tai mỗi coc trongquá trình tham gia chịu tai.

- _ Tiến hành mô phỏng cọc khoan nhồi bằng phương pháp phan tử hữu hạn theo phanmềm Plaxis dé tìm sức chịu tải của cọc.

- So sánh sức chịu tải của coc tính được từ phân mềm Plaxis với kết quả tính được từcác công thức giải tích khác nhau và kết quả nén tĩnh hiện trường, từ đó đưa ra cácnhận xét, hệ số hiệu chỉnh và dự đoán sức chịu tải của cọc trong những trường hợpkhác thông qua phan tử hữu hạn.

1.4 Pham vi nghiên cứuDo tính chất phức tạp của đất nền cũng như giới hạn của tài liệu thu thập được củađề tài, dé tài này chỉ giới han ở khu vực Quận 2, Quận Thủ Đức - Thành phố Hồ ChíMinh

Đề tài phân tích sức chịu tải của 03 cọc khoan nhdi bằng bê tông cốt thép gồm: mộtcọc có đường kính I,2m, chiều dài 75m; hai cọc có đường kính 1,5m, một cọc có chiềuđài 55m và một cọc đài 77m

- Pia điểm: Quận 2, Quận Thủ Đức — Tp.HCM (dọc theo xa lộ Hà Nội)

Trang 14

CHƯƠNG 1

TONG QUAN VE CÔNG NGHỆ THỊ CONG COC KHOAN NHỎI1.1 Thiết bị thi công

1.1.1 Thiết bị khoanVới kỹ thuật phát triển hiện nay, có rất nhiều loại thiết bị khoan, với các công suấtvà chiều sâu khoan khác nhau Tùy vào từng loại công trình, từng khu vực địa chất, theotừng yêu cau cụ thé của thiết kế mà chúng ta chọn thiết bị khoan cho phù hợp.

a) Máy khoan can b) Máy khoan tuần hoàn

Hình 1.1: Máy khoanHiện nay, các nhà thầu ở nước ta đủ khả năng thi công cọc khoan nhéi đạt đến độsâu khoan 100m và đường kính khoan 2.5m Đây cũng là phạm vi tối đa xét về tính kinhtế của cọc khoan nhỏi Các nhà thầu có đủ phương tiện dé hạ ống vách đường kính 2,5mcó chiêu dai đến 40, 50m vào trong nền đất sét có độ chặt trung bình Công nghệ khoankhô hay trong dung dịch cắt qua các tầng đất khác nhau đã trở thành bình thường đối vớicác nhà thầu Độ sâu cần thiết chôn mũi cọc vào đá được thực hiện không có gì khó khăn.Tạo lỗ theo phương pháp khoan tuần hoàn là phương pháp tạo lỗ đặc biệt, khác vớikiểu thông thường vốn lẫy đất lên trực tiếp băng thiết bị khoan hay đào và tuần tự saumỗi lần khoan đảo Ở phương pháp khoan tuần hoàn việc tách đất hỗ đào ra khỏi nên đất,và việc lay đất từ dưới hỗ lên được thực hiện đồng thời nhưng do hai bộ phận thiết bịkhác nhau thực hiện: việc tách đất nền và làm tơi nhỏ dat mim khoan thành bùn có théthực hiện bằng các phương pháp sói rửa, khoan hay đào, còn việc lay đất mùn khoanđược thực hiện băng hệ thong bom hut cong suất lớn Hệ thong bom nay hut toàn bộ datmum khoan đã được hòa với dung dich bentonite (dung dịch giữ thành hồ đào) thành bùnlong, theo đường ống (trong phương pháp khoan, hệ đường ống này chính là cần khoan)đưa lên mặt đất trên miệng hố đào Trong phương pháp nay dung dich bentonite chứa

đựng trong lòng nó một lượng đất rất lớn lẫy từ hố đào lên, nên không thé dùng lại đượcnhiều như kiểu tạo lỗ thông thường Ở kiểu thông thường dung dịch bentonite ra khỏi hồđào chỉ chứa lượng đất cát ít hơn rất nhiều, do phan lớn đất đã được vét lên riêng rẽ rồi,nên được thu hồi lại, rồi được xử lý lọc cát sạn, sau đó lại được bơm trở lại hồ đào dé tiếptục dùng lại vài lần, tạo ra một vòng tuần hoàn dung dich bentonite.

1.1.2 Thiết bị trộn và xứ ly cát lẫn trong dung dich bentoniteDung dich bentonite là một trong những yếu t6 quan trong trong quá trình thi côngcọc khoan nhi Dung dịch bentonite có tác dụng giữ ôn định và chồng sat lở thành hỗkhoan Trong quá trình thi công, dung dich bentonite dang sử dụng được thu hồi về một

a) Thiết bị trộn bentonite b) Thiết bi sàng cát lan trong bentonite

Hình 1.2: May trộn va xu ly cat cho dung dich bentonite

Sifo to gto

bentonite tầnu+4

Hình 1.3: Thiết bị thu hồi, xử lý và chứa đựng dung dich bentonite đang sử dụng

Trang 16

1.1.3 Các thiết bị khácNgoài các thiết bị ở trên còn có các thiết bị phụ trợ kèm theo như: máy cau phuc vu,máy bơm, máy hàn, máy cắt thép, máy uốn thép, máy phat điện, thùng chứa dat

1.2 Qua trình thi công [9]1.2.1 Công tác chuẩn bị

Hiệu biệt rõ điêu kiện dia chat công trình và dia chat thuỷ văn, chiêu day, thê namvà đặc trưng cơ lý của các lớp đât, kêt quả quan trắc mực nước ngâm; áp lực nước lôrong, toc độ dòng chảy của nước trong dat, khí độc hoặc khí dé gây cháy nô

Tìm hiểu khả năng có các chướng ngại dưới đất để có biện pháp loại bỏ chúng: đềxuất phương án phòng ngừa ảnh hưởng xấu đến công trình lân cận và công trình ngầm;nếu chưa có h6é sơ hiện trang các công trình lân cận va công trình ngầm Nhà thầu phảiyêu cầu Chủ dau tư tiến hành công tác khảo sát, đo vẽ lập hồ sơ; biên bản lập với các chủsở hữu các công trình liền kề phải được các cơ quan có đủ thâm quyền bảo lãnh.

Kiểm tra vật liệu chính (thép, xi măng, vữa sét, phụ gia, cat, đá, nước sạch ),chứng chỉ chất lượng của nhà sản xuất, và kết quả thí nghiệm kiểm định chất lượng.

Thị công lưới trắc đạc định vị các trục móng và toạ độ các cọc cần thi công Hệthống mốc chuẩn và mốc định vị trục móng phải đáp ứng điều kiện độ chính xác về toạđộ và cao độ theo yêu cầu kỹ thuật của công trình Nhà thầu có trách nhiệm nhận và bảoquản hệ thông mốc chuẩn trong suốt quá trình thi công cọc

Thị công các công trình phụ trợ, đường cấp điện cấp thoát nước, hỗ rửa xe; hệthống tuần hoàn vữa sét (kho chứa, trạm trộn, bể lăng, đường ống, máy bơm, máy táchcát )

San ủi mặt băng và làm đường phục vụ thi công, đủ để chịu tải trọng của thiết bị thicông lớn nhất, lập phương án vận chuyền đất thải, tránh gây ô nhiễm môi trường.

Tập kết vật tư kỹ thuật và thiết bị, kiểm tra tình trạng máy móc, thiết bị trong tìnhtrạng sẵn sàng hoạt động tot, dung cu va thiét bi kiém tra chat lượng phải qua kiểm chuẩncủa cơ quan Nhà nước

Chuẩn bị dung dịch khoan, cốt thép cọc, ống siêu âm, ống đặt săn để khoan lay 161bê tông (nếu can), thùng chứa đất khoan, các thiết bi phụ trợ (cần câu, máy bơm, máytrộn dung dịch, máy lọc cát, máy nén khí, máy han, t6 hợp ông đồ, sàn công tác phục vụđồ bê tông, xe chở đất khoan) cùng các thiết bị để kiểm tra dung dịch khoan, lỗ khoan,dụng cụ kiểm tra độ sụt bê tông hộp lay mẫu bê tông, dưỡng định vi lỗ coc

1.2.2 Dung dịch khoanTuy theo điều kiện địa chất, thuỷ văn, nước ngâm, thiết bị khoan để chọn phươngpháp giữ thành hố khoan và dung dịch khoan thích hợp Dung dịch khoan được chọn dựa

trên tính toán theo nguyên lý cân bang áp lực ngang giữa cột dung dich trong hố khoan vàáp lực của đất nền và nước quanh vách lỗ Khi khoan trong địa tang dễ sụt lở, áp lực cộtdung dịch phải luôn lớn hơn áp lực ngang của đất và nước bên ngoài.

Khi áp lực ngang của đất và nước bên ngoài 16 khoan lớn (do tải trọng của thiết bịthi công hay của các công trình lân cận sẵn có ) thì phải dùng ống vách dé chống sụt lở,chiều sâu ống vách tính theo nguyên lý cân băng áp nêu trên Khi khoan gần công trìnhhiện hữu nếu có nguy cơ sập thành lỗ khoan thì phải dùng ống chống suốt chiều sâu lỗ

coc.

Dung dich bentonite dùng giữ thành hỗ khoan noi dia tang dé sụt lở cho moi loạithiết bị khoan, giữ cho mun khoan không lắng dong dưới đáy hố khoan và dua munkhoan ra ngoài phải đảm bảo được yêu cầu giữ 6n định vách hỗ khoan trong suốt quátrình thi công cọc Khi mực nước ngầm cao (lên đến mặt đất) cho phép tăng tỷ trọng dungdich bằng các chất có tỷ trọng cao như barit, cát magnetic

Kiểm tra dung dich bentonite từ khi chế bị cho tới khi kết thúc đỗ bê tông từng cọc,kế cả việc điều chỉnh dé đảm bảo độ nhớt và ty trọng thích hợp nhằm tránh lang đáy cọcquá giới hạn cho phép cần tuân theo các quy định của tiêu chuẩn TCVN 9395:2012 [9]và các yêu cầu đặc biệt (nếu có) của Thiết kế Dung dịch có thể tái sử dụng trong thờigian thi công công trình nếu đảm bảo được các chỉ tiêu thích hợp, nhưng không quá 6tháng Khi dùng dung dịch polime hoặc các hoá phẩm khác ngoài các chức năng giữ 6nđịnh thành hồ khoan phải kiểm tra ảnh hưởng của nó đến môi trường đất -nước (tại khuvực công trình và nơi chôn lap đất khoan).

Bang 1.1: Chỉ tiêu tinh năng ban đầu của dung dịch bentoniteTên chỉ tiêu Chỉ tiêu tính năng Phương pháp kiểm tra1 Trọng lượng riêng |1.05 + 1.15 g/cm Ty trong ké hoặc Bomêkế2 Độ nhớt 18 +45giây Phéu 500/700cc

3 Hàm lượng cát < 6%4 Tỷ lệ chất keo > 95% Đong cốc5 Lượng mất nước |< 30ml/30phút Dụng cụ đo lượng mất nước6 Độ dày áo sét 1 + 3mm/30phút Dung cu do lượng mất nước

Iphút: 20 + 30mg/cm”10 phút 50 + 100mg/cm”8 Tính Ổn định < 0.03 ø/cm”

9 Độ pH 7+9 Giây thử pH7 Lực cắt tĩnh Lực kế cắt tĩnh

1.2.3 Công tác khoan tạo lỗKhoan gần cọc vừa mới đồ xong bê tông: Khoan trong đất bão hoà nước khi khoảngcách mép các lỗ khoan nhỏ hơn 1.5m nên tiễn hành cách quãng 1 lỗ, khoan các lỗ nămgiữa hai cọc đã đồ bê tông nên tiến hành sau ít nhất 24 giờ từ khi kết thúc đồ bê tông.

Trang 18

Thiết bị khoan tạo lỗ: Có nhiều thiết bị khoan tương ứng với các kiểu lấy đất đátrong lòng lỗ khoan như sau: choòng đập đá; gau ngoạm; gàu xoay, thối rửa dé hút bùntheo chu trình thuận, nghịch Tuy theo đặc điểm địa chất công trinh, vi trí công trình vớicác công trình lân cận, khả năng của Nhà thâu, yêu cầu của thiết kế mà chọn lựa thiết bikhoan thích hợp.

Ông chống tạm: Ông chống tạm (casing) dùng bảo vệ thành lỗ khoan ở phần đầucọc, tránh lở đất bề mặt đồng thời là ống dẫn hướng cho suốt quá trình khoan tạo lỗ Khihạ ống nên có dưỡng định vi để đảm bảo sai số cho phép Ong chống tạm được chế taothường từ 6 + 10m trong các xưởng cơ khí chuyên dụng, chiều day ống thường từ 6 +16mm Cao độ đỉnh ống cao hơn mặt đất hoặc nước cao nhất tối thiểu 0.3 m Cao độchân ống đảm bảo sao cho áp lực cột dung dịch lớn hơn áp lực chủ động của đất nên vàhoạt tải thi công phía bên ngoài Ong chống tạm được hạ và rút chủ yếu bang thiết bị thuỷlực hoặc thiết bị rung kèm theo máy khoan, khi không có thiết bị này có thể dùng búarung đóng kết hợp lấy đất băng gầu hoặc ha băng kích ép thuỷ lực.

Cao độ dung dịch khoan: Cao độ dung dịch khoan trong lỗ phải luôn giữ sao cho áplực của dung dịch khoan luôn lớn hơn áp lực của đất và nước ngầm phía ngoài lễ khoan,để tránh hiện tượng sập thành trước khi đồ bê tông Cao độ dung dịch khoan cần cao hơnmực nước ngâm ít nhất là 1.5 m Khi có hiện tượng thất thoát dung dịch trong hỗ khoannhanh thì phải có biện pháp xử ly kip thời

Đo đạc trong khi khoan: Do đạc trong khi khoan gồm kiểm tra tim cọc bang máykinh vĩ va đo đạc độ sâu các lớp đất qua min khoan lẫy ra và độ sâu hồ khoan theo thiếtkế Các lớp đất theo chiều sâu khoan phải được ghi chép trong nhật ký khoan và hồ songhiệm thu cọc, xem phụ lục C - TCVN 9395:2012 [9] Cứ khoan được 2m thì lay mauđất một lần Nếu phát hiện thay dia tang khác so với hồ so khảo sát dia chất thi báo ngaycho thiết kế và chủ đầu tư để có biện pháp điều chỉnh, xử lý kịp thời Sau khi khoan đếnchiều sâu thiết kế, dừng khoan 30 phút để đo độ lắng Độ lắng được xác định băng chênhlệch chiều sâu giữa hai lần đo lúc khoan xong và sau 30 phút Nếu độ lang vượt quá giớihạn cho phép thì tiến hành vét bằng gầu vét và xử lý cặn lắng cho tới khi đạt yêu cầu.

Bảng 1.2 - Sai số cho phép về lỗ khoan coc

Sai sO vi tri coc, cm

Sai số

- đô thăng Cọc đơn, cọc dưới te :

Phuong phap tao 16 coc = : x Coc dưới mong bang

1.2.4 Công tác gia công và hạ lồng thépCốt thép được gia công theo bản vẽ thiết kế thi công và tiêu chuẩn TCXD 205:1998[8] Nha thầu phải bố trí mặt bằng gia công, nắn cốt thép, đánh gi, uốn dai, cắt và buộclồng thép theo đúng quy định.

Cốt thép được chế tạo san trong xưởng hoặc tại công trường, chế tạo thành từnglồng, chiều dai lớn nhất của mỗi lỗng phụ thuộc khả năng cau lắp và chiều dai xuấtxưởng của thép chủ Lồng thép phải có thép gia cường ngoài cốt chủ và cốt đai theo tínhtoán để đảm bảo lồng thép không bị xoắn, méo Lồng thép phải có móc treo bằng cốtthép chuyên dùng làm móc cau, số lượng móc treo phải tính toán đủ dé treo cả lồng vàothành ống chống tạm mà không bị tuột xuống đáy hố khoan, hoặc cau tao guốc cho đoạnlồng dưới cùng tránh lồng thép bị lún nghiêng cũng như dé đảm bảo chiều dày lớp bêtông bảo hộ dưới đáy cọc

Cốt gia cường thường dùng cùng đường kính với cốt chủ, uốn thành vòng đặt phíatrong cốt chủ khoảng cách từ 2.5 + 3m, liên kết với cốt chủ băng hàn đính và dây buộctheo yêu cầu của thiết kế Khi chuyên chở, cau lắp có thé dùng cách chống tạm bên tronglồng thép dé tránh hiện tượng biến hình.

Định tâm lồng thép bang các con kê (tai định vị) băng thép trơn han vao cốt chủ đốixứng qua tâm, hoặc băng các con kê tròn bang xi mang, theo nguyên lý bánh xe trượt, côđịnh vào giữa 2 thanh cốt chủ bằng thanh thép trục Chiều rộng hoặc bán kính con kê phụthuộc vào chiều day lớp bảo hộ, thông thường là 5cm Số lượng con kê cần buộc đủ đểhạ lồng thép chính tâm.

Nối các đoạn lồng thép chủ yếu bằng dây buộc, chiều dài nối theo quy định củathiết kế Khi cọc có chiều dài lớn, Nhà thầu can có biện pháp nối băng cóc, dập ép ốngđảm bảo đoạn léng thép không bi tụt khi lắp hạ.

Ong siêu âm (thường là ống thép đường kính 60 mm) cân được buộc chặt vào cốtthép chủ, đáy ống được bit kín và ha sat xuống đáy cọc, nỗi ống bang hàn, có măngxông dam bảo kín, tránh rò rỉ nước xi măng làm tắc ống khi lắp đặt cần đảm bảo đồngtâm Chiều dài Ống siêu âm theo chỉ định của thiết kế, thông thường được đặt cao hơnmặt đất san lap xung quanh cọc 10 + 20cm Sau khi đỗ bê tông các ống được đỗ daynước sạch và bịt kín, tránh vật lạ rơi vào làm tắc ống.

Chú thích: Số lượng ong siêu âm cho 1 cọc thường quy định như sau:

- 2 ống cho cọc có đường kính 60cm;- 3 ống cho cọc có đường kính 60cm < D < 100cm- 4 ống cho cọc có đường kính, D > 100cm.

Trang 20

Bảng 1.3 - Sai số cho phép chế tạo lồng thép.

Hạng mục Sai sô cho phép,mm1 Cự ly giữa các cốt chủ +10

2 Cự ly cốt đai hoặc cốt lò so +203 Đường kính lông thép +104 Độ dài lông thép +501.2.5 Xử lý cặn lắng đáy hồ khoan trước khi đồ bê tông

Sau khi hạ xong cốt thép mà cặn lắng vẫn quá quy định phải dùng biện pháp khínâng (air lift) hoặc bơm hút bằng máy bơm hút bùn dé làm sạch đáy Trong quá trình xửlý cặn lang phai bổ sung dung dịch đảm bảo cao độ dung dịch theo quy định, tránh lởthành lỗ khoan.

Công nghệ khí nâng được dùng dé làm sạch hố khoan Khí nén được đưa xuống gầnđáy hỗ khoan qua ống thép đường kính khoảng 60 mm, dày 3+4 mm, cách đáy khoảng 50+ 60 em Khí nén trộn với bùn nặng tạo thành loại bùn nhẹ dâng lên theo ống đồ bê tông(ống tremi) ra ngoài; bùn nặng dưới đáy ống tremi lại được trộn với khí nén thành bùnnhẹ; dung dịch khoan tươi được bé sung lién tuc bu cho bun nang da trao ra; qua trinhthối rửa tiền hành cho tới khi các chỉ tiêu của dung dịch khoan và độ lang đạt yêu cầu quyđịnh

- Bề day lớp cặn lang đáy cọc không quá trị s6 sau:

Cọc chống < 5 em; Cọc ma sát + chồng < I0cm1.2.6 Đồ bê tông

Bê tông dùng thi công cọc khoan nhỏi phải được thiết kế thành phần hỗn hợp vàđiều chỉnh bang thí nghiệm, các loại vật liệu cau thành hỗn hợp bê tông phải được kiểmđịnh chất lượng theo quy định hiện hành Có thé dùng phụ gia bê tông dé tăng độ sụt củabê tông và kéo dải thời gian ninh kết của bê tông Ngoài việc đảm bảo yêu cầu của thiếtkế về cường độ, hỗn hợp bê tông có độ sụt là 18 + 20 cm.

Ông đồ bê tông (ống tremi) được chế bị trong nhà máy thường có đường kính 219 +273mm theo tổ hợp 0.5, 1, 2, 3 va 6m, ống dưới cùng được tạo vát hai bên để làm cửa xả,nối ống bang ren hình thang hoặc khớp nối dây rút đặc biệt, đảm bảo kín khít, không lọtdung dịch khoan vào trong Đáy ống đồ bê tông phải luôn ngập trong bê tông không íthơn 1.5 m

Dùng nút dịch chuyển tạm thời (dùng phao bang bọt biển hoặc nút cao su, nút nhựacó vat côn), dam bảo cho mẻ vữa bê tông dau tiên không tiếp xúc trực tiếp với dung dịchkhoan trong ống đồ bê tông và loại trừ khoảng chân không khi đồ bê tông.

Bê tông được đồ không được gián đoạn trong thời gian dung dịch khoan có thé giữthành hỗ khoan (thông thường là 4 gid) Các xe bê tông đều được kiểm tra độ sụt đúng

quy định dé tránh tắc ông đỗ do vữa bê tông quá khô Dừng đồ bê tông khi cao độ bê tôngcọc cao hơn cao độ cat cọc khoảng 1m (dé loại trừ phan bê tông lẫn dung dich khoan khithi công đài cọc).

Sau khi đồ xong mỗi xe, tiễn hành đo độ dâng của bê tông trong lỗ cọc, ghi vào hésơ để vẽ đường đồ bê tông Khối lượng bê tông thực tế so với kích thước lỗ cọc theo lýthuyết không được vượt quá 20% Khi ton thất bê tông lớn phải kiểm tra lại biện pháp giữthành hồ khoan.

1.2.7 Rút ống vách và vệ sinh đầu cọcSau khi kết thúc đồ bê tông 15 + 20 phút cần tiến hành rút ống chống tạm (casing)băng hệ thống day (rút + xoay) của máy khoan hoặc dau rung theo phương thang đứng,đảm bảo 6n định đầu cọc và độ chính xác tâm cọc.

Sau khi rút ông vách 1 + 2 giờ cân tiên hành hoàn trả hô khoan băng cách lâp dathoặc cát, căm biên báo cọc đã thi công câm mọi phương tiện qua lại tránh hỏng đầu cọcvà ông siêu âm

1.3 Nhận xét chương 1Trong chương nay, tác gia thay sức chịu tải của cọc khoan nhôi phụ thuộc vào cácyêu tô sau:

- Phuong pháp thi công khoan tạo lỗ.- Ky thuật và thiết bi thi công.

- Qué trình làm sạch đáy hồ khoan trước khi đồ bê tông cọc.- _ Điêu kiện cua dia chat

Trang 22

CHƯƠNG 2

TONG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH SUC CHIU TAI CUA COC

KHOAN NHOI THEO PHUONG PHAP GIAI TICH2.1 Swe chịu tải của cọc theo vật liệu

Sức chịu tải của cọc khoan nhi theo vật liệu tính theo Châu Ngọc Ấn - Nền móng,Nhà xuất bản Dai học Quốc Gia TP.HCM [1] như sau:

Qụi = RuAb + RanAa (2.1.1)Trong đó:

Ry: Cường độ tính toán của bê tông cọc khoan nhéi; R, = R/4,5 khi đồ bê tông dướinước hoặc dưới bùn, nhưng không lớn hon 6 Mpa; R, = R/4 khi đỗ bê tông trong hồkhoan, nhưng không lớn hơn 7Mpa

R: Mác thiết kế của bê tôngAp: Diện tích tiết diện ngang của bê tông trong cọc.A,: Diện tích tiết diện ngang của cốt thép trong cọc.Ran: Cường độ tính toán cho phép của cốt thép.® < 28mm, Rạn = R./1,Š nhưng không lớn hơn 220 Mpa.2.2 Sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cường độ của dat nên

Theo phụ lục BI, TCXD 205:1998 [8], sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cường độcủa đất nền được tính như sau:

- Suc chịu tải cực hạn của cọc tính theo công thức:

Ø, =K,o, =(1-sing')yh (2.2.4)

Ø„- Góc ma sat giữa cọc va đất nên ; với cọc bê tông cốt thép hạ bằng phương phápđóng lây ø =ø, đôi với cọc thép lây ø = 0/7ø, trong đó @ là góc ma sat trong củađất nên.

- - Cường độ chịu tải cua đất dưới mũi cọc tính theo công thức:

q, =CN,+0,,N,+y7d,N, (2.2.5)

Trong đó :c - Lực dính của đất, T/m” :

Ớ Ứng suât hữu hiệu theo phương thăng đứng tại độ sâu mũi coc do trọng lượng

bản thân dat, T/mÝ ;N N " N _ Hệ số sức chịu tải, phụ thuộc vào ma sát trong của đất, hình dạng mũicọc và phương pháp thi công coc; có thé tra bảng theo TCXD 205:1998 [8], hoặc theocông thức:

Theo phụ lục C2, TCXD 205:1998 [8], sức chịu tai của cọc theo kết quả thí nghiệmxuyên tiêu chuẩn (SPT) được tính như sau:

2.3.1 Tính theo công thức Meyerhof

- Suc chịu tải cực hạn của cọc tính theo công thức Meyerhof (1956)

Q,=K,NA, + K,N,,A, 23.1Trong đó:

N - Chỉ số SPT trung bình trong khoảng 1d dưới mũi cọc và 4d trên mỗi cọc ;A, - Diện tích tiết điện mũi cọc, m”;

Trang 24

N„- Chỉ số SPT trung bình dọc thân cọc trong phạm vi lớp đất rời;A, - Diện tích mặt bên cọc trong phạm vi lớp đất rời, m:

K,-Hệ số, lấy bang 400 cho cọc đóng và bang 120 cho cọc khoan nhôi;K 2- Hệ SỐ, lay bang 2,0 cho cọc đóng va băng 1,0 cho cọc khoan nhồi.Hệ số an toàn áp dụng khi tính toán sức chịu tải của cọc theo xuyên tiêu chuẩn lay bang2,5 - 3,0

2.3.2 Tinh theo công thức cia Nhật Ban

- Suc chịu tai của cọc theo công thức cua Nhat Ban:

1

Q = 3 ĐN,A, + (0.2 LL, +CL, ha] 232)

Trong đó:N- Chỉ số SPT của đất dưới mũi cọc;N, - Chỉ số SPT của lớp đất cát bên thân cọc;

II Chiều dải đoạn cọc năm trong đất cát, m;L- Chiều dải đoạn cọc năm trong đất sét, m;a - Hệ số, phụ thuộc vào phương pháp thi công coc:

- Coc bê tông cốt thép thi công bằng phương pháp đóng: a = 30:- Coc khoan nhồi: œ= 15

2.4 Sức chịu tai của cọc theo kết qua thí nghiệm xuyên tĩnh (CPT)Theo phụ lục Cl, TCXD 205:1998 [8], sức chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệmxuyên tĩnh (CPT) được tính như sau:

- Suc chịu tải của cọc được tính trên cơ sở sức chong xuyên đâu mũi 4,- Suc chong cực hạn ở mũi xác định theo công thức:

- Giatricua q, được xác định theo công thức :

Ip =K,4, (242)Trong đó :

K - hệ số mang tải, lay theo bảng 4.4 - sức chéng xuyên trung bình, lấy trong khoảng 3d phía trên mii cọc.- Suc chồng cực hạn ở mặt bên cọc, được xác định theo công thức:

Trong đó:h ,- độ dài của cọc trong lớp dat thứ i, m ;u - chu vi tiết điện cọc, m ;

f ,- ma sat bên don vi của lớp đất thứ i va được xác định theo lớp chống xuyên đầumũi ¿ ở cùng độ sâu, theo công thức:

q i (2.4.4)

Trong đó:ơ, là hệ số, lay theo bảng 2.1.

Bảng 2.1: Hệ số Ke và Z

: Hệ số œ

2 | HệsếKẹ “

Loại đất Sức chong ở Cọc nhôi Cọc đóng

mũi g (kPa) | Coc | Coc | Thành | Thanh | Thanh | Thành- nhoi | đóng | bêtông | ông thép | bêtông | ông thép

Đât ‘on oe, €#" | 2000-5000 |03s|04s| 40 80 40 80

Dat loại sét, cứng

_đến >5000 045|055| 60 120 60 120rât cỨng

ma (60) (60) (120)Cát chảy 0 - 2500 04 | 05 | 456 150 sọ á0

- M6 đun đàn hồi Young:Tải trọng dọc trục:Trong đó:

P

Đị =e¡x*ExA=£1*A

P: tải trọng tác dụng vào đầu cọcA: diện tích mặt cắt ngang cọc

£¡xP

E41

Sức chịu tải của coc theo thiết bi do biến dang doc thân coc (Strain gages)

(2.5.1)(2.5.2)

Trang 26

Ey! s6 doc tir cam ung do bién dang (bién dang) tai cao độ dau cocEj: s6 doc tir cam ung do bién dang (bién dang) tai cao độ 1

- Stte chịu tải do ma sát hông: ƒ‡¡ ; = _— (2.5.3)

xq

Trong đó:

P;; P;_,: tải trọng dọc trục tại cao độ i và I-lSxq = 1 * D * L¡¡_;: diện tích xung quanh cọc tu cao độ i tới i-1D: đường kính của cọc

L¡¡_¡: chiêu dài đoạn cọc giữa cao độ cảm ứng i và i-!

aoc

Hình 2.5: Tiến hành thí nghiệm và quan sát số liệu đoTrong luận văn này, các thông sỐ kỹ thuật của các thiết bị cảm biến được tham khảotheo chỉ dẫn của đơn vị thiết kế và theo chứng chỉ xuất xưởng đính kèm sản phẩm Straingages Ngoài ra, có thể tham khảo các thông số kỹ thuật của sản phẩm từ website:

Trang 28

http://www.geokon.com/strain-gages/ [16] Vi trí lắp đặt các thiết bị cảm ứng là doc theochiều dài thanh thép chịu lực của từng cọc, khoảng cách giữa các Strain gages được bồ trítheo chiều sâu của các lớp đất tương ứng cho phù hợp với yêu cầu kỹ thuật của các thiếtbị Do chi phí lắp đặt các thiết bị cảm biến tương đối tốn kém cho một dự án, dé đo sứcchịu tải dọc thân cọc và sức chịu tải do ma sát hông ở từng độ sâu khác nhau, mỗi cọc chỉlắp đặt thiết bị cảm biến (Geokon 4200) với số lượng vừa đủ để xác định được sức chịutai dọc thân cọc tại từng vi trí cách nhau trung bình từ 3m đến 6m Để đo chuyển VỊ cO lạicủa cọc, mỗi cọc được lắp thêm 05 thiết bị cảm biến (Geokon A-9) dọc theo chiều dài cọc(theo các hình 2.8, hình 2.9 và hình 2.10).

Các thiết bị Geokon 4200 và Geokon A-9 được lắp đặt dọc theo chiều dài lỗng thépcủa cọc khoan nhôi và bảo vệ kỹ lưỡng trước khi hạ xuống hồ khoan Dây dẫn dé kết nốicác Strain gages này với bộ thiết bị xử lý và máy tính được bó lại cân thận và được địnhvị chặt vào thanh thép chịu lực giúp bảo vệ dây không bị đứt trong suốt quá trình thicông Quá trình lắp đặt các thiết bị này diễn ra cùng lúc với quá trình gia công và lắp đặtlồng thép vào hồ khoan, được theo dõi và giám sát chặt chẽ bởi các kỹ sư có chuyên môn.Sau khi lắp đặt xong, tiến hành đỗ bê tông cọc khoan nhôi theo TCVN 9395:2012 [9].Sau khi kết thúc đồ bê tông, các đầu dây được cuộn lại và bảo vệ cận thận trên đầu cọc.

Các thông số kỹ thuật của các thiết bị Geokon 4200 và Geokon A-9 thể hiện trongcác hình 2.6 và hình 2.7

2.6 Nhận xét chương 2Trong chương này, tác giả có một số nhận xét như sau:- C6 rat nhiều cách đê xác định sức chịu tai của cọc khoan nhôi từ các công thức giải

tích dén các thí nghiệm hiện trường.- - Việc chọn lựa sức chịu tải cua cọc khoan nhôi sao cho gan đúng với thực té nhat là

một vân dé hét sức khó khan đôi với người thiệt kê.- _ Cân có thêm các phương pháp xác định sức chịu tải của cọc có độ tin cậy cao

4200 Series

Applications

The Model 4200, 4202 and4210 are designed to mea-sure strains in or on

* Foundations* Piles

* Bridges® Dams® Containment vessels

® Tunnel liners® Mass concrete with

coarse aggregates

¢ Laboratories and/or wherespace limitations exist(Model 4202)

——

Concrete Embedment Strain Gages

® Mode! 420? (front), Mode! 4200 (center! and Mode! 4210 {rear} Concrete Embedment Strain Gages,

Operating PrincipleThe Model 4200(HT/HT-T], 4202 and 4210 Vibrating Wire

Embedment Strain Gages are designed for direct ment in concrete The Model 4200 {standard model) hasa 153 mm gage length and is commonly used for strainmeasurements in foundations, piles, bridges, dams,containment vessels, tunnel liners, etc The Model 4210has a 250 mm gage length and is designed for use inmass concrete with coarse aggregates Ít is extra ruggedto resist bending, and has large flanges to providegreater engagement area The 4202, with a 51 mm gagelength, is designed for laboratory use and/or where thereare space limitations Low modulus versions, for measur-ing concrete curing strains, are also available {pleasecontact Geokon, Inc for details}.

embed-Strains are measured using the vibrating wire principle: alength of steel wire is tensioned between two end blocksthat are embedded directly in concrete Deformations {i.e.strain changes} of the concrete mass, will cause the twoend blocks to move relative to one another, thus alteringthe tension in the steel wire The tension is measured byplucking the wire and measuring its resonant frequencyof vibration using an electromagnetic coil.

- Advantages and Limitations- The Model 4200 Series Strain Gages enjoy all the advan-

tages of vibrating wire sensors, which includes excellent

; long term stability, maximum resistance to the effects of

: water, and a frequency output suitable for transmission: over very long cables.

All components are made from stainless steel for : Sion protection and the gages are fully waterproof The: Model 4210 is very rugged and designed to withstand

corro-the rigors of concrete placement.

2 Each gage incorporates a thermistor so that the

tempera-: ture can be read and displayed by the readout

5 High temperature versions are also available: The Model

4200HT is designed for short-term use at temperatures

2 up to 200°C and the Model 4200HT-T is designed for

long-term use at temperatures up to 220°C, makingit particularly suitable for installation in steam-cured

: concrete piles.

Geotechnical Instumentation

Trang 30

» eat

® Top view of a Mode! 4210 strain gagerosette configuration Inset shows rosettefixture {enlarged for detail)

rosette configuration Inset shows rosettefixture (enlarged for detail)

Also available are no stress-strain enclosures for usein concrete dams These enclosures are double-wall,

: plastic containers, lined with Styrofoam, designedto isolate one or more strain gages from the stress fieldin the concrete, and to allow an estimate of, and correc-

: tion for the effects of moisture, temperature, autogenousgrowth, etc.

- All models are equipped with integral thermistors for the: simultaneous measurement of temperature.

` Readout is accomplished using the Model GK-404or GK-405 Readouts, which can, when used with the

- Model 4200, display the strain directly in microstrain.

-— Perforatedplastic container

Technical Specifications

—+ PerforatedL plastic contamer 4200 4200HT 4200HT-1 4202 4710

ml Standard Range 3000 jue 3000 jue 3000 pe 3000 pe 3000 jue

Model 4710

Rg mm Resolution 1 pe 1.0 pe 18 pe 0.4 pe 0.4 ps

“Le Accuracy' 205% FS +0 5% FS LO5% FS 20.5% FS 20.5% FS

T Nonlinearity <O5% 5S <OS&ES <O5% ES <0.5% FS <O5 FS.

3 2 Temperature Range —2PCto+80°C? -20°Cto+200°C § -20°Cto4220°C) 3=—s - 20°C to +BO°C? -20°C to+B0°C?© “No stress-strain” enclosure using the

Mode! 4210 Active Gage Length 153 mm 144 mm 144 mm 5] mm 250 mm?

Thermal Coefficient of Expansion 12.0 ppm/°C 12.0 ppm/*C 12.0 ppm/°C 12.0 ppm/°C 12.0 ppm/°C

Coil Resistance 180 120@ 1202 50a 180Q

Cable Jacket Red PVC, White Tefton® White Teflon® Red PVC, Blue PVC

Frequency Datum* B00 Kz 800 Hz 800 Hz 2600 Hz 2600 Hz

7Other lengths available on request.

Geokon, Incorporated @® 1-603 «448 ‹ 156248 Spencer Street ® 1°603 +448 - 3216

okon Lebanon, NH 03766 & geokon@geokon.com C € pee

USA ® wwwgeokoncom

a

Gr pit tì amend podbets ad spenficadons without ice

GTM Gastar hcungatsf ALN gttt thang | Doc Soe FA BI

Hình 2.6: Thông số kỹ thuật của Strain gages Geokon 4200

The Model A-9 RetrievableExtensometer is designed forthe measurement of defor-mations in boreholes and isparticularly suited for use inload testing of concrete piles.

_ Borehole deformation can

be measured in «Piles

the measurement of extensions and contractions along

boreholes in the ground or in concrete It is particularlyuseful in concrete pile testing where it can be installedinside a PVC or steel pipe cast in the pile: in this applica-tion it is a substitute for either tell-tales or strain gages.

A primary feature of the Model A-9 is its ability ta be

retrieved and used repeatedly.In use, the extensometer incorporates a string of elec-tronic displacement sensors linked together by extensionrods and designed to measure the relative displacementbetween a series of pneumatically expandable anchors.The string of sensors is assembled {with variable lengths

of connecting rods to enable positioning of the anchors

at the required depths), inserted into the pipe or borehole,

and then locked in position by pneumatically actuatingthe various anchors, which remain fully expanded

throughout the monitoring period When monitoring hasbeen completed, the pneumatic pressure is releasedwhich retracts the anchor pistons and allows removalof the string for further use,

Advantages and LimitationsThe displacements are measured over specific incre-

ments, eliminating the inaccuracies associated with

Tell-Tales or Multiple Position Borehole Extensometers, wheremeasurements of inter-anchor strains are calculatedfrom the difference between two long base measure-ments from the surface to each of the anchor points inquestion When used as a substitute for strain gages,the measured distance is longer; hence, the Model A-9Retrievable Extensometer integrates the strains over alarger and possibly more representative sample thanwould be obtained using strain gages.

The ability to retrieve and re-use the Model A-9 canresult in significant cost savings where repeated tests

are required that would otherwise use either

non-fetriev-able extensometers or strain gages.High accuracies can be achieved using a variety of sensortypes with various available ranges.

The design of the anchors requires the use of borehole orpipe sizes, which are closely controlled.

Trang 32

+ Model 1300-3 Pressure Manifold.+ Model GK-405 Vibrating Wire Readout.

System ComponentsThe standard system is designed for a maximum of eightanchor/sensor segments Each anchor contains eightpistons, which can be pneumatically actuated to forcethem out against the sides of the borehole The pistonsare spring-loaded and automatically retract when thepressure is removed A pressure manifold, containingon/off valves and check-valves, connects to each of theinflation lines leading to the anchors, enables each ofthe anchors to be actuated in turn, and maintains theanchor pressure during the monitoring period Gas pres-sure is obtained from a pressurized nitrogen bottle.Each anchor is attached to a vibrating wire sensor (or,optionally, to a DCDT or linear potentiometer sensor}and can be linked to adjacent anchors by means ofSwagelok fittings that grip the interconnecting rods.These rods can be adjusted to various lengths using ahacksaw Rods may be made from fiberglass, stainlesssteel or carbon graphite.

Readout is accomplished by connecting cables from eachsensor to Model GK-404 or GK-405 Readouts Switchpanels or Multiplexers (Mode! 8032) are available torapidly switch through all the active sensors.

Technical Specifications (VW Sensors)

Standard Range’ 12.5, ?5 mmResolution 0.02% FS.

Accuracy? 20.1% FS.

Temperature Range’ -29°C to +BØ°0

Number of Anchors 2 - 8 (minimum - maximum)

Matenals stainlass steal anchors and transducersConnecting Rods graphite, fibarglass, stainless stealCable 4-conductor shieldedBorehole Diameter 46 - 53 mm

wes awaried Patent No 5, 585,555 in 1996 by the USPTO.

Geokon, Incorporated @B 1-603 +448 « 156248 Spencer Street 1-6013 +448 s 3216

EOKON Lebanon, NH 03766 © eolon@geoton.com C€ bị

USA ®@ www.geokoncom

The Wodd leader in Wihating Wire TechnologyTM Geoton semanas 0 onping poly of deugn mwew aod mseves 67M (sstxt Lea porated Al Might Aesared | (oc ten 06"

the nigtt J pon {spec¥ eotbas witout ñ0DC#

Hình 2.7: Thông số kỹ thuật của Strain gages A-9

Soil Layer

Medium Dense Sand

Straingage Arrangement

|_01 section @ 0.5m below pile top |

01 section @ layer interface |

03 section @ 6.2m interval

| Extensometer installed at each layer |

| Ø1 section @ layer interface |

| 01 section @ layer interface |

Very Dense Sand>45

Total # Straingages

Total # Extensometers

Hinh 2.8: So dé vi tri lap đặt các thiết bi cảm bién dọc thân cọc TPB-02

Trang 34

Medium Dense Sand

Straingage Arrangement| 01 section @ 0.5m below pile top |

01 section @ layer interface |

03 section @ 5.4m interval

01 section @ layer interface |

01 section @ layer interface |

01 section @ mid-layer01 section @ layer interfaceØ1 section @ mid-layer

Firm Sandy Silt

Dense Medium Sand

Stiff Silty Clay

01 section @ layer interface

02 section @ 3.7m intervals01 section @ layer interface

01 section @ layer interface |

01 section @ intersection01 sections @ 0.5m above bottom

11Very Dense Sand>57

Total # Straingages = 13x4 + 5x2= 62

Total # Extensometers - 5

Hình 2.9: Sơ đồ vị trí lắp đặt các thiết bi cảm bién dọc thân cọc TPB-03

Medium Dense Silty Sand

Very Stiff to Hard Clay 146

Straingage Arrangement

01 section @ 0.5m below pile top

| 01 section @ layer interface |

| 01 section @ layer interface

| 05 sections @ 3m interval |

| Extensometer installed at each layer

| 01 section @ layer interface || 01 section @ layer interface |04 sections @ 3m distance |

| 01 section @ layer interface || 02 sections @ 3m distance |01 section @ 0.5m above pile toe |

Total # Straingages= 18 x4 = 72

Total # Extensometers

Hình 2.10: So đồ vị tri lắp đặt các thiết bi cảm bién dọc thân cọc TPB-05

Trang 36

Bảng 3.1: Sức chịu tải của các cọc theo một số công thức giải tích

Sức chu tai của coc

theo một số công thức giải tích (KN)Vật liệu | Cường độ dat nền | Meyerhof | Nhat Bản | Xuyên Tinh

TPB-02 | 12543 11592 12457 | 11214 12231

TPB-0 | 8126 9553 7077 5140 9743TPB-05 | 12543 11564 13248 | 10662 16523Từ kết quả tính được trong bang 3.1, ta thay việc tính toán sức chiu tải của cọc cónhiều tác giả khác nhau dẫn đến có nhiều giá trị để người thiết kế có thé lựa chọn Do đó,vấn đề chọn sức chịu tải của cọc theo các công thức giải tích cho đúng với thực tế sẽ hếtsức khó khăn, vì có rất nhiều giá tri từ các công thức khác nhau Chọn sức chịu tai củacọc tính theo các công thức nào cho hợp lý nhất thì đòi hỏi người thiết kế phải có kinhnghiệm trong lĩnh vực thiết kế cũng như có những nhận xét chính xác về khu vực đất nềnmà công trình được dự định đặt lên

3.2 Mô phỏng cọc khoan nhéi bang phần mém Plaxis 2D3.2.1 Tổng quan về Plaxis mô hình Mohr — Coulomb

Theo Manuals của phan mềm Plaxis8x, Version 8.5 [7] thì mô hình Mohr —Coulomb trong Plaxis là một mô hình don giản, mô phỏng gan đúng về mối quan hệ củađất Sử dụng mô hình Mohr — Coulomb sẽ giải quyết được nhiều bài toán trong thực tế vềứng xử của đất nên.

Mô hình này chỉ bao gôm năm thông sô đầu vào là: Modulus đàn hồi E, hệ sôPoisson’s v, lực dính c, góc ma sát @ và góc giãn nở y

Ơi Axial stress £: Axial strain

Ơa Constant confining pressure Ey Volumetric strain

Hình 3.1: Quan hệ đàn hỏi tuyến tinh trong mô hình Mohr - CoulombModulus dan hôi (E)

Plaxis sử dung modulus Young’s như la modulus độ cứng cơ ban trong mô hình đànhồi và mô hình Mohr-Coulomb, nhưng một số Modulus độ cứng thay đôi được hiển thịtốt Một Modulus độ cứng xác định theo ứng suất Giá trị hệ số độ cứng cho phép trongtính toán đặc biệt chú ý trong nhiều mô hình thể hiện trong quan hệ tuyến tính khi bắt đầucó tải tải trọng Trong cơ học đất , độ dốc ban đầu trong đồ thị quan hệ ứng suất và biéndang thường được xem là Ep và cat tuyến ở 50% cường độ được xem là E's, (hình 15).Một số loại đất có hệ số cô kết cao hơn như đất sét và một số loại đá với vùng biến dạngđàn hồi lớn thường dùng hệ số Ep trong khi cát và gần những lớp sét cỗ kết thông thườngdùng so Van dé là trong qua trinh gid tai, chang hạn như diễn tả hố dao, cần mộtmodulus nở E,, thay vi vẫn sử dung modulus so.

|Øi- đa| J

strain -£€:

Hình 3.2: Đồ thị quan hệ ứng suất và biến dạng

Trang 38

Đối với đất, cả modulus dỡ tải E„ và modulus gia tải Eso đều có xu hướng gia tăngvới áp lực không nở hông Do đó, những lớp đất sâu có độ cứng lớn hơn những lớp đấtnồng Hơn nữa, khi quan sát độ cứng phụ thuộc vào đường ứng suất dé chọn lựa Độcứng lớn hơn đối với gia tải và gia tải lại hơn là tải ban đầu Cũng như khi quan sát độcứng của dat modulus đàn hồi thường thấp cho nén hơn là cho cắt Từ đó, khi sử dụngmodulus độ cứng là hang số dé đặc trưng cho quan hệ của đất, nên chọn giá trị thích hợpcho ứng suất thấp và đường ứng suất tăng Chú ý rang mối quan hệ phụ thuộc ứng suấtcủa đất lay trong mô hình Plaxis đựoc miêu tả trong mô hình số tay vật liệu Mô hìnhMohr-Coulomb, trong Plaxis thường chọn để nhập modulus độ cứng gia tăng theo chiềusâu (Advanced parameters).

Hệ số Poisson (v)Thí nghiệm nén dọc trục làm giảm thé tích đáng kế khi bắt đầu có tải trọng dọc trụcdo đó giá trị hệ số Poisson ban dau thấp Trong một số trường hop đặc biệt khi không cótải trọng, thực tế có thể sử dụng giá trị ban đầu thấp, nhưng trong một số trường hợp môhình Mohr-Coulomb được sử dụng giá tri lớn

Việc chọn lựa giá trị hệ số Poisson đặc biệt đơn giản khi mô hình là đàn hồi hoặcmô hình Mohr-Coulomb dùng cho trọng lực (tổng khối lượng gia tăng từ 0 đến 1 trongtính toán đàn hồi) Loại tải trọng này trong Plaxis nên lay gia tri Ko = 6,/o, Cả hai môhình được tính theo tỷ số ø„/ø, = v/(1-v) từ thí nghiệm nén đơn dé dang chon lựa hệ sốPoisson cho giá trị của Ko Do đó, giá trị v thu được từ Ko trong nhiều trường hop từ giátrị của Ko thu được giá trị v nan trong khoảng 0.3 và 0,4 Nói chung, nhiều giá trị cũng cóthé xác định từ điều kiện gia tải hon là từ nén đơn Tuy nhiên, cho điều kiện giỡ tải giá triv thông dụng nằm trong khoảng 0,15 và 0.25.

Lực đính (c)Trong Plaxis lực dính của cát (c = 0), nhưng trong một số trường hợp sẽ không thựchiện được quá trình tính toán Đề tính toán được, người sử dụng chưa có kinh nghiệm nênchọn giá tri nhỏ nhất (dùng c > 0,2 kPa) Plaxis cũng đưa ra một chọn lựa đặc biệt chonhững lớp mà lực dính gia tăng theo chiều sâu (Advanced parameters).

Góc ma sát (o)Góc ma sát ¿ tính bang độ Góc ma sát cao thường thu được ở những lớp đất cát, sẽlàm tăng tính toán dẻo Số lần tính toán gia tăng nhiều hay ít theo hàm mũ của góc masát Do đó, nên tránh góc ma sát cao khi thực hiện quá trình tính toán

Góc giản nở (wy)Góc giãn nở y tính bằng độ Một phan trên lớp có kết, đất sét xem như không cógóc giãn nở ( = 0) Góc nở hông của cát phụ thuộc vào ty trọng và góc ma sát Cát thạchanh có độ lớn y = ÿ — 30” Tuy nhiên trong hầu hêt các trường hợp góc giãn nở bằng 0cho góc ở nhỏ hơn 30” Giá trị âm cho w thực tế không có lớp cát.

Tải trọng (p)Tải trọng tác động lên đầu cọc trong mô hình hình học Plaxis có thể được mô phỏngbang hai cách khác nhau đó là tải trọng phân bố déu, tải trọng tập trung Tiến hành dựngcác mô hình hình học với những loại tải trọng tác động lên đầu cọc khác nhau nói trên,tác giả nhận thấy khi sử dụng tải trọng phân bố đều và tải trọng tập trung thì cho kết quảchuyển vị của cọc gần như nhau, ứng suất thang đứng trên mặt cắt ngang cọc do tải trọngphân bố đều hơn khi sử dụng tải trọng tập trung Vì vậy, ở đây tác giả sử dụng tải trọngphân bố đều để đưa vào mô phỏng trong mô hình Plaxis (hình 17) Khi đó, giá trị tảitrọng nhập vào mô hình được xác định như sau: lay tai trọng thí nghiệm chia cho diệntích mặt cắt ngang của cọc.

Tải trọng tác động lên đầu cọc được xác định từ tải trọng thiết kế cho phép nhân vớihệ số an toàn FS = 2,0 + 3,0 Ở đây, tác giả sử dụng tải trọng tác động lên đầu cọc để đưavào mồ hình theo tải trọng tới hạn từ thí nghiệm nén tinh hiện trường

Trang 40