Sử Dụng Cọc Cừ Tràm Và Thí Nghiệm Bàn Nén Phẳng

THÍ NGHIỆM BÀN NÉN PHẲNGVà Senior Lecturer AnhHoang Le CỌC TRÀM Năm 1970 Tổng cục Gia cư Sài gòn tiến hành xây dựng cư xá Thanh Đa hầu hết bằng cọc tràm, trong điều kiện bán đảo Thanh Đa

THÍ NGHIỆM BÀN NÉN PHẲNG

Và

Senior Lecturer AnhHoang Le

CỌC TRÀM

Năm 1970 Tổng cục Gia cư

(Sài gòn) tiến hành xây dựng

cư xá Thanh Đa hầu hết bằng

cọc tràm, trong điều kiện bán

đảo Thanh Đa còn hoang sơ ít

người ở, nền đất còn nhiều

đầm lầy, hệ thống giao thông

chưa hình thành Đến nay ảnh

hưởng của “đô thi hóa”, được

san lấp và hình thành hệ

thống giao thông làm cho khu

vực bị lún, độ lún hiện tại đã

đạt trên 1,5m…và đã làm

nhều lốc nhà bị nghiêng, lún…

CÁC CÔNG TRÌNH 5 TẦNG TIÊU BIỂU

……….với cọc tràm

Tư Liệu:

Khảo sát địa chất Cư Xá Thanh Đa

Năm 1969

Thí nghiệm cọc tràm

dt:=0,8x0,8=0,64m 2

Tải trọng phá hoại: 9tấn

Được ước lượng 14tấn/1m 2

Từ đó móng được tính

Với hệ số an toàn =2 là 7tấn/1m 2

MẶT CẮT NGANG CHUNG CƯ THANH ĐA

Là chung cư 5 tầng cuối cùng Q Bình Thạnh

(Đường Chu văn An), có thể xem là một chung cư

còn sót lại khi phải chấp nhận làm cọc tràm vào

thời đó chưa có công nghệ ép cọc phải dùng búa đóng (như như đã từng đóng cho Cư xá Cty Giấy F17 XVNT) Và trong tình huống cần có nhà cho dân tái định cư.

Khu vực Đinh bộ Lĩnh, Chu Văn An hiện nay

có thể có độ lún toàn khu vực đạt trên 1mét

Chung cư Chu văn An - Đinh bộ Lĩnh

CẤU TẠO MÓNG CỌC TRÀM

Cọc tràm đóng 25cây/m2

Đường kính trung bình xem như =8cm

n = 25 x 8/ ĐK cừ Điều này không nên sử dụng khi tiết diện trung bình <8cm

Nếu đường kính trung bình < 8cm thì mật độ cừ

tăng lên theo tỷ lệ đường kính cừ

Cừ tràm

 80-100

dài 4,5 m

Không vát

nhọn mũi

Lớp bảo vệ 5cm

B a ûn M o ùn g Cốt thép

5cm

Bêtông lót đá 1x2 Mác 150

Cát lót

B m

Bt=1,2.Bm

h o

Cừ tràm

 80-100 dài <4,5 m

Lớp bảo vệ 5cm

B a ûn M o ùn g Cốt thép

Bêtông lót đá 4 x 6 Mác 150

Cát phủ đầu cừ

Bt=Bm

So Sánh chọn Kết Cấu hợp lý !

Đà Kiềng Đà Kiềng

B m

h o

Nên dùng Bêtông đá 1x2 mác 150 đổ phủ đầu

cừ tràm, dầy 100  150cm lót đáy móng.

Mặt lớp ĐÁ 4x6 … dưới đáy móng

Không dùng đá 4x6 lót đáy móng

Sử dụng GIÁ TRỊ TÍNH TOÁN cho CỌC TRÀM

Có thể xem như j=0o, chỉ còn lực dính c=6(kPa)

1m

f s =0,8.c

q m

Nhóm cừ Tràm

Bùn sét có đặc trưng tối thiểu để có thể dùng

cọc tràm là: dung trọng  = 15 kN/m3; Hệ số rổng e<2

lực dính c ≥ 6 kPa và ma sát j≥ 5o

Bản thân có độ cong phức tạp đồng thời với khoảng cách <3D,

Ta tính sức mang của

nhóm cừ 1m2này

cừ tràm dể kết thành một nhóm nên việc xem cừ làm việc thành nhóm (bó) là phù hợp

(như khối móng quy ước với góc jtb=0o)

Sức mang nhóm cừ tràm Am=1m2:

 qm= 1.3×6×5.7+5×6×1 = 74 kPa

Qm= 74×1m2= 74 kN

 Qf = 0,8×6×4×4,5 = 86 kN

= 160 kN

Nếu sử dụng theo thói quen là 70kN cho 1m2

thì HỆ SỐ AN TOÀN là:

kat= 160/70 = 2,3

1m2

2m2

C o ù 2 m a ët b i m a át đ i

k h i d i e än t í c h m o ùn g

t ư ø 1 m 2 l e ân 2 m 2

CHÚ Ý:

- Diện tích xung quanh mất đi 2 mặt nên không

tăng gấp đôi là= 614,5 (thay vì 814,5)

Diện tích móng cừ tràm càng lớn, sức chịu trên 1m2 càng nhỏ

Như vậy tính trên đơn vị m2 sức mang của

nhóm cừ tràm:

pa = 120/2 = 60 kPa

Qnhóm = qm*Am + fs*Un*Lc

= 742 + 0,8664,5 = 278 kN

Sức mang nhóm cừ Am=2m2 là :

Diện tích móng Am = 1m2  pa = 70 kPa

Diện tích móng Am = 2m2  pa = 60 kPa

Công thức gần đúng tính nhanh:

pa=35+10×(chu vi móng)/(diện tích móng) kPa

pa=3,5+(cv móng)/(dt móng) Tấn/m2

YÊU CẦU SỬ DỤNG ĐỐI VỚI CỌC TRÀM

Cọc tràm sử dụng có  ngọn >6  8 cm

 gốc >10  12 cm

Chiều dài L ≥ 4,5mét Được đóng theo chu vi từ vòng ngoài vào trong

Không vát nhọn đầu cừ chỉ vát bằng đầu gốc

(để tránh cọc bị chặt ngắn) Nếu đóng bằng gầu đào chỉ được phép đóng từng

cây một, không được chụm 2, 3 cây để đóng

Tốt nhất dùng máy đóng từng cây

Vét sạnh bùn nếu có trồi lên, lấp lại bằng cát KHÔNG phủ

đầu cừ, bảo đảm đầu cừ tràm còn ló trên 5cm

Nên dùng Bêtông đá 1x2 mác 150 đổ phủ đầu cừ

tràm, dầy 100  150cm để lót đáy móng.

CỌC TRE

ĐÁ 4x6 ?

CỌC ĐÁ

Thiết kế cần phải đưa ra quy trình kiểm tra

kích thước, diện tích đóng (nên có diện tích

đóng cọc lớn hơn diện tích móng), phương

pháp đóng, cấu tạo lớp lót vv…

Không dùng câu ghi chú trên bản vẽ như:

“Móng cọc tràm, đóng 25 cây/m2 sau khi

đóng đạt sức chịu tải 8tấn/1m2”

Câu trên đồng nghiã là:

“Khi đóng 25 cây/m2 không đạt sức chịu tải

8tấn/1m2 là do…bên thi công !!!!!”

Chú ý: Yêu cầu địa chất tối thiểu là

Bùn sét có đặc trưng để có thể dùng

cọc tràm là: dung trọng ≥ 15 kN/m3 ; e<2

lực dính c≥ 6 kPa và ma sát j≥ 5o

Bàn nén có thể bằng bằng thép hay tốt

nhất đổ bê tông đá 1×2

CÔNG TÁC THỬ TẢI BÀN NÉN

YÊU CẦU ĐỐI VỚI BẢN NÉN

trong công tác thử cọc tràm

Đổ bàn nén bêtông

Kích thuỷ lực phải đặt đúng

tâm và thẳng đứng

Vị trí đặt đồng hồ đo chuyển

vị phải đặt tại 4 góc hay biên

ngoài không đặt gần vị trí kích

thủy lực

Bàn nén bằng thép phải có gân cứng để thành tấm

cứng và được lót bằng vữa mác cao (Không lót cát)

Bàn nén thép

Bàn nén không đủ độ cứng cho tải lớn, Đồng hồ đo không đặt đúng vị trí, đặt quá cao, không ổn định

Đóng Cọc Tràm

Máy đóng cọc tràm

Đóng Cọc

từng cây

LẮP ĐỘI

Đội phải được đặt chính xác, đúng tâm

vuông góc với bản đế và cân bằng

Thực tế cho thấy là giá trị này

kéo dài và khó đạt được với TN cọc tràm

QUY PHẠM VN 80-2002

Tải trọng thử cho móng cọc tràm 1m2 là 200kN

Cấp tải cho cọc tràm là 20kPa

Thời gian đo độ lún cho 1 cấp tải

là 2 giờ nên thí nghiệm là 3 giờ/1cấp tải

Độ lún được đọc từ trị 4 số đọc của 4 đồng

hồ đặt tại 4 góc bàn nén và lấy trung bình

Độ lún ổn định quy ước 0,1mm/giờ

Đo tại các thời điểm:

5’, 15’, 30’, 45’, 60’, 90’, 120’, 180’

Không cần thiết phải làm 2 chu kỳ cho 1 thí nghiệm

chỉ cần chu kỳ dở tải sau khi đạt giới hạn phá hoại

XỬ LÝ KẾT QUẢ Kinh nghiệm cho thấy những kết quả thí nghiệm

này cần phải thí nghiệm đến vượt quá giá trị phá

hoại, tương ứng với tải >2,5 lần giá trị sử dụng

(khoảng 30 tấn/1m2) đồng thời thời gian lưu tải cũng

phải dài (tối thiểu 3 tiếng cho một cấp tải)

Hầu hết các tài liệu đều không đề cập đến bàn nén

khó vuông góc với mặt bàn nén do đó tối đa chỉ cần

Bù lại chúng ta có thể chỉ thực hiện thí nghiệm với

7 hay 8 cấp tải và chỉ cần 1 chu kỳ Quan trọng là

cấp tải cuối cùng đạt giá trị phá hoại với quy ước tối

thiểu: độ lún cấp tải này lớn hơn 4 lần cấp tải trước

Nếu cần độ sâu thì thí nghệm trong hố khoan với

bàn nén =0,25m (A=0,05m2)

Nếu dùng cát lót như theo hầu hết các quy định thì

cát rất dể bị trôi khi bàn nén lớn Kinh nghiệm khi sử dụng bàn nén bằng thép thì

nên lót bằng vữa mác cao có phụ gia đông nhanh

Quan trọng nhất trong thí nghiệm là các số liệu đo

ban đầu khi bắt đầu gia tải, bàn nén phải thật sự

tạo áp lực lên toàn bộ nền, do khi chuẩn bị mặt nền

để ép thì không thể tạo được sự tiếp xúc hoàn hảo,

do đó tốt nhất bàn nén đổ bê tông

Quan trọng kế tiếp dĩ nhiên là bàn nén phải nằm

ngang và con đội phải thẳng đứng

Nếu làm tốt được điều trên thì bàn nén sẽ không bị

‘đảo’ và ta có thể lắp đồng hồ sát biên ngoài

ĐÁNH GIÁ:

1 Xác định tải trọng sử dụng:

Quy phạm VN không nói đến cách xác định giá trị sử

dụng, ta có thể xác định theo phương pháp DE BEER thể

hiện trên biểu đồ log(p) theo log(S)

log(p)

Tương quan này thể hiện được rỏ nét vị trí đoạn cong nhỏ nhất để ta có thể trendline thành

2 đoạn thẳng giao nhau Ngày trước khi chưa có máy tính việc xác định này tùy thuộc rất nhiều và chủ quan của người vẽ

Thí dụ như kết quả thí nghiệm cư xá Thanh Đa(1969), người vẽ xác định giá trị sử dụng là 14tấn/m2, nay nhờ vào Excel kết quả là 14,5 và 14 tấn/m2

Phương pháp này tốt khi

ta TN đến giá trị phá hoại

-1.64

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1.1

y = -0.8136x - 0.235

y = -2.9x + 2.0549

-1.8

-1.6

-1.4

-1.2

-1

-0.8

-0.6

-0.4

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4

Kết quả thí nghiệm: Độ lún S(mm) theo áp lực p(kg/cm2)

Biểu đồ log(S) theo log(p)

Hai đường trendline đoạn đầu và đoạn cuối gặp nhau tại điểm có tọa độ

p=1,44kg/cm2 S=1,64mm Kết quả này thực sự chưa là tốt vì đoạn cuối chưa đạt đến giá trị thực sự phá hoại Biểu đồ log(S) theo

log(p) cho ra kết quả log(p)=1,1 tương ứng với

p=1,26kg/cm2 Sai lệch với kết quả trên vì chưa đạt đến giá trị thực sự phá hoại

Lấy trung bình:

p=1,35kg/cm2

14.5

-2.8

y = -0.26x + 0.9633

y = -3.904x + 53.76

-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

0 5 10 15 20 Hai đường trendline đoạn

đầu và đoạn cuối gặp nhau tại điểm có tọa độ

p=1,45kg/cm2

S=2,8mm Kết quả này đạt đến giá trị thực sự phá hoại do bàn nén có kích thước 0,64m2 Biểu đồ log(S) theo log(p)

1.144

-2.5

-2.0

-1.5

-1.0

-0.5

0.0

0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 Biểu đồ log(S) theo

log(p) cho ra kết quả log(p)=1,14 tương ứng với

p=14 tấn/m2

Kết quả xấp sỉ như trên do thí nghiệm đạt đến giá trị thực sự phá hoại

p(kPa) S(mm)

40 -1.30

80 -3.54

120 -6.58

160 -10.40

200 -15.02

240 -20.78

280 -27.30

300 -31.47

162.6 -7.03

-35 -30 -25 -20 -15 -10 -5

0

40 80 120 160 200 240 280 320

log(load) log(disp)

1.602 -0.114

1.903 -0.549

2.079 -0.818

2.204 -1.017

2.301 -1.177

2.380 -1.318

2.447 -1.436

2.477 -1.498

2.222

-1.600 -1.400 -1.200 -1.000 -0.800 -0.600 -0.400 -0.200

0.000 1.400 1.600 1.800 2.000 2.200 2.400 2.600

Hai đường trendline đoạn đầu và đoạn cuối gặp nhau tại điểm có tọa độ

p=162kPa S=7,03mm

Kết quả này chưa đạt đến giá trị thực sự phá hoại đồng thời đường cong gần như tròn, khó xác định vị trí có bán kính cong nhỏ nhất

Biều đồ log(S) theo log(p) có 2 đường trendline cho tọa độ:

p=102,222=167kPa

Kết quả thí nghiệm khó xử lý số liệu

112

-7 1

-15

-14

-13

-12

-11

-10

-9

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

-16

-14

-12

-10

-9

-7

-5

-3

-1

0

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Kết quả thí nghiệm rất khó xử lý số liệu

Do thực hiện 2 chu kỳ nên hầu hết số liệu đều rất khó xử lý Trong quy phạm có ghi rỏ là

“nếu cần” nghĩa là không cần thiết phải làm nếu chỉ để cần xác định giá trị sử dụng của nền đất Hầu hết các thí nghiệm thực hiện 2 chu kỳ cũng không nói lên được sự cần thiết của 2 chu kỳ này

Ngược lại khi làm 2 chu kỳ thì với đất SÉT thường khó tìm được kết quả phá hoại rỏ rệt

do hiện tượng “nhạy” của sét Như vậy tránh hiện tượng này khi thí nghiệm 2 chu kỳ cần thiết phải có thời gian ‘nghỉ’

Giá trị sử dụng được lấy

ứng với độ lún ‘S’

XÁC ĐỊNH MOĐUN BIẾN DẠNG Es:

S

p E

D

D

 w





0 1 (

µo= 0,3 cho CÁT; = 0,35 cho sét pha; = 0,42 cho Sét

TCVN 80:2002 chỉ dẫn xác định MOĐUN

biến dạng Es (không phải là Eo để tính lún cố kết)

vì thí nghiệm này không kể đến lún cố kết do thời

gian ổn định lún nhanh (23giờ) Như vậy môđun

này có thể cho ta xác định độ lún tiếp xúc (tức thì)

hệ số nền CZ, hệ số phản lực k (trong thiết kế

đường)

w = 0,79 và  là đường kính bàn nén

Theo công thức

Trong đó Dp=pc–po Với áp lực ban đầu po=.Df;

pe_áp lực cuối được lấy vị trí cuối có độ lún không lớn hơn 2 lần áp lực trước đó.

MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH Es và CZ

1 Công thức Boussinesq áp dụng giai cho đoạn

đầu tuyến tính , độ lún S ứng với tải

P(kN)

2 Công thức Sleikher: ;

w=0,95 S

A p

Es (1o2)w. . p Hệ số NỀN CZ(kN/m3)

1 Công thức VOGT: =1,39 đế tròn

=1,33 đế vuông

p

Z

A

E

C  

2 Công thức STANCIU:

) ( 1 20

4











.

E

CZ

Chuyển đổi CZp(bàn nén) sang CZm(móng)

sét ) cho (

cát và ) cho

2

.(

m

p Zp Zm m

p m Zp

Zm

B

B C C B

B B C









) 1

S P

pc=1,8kg/cm2 Dp/DS lấy theo hướng trendline:

=0,42 (độ dốc đường trung bình)

= 1000mm

o= 0,42

Es= 27kg/cm2

1.44

-1.64

0,42

-6

-5

-4

-3

-2

-1

14.5

-2.8

3,8

y = -3.904x + 53.76

-10

-9

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

0 5 10 15 20 po=5×15=7,5Tấn/m2

pc=2Tấn/m2 Dp/DS lấy theo hướng trendline:

=3,8 (độ dốc đường trung bình)

= 800mm

o= 0,42

Es= 200tấn/m2

Giá trị trung bình Es cọc tràm là 2500kN/m2

TíNH TOáN Độ LúN CọC TRàM(?):

Một vấn đề còn nhiều quá điều khó

xác định

Hầu hết các đề tài đã nghiên cứu chưa bộc lộ

được các thông tin chính đáng

Độ lún cọc tràm được tính tổng hợp gồm 2

phần là độ lún do tiếp xúc với Es và độ lún do cố

kết với Modun biến dạng Eo lấy từ thí nghiệm cố

kết.

Các Công trình sau này bằng cọc chống cho thấy

CT không bị lún nhưng bản thân nền do trọng lượng

bản thân đất đắp cũng gân nên độ lún trên 30cm !?

Thực tế đều cho thấy công trình có móng cọc

tràm cho độ lún lớn nhưng không xác định được đâu

là lún móng và đâu là lún của nền khu vực.

CỌC TRÀM

p=70kPa 70

60 49

13 7

1,5m

6,0m

6,5m

7,0m

8,0m

9,0m

30

35

40

45

Quy Phạm 45-78 Tính độ lún do CỐ KẾT

0,09m 1)]

2

7 13 2 49

0,5 2

49 60 2 70 [(

900 0,8



















c

S

Stotal=0,114m ; Kết qủa trên chưa thật sự khẳng định

đúng độ lún móng

p (kPa) e 25 50 100 200 400

1,914 1,705 1,413 1,150 1,070 Tính trong phạm vi từ 50100kPa

ao=[(1,705-1,413)/(1+1,914)]/50=0,002m 2 /kN

Eo=mk×bo/ao=4,5×0,4/0,002=900kPa

0.800 1.000 1.200 1.400 1.600 1.800 2.000

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

Biểu đồ nén lún

2500

) 0,4 (1 1 70 ) 1 (

2 2

















s

o i

E B p S

Thử tải trong lổ khoan

Thiết bị tự chế