TINH MONG THEO THÍ NGHIỆM HIỆN TRƯỜNG

Nguyn c Hnh B mụn a K thut Khoa Cụng Trỡnh - HGTVT Chơng IV TíNH TOáN NềN MóNG THEO KếT QUả THí NGHIệM HIệN TRƯờNG 1 Tính toán theo kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh (Static cone penetration test - CPT) Thí nghiệm xuyên tĩnh là ấn vào trong đất một đầu xuyên cùng với hệ thống cần xuyên bằng lực tĩnh với vận tốc ấn không đổi (từ 15-25mm/s), để xác định sức kháng xuyên của đất. Đầu xuyên có diện tích là 1000mm 2 , góc ở đỉnh là 60 o và đờng kính là 35.6mm (Hình 4.1). Trong quá trình xuyên sức kháng ma sát của đất đợc đo độc lập với sức kháng mũi xuyên bằng áo ma sát có đờng kính ngoài 35.6mm với diện tính của áo đo ma sát là 150cm 2 . Hiện nay một số côn đợc trang bị thiết bị đo áp lực nớc lỗ rỗng trong quá trình xuyên (piezocne). Thí nghiệm xuyên tĩnh đợc dùng cho đất dính và đất rời có hàm lợng các hạt >10 mm <25% (TCXDVN 174-1989). 1. Đầu xuyên; 2: Hộp tải đo sức kháng mũi; 3: Senser đo biến dạng để xác định sức kháng ma sát; 4: áo ma sát; 5: Vòng điều chỉnh; 6: Vòng thép; 7: Dây cáp đo tín hiệu; 8: Phần nối với cần khoan. Hình 4.1 Cấu tạo xuyên. Phân tích tính chất cơ lý của đất từ kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh chủ yếu dựa vào các công thức kinh nghiệm. Các loại đất khác nhau đợc nhận biết dựa vào mối quan hệ giữa sức kháng mũi xuyên (cone resistance), q c , tỷ số sức kháng (friction ratio) (R ) theo nh 113 Nguyn c Hnh B mụn a K thut Khoa Cụng Trỡnh - HGTVT Hình 4.2 (Robertson và Campanella, 1983). Tỷ số sức kháng đợc định nghĩa là tỷ số giữa ma sát thành đơn vị, c , và sức kháng mũi xuyên (R = c :q c ). Peat: Bùn Clay: Đất sét Clayey silt: Bụi sét Silt: Đất bụi Sandy silt: Bụi cát Silty sand: Cát bụi Sand: Cát Hình 4.2 Phân loại đất dựa vào kết quả thí nghiệm xuyên (theo Robertson và Campanella, 1983) Trên Hình 4.3 góc nội ma sát của đất cát quartz rời đợc xác định dựa vào sức kháng mũi xuyên và áp lực đứng hữu hiệu, ' vo (vertical effective stress) (Durgunoglu và Mitchell, 1975). Hình 4.3 Quan hệ giữa q c và góc nội ma sát của đất cát rời (theo Durgunoglu và Mitchell, 1975) 114 Nguyn c Hnh B mụn a K thut Khoa Cụng Trỡnh - HGTVT Một số quan hệ khác để đánh giá các tính chất cơ học của đất đợc thể hiện trên Hình 4.4 (Baldi et al., 1981). E 25% và E 50% là mô đun biến dạng tơng ứng với ứng suất bằng 25% và 50% ứng suất phá hoại Hình 4.4 Quan hệ giữa q c và mô đun biến dạng (theo Robertson và Campanella, 1983) Sức chịu tải của móng nông và móng cọc có thể đợc tính từ kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh: Theo quy trình 22 TCN-272-05 (lấy từ AASHTO) sức chịu tải danh định (MPa) của đất cho móng nông trên đất cát và sỏi xác định từ thí nghiệm xuyên CPT đợc tính nh sau. q ult = 8,2 x 10 -5 q c B i f 2w1w R B D CC + (4.1) Trong đó: q c = sức kháng chùy hình nón trung bình trên chiều sâu B dới đế móng (MPa) B = chiều rộng đế móng D f = chiều sâu chôn móng tính tới đáy của móng (mm) R i = hệ số điều chỉnh độ nghiêng tải trọng theo quy định ở Bảng 4.1 115 Nguyn c Hnh B mụn a K thut Khoa Cụng Trỡnh - HGTVT H/V D t /B = 0 D t /B = 1 D t /B = 5 0,0 1,00 1,00 1,00 0,10 0,70 0,75 0,80 0,15 0,60 0,65 0,70 0,20 0,50 0,60 0,65 0,25 0,40 0,50 0,55 0,30 0,35 0,40 0,50 0,35 0,30 0,35 0,40 0,40 0,25 0,30 0,35 0,45 0,20 0,25 0,30 0,50 0,15 0,20 0,25 0,55 0,10 0,15 0,20 0,60 0,05 0,10 0,15 H/V D t /B = 0 D t /B = 1 D t /B = 5 0,0 1,00 1,00 1,00 0,10 0,80 0,85 0,90 0,15 0,70 0,80 0,85 0,20 0,65 0,70 0,75 0,25 0,55 0,65 0,70 0,30 0,50 0,60 0,65 0,35 0,40 0,55 0,60 0,40 0,35 0,50 0,55 0,45 0,30 0,45 0,50 0,50 0,25 0,35 0,45 0,55 0,20 0,30 0,40 0,60 0,15 0,25 0,35 Hệ số đ ộ n g hiên g tải tr ọ n g , R i Tải trọng nghiêng theo chiều rộng Hệ số đ ộ n g hiên g tải tr ọ n g , R i Tải trọng nghiêng theo chiều dài D t /B = 0 D t /B = 1 D t /B = 5 0,0 1,001,001,00 0,10 0,75 0,80 0,85 0,15 0,65 0,75 0,80 0,20 0,55 0,65 0,70 0,25 0,50 0,55 0,65 0,30 0,40 0,50 0,55 0,35 0,35 0,45 0,50 0,40 0,30 0,35 0,45 0,45 0,25 0,30 0,40 0,50 0,20 0,25 0,30 0,55 0,15 0,20 0,25 0,60 0,10 0,15 0,20 0,50 0,20 0,25 0,30 0,55 0,15 0,20 0,25 0,60 0,10 0,15 0,20 H/V Hệ số độ nghiêng tải trọng cho móng vuông, R i Bảng 4.1 Hệ số độ nghiêng tải trọng, R i , cho móng vuông và móng chữ nhật C W1 ,C W2 = hệ số hiệu chỉnh ảnh hởng của nớc ngầm, nh quy định trong Bảng 4. 2 D w C w1 C w2 0,0 0,5 0,5 D f 0,5 1,0 > 1,5B + D f 1,0 1,0 Bảng 4.2 Các hệ số Cw 1 , Cw 2 cho các chiều sâu nớc ngầm khác nhau 116 Nguyn c Hnh B mụn a K thut Khoa Cụng Trỡnh - HGTVT Trong đất sét khi ấn mũi xuyên vào đất sẽ gây ra sự phá hoại của đất do vậy sức kháng mũi xuyên có thể đợc viết dới dạng (Meigh, 1987): q c = v + N k c u (4.2) Trong đó: v = tổng ứng suất đứng tại độ sâu mũi côn c u = sức kháng đơn vị cắt không thoát nớc của đất N k = gọi là hệ số xuyên nó tơng tự nh hệ số tải trọng N c khi tính sức chịu tải. N k phụ thuộc hình dạng của xuyên và tốc độ xuyên. Meigh (1987) đa ra giá trị N k cho xuyên điện theo Bảng 4.3. Giá trị N k = 17.5 - 21 sử dụng cho xuyên cơ và đất sét cố kết bình thờng. Loại đất sét N k Đất sét cố kết bình thờng 15 - 19 (đất sét càng nhạy dùng giá trị càng cao) Đất sét quá cố kết 27-30 Đất sét băng tích 18-22 Bảng 4.3 Hệ số N k (theo Meigh, 1987) Sức kháng cắt không thoát nớc đợc tính theo Công thức 4.3 và sức kháng cắt có thể dùng để tính sức chịu tải cho móng nông. c u = (q c - v )/N k (4.3) Dùng kết quả CPT để tính sức chịu tải cho cọc. Khi tính sức chịu tải của cọc, sức kháng ma sát thành bên của cọc đợc tính theo Công thức: q s = K s ' v tan (4.4) Trong đó: K s = hệ số áp lực ngang của đất ' v = áp lực địa tầng hữu hiệu = góc ma sát giữa cọc và đất Góc nội ma sát giữa đất và cọc đợc tính từ góc nội ma sát của đất theo Bảng 4.4 (Kulhawy, 1984). Trong đó góc nội ma sát của đất xác định từ thí nghiệm xuyên tĩnh (Hình 4.3). 117 Nguyn c Hnh B mụn a K thut Khoa Cụng Trỡnh - HGTVT Tiếp xúc giữa đất và cọc Góc ma sát giữa đất và cọc Thép trơn/cát (0.5-0.7) Thép không trơn/cát (0.7-0.9) Bê tông đúc sẵn/cát (0.8-1.0) Bê tông đúc tại chỗ/cát 1 .00 Gỗ/cát (0.8-0.9) Bảng 4.4 Góc ma sát giữa đất và cọc (theo Kulhawy, 1984) Sức kháng mũi cọc đợc tính theo công thức: Q b = q b A b = N q ' v A b (4.5) Trong đó: q b = sức chịu tải của lớp đất tại mũi cọc A b = diện tích tiết diện mũi cọc N q = hệ số sức chịu tải ' v = áp lực hữu hiệu của địa tầng tại độ sâu mũi cọc Trong đó hệ số tải trọng N q đợc thiết lập theo Berezantsev (1961) có kể đến tỉ số giữa chiều sâu và bề rộng hay đờng kính của cọc (Hình 4.5). Với góc ma sát xác định từ thí nghiệm xuyên tĩnh theo Hình 4.3. Góc nội ma sát (p) (độ) H ệ s ố t ả i t r ọ n g , N q 0 253035404 50 100 150 200 D/B = 5 5 D/B = 20 D/B = 70 Hình 4.5 Hệ số tải trọng N q (theo Berezantsev 1961) Dựa vào kinh nghiệm sức cản ma sát đơn vị của thành cọc còn đợc tính theo sức kháng mũi xuyên (q c ) theo nh Bảng 4.5. Sở dĩ sức cản ma sát đơn vị thành cọc đợc thiết lập theo sức cản mũi xuyên mà không theo sức cản ma sát của áo xuyên vì trong thực tế q c nhạy hơn với sự thay đổi độ chặt của đất so với sức cản ma sát của áo xuyên (Tomlinson, 2001). 118 Nguyn c Hnh B mụn a K thut Khoa Cụng Trỡnh - HGTVT Loại cọc Sức kháng ma sát đơn vị lớn nhất Cọc gỗ 0.012q c Cọc bê tông đúc trớc 0.012q c Cọc bê tông đúc trớc mở rộng chân 0.018q c Cọc thép đóng 0.012q c Cọc ống thép hở chân 0.008q c Cọc ống thép hở chân đóng vào cát mịn đến trung 0.0033 q c Theo quy trình 22 TCN-272-05 (lấy từ AASHTO) sức kháng mũi cọc của cọc đóng, q p (MPa) có thể đợc xác định nh cho trong Hình 4.6. Bảng 4.5 Quan hệ giữa ma sát thành cọc và q c (theo Tomlinson, 2001) với: q p = 2 qq 2c1c + (4.6) ở đây: q c1 = giá trị trung bình của q c trên toàn bộ chiều sâu yD dới mũi cọc (đờng a-b-c). Tổng giá trị q c theo cả hớng xuống (đờng a-b) và hớng lên (đờng b-c). Dùng các giá trị q c thực dọc theo đờng a- b và quy tắc đờng tối thiểu dọc theo đờng b-c. Tính toán q c1 cho các giá trị y từ 0,7 đến 4,0 và sử dụng giá trị tối thiểu q c1 thu đợc (MPa). q c2 = giá trị trung bình của q c trên toàn bộ khoảng cách 8D bên trên mũi cọc (đờng c-e). Sử dụng quy tắc đờng tối thiểu nh đối với đờng b-c trong tính toán q c1 . Bỏ qua các đỉnh lõm nhỏ X, nếu trong cát, nhng đa vào đờng nhỏ nhất nếu trong sét. 119 Nguyn c Hnh B mụn a K thut Khoa Cụng Trỡnh - HGTVT đờng bao các giá trị q c tối thiểu Chiều sâu Hình 4.6 Phơng pháp tính sức chịu đầu cọc (theo Nottinghan và Schmertmann, 1975) Sức kháng hình nón trung bình tối thiểu giữa 0,7 và 4 đờng kính cọc bên dới cao độ mũi cọc có đợc thông qua quá trình thử dần, với việc sử dụng quy tắc đờng tối thiểu. Quy tắc đờng tối thiểu cũng sẽ đợc dùng để tìm ra giá trị sức kháng hình nón cho đất trong khoảng tám lần đờng kính cọc bên trên mũi cọc. Tính trung bình hai kết quả để xác định sức kháng mũi cọc. Theo quy trình 22 TCN-272-05 sức kháng ma sát bề mặt danh định của cọc đóng có thể đợc xác định theo kết quả thí nghiệm CPT nh sau. + = == 1 N 1i 2 N 1i isisiisisi i i c,ss hafh.af D8 L KQ (4.7) ở đây: K s,c = các hệ số hiệu chỉnh: K c Cho các đất sét và K s cho đất cát lấy từ Hình 4.7 và sơ đồ cho giá trị của loại xuyên cơ (Begemann) và loại xuyên điện do Fugro, N.V. ở Hà lan đề xuất. 120 Nguyn c Hnh B mụn a K thut Khoa Cụng Trỡnh - HGTVT Cọc bê tông và gỗ Cọc thép Dùng 0,8 fs cho mũi cọc Begemann nếu đáp trong lớp sé t có OCR cao Tỷ số chiều sâu trên chiều rộng = Z/D Mũi cơ học Begemann Thép Bê tô Mũi Furgo (điện) Thép Bê tông Ks của gỗ dùng 1,25 Ks của thép F s theo MPa Hình 4.7 Hệ số điều chỉnh ma sát cọc (theo Nottinghan và Schmertmann, 1975) L i = chiều sâu đến điểm giữa khoảng chiều dài tại điểm xem xét (mm) D = chiều rộng hoặc đờng kính cọc xem xét (mm) f si = sức kháng ma sát đơn vị thành ống cục bộ lấy từ CPT tại điểm xem xét (MPa) a si = chu vị cọc tại điểm xem xét (mm) h i = khoảng chiều dài tại điểm xem xét (mm) N 1 = số khoảng giữa mặt đất và điểm cách dới mặt đất 8D N 2 = số khoảng giữa điểm cách dới mặt đất 8D và mũi cọc. Theo quy trình 22 TCN-272-05 độ lún của nhóm cọc trong đất rời có thể tính nh sau khi sử dụng kết quả CPT: c q2 Iq = (4.8) trong đó: 5,0 D 125,01 , = ( 4.9 ) Trong đó : q = áp lực móng tĩnh tác dụng tại 2D b /3 cho trong Hình 4.8 áp lực này bằng với tải trọng tác dụng tại đỉnh của nhóm đợc chia bởi diện 121 Nguyn c Hnh B mụn a K thut Khoa Cụng Trỡnh - HGTVT tích móng tơng đơng và không bao gồm trọng lợng của các cọc hoặc của đất giữa các cọc (MPa). X = chiều rộng hay chiều nhỏ nhất của nhóm cọc (mm), = độ lún của nhóm cọc (mm) I = hệ số ảnh hởng của chiều sâu chôn hữu hiệu của nhóm D = độ sâu hữu hiệu lấy bằng 2D b /3 (mm) D b = độ sâu chôn cọc trong lớp chịu lực nh cho trong Hình 4.8 (mm) v = ứng suất thẳng đứng hữu hiệu (MPa) q c = sức kháng xuyên hình nón tĩnh trung bình trên độ sâu X dới móng tơng đơng (MPa) Móng tơng đơng Lớp yếu Lớp tốt Móng tơng đơng Hình 4.8 Kích thớc móng tơng đơng (theo Duncan và Buchignani 1976) 122 [...]... bên của cọc tính theo Công thức 4.4 với góc ma sát giữa đất và cọc đ ợc tính từ góc nội ma sát của đất và cọc theo Bảng 4.4 Trong đó góc nội ma sát của đất cũng có thể xác định từ thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (Hình 4.11) Sức chịu tải mũi cọc theo Công thức 4.5 trong đó góc nội ma sát để xác định hệ số sức chịu tải cũng có thể xác định theo thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn theo Hình 4.11 Theo quy trình 22... đối hay độ tăng thể tích Hình 4.13 Kết quả điển hình của thí nghiệm nén ngang a/ Máy nén ngang Menard; b/ Máy nén tự tạo lỗ Sự khác nhau chính giữa thí nghiệm nén ngang theo Menard và thiết bị tự tạo lỗ là theo Menard buồng nén đ ợc ấn vào trong lỗ khoan tạo tr ớc Một số xáo động là không thể tránh khỏi do đó với các cấp áp lực ban đầu của thí nghiệm buồng nén còn ch a tiếp xúc với thành lỗ Khi buồng...Nguy n c H nh B mụn a K thu t Khoa Cụng Trỡnh - HGTVT 2 Tính toán theo kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (standard penetration test - SPT) Thí nghiệm đ ợc tiến hành bằng cách đóng một mũi xuyên có dạng hình ống vào trong đất từ đáy một lỗ khoan đã đ ợc chuẩn bị phù hợp cho thí nghiệm Quy cách mũi xuyên, thiết bị và năng l ợng đóng đ ợc tiêu chuẩn hoá ống thép đầu xuyên... định của đất nền (MPa) dựa vào thí nghiệm nén ngang tính theo quy trình 22TCN - 272 - 05 đ ợc tính theo Công thức 4.75 qult= [ vo + k (pL + ho )] Ri (4.75) Trong đó: vo k = tổng áp lực thẳng đứng ban đầu tại đáy móng (MPa) = hệ số khả năng chịu tải thực nghiệm lấy từ Hình 4.19 Với cấp đất và đá lấy từ Bảng 4 pL = giá trị trung bình của áp lực giới hạn có đ ợc từ kết quả thí nghiệm đo áp lực trong khoảng... Tính toán theo kết quả thí nghiệm nén ngang Thiết bị nén ngang có dạng hình trụ đ ợc thiết kế để tác dụng một áp lực h ớng tâm đồng đều lên thành của lỗ khoan Hiện nay có hai loại thiết bị nén ngang chính: Thiết bị nén ngang Menard (Menard pressuremeter MPM) Thiết bị này đ ợc hạ vào lỗ khoan tạo tr ớc Thiết bị nén ngang tự tạo lỗ (self-boring pressuremeter SBP) Thiết bị này tự tạo lỗ khi thí nghiệm. .. của đất do vậy các mối quan hệ theo kinh nghiệm giữa các thông số này và chỉ số SPT đ ợc sử dụng rộng rãi Tiêu chuẩn Anh (BS 5930) đ a ra mối liên hệ dựa kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn và độ chặt của đất cát theo nh Bảng 4.6 N (số lần đập/ 300mm xuyên) Nhỏ hơn 4 4-10 10-30 30-50 Lớn hơn 50 Độ chặt Rất rời rạc Rời rạc Chặt vừa Chặt Rất chặt Bảng 4.6 Trạng thái của đất theo N (BS 5930) 123 Nguy n c... sau khi đóng đ ợc quan sát, mô tả, bảo quản và thí nghiệm nh là mẫu đất xáo động Hình 4.9 Xuyên tiêu chuẩn SPT Mũi xuyên đ ợc đóng vào trong đất nguyên trạng 450mm và sức kháng xuyên SPT đ ợc ký hiệu là N30 là số búa cần thiết để đóng mũi xuyên 300mm cuối cùng Khảo sát theo ph ơng pháp này các lớp địa tầng nh cuội, sỏi sẽ đ ợc phát hiện trong quá trình thí nghiệm do mẫu đất đ ợc thu hồi trong quá trình... thành lỗ và đất bên thành lỗ không bị mềm hoá Về lý thuyết lúc đó thành lỗ chỉ bắt đầu biến dạng khi áp lực trong buồng nén v ợt quá áp lực ngang địa tầng của vị trí thí nghiệm, Từ nhận xét này áp lực ngang địa tầng có thể ho xác định bằng thí nghiệm này Điểm có áp lực ngang bằng áp lực ngang địa tầng gọi là điểm nhảy (lift-off) Sau khi v ợt quá áp lực ngang địa tầng, biến dạng t ơng đối thành lỗ gần nh... biên của bài toán Khi r tăng đến vô cùng ảnh h ởng của áp lực trong buồng lên đất là không đáng kể hay y = 0 khi r = do vậy B = 0 Từ đó ta có: y A r (4.41) Trong thí nghiệm nén ngang hằng số A có thể đ ợc xác định do giá trị yc đ ợc đo từ thí nghiệm A (4.42) yc Trong đó là đ ờng kính của buồng nén khi chịu áp lực Nếu ta định nghĩa biến dạng t ơng đối của buồng c = yc/ o (trong đó o là đ ờng kính ban... Khoa Cụng Trỡnh - HGTVT Khi bắt đầu thí nghiệm bán kính buồng nén ( ) bằng bán kính ban đầu ( o) do vậy / o = 1 và G = (1/2)(dp/d c) Mô đun cắt th ờng đ ợc đo từ quá trình tăng giảm tải để bảo đảm đất biến dạng đàn hồi (Hình 4.16) A: Điểm nhảy của biến dạng cho giá trị áp lực ngang của hiện tr ờng BC: Vòng giảm/tăng tải với độ dốc của BC = 2G nếu o=1 JKG: Giới hạn theo lý thuyết của đ ờng giảm tải nếu . Sức chịu tải mũi cọc theo Công thức 4.5 trong đó góc nội ma sát để xác định hệ số sức chịu tải cũng có thể xác định theo thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn theo Hình 4.11. Theo quy trình 22 TCN-272-05. (đờng a-b-c). Tổng giá trị q c theo cả hớng xuống (đờng a-b) và hớng lên (đờng b-c). Dùng các giá trị q c thực dọc theo đờng a- b và quy tắc đờng tối thiểu dọc theo đờng b-c. Tính toán q c1 . Bảng 4.8 Trạng thái đất và N (theo Skempton, 1986) Sức chịu tải danh định của cát dựa vào chỉ số SPT tính theo quy trình 22TCN - 272 - 05 đợc tính theo Công thức 4.15 q ult = 3,2