Giá Trị Hệ Số Tỷ Lệ Hệ Số Nền Đối Với Đất Sét Yếu _ www.bit.ly/taiho123

1 CÁC CÁCH TÍNH TOÁN GIÁ TRỊ HỆ SỐ TỶ LỆ CỦA HỆ SỐ NỀN ĐỐI VỚI ĐẤT SÉT YẾU Ts. Phan Dũng 1. Giới thiệu chung 1.1 Đối với việc tính toán kết cấu đàn hồi nói chung cọc chịu lực ngang nói riêng, vấn đề mấu chốt xác định giá trị quy luật phân bố phản lực đất p(z). Muốn thế, ta dùng phương pháp dựa lý thuyết đàn hồi, lý thuyết dẻo phương pháp phản lực hay gọi phương pháp hệ số nền. Ở phương pháp sau này, tính chất học kết cấu (cọc) đất gộp chung vào tham số: hệ số phản lực (hệ số nền). Theo Terzaghi [1], hệ số tỷ số phản lực đơn vị, p(z) chuyển vị ngang tương ứng, y(z): k (z) = p( z ) = f (z) y( z ) (1) Khi tính cọc chịu lực ngang, TCXD 205:1998 [8] dùng quan hệ sau: k (z) = kz (2) Vì k(z) có thứ nguyên kN / m nên k, gọi hệ số tỷ lệ hệ số nền, có thứ nguyên kN / m . 1.2 Trong báo cáo tổng kết chuyên đề thiết kế cọc chịu lực ngang [5], Elson (2005) giới thiệu ba nhóm phương pháp để xác định hệ số nền, ghi nhận sau: 1. Nhóm thứ nhất: thiết lập tương quan hệ số với tham số học chủ yếu đất, đặc biệt đất sét yếu sức chống cắt không thoát nước, Su : 2. Nhóm thứ hai: hệ số xác định trực tiếp từ kết thí nghiệm đất trường, ví dụ thí nghiệm nén ngang hố khoan: điều kiện ứng suất tạo thí nghiệm tương đồng với phản lực đất lên cọc chịu lực ngang. 3. Nhóm thứ ba: hệ số thu từ kết thí nghiệm cọc chịu lực ngang. a. Đối với cọc gắn thiết bị đo, từ momen uốn đo cho phép tìm phản lực đất chuyển vị ngang. b. Đối với cọc không gắn thiết bị đo, từ đường cong “ Q ~ y ” (quan hệ lực ngang chuyển vị ngang mức mặt đất) đo theo cách làm [7] tìm giá trị hệ số nền. Mặc dù sai số thí nghiệm dẫn đến gia tăng sai số giá trị hệ số (vì hệ số biến dạng α hàm mũ k) cách làm cho ta số liệu đủ tin cậy để thiết kế. 1.3 Dựa vào phân tích nêu trên, mục tiêu đặt cho viết là: 1. Xét cọc chịu lực ngang đóng vào đất [9], với lớp chịu lực lớp sét yếu dày mặt có số sệt I L > 1,0 . 2. Đối với loại đất thế, giá trị hệ số tỷ lệ hệ số không cho bảng G.1, phụ lục G, TCXD 205:1998. Hơn nữa, kinh nghiệm cho thấy việc xác định đắn số sệt I L đất sét, đặc biệt đất sét yếu bão hòa nước, khó khăn. 3. Do vậy, để tính toán cọc móng cọc chịu lực ngang theo TCXD 205:1998 việc cần thiết phải biết giá trị hệ số tỷ lệ hệ số cọc cho trước đóng sét yếu thế. Nội dung báo dựa phối hợp nhóm thứ nhóm thứ ba, đề xuất cách xác định giá trị hệ số tỷ lệ hệ số k đất sét yếu tính toán, hay nói xác hơn, dựa phương pháp tính toán tin cậy cọc chịu lực ngang. 2. Ba cách tính giá trị hệ số tỷ lệ hệ số 2.1 Phương pháp luận 1. Giá trị hệ số tỷ lệ hệ số k (từ sau gọn, ta gọi hệ số tỷ lệ) đất sét yếu xác định cọc đầu tự do, chiều cao tự do, chịu lực nằm ngang Q mức mặt đất, gây chuyển vị nằm ngang đầu cọc y theo nội dung mô tả nhóm thứ ba b mục trước [7]. 2. Đối với đất yếu nói chung, sét yếu bão hòa nước nói riêng, việc xác định đắn tiêu trạng thái vật lý đất để tính toán cọc khó khăn được. Vì thế, việc đánh giá hệ số tỷ lệ trường hợp này, nhóm thứ nêu, chủ yếu dựa sức chống cắt không thoát nước đất sét có giá trị thay đổi theo độ sâu z với quy luật [9]: S u = a + bz (3) 3. Giá trị hệ số tỷ lệ xác định đường cong quan hệ lực nằm ngang Q chuyển vị nằm ngang y đầu cọc. Như vậy, thay tiến hành thí nghiệm ta cần phải chọn dùng phương pháp tính cọc chịu lực ngang thích hợp tin cậy để thu đường cong “ Q ~ y ”. Đó là: - Phương pháp Dawson (1980), - Phương pháp Randolph (1981) - Phương phápMurthy (1995). Sau đường cong “ Q ~ y ” xấp xỉ đường thẳng “ Q ~ y ” khoảng [0, y 0.gh ] cọc dài – mềm, biểu thức (G.9) [8] có dạng: y0 = 2,431 α EI Q0 ⎛ kD tt ⎞ α=⎜ ⎟ ⎝ EI ⎠ (4) 0, (5) Hai phương trình cho phép ta tìm k. 4. Chuyển vị nằm ngang giới hạn, y0.gh đại lượng quan trọng xác định giá trị hệ số tỷ lệ. Khác với số tiêu chuẩn thiết kế: y0.gh quy định trước (ví dụ TCXD 205:1998, y 0.gh = 10mm ). Ơ y0.gh xuất phát từ điều kiện bền chịu uốn cọc mô tả sơ đồ hình 1. Giá trị y0.gh chọn ứng với 50% Q 0.u mức an toàn chấp nhận thực tế thiết kế kí hiệu y0.50 . Dựa phương pháp luận vậy, ta đề xuất ba cách cụ thể để tìm giá trị hệ số tỷ lệ trình bày sau đây. B A Hình 1: Sơ đồ xác định chuyển vị nằm ngang giới hạn. 2.2 Cách thứ nhất: dựa đường cong “ Q ~ y ” phương pháp Dawson (1980). 1. Nội dung tóm tắt lời giải Dawson [2]. a. Đường cong p-y có dạng đơn giản: đa tuyến tính theo điều kiện ứng suấtbiến dạng vật liệu đàn hồi-dẻo lý tưởng với hai tham số đặc trưng ký hiệu N k (H.2e). b. Dưới tác dụng lực ngang đủ lớn, cọc chuyển vị toàn tầng đất mà cọc đóng qua hình thành hai vùng phân biệt: vùng phía vùng dẻo vùng lại phía – vùng đàn hồi (H.2d). c. Chuyển vị - nội lực cọc, lúc xác định lời giải giải tích phương trình vi phân uốn cọc bậc với việc quan trọng đánh giá chiều sâu vùng dẻo L d . Hình 2: Sơ đồ tính toán cọc chịu lực ngang Dawson. a) Sơ đồ cọc, b) Biểu đồ sức chống cắt không thoát nước, c) Biểu đồ chuyển vị ngang, d) Biểu đồ phản lực đất, e) Đường cong p-y. 2. Trình tự tính toán Các công thức tính cụ thể lấy từ [10]. Bước 1: Tính giá trị số đại lượng: - Các hệ số phản lực đất vùng dẻo P1 P2 . - Hệ số biến dạng β . Bước 2: Tìm giá trị lực ngang giới hạn Q 0.u từ điều kiện momen uốn lớn M max momen khả chịu lực cọc [M]. Với cọc thép momen khả chịu lực [M] momen giới hạn chảy giới hạn dẻo; cọc bê tông cốt thép, nên chọn momen khả chống nứt tiết diện cọc. Cách tìm momen uốn lớn cọc, đơn giản sau: M max xuất vùng dẻo, vị trí xảy mô men Z M xác định dễ dàng từ điều kiện lực cắt cọc vùng dẻo không: P2 Z + P1 Z − Q = (6) Giải phương trình bậc hai này, Z M giá trị momen uốn lớn M max bằng: M max = Q Z M − 1 P1 Z 2M − P2 Z 3M , (7) Ứng với Q 0.u ta có y 0.u . Bước 3: Cho giá trị lực ngang Q tăng dần từ O đến Q ứng với giá trị ta tính chuyển vị ngang đầu cọc. Kết xây dựng đường cong quan hệ Q ~ y đầu cọc O1AB (xem hình 1) Bước 4: Quy định giá trị lực ngang giới hạn tính toán Q . Dựa kinh nghiệm thiết kế móng cọc nhiều nước, đề nghị dùng giá trị sau: Q0 = Q 0.u (8) Sau có giá trị lực ngang giới hạn ta xác định chuyển vị ngang đầu cọc tương ứng y 0.50 . Bước 5: Tìm giá trị hệ số tỷ lệ k : Q 0.u y , quan hệ Q ~ y phi tuyến theo đường O1A xấp xỉ đoạn thẳng O2A giống sơ đồ nguyên tắc thí nghiệm cọc chịu lực ngang để xác định hệ số tỷ lệ k . Trong phạm vi Lúc ta dùng công thức (4) (5) để tính giá trị hệ số tỷ lệ. Bước 6: Kiểm tra điều kiện sử dụng giá trị k : Chiều dày lớp đất yếu H đy phải thỏa mãn điều kiện: H đy ≥ L d + Ở β (9) H đy = chiều dày lớp đất yếu (m) L d = chiều sâu vùng dẻo (m) k EI β=4 (10) Ghi chú: a. Có thể chọn dùng phương pháp tính cọc chịu lực ngang đàn hồi – dẻo khác thay cho Dawson, miễn xác, tiện dụng thích hợp. b. Dựa vào đường cong “ Q ~ y ” thu cách nêu trên, ấn định y 0.gh = 10mm ta tìm giá trị hệ số tỷ lệ kí hiệu k 1.10 giống phụ lục G, TCXD 205:1998 (xem hình 1). 2.3 Cách thứ hai: đồng giá trị chuyển vị nằm ngang đầu cọc lời giải Randolph với TCXD 205:1998. 1. Nội dung tóm tắt lời giải Randolph (1981). a. Xét cọc chịu lực ngang, chiều cao tự do, chiều dài đất L với tham số chịu uốn đặc trưng: Modun Young có hiệu cọc E p : Ep = r0 = EI (11) πr04 D (12) b. Nền đất bán không gian đàn hồi đặc trưng modun trượt trung bình G c tính toàn chiều dài tới hạ l c cọc. Nếu l c < L cọc loại dài – mềm. Quan hệ l c G c sau: l c = 2r0 ( Ep Gc ) (13) Randolph đưa vào hệ số đồng ρ c để xét mức độ biến đổi độ cứng theo độ sâu ρc = G c (z = Gc lc ) (14) c. Ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn kết hợp với phương pháp nghiên cứu tham số để giải toán cọc chịu lực ngang. Sau xử lý khối lượng lớn kết tính toán, tác giả cho công thức chuyển vị mặt đất theo lực ngang tham số đặc trưng vừa nêu với dạng quen thuộc sau: y = f QQ Q + f QM M (15) ϕ = f MQ Q + f MM M (16) f QQ ⎛Ep ⎞ ⎜ G ⎟ c⎠ = 0,27 ⎝ ρcG c f QM = f MQ f MM 2. 1/ ⎛1 ⎞ ⎜ lc ⎟ ⎝2 ⎠ ⎛Ep ⎞ ⎜ G ⎟ c⎠ = 0,3 ⎝ ρcG c ⎛Ep ⎞ ⎜ G ⎟ c⎠ = 0,8 ⎝ ρcG c −1 (17) 1/ ⎛1 ⎞ ⎜ lc ⎟ ⎝2 ⎠ −2 (18) 1/ ⎛1 ⎞ ⎜ lc ⎟ ⎝2 ⎠ −3 (19) Trình tự tính toán: Bước 1: Tính modun Young có hiệu cọc E p . Bước 2: Xác định đồng thời chiều dài tới hạn cọc l c modun trượt trung bình G c chiều dài dựa vào đẳng thức (13) phương pháp lặp đơn. Bước 3: Tìm hệ số đồng đất ρ c . Bước 4: Tính giá trị hệ số biến dạng α thu nhờ đồng (4) với (15): α = 1,65 ρcG clc ⎛E ⎞ EI⎜ p ⎟ G c⎠ ⎝ 2/7 (20) Bước 5: Đặt α vừa tìm theo (20) vào vế trái (5) để nhận giá trị hệ số tỷ lệ, kí hiệu k . Bước 6: Kiểm tra điều kiện k : H đy < l c y 0.gh ⎫⎪ ⎬ = 0,1r0 ⎪⎭ (21) Ghi chú: a. Đối với đất sét yếu, mô đun trượt lấy bằng: G s = (50 ÷ 80)S u (22) b. Hệ số Poisson điều kiện không thoát nước μ s = 0,5 . c. Nếu ấn định y .gh = 10mm hệ số tỷ lệ tương ứng, kí hiệu k 2.10 theo (20), ta có: k = k 2.10 2.4 1. Cách thứ ba: Ứng dụng phương pháp trực tiếp Murthy (1995): Nội dung tóm tắt lời giải Murthy (1995) a. Xét cọc dài mềm chịu vừa lực ngang Q vừa momen M, nhờ công thức (37) [11] để quy đổi trường hợp cọc chịu lực ngang tương đương mặt đất Q 0e bằng: Q 0e = Q(1 + 0,167αe) e= M Q (23) (24) Khi đó, công thức tính chuyển vị ngang (37) trở thành: y0 = 2,43 α EI (25) Q 0e b. Dựa phân tích thứ nguyên, tác giả thiết lập nên hai nhóm không thứ nguyên cọc đất sét Fn Fp : Fn = Fp = ( kD tt ) Q oe (1 + e D)1,5 S1u,5 EIγD Q oe (26) (27) c. Xử lý thống kê nhiều số liệu thí nghiệm cọc chịu lực ngang trường đất sét, tác giả thu quan hệ: Fn = 125Fp (28) d. Từ rút công thức trực tiếp tính hệ số tỷ lệ sau đây: (kD tt ) = 2. 125S1u,5 EIγD /(1 + e / D)1,5 Q1oe,5 (29) Trình tự tính toán: Ngoài phương pháp luận nêu, ứng dụng phương pháp Murthy vào việc tính toán hệ số tỷ lệ, ký hiệu k , ta phải mượn lời giải Randolph để xác định chiều dài tới hạn l c . Bước 1: Giống bước bước cách thứ hai Bước 2: Từ (3), tìm sức chống cắt không thoát nước trung bình đất sét yếu toàn chiều dài tới hạn l c Su = a + b × lc (30) Bước 3: Trong trường hợp (29) có dạng đơn giản: 1,5 k3 = 125S u EIγD D tt Q10,5 (31) Cho giá trị Q , nhờ (31) tính k , dùng (5) tìm α . Tiếp theo, chuyển vị ngang y xác định từ (4) giá trị momen max M max tính nhờ (39) [11] dạng đơn giản: M max = 0,77 Q0 α (32) Ứng với giá trị Q cho trước, tính toán, ta thu số liệu gồm ( k , y , M max ) vẽ nên đồ thị hình 3. Hình 3: Sơ đồ tính hệ số tỷ lệ hệ số theo phương pháp Murthy Bước 4: Áp momen khả chịu lực cọc [M] vào trục tung, theo hướng mũi tên hình ta xác định lực ngang Q 0.u Q 0.u tìm đồng thời y 0.50 giá trị hệ số tỷ lệ k. Ghi chú: a. Nếu ấn định y 0.gh = 10mm ta tìm giá trị hệ số tỷ lệ, ký hiệu k 3.10 phụ lục G, TCXD 205: 1998. 10 b. Cũng giống cách thứ nhất, không thiết phải xây dựng đồ thị hình mà cần số phép tính tìm lực ngang giới hạn. Điều làm sáng tỏ qua ví dụ minh họa. 3. Ví dụ: 3.1 Số liệu cho trước: cọc ống thép D = 400 đóng đất lớp với lớp đất sét yếu dày 18m mặt (xem hình 4). Yêu cầu xác định giá trị hệ số tỷ lệ k theo cách trên. Hình 4: Sơ đồ cọc với số liệu địa chất 3.2 1. Cách thứ nhất: Kết tính toán ba bước số liệu Q , y M max cho bảng vẽ nên đồ thị hình 5. Từ xác định Q 0.u =147,526 kN Q = Q 0.u = 73,763 kN. Bảng 1: Chuyển vị nội lực cọc theo phương pháp Dawson. STT Q0 y0 M max k1 (kN) (mm) (kNm) (kNm4) 10 20 30 40 50 60 73.763 0.224 0.681 2.112 5.342 11.298 20.958 42.164 3.406 13.223 28.953 50.198 76.631 107.979 158.732 126398.0 62896.1 18744.1 6447.81 2683.9 1298.64 571.647 STT 10 11 12 13 14 15 16 Q0 y0 M max k1 (kN) (mm) (kNm) (kNm4) 55.425 82.267 116.868 160.233 213.358 277.225 352.806 417.992 184.508 229.305 278.238 331.164 387.953 448.489 512.663 563.301 414.756 261.324 173.511 120.195 86.2916 63.6801 48.2105 39.657 80 90 100 110 120 130 140 147.526 11 103.k1 (kN/m4) Hình 5: Đồ thị chuyển vị – nội lực cọc theo phương pháp Dawson (1980) 2. Thực bước 4: a. Chiều sâu vùng dẻo L d : 0,3173L3d + 7,7705L2d − 44,4187 L d − 84,4262 = L d = 6,0606m b. Nội lực ranh giới vùng dẻo – vùng đàn hồi: Q * = 51,415kN M * = 107,234kNm. c. Giá trị số tích phân C = 3155,6166kNm . y 0.50 3. d. Chuyển vị ngang giới hạn mặt đất. = 42,164mm Tìm hệ số biến dạng từ (4): ⎛ 2,431 Q α=⎜ × ⎜ EI y o.gh ⎝ ⎞ ⎟ ⎟ ⎠ = 0,3845m −1 Còn giá trị hệ số tỷ lệ suy từ (5): k1 = 4. α EI = 571,647 kN / m D tt Bước 5: Kiểm tra điều kiện (9): Ld + = 13,863m < H đy = 18m β 12 Ghi chú: Nếu ấn định y 0.u = 10mm ta tìm lực ngang tương ứng Q 0.10 = 47,821kN . Giá trị hệ số tỷ lệ: k 1.10 = 3054,865kN / m 3.3 Cách thứ hai: 1. Bước 1: Modun đàn hồi có hiệu cọc E p = 59557371,3kN / m 2. Bước 2: Chọn dùng G s = 50S u . Sau 11 vòng lặp, xác định đồng thời l c = 8,89969 ≈ 8,9m G c = 1146,3905kN / m 3. Bước 3: Giá trị hệ số đồng ρ c = 0,7999 . 4. Bước 4: Giá trị hệ số biến dạng xác định theo (20) α = 0,4704m −1 5. Bước 5: Nhờ (5) ta tìm giá trị hệ số tỷ lệ k = 1567,023kN / m 6. Bước 6: Kiểm tra điều kiện (21) l c = 8,9m < H đy = 18m Chuyển vị ngang giới hạn: y o.gh = 35mm . Cách thứ 3: 3.4 Gộp bước bước 2: với kết cách hai: l c = 8,9m theo (30): 1. S u = 16,675kN / m 2. Bước 3: Công thức (31) có dạng: k3 = 3,111 × 10 Q10,5 Kết tính toán bước cho ta số liệu Q , y , M max k ghi bảng vẽ nên đồ thị hình 6. STT Bảng 2: Chuyển vị-nội lực cọc theo phương pháp Murthy k3 Q0 y0 M max Q0 y0 M max (kN) 10 20 30 50 70 100 120 (mm) (kNm) 0 0.26 7.153 0.971 17.612 2.098 29.834 5.539 57.959 10.497 89.761 20.671 142.711 29.229 180.881 ( kN / m ) 98382 34783.3 18933.6 8799.55 5312.12 3111.11 2366.7 STT 10 11 12 13 14 15 16 k3 (kN) (mm) (kNm) ( kN / m ) 1878.12 140 39.175 221.016 1804.94 143.759 41.197 228.762 1537.22 160 50.488 262.914 1288.27 180 63.151 306.417 953.413 220 92.463 397.748 250 117.883 469.656 787.055 664.015 280 146.206 544.206 563.3 638.146 287.517 153.753 13 103.k3 (kN/m4) Hình 6: Đồ thị chuyển vị-nội lực cọc theo phương pháp Murthy (1995) Bước 4: Áp điều kiện M max = [M ] đồ thị hình 6, theo hướng mũi tên ta tìm 3. k = 1804,94kN / m . Ghi thứ nhất: Có thể xác định nhanh hệ số tỷ lệ hệ số sau đây. Bước 1: Thử sai để tìm lực ngang giới hạn Q 0.u a. Thực tính toán với hai giá trị lực ngang gần lực ngang giới hạn (bảng 3). Bảng 3: Q = 280 kN Q = 290 kN k (kN / m ) 664.015 629.968 α ( m −1 ) M max (kNm) 0.396173 0.392024 544.206 569.607 b. Tìm lực ngang giới hạn: Qo.u = 280 + (290 − 280) 563,3 − 544,206 = 569,607 − 544,206 = 287,517 kN Bước 2: Một giá trị lực ngang giới hạn: Q0 = Q0.u = 143,759 kN 14 Bước 3: Tính hệ số tỷ lệ đại lượng tính toán khác: k = 1804,94 (kN / m ) α = 0,483885 (m −1 ) y o.50 = 41,197 mm Ghi thứ 2: Ta tìm giá trị hệ số tỷ lệ ứng với y .gh = 10mm phương pháp Murthy, kí hiệu k 3.10 . Từ bảng 2, ta nhận thấy với Q o = 70kN y = 10,497mm > 10mm. Vậy cần phải tính bổ sung với lực ngang nhỏ hơn, ví dụ chọn Q o = 65kN thu chuyển vị ngang tương ứng y =9,118mm. Khi lực ngang ứng với chuyển vị giới hạn y 0.gh = 10mm bằng: Qo.10 = 65 + (70 − 65) (10 − 9,118) = (10,497 − 9,118) = 68,198kN Nhờ (31) ta có: k 3.10 = k = 5524,05kN / m 3.5 1. Hệ số tỷ lệ cọc đơn chịu lực ngang: Tính thêm giá trị hệ số tỷ lệ: Điều kiện đất nền: A: giống cho hình ⎧⎪S = 5,2 + 1,7z ( kPa ) B: ⎨ u ⎪⎩ γ ' = 5,3 ( kN / m ) Điều kiện cọc chịu lực ngang: Kích thước tiết diện ngang 400 600mm. Vật liệu cọc: bê tông cốt thép thép. Sử dụng ba cách tính kiến nghị để có thêm giá trị hệ số tỷ lệ điều kiện khác ghi vào bảng 4. 15 Bảng 4: Giá trị hệ số tỷ lệ thu ba cách tính toán kiến nghị ⎧S = 10 + 1,5z (kPa) ⎧S = 5,2 + 1,7 z (kPa) A⎨ u B⎨ u (kN/m ) (kN/m ) ⎩ γ ' = 5,4 ⎩ γ ' = 5,3 Điều kiện đất Phương pháp tính Dawson k1 y o .u Chuyển vị ngang yo.50 (mm) yo.50 D400 Cọc ống bê tông cốt thép ứng suất trước [M]=82,3kNm. D600 Cọc ống thép [M]=563,3kNm Cọc ống bê tông cốt thép ứng suất trước [M]=243kNm Cọc ống thép [M]=1272kNm Murthy Dawson k3 Hệ số tỷ lệ k (kN / m ) Chuyển vị ngang yo.u (mm) Cọc tiết diện vuông, bê tông cốt thép, [M]=110kNm Randolph 15715 26.075 2.559 18747 25.21 2.418 572 417.992 42.164 12714 28.97 3.073 644 356.15 37.992 k 1.10 k = k 2.10 y o. u k1 k 3.10 y o.50 3210 1830 16.797 10 3564 4.501 2004 4.623 1567 10 3300 1213 10 1805 k 1.10 10 5425 10 5524 5481 33.71 3.869 6305 33.29 3.709 236 485.67 41.187 60.874 7949 5.385 1040 y o. u 1666 148.74 39.854 k = k 2.10 yo.50 5462 4878 10 4857 10 Murthy k3 153.753 20.097 10 3006 9964 17.255 10 3055 10247 Randolph 4834 36.321 4.468 290 403.664 52.925 y o .u k 3.10 yo.50 1851 1032 18.804 10 2004 5.038 1101 5.216 897 45.8 722 10 6225 22.159 10 1833 1383 171.058 10 1972 7344 19.474 10 1750 7728 5.937 637 1150 162.05 52.869 4498 10 4394 10 4578 10 4127 10 4283 10 16 Bình luận nhận xét ban đầu: 2. a. Giá trị hệ số tỷ lệ thu tính toán phản ánh tương đối đầy đủ yếu tố ảnh hưởng như: • Loại cọc: bê tông cốt thép, thép; • Kích thước cọc; • Khả chịu uốn cọc; • Các tính chất vật lý - học đất sét yếu, đặc biệt sức chống cắt không thoát nước; • Phương pháp tính cọc chịu lực ngang chọn dùng; • Cách xác định hệ số tỷ lệ, nghĩa cách chọn giá trị giới hạn lực ngang chuyển vị ngang đầu cọc. b. Cũng mà giá trị hệ số tỷ lệ bảng không giống điều kiện xuất phát. Vậy đánh giá độ xác kết thu nào? Để trả lời câu hỏi này, xin dẫn hai liệu sau: • Thứ nhất: [6], bảng 5-6, trang 75 có khuyến nghị giá trị hệ số k (kN / m ) hệ số tăng tuyến tính theo chiều sâu theo sức chống cắt không thoát nước S u đất sét (trường hợp tải ngang tĩnh) sau: S u = 12 − 24 (kN / m ) (sét yếu), k = 7854 (kN / m ) Nhiều giá trị hệ số tỷ lệ tính k , k bảng gần khuyến nghị này. • Thứ hai: Elson [5] Zavriev [7] rằng, cọc chịu lực ngang, sai khác giá trị k dẫn đến sai khác đáng kể chuyển vị nội lực cọc (mô men uốn) lại sai khác không nhiều. Như thế, giá trị k thu với mức độ xác không cao gây sai số không lớn mô men uốn cọc. Với quan niệm độ xác kết tính toán hệ số tỷ lệ theo ba cách kiến nghị chấp nhận được. c. Từ số liệu bảng phân hai loại hệ số tỷ lệ xuất phát từ cách quy định chuyển vị nằm ngang giới hạn đầu cọc xếp chúng vào bảng bảng 6. 17 Bảng 5: Hệ số tỷ lệ xác định từ y o.50 Điều kiện đất Loại cọc Hệ số tỷ lệ A B Cọc bê tông k1 Cọc thép k3 Cọc bê tông Cọc thép k1 k3 k1 k3 k1 k3 k max 18474 10247 (19%) (9%) 644 (6%) 1805 (4%) 6305 (14%) 7728 (9%) 290 (10%) 1383 (9%) k trb. 15725 9387 608 1736 5534 7099 263 1267 k 12714 7949 (19%) (15%) 572 (6%) 1666 (4%) 4834 6225 236 (13%) (12%) (10%) 1150 (9%) 1,453 1,126 1,083 1,304 1,203 k max / k 1,289 1,241 1,229 Một số nhận xét từ bảng 5: • Hệ số tỷ lệ k k dường không nhạy với kích thước tiết diện ngang mà phụ thuộc vào: • - Phương pháp tính cọc chịu lực ngang, - Điều kiện đất nền, - Loại cọc vật liệu. Trong điều kiện đất, cách tính hệ số tỷ lệ tính sai khác so với giá trị trung bình; đặc biệt tỷ số k max với k (ở dòng cuối bảng) nhỏ. • Đối với cọc làm vật liệu bê tông cốt thép, yo.50 nhỏ nhỏ 10mm, mô men khả chịu lực không lớn. Trái lại, cọc ống thép với momen khả chịu lực lớn nên y o.50 >> 10 mm . Hệ số tỷ lệ k , k thích hợp với loại cọc này. Bảng 6: Hệ số tỷ lệ xác định từ y o.gh = 10 mm Điều kiện đất A B Hệ số tỷ lệ k 1.10 k2 k 3.10 k 1.10 k2 k 3.10 k max 3564 (10%) 2004 (31%) 5524 (6%) 2004 (6%) 1107 (27%) 4575 (5%) k trb. 3227 1531 5229 1882 878 4376 k 3006 (7%) 1040 (32%) 4857 (7%) 1750 (7%) 637 (27%) 4127 (6%) k max / k 1.186 1.927 1.137 1.145 1.645 1.109 18 Một số nhận xét từ bảng 6: • Hệ số tỷ lệ k 1.10 , k k 3.10 xác định từ chuyển vị ngang giới hạn, giống hệ số tỷ lệ k bảng G1, phụ lục G, TCXD 205:1998 10mm [8]. Giá trị hệ số tỷ lệ dường không nhạy với kích thước tiết diện ngang cọc, vật liệu làm cọc mà phụ thuộc vào điều kiện đất phương pháp tính cọc chịu lực ngang. Điều giải thích hệ số tỷ lệ k cho bảng G1 phụ thuộc vào điều kiện đất. • Trong điều kiện đất, cách tính hệ số tỷ lệ tính sai khác (trừ k ) so với giá trị trung bình đặc biệt tỷ số k max với k (ở dòng cuối bảng) nhỏ. • Cách xác định hệ số tỷ lệ tương đối hợp lý với cọc vật liệu bê tông cốt thép thép chuyển vị cho phép công trình nhỏ. 4. Kết luận 4.1 Xuất phát từ quan điểm cho đất sét yếu, hệ số tỷ lệ hệ số cần đánh giá dựa vào sức chống cắt không thoát nước S u hợp lý so với dùng số sệt I L , viết kiến nghị ba cách tính khác để xác định giá trị hệ số này. Hệ số tỷ lệ thu tính toán phản ảnh nhiều yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tương tác cọc-đất chịu lực ngang. Cách làm áp dụng để tìm hệ số tỷ lệ cho lớp đất cát sốp dựa vào góc ma sát chúng. 4.2 Như nói trên, nhiều nghiên cứu trước khẳng định hệ số tỷ lệ k có đặc tính không nhạy momen uốn cọc chịu lực ngang chuyển vị tỷ lệ thuận mạnh với nó. Tuy nhiên, thực tế thiết kế, việc xác định đắn nội lực phận kết cấu quan trọng hợn so với chuyển vị chúng. Bởi sai sót việc xác định nội lực dẫn đến cố công trình sai sót xác định chuyển vị, thông thường gây khó khăn cho điều kiện sử dụng. Nhắc lại vấn đề để thấy với quan điểm trên, hoàn toàn chấp nhận giá trị tính hệ số tỷ lệ để thiết kế sơ móng cọc trước có kết thí nghiệm cọc trường. 4.3 1. Khi sử dụng hệ số tỷ lệ thu từ tính toán vào việc thiết kế móng cọc có tầng sét yếu dày mặt nên xem xét môt số khuyến nghị sau đây: Nếu chuyển vị ngang cho phép móng cọc tương đối lớn cọc thép nên sử dụng hệ số tỷ lệ xuất phát từ yo.50 , nghĩa k k để tận lượng khả chịu uốn vật liệu làm cọc. 19 2. Với chuyển vị ngang cho phép móng cọc thường gặp thực tế thiết kế không phân biệt cọc làm vật liệu sử dụng hệ số tỷ lệ xác định xuất phát từ y o.gh = 10 mm , nghĩa k 1.10 , k hay k 3.10 hợp lý nhất. Khi đó, cọc bê tông cốt thép, hệ số tỷ lệ cho phép tận lượng khả chịu uốn vật liệu làm cọc. 3. Ứng với toán cọc chịu lực ngang cho trước ta thu nhiều hệ số tỷ lệ. Hệ số tỷ lệ thiết kế chọn số theo nguyên tắc cho nội lực kết cấu lớn nhất. Như thế, cọc đơn chịu lực ngang hệ số tỷ lệ thiết kế hệ số có giá trị nhỏ nhất. Việc chọn hệ số tỷ lệ thiết kế cho móng gồm nhiều cọc phức tạp nhiều, xin trình bày viết khác. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] K. Terzaghi: Theoretical Soil Mechanics. Join Wiley & Sons, Inc. 1943. H. Dawson : “Simplifired Analysis of Offshore Piles Cyclic Lateral Loads”. Ocean Engineering, 1980. Vol. 7, pp. 553-56. M.F. Randolph (1981): “The Respone of Flexible Piles to Lateral Loading”. Geotechnique 31, No. 2, 247-259”. V.N.S. Murthy: Geotechnical Engineering Principles and Practices of Soil Mechanic and Foundation Engineering, 2002. W.K. Elson: Design of Laterally Loaded Piles CIRIA Report 103, 2005. ASCE: Bearing Capacity of Soils, 1993. K.X. Zavriev, G.X. Shpiro: Tính toán móng sâu trụ cầu. Nhà xuất “Vận tải”, Matxcơva, 1970 (Tiếng Nga). TCXD 205:1998 – Móng cọc – Tiêu chuẩn thiết kế. Phan Dũng: “Cách vận dụng TCXD 205:1998 để dự báo sức chịu tải giới hạn cọc chịu lực dọc trục đóng thẳng đứng qua lớp sét yếu dày mặt”. Tạp chí Biển & bờ, No. 11+12/2009, Hội cảng – Đường thủy – Thềm lục địa 20 [10] [11] Việt Nam, trang . Phan Dũng “Một số cải biến phương pháp tính cọc chịu lực ngang Dawson”. Tạp chí Khoa học Công nghệ Giao thông vận tải, No. 2/2007. Trường Đại học Giao thông vận tải Tp. Hồ Chí Minh, trang 69-85. Phan Dũng “Chuyển vị – nội lực cọc chịu lực ngang theo TCXD 205:1998, mối liên hệ lời giải URBAN với Matlock-Reese ứng dụng”. Tạp chí Biển & Bờ, No. 5+6/2009, Hội cảng – Đường thủy – Thềm lục địa Việt Nam, trang 38-58. [...]... phát từ quan điểm cho rằng đối với đất sét yếu, hệ số tỷ lệ của hệ số nền cần được đánh giá dựa vào sức chống cắt không thoát nước S u sẽ là hợp lý hơn so với dùng chỉ số sệt I L , bài viết đã kiến nghị ba cách tính khác nhau để xác định giá trị của hệ số này Hệ số tỷ lệ thu được bằng tính toán như thế đã phản ảnh được nhiều yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến sự tương tác cọc -đất khi chịu lực ngang Cách... thép, các hệ số tỷ lệ này cho phép tận lượng khả năng chịu uốn của vật liệu làm cọc 3 Ứng với một bài toán cọc chịu lực ngang cho trước ta có thể thu được nhiều hệ số tỷ lệ Hệ số tỷ lệ thiết kế được chọn trong số đó theo nguyên tắc sao cho nội lực trong kết cấu là lớn nhất Như thế, đối với cọc đơn chịu lực ngang thì hệ số tỷ lệ thiết kế là hệ số có giá trị nhỏ nhất Việc chọn hệ số tỷ lệ thiết kế cho móng... số không lớn đối với mô men uốn trong cọc Với quan niệm về độ chính xác như vậy thì kết quả tính toán hệ số tỷ lệ theo ba cách kiến nghị là có thể chấp nhận được c Từ số liệu bảng 4 có thể phân ra hai loại hệ số tỷ lệ xuất phát từ cách quy định chuyển vị nằm ngang giới hạn tại đầu cọc và xếp chúng vào bảng 5 và bảng 6 17 Bảng 5: Hệ số tỷ lệ được xác định từ y o.50 Điều kiện đất Loại cọc Hệ số tỷ lệ. .. 1,229 Một số nhận xét từ bảng 5: • Hệ số tỷ lệ k 1 và k 3 dường như không nhạy với kích thước tiết diện ngang mà phụ thuộc vào: - Điều kiện đất nền, • Phương pháp tính cọc chịu lực ngang, Loại cọc về vật liệu Trong cùng một điều kiện đất, cùng một cách tính hệ số tỷ lệ tính được sai khác nhau rất ít so với giá trị trung bình; đặc biệt là tỷ số giữa k max với k min (ở dòng cuối bảng) khá nhỏ • Đối với các... Một số nhận xét từ bảng 6: • Hệ số tỷ lệ k 1.10 , k 2 và k 3.10 được xác định từ chuyển vị ngang giới hạn, giống như hệ số tỷ lệ k ở bảng G1, phụ lục G, TCXD 205:1998 bằng 10mm [8] Giá trị của các hệ số tỷ lệ này dường như không nhạy với kích thước tiết diện ngang cọc, vật liệu làm cọc mà chỉ phụ thuộc vào điều kiện đất và phương pháp tính cọc chịu lực ngang Điều này giải thích vì sao hệ số tỷ lệ k... k cho trong bảng G1 chỉ phụ thuộc vào điều kiện đất • Trong cùng một điều kiện đất, cùng một cách tính thì hệ số tỷ lệ tính được sai khác nhau rất ít (trừ k 2 ) so với giá trị trung bình và đặc biệt là tỷ số giữa k max với k min (ở dòng cuối bảng) rất nhỏ • Cách xác định hệ số tỷ lệ này tương đối hợp lý với cọc bằng vật liệu bê tông cốt thép và cả đối với thép nữa nếu chuyển vị cho phép của công trình... thấy rằng với quan điểm như trên, chúng ta hoàn toàn có thể chấp nhận giá trị tính được của hệ số tỷ lệ để thiết kế sơ bộ của móng cọc trước khi có kết quả thí nghiệm cọc hiện trường 4.3 1 Khi sử dụng hệ số tỷ lệ thu được từ tính toán vào việc thiết kế móng cọc có tầng sét yếu dày trên mặt nên xem xét môt số khuyến nghị sau đây: Nếu chuyển vị ngang cho phép của móng cọc tương đối lớn thì đối với các... ban đầu: 2 a Giá trị hệ số tỷ lệ thu được bằng tính toán đã phản ánh tương đối đầy đủ các yếu tố ảnh hưởng như: • Loại cọc: bê tông cốt thép, thép; • Kích thước cọc; • Khả năng chịu uốn của cọc; • Các tính chất vật lý - cơ học của đất sét yếu, đặc biệt là sức chống cắt không thoát nước; • Phương pháp tính cọc chịu lực ngang được chọn dùng; • Cách xác định hệ số tỷ lệ, nghĩa là cách chọn giá trị giới hạn... thế mà giá trị hệ số tỷ lệ trong bảng 4 không giống nhau ngay cả trong cùng một điều kiện xuất phát Vậy chúng ta đánh giá độ chính xác của kết quả thu được như thế nào? Để trả lời câu hỏi này, xin dẫn ra hai cứ liệu sau: • Thứ nhất: trong [6], bảng 5-6, trang 75 có khuyến nghị giá trị hệ số k (kN / m 3 ) khi hệ số nền tăng tuyến tính theo chiều sâu theo sức chống cắt không thoát nước S u của đất sét (trường... tìm hệ số tỷ lệ cho các lớp đất cát sốp nếu dựa vào góc ma sát trong của chúng 4.2 Như đã nói ở trên, nhiều nghiên cứu trước đây đã khẳng định hệ số tỷ lệ k có đặc tính là rất không nhạy đối với momen uốn trong một cọc chịu lực ngang còn các chuyển vị thì tỷ lệ thuận rất mạnh với nó Tuy nhiên, trong thực tế thiết kế, việc xác định đúng đắn nội lực trong các bộ phận kết cấu là quan trọng hợn so với . phương pháp tính cọc chịu lực ngang của Dawson”. Tạp chí Khoa học Công nghệ Giao thông vận tải, No. 2/2007. Trường Đại học Giao thông vận tải Tp. Hồ Chí Minh, trang 69-85. [11] Phan Dũng “Chuyển. Young có hiệu của cọc p E : 4 r EI E 4 0 p π = (11) D 2 1 r 0 = (12) b. Nền đất là bán không gian đàn hồi được đặc trưng bởi modun trượt trung bình c G tính trên toàn bộ chiều dài tới hạ c l. cách làm trong [7] có thể tìm được giá trị hệ số nền. Mặc dù sai số của thí nghiệm này dẫn đến gia tăng sai số của giá trị hệ số nền (vì hệ số biến dạng α là hàm mũ của k) nhưng cách làm trên