MỘT SỐ VẤN ĐỀ CẦN HIỂU ĐÚNG ĐỂ TÍNH ĐÚNG CỌC CHỊU LỰC NGANG THEO TCXD 205: 1998

1 MỘT SỐ VẤN ĐỀ CẦN HIỂU ĐÚNG ĐỂ TÍNH ĐÚNG CỌC CHỊU LỰC NGANG THEO TCXD 205: 1998 Ts Phan Dũng I Đặt vấn đề: 1.1 Như biết, tốn cọc chịu lực ngang giữ vai trò quan trọng phân tích chuyển vị - nội lực móng cọc: giai đoạn ban đầu, cung cấp số liệu đầu vào giai đoạn sau cơng cụ giúp kiểm tốn độ bền – độ ổn định hệ cọc đất theo điều khoản Tiêu chuẩn Thiết kế 1.2 TCXD 205 : 1998 Tiêu chuẩn Thiết kế hành nước ta, phụ lục G trình bày nội dung tính tốn thiết kế cọc chịu lực ngang, dựa Tiêu chuẩn Thiết kế móng cọc Liên Xơ (cũ) hay Liên Bang Nga ngày [1], [2] “Hướng dẫn Thiết kế móng cọc” [9] với giải thích ví dụ số tài liệu tiếng Việt q giá hỗ trợ cho người thiết kế vận dụng Tiêu chuẩn nói vào thực tiễn 1.3 Tuy vậy, tiếp nhận thơng tin khơng đầy đủ khâu dạy học Trường Đại học thực tế thiết kế, số nội dung tốn cọc chịu lực ngang theo Tiêu chuẩn hành dường chưa hiểu đắn; sau tập hợp xếp lại, thường tập trung vào vấn đề đây: Độ cứng đồng nhất; Độ cứng khơng đồng nhất; Sức chịu tải giới hạn theo phương nằm ngang đất nền; Chiều dài tính tốn cọc chịu lực ngang; Tính cọc chịu lực ngang mặt đất khơng nằm ngang Mục đích viết thảo luận bốn nội dung đầu tiên, riêng vấn đề cuối xem [15] II Độ cứng đồng nhất: 2.1 Giới thiệu chung Một tham số quan trọng tính tốn cọc chịu lực ngang hệ số biến dạng α có thứ ngun (m-1): α =5 k × bc EI Trong đó: k – hệ số tỷ lệ hệ số (kN/m4) bc – chiều rộng quy ước tiết diện ngang cọc (m) EI – độ cứng chống uốn tiết diện ngang cọc (kNm2) Nếu gọi nh độ cứng đồng (kN/m3) thì: nh = k × bc (1) (2) Cơng thức (2) biểu diễn quan niệm đơn giản (nhưng chấp nhận được) độ cứng tích hai yếu tố ảnh hưởng độc lập riêng rẽ: tính chất học vật lý đất thơng qua k kích thước hình dáng tiết diện ngang cọc thơng qua bc Để có giá trị k bc Tiêu chuẩn Thiết kế người ta phải tiến hành thí nghiệm cọc chịu lực ngang trường 2.2 Thí nghiệm trường cọc chịu lực ngang [3] để xác định độ cứng đàn hồi – tuyến tính – đồng nhất: Hình mơ tả sơ đồ ngun tắc thí nghiệm Qo (kN) L d C B QO2 QOA A QO1 y01 y0 (cm) y02 Hình 1: Sơ đồ thí nghiệm cọc chịu lực ngang 1- Cọc ; 2- Kích thủy lực; 3- Thiết bị đo chuyển vị Kích thủy lực d đặt tải Qo có giá trị khác theo phương vng góc với trục cọc thiết bị e đọc chuyển vị nằm ngang đầu cọc yo tương ứng Kết thí nghiệm: vẽ đường cong OAB cho yo > 1cm Nếu lý mà khơng thực u cầu này, ta kéo dài đường cong nói nhờ cơng thức Kriukov (1963): y 02 ⎛ Q02 ⎞ ⎟ =⎜ y 01 ⎜⎝ Q01 ⎟⎠ 1,8 (3) Như vậy, từ kết thí nghiệm cọc chịu lực ngang phối hợp sử dụng phương trình (3) ta có số liệu cần thiết để mơ tả mối quan hệ lực ngang Q0 chuyển vị ngang y0: mối quan hệ phi tuyến, đồ thị biễu diễn quan hệ đường cong Dựa vào kết thí nghiệm mơ tả xác định độ cứng đàn hồi – tuyến tính – đồng theo ngun tắc tóm tắt đây: Chọn trước chuyển vị nằm ngang giới hạn cọc mặt đất: y0 = y0gh = 10mm Giá trị chọn theo chun gia – móng cầu Xơ Viết cũ, xuất phát từ chuyển vị ngang cho phép đỉnh trụ cầu số tìm thấy sổ tay móng Tiêu chuẩn Thiết kế Trung Quốc, Nhật… Từ y0 = y0gh = 10mm ta xác định điểm A đồ thị đường cong Q0 – y0 tìm QOA tương ứng Trong phạm vi này, đường cong OA xấp xỉ đoạn thẳng OA (xem hình 1) Dùng cơng thức Phụ lục G, TCXD 205 : 1998 xác định độ cứng nh cọc dài mềm cách: ∗ Trước hết tính hệ số biến dạng α dựa QOA EI biết: 1/ ⎛ 243QOA ⎞ α =⎜ ⎟ ⎝ EI ⎠ 1/ ⎛Q ⎞ = 6.24⎜ OA ⎟ ⎝ EI ⎠ (4) ∗ Tiếp sau, đặt (4) (1) có ý tới (2) ta thu cơng thức xác định nh từ kết thí nghiệm: nh ≈ 9462,5993 QOA ( EI ) (5) Như từ thí nghiệm ta nhận giá trị số vế trái (2) thực hành tính tốn cọc chịu lực ngang theo TCXD lại đòi hỏi phải biết giá trị số hai thừa số chứa vế phải (2) Muốn vậy, việc phải xây dựng cơng thức tính chiều rộng quy ước bc 2.3 Về chiều rộng quy ước tiết diện ngang cọc bc: Chiều rộng quy ước có tên gọi chiều rộng quy đổi hay chiều rộng tính tốn tiết diện ngang cọc bc, quan niệm chấp nhận cơng thức (2), xác định xuất phát từ chiều rộng (đường kính) thực cọc d hiệu chỉnh cách đem vào ba hệ số dạng thừa số để xét ảnh hưởng yếu tố khác đến làm việc cọc đất: bc = kt × k h × k d × d (6) kt – hệ số, xét ảnh hưởng lẫn cọc hàng nằm mặt phẳng song song với mặt phẳng chứa lực ngang, xác định thí nghiệm; kh – hệ số, xét ảnh hưởng hình dạng tiết diện ngang cọc, xác định cách so sánh tổng phản lực đất tác dụng lên phân tố cọc tiết diện chữ nhật với tiết diện hình tròn Winker; kd – hệ số, xét ảnh hưởng kích thước tiết diện ngang cọc thực đến khác điều kiện làm việc khơng gian với điều kiện tốn phẳng, xác định từ thí nghiệm Do khn khổ viết, trình bày tóm tắt kết nghiên cứu thí nghiệm đưa đến cơng thức tính hệ số kd Cơng thức tính hệ số kd: c Để thiết lập cơng thức tính hệ số kd, Viện nghiên cứu khoa học Liên Bang (Xơ Viết cũ) Xây dựng giao thơng (1968) tiến hành thí nghiệm cọc ống thép với ba loại đường kính khác nhau: d1 = 0,3m, d2 = 0,63m d3 = 1,22m ( di = 1, 4) theo cách mơ tả mục 2.2 d1 Kết thí nghiệm tính (5) có ý đến (2) cho phép suy kết luận sau: đường kính cọc tăng lên hai lần độ cứng nh tăng lên 1,5 lần chiều rộng tính tốn tăng ngần lần Nếu gọi bc1 bc2 chiều rộng quy ước tương ứng với d1 d2 ta biểu diễn kết thí nghiệm cơng thức: bc ⎛ d ⎞ =⎜ ⎟ bc1 ⎜⎝ d1 ⎟⎠ , 585 (7) d Tiếp tục biến đổi cơng thức ta để ý rằng, Tiêu chuẩn Thiết kế, sức kháng tính tốn đất mặt bên cọc xác định điều kiện tốn phẳng Vì vậy, giá trị bc1 cần chọn cho phải đặc trưng cho sức kháng đất lên cọc thuộc d1 làm việc điều kiện tốn phẳng Theo Zavriev [3], tiêu chuẩn Thiết kế người ta chấp nhận d1 = 1m tiết diện chữ nhật làm việc điều kiện khơng gian tương ứng với giá trị bc1 = 2m cọc làm việc điều kiện tốn phẳng Thế giá trị vào xóa bỏ số (7) ta nhận cơng thức tính chiều rộng quy ước cọc đơn tiết diện chữ nhật: bc = 2d 0,585 (8) e Nhận xét rằng, phương trình (8) gồm hai đoạn cong nằm phía điểm có tọa độ [bc = 2, d = 1] Để tiện dụng nữa, Tiêu chuẩn Thiết kế người ta xấp xỉ chúng phương trình đường thẳng có dạng đơn giản: bc = k d × d (9) Khi d ≤ 1m: k d = 1,5 + 0,5 d (10) Khi d > 1m: kd = + d (11) 2.4 Về hệ số tỷ lệ hệ số k Ngun tắc xác đinh giá trị hệ số tỷ lệ hệ số cho bảng G1, TCXD 205 – 1998: c Từ kết thí nghiệm cọc chịu lực ngang đất xác định (tên đất trang thái vật lý đất) dùng (5) tìm độ cứng nh d Chiều rộng quy ước cọc bc tính theo (6) đem vào (2) rút ra: k= nh bc (12) Cách chọn giá trị k tính cọc chịu lực ngang phải tn theo hướng dẫn cụ thể ghi bảng G1, TCXD 205 : 1998 Giá trị k xác định thí nghiệm (xem hình 1) tính tốn dựa mối quan hệ tuyến tính lực ngang Q0 với chuyển vị ngang y0 mức mặt đất với y0 = y0gh = 10mm Vì vậy, giá trị hệ số k sử dụng tính tốn chuyển vị - nội lực cọc chịu lực ngang bắt buộc phải thỏa mãn điều kiện: yotc ≤ 10mm (13) Nếu khơng đạt điều kiện (13) ta phải chọn lại loại cọc, kích thước cọc gia tăng độ cứng ngang móng cọc v.v… III Độ cứng khơng đồng nhất: 3.1 Giới thiệu chung Như biết, cọc chịu lực dọc trục, phần mũi cọc tầng đất chịu lực nằm sâu giữ vai trò định sức chịu tải cọc đó, định độ ổn định đất Đối với trường hợp cọc chịu lực ngang, tranh dường ngược lại Phần đầu cọc tựa vào tầng đất chịu lực nằm mặt giữ vai trò định sức chịu tải ngang cọc đó, định độ ổn định đất Khi tính tốn thiết kế cọc chịu lực ngang ta gặp trường hợp cọc xun qua nhiều lớp đất khác (từ kết khảo sát địa chất cơng trình, biết chiều dày lớp, tên đất trạng thái vật lý nó), đặc biệt phạm vi tầng chịu lực mặt Để vận dụng cơng thức TCXD 205 : 1998, người ta phải quy đổi khơng đồng đồng phạm vi tầng chịu lực cọc chịu lực ngang với hệ số tỷ lệ hệ số đại diện (hoặc trung bình) ktr.b 5 3.2 Ngun tắc quy đổi khơng đồng đồng Giả sử xét cọc chịu lực ngang khơng có chiều cao tự với kích thước biết: chiều sâu đóng cọc L, đường kính cọc d, độ cứng chống uốn tiết diện EI; đóng xun qua ba lớp đất khác biết thơng tin: chiều dày lớp hệ số tỷ lệ hệ số tương ứng (xem hình 2a) Ngun tắc quy đổi khơng đồng đồng để tìm giá trị ktr.b tóm tắt sau: Trước tiên cần phải xác định chiều dày tầng đất chịu lực cọc chịu lực ngang, nêu trên, chiều dày tầng đất mặt giữ vai trò ảnh hưởng có tính chất định đến chuyển vị - nội lực cọc, ký hiệu hah Sẽ xảy hai trường hợp: ∗ Trong phạm vi ảnh hah chứa lớp đất đơn giản, đó: ktr.b = kI; ∗ Trong phạm vi hah chứa từ hai lớp đất trở lên (hình 2b: chứa ba lớp đất), cần phải tìm ktr.b Tuy vậy, mức độ ảnh hưởng khơng mà biến đổi giảm dần theo chiều sâu chiều dày tầng chịu lực với quy luật tuyến tính: ảnh hưởng hồn tồn mặt khơng ảnh hưởng mức đáy tầng Như thế, quy luật giảm mức độ ảnh hưởng biểu diễn tam giác vng (tại a) abc xác định với cạnh góc vng ac = hah, cạnh góc vng ab = 1m (hình 2c) Hình 2: Cách quy đổi phân lớp đồng Trong phạm vi hah chứa lớp đất khác ta chia tam giác vng abc thành nhiêu phần với diện tích xác định (F1, F2, F3 hình 2c) Khi đó, giá trị hệ số tỷ lệ hệ số trung bình tính cơng thức bình qn gia quyền: ktr b = Trong đó: Fi kI F ∑Fk i I F – diện tích vũng mức độ ảnh hưởng lớp i; – hệ số tỷ lệ hệ số tương ứng; – diện tích tam giác abc (14) Thế tham số ghi hình vào cơng thức (14) nhận biểu thức cụ thể sau: Nếu phạm vi hah chứa hai lớp đất: ktr b = [ k I h1 (h1 + 2h2 ) + k II h22 hah ] Nếu phạm vi hah chứa ba lớp đất: ktr b = [ k I h1 (h1 + 2h3 ) + k II h2 (h2 + 2h3 ) + k III h32 hah (15) ] (16) 3.3 Cơng thức tính hah: Chiều dày tầng chịu lực cọc chịu lực ngang hah đại lượng có ý nghĩa đặc biệt quan trọng quy đổi khơng đồng đồng Tiếc chúng tơi chưa tìm tài liệu nêu rõ ý tưởng học để xác định mà thu thập ba dạng khác cơng thức tính hah từ nguồn sau đây: Theo [3], [4], [5] [6]: hah = 2(d + 1) (17) Theo [9]: hah = 3,5d + 1,5 Theo [10]: hah = 1,8 α Xác định hah (17) (18) đơn giản muốn dùng (19) phải tính lặp Ví dụ minh họa Số liệu cho trước: Cọc đóng bê tơng cốt thép thường: tiết diện vng d = 0,3m; bc = 0,9m, EI = 1,69.10-4 kNm2 Nền đất ba lớp: lớp I với HI = 1,0m kI = 3000kN/m4; lớp II với HII = 1,0m lớp III với HIII = ∞ kIII = 8000 kN/m4 Tìm hah theo (19) Giải: (3000 + 4000 + 8000) = 5000 kN/m4 α (1) = 0,7758 m-1 1,8 (1) hah = = 2,320 m 0,7758 Vòng lặp 1: ktr(1.)b = Vòng lặp 2: Thực nội dung cơng việc nêu mục 3.2 áp dụng (14) nhận được: ktr(2).b = 3323, 75 kN/m4 α (2) = 0, 715m −1 hah(2) = 2,518m Cứ thế, lặp giá trị hah hội tụ thỏa mãn sai số cho trước hai vòng lặp Kết tính tốn ghi bảng sau sáu vòng lặp: Bảng1: Giá trị hah tính theo cơng thức (19): Vòng lặp số Đại lượng k tr b (kN/m ) 5000 3323,75 3532,41 3510,93 3513,07 3512,85 -1 α (m ) 0,7758 0,7150 0,7237 0,7229 0,7229 0,7229 hah (m) 2,320 2,518 2,487 2,490 2,4898 2,4898 Giá trị hah tính theo cơng thức khác cho bảng Bảng 2: So sánh giá trị hah (m) cơng thức Đại lượng Cơng thức (17) Cơng thức (18) Cơng thức (19) k tr b (kN/m ) 2,60 2,55 2,49 -1 3588,0 3555,56 3512,85 α (m ) hah (m) 0,726 0,725 0,723 Từ kết tính tốn nhận thấy cơng thức (19), hah phụ thuộc vào đường kính tính tốn, độ cứng chống uốn tiết diện cọc thế, biễu thị phụ thuộc lẫn yếu tố Tuy nhiên kết tính tốn cơng thức, bảng 2, khơng khác nhiều 3.4 Khảo sát ảnh hưởng phân lớp phạm vi hah: Phương pháp luận: ∗ Chuyển vị - nội lực cọc chịu lực ngang tốn xác định đồng thời cách: - Dùng SAP 2000 điều kiện phân lớp sau chuyển vị hệ cọc – đất sơ đồ dầm gối đàn hồi - Dùng cơng thức TCXD 205 : 1998 sau quy đổi khơng đồng đồng với ktr.b ∗ Do đặc tính tốn nên, trường hợp này, hợp lý khảo sát phương án Số lượng phương án xác định cách tổ hợp phương án phân lớp với phương án loại cọc thường gặp ∗ Tổng hợp phân tích đánh giá kết quả, đặc biệt ý: - Quy luật, xu phân bố chuyển vị - nội lực theo chiều sâu đóng cọc; - Các giá trị cực đại chuyển vị - nội lực cọc Ví dụ minh họa: c Số liệu xuất phát: - Ba phương án cọc (Bảng 3) Bảng 3: Các thơng số ba loại cọc Cọc vng Cọc Cọc ống Thơng số BTCT ống thép BTCTUST Kích thước tiết diện (mm) 400 600 700 Chiều dày thành (mm) 16 110 Chiều dài cọc (m) 13 13 13 Độ cứng chống uốn, EI (kNm ) 5,376.10 2,6287.10 3,1197.105 Lực ngang, Q0 (kN) 20 50 50 Mơ men cho phép nứt (kNm) 70 400 Mơ men cho phép độ bền (kNm) 220 1150 690 - Tám phương án phân lớp (xem Bảng 4) - Số lượng phương án khảo sát ví dụ: 24 d Kết quả: - Hai mươi bốn đồ thị so sánh chuyển vị - nội lực vẽ, hình a) b) Yz (mm) Mz (KNm) -2.0 -1.0 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 0.00 -10 10 20 2.00 Lớp K=6000 4.00 4.00 Biểu đồ Mz 6.00 Biểu đồ Mz (sap) Biểu đồ Yz Biểu đồ Yz (sap) Z (m) 6.00 Z (m) 40 Lớp K=600 lớp K=5000 Lớp K=6000 8.00 8.00 10.00 10.00 12.00 12.00 14.00 14.00 d) c) Pz (KN) Qz (KN) -10 0.00 2.00 4.00 Z (m) 6.00 10 20 -20 -15 -10 -5 30 0.00 Lớp K=600 Lớp K=5000 Lớp K=6000 2.00 Biểu đồ Qz (sap) 10 15 20 Lớp K=600 Lớp K=5000 Lớp K=6000 4.00 Biểu đồ Qz Biểu đồ Pz 6.00 Z (m ) -20 30 0.00 Lớp K=600 Lớp K=5000 2.00 8.00 8.00 10.00 10.00 12.00 12.00 14.00 14.00 Biểu đồ Pz (sap) Hình 3: Cọc vng BTCT chịu lực ngang Q0 = 20kN (phương án phân lớp 1) với biểu đồ: a) Chuyển vị ngang; b) Mơ men uốn; c) Lực cắt; d) Phản lực 9 - Kết so sánh so sánh số chuyển vị ngang mặt đất momen uốn lớn cọc tổng hợp bảng e Nhận xét khuyến nghị: Từ kết thu nêu số nhận xét sau: • Quy luật biến thiên đại lượng chuyển vị – nội lực tính cọc chịu lực ngang phân lớp đồng quy đổi tương đối phù hợp Có lẽ mà đồng quy đổi khuyến nghị dùng Tiêu chuẩn thiết kế móng cọc • Ở hầu hết phương án phân lớp xét, tính theo đồng quy đổi cho chuyển vị ngang cọc lớn phân lớp, có trường hợp lớn 22% Tuy nhiên, mơ men max tranh ngược lại, hầu hết phương án đồng quy đổi cho giá trị nhỏ từ 9÷13% so với phân lớp • Phản lực lên cọc hầu hết phương án, đồng quy đổi biểu thị giá trị trung bình đất phân lớp Chú ý rằng, phân lớp, biểu đồ phản lực có bước nhảy ranh giới hai lớp (h 3d) Trên sở đó, tính cọc chịu lực ngang phân lớp theo TCXD 205 – 1998, đề xuất khuyến nghị sau: c Nên tăng giá trị mơ men max nhận từ kết đồng quy đổi lên 15% để xét đến ảnh hưởng phân lớp đất d Việc kiểm tra điều kiện bền đất xung quanh cọc chịu lực ngang, ngồi vị trí có độ sâu TCXD 205 – 1998 quy định, cần phải thực thêm ranh giới lớp 10 Bảng 4: So sánh kết tính tốn ba loại cọc chịu lực ngang tám phương án phân lớp Phương án phân lớp Hệ số tỷ lệ hệ số (kN/m4) kI (HI = 1,0m) 600 600 1500 3000 1500 3000 5000 5000 kII (HII = 1,0m) 5000 1500 3000 5000 600 1500 3000 1500 kIII 6000 3000 5000 8000 3000 5000 8000 3000 Vng BTCT 2585,17 1130,86 2336,6 4175,8 1344,86 2693,26 4623,13 3642,02 Ống thép 3092,64 1365,78 2677,53 4635,89 1504,68 2909,03 4944,56 3740,69 Ống BTCTUST 3297,89 1467,54 2824,05 4846,63 1582,88 3016,28 5102,94 3413,34 Ktr.b theo loại cọc Cọc vng BTCT Chuyển vị ngang mặt đất (mm) Cọc ống thép Cọc ống BTCTUST Mơ men uốn lớn cọc (kNm) Cọc vng BTCT Cọc ống thép Cọc ống BTCTUST NPL 4,632 -14 (%) 7,271 5,141 3,834 7,423 5,156 -0,2 3,784 5,168 (%) 3,737 5,579 -1 (%) 4,176 4,796 NĐN 5,454 NPL 4,179 NĐN 4,899 NPL 31,583 +13 36,596 +11 31,572 +11 27,990 +10 36,157 +13 30,351 NĐN 27,584 (%) 32,562 (%) 28,157 (%) NPL 94,905 6,546 4,730 4,278 3,580 -4 (%) 8,403 6,776 -8 (%) 4,869 3,646 4,961 NĐN 86,411 +1 (%) NPL 95,851 +11 112,822 +11 99,477 +11 89,746 +11 114,531 +13 99,902 +11 89,043 +11 87,283 +3 (%) 85,519 (%) 100,273 (%) 89,450 88,587 +9 (%) (%) 79,672 (%) 99,576 (%) 87,392 (%) 3,770 78,829 -3 (%) 5,089 +10 (%) +9 113,261 +12 98,665 +10 87,852 +10 85,763 80,319 (%) 99,454 (%) 87,981 (%) 79,292 (%) 84,480 98,306 5,169 -3 (%) 4,112 5,650 88,629 +9 111,653 +9 (%) 101,392 (%) 7,610 -12 (%) 5,658 +1 (%) -4 (%) 3,889 -9 (%) 7,769 4,312 +8 (%) +7 26,340 +7 24,622 25,103 (%) 31,380 (%) 27,392 (%) 24,579 (%) 25,672 5,377 -14 (%) 4,105 4,685 4,799 7,964 -22 (%) 5,946 -10 (%) +1 (%) +3 (%) NĐN -17 (%) 8,906 5,423 7,840 -6 (%) NPL -19 (%) 3,989 -4 (%) 5,297 7,510 5,628 -9 (%) NĐN -13 (%) 8,699 -20 (%) (%) 84,840 11 IV Sức chịu tải nằm ngang giới hạn đất 4.1 Giới thiệu chung: Xét cọc chịu lực ngang làm việc điều kiện tốn phẳng, tải độ sâu z, đặt ký hiệu cho đại lượng sau: qz – áp lực nằm ngang cọc truyền lên đất đơn vị dài thân cọc (kN/m): qz = σ z × bc (20) ~ Rz – sức kháng tính tốn nằm ngang đất đơn vị dài thân cọc (kN/m): ~ ~ Rz = Rz × bc (21) Theo [3], chấp nhận: ~ bc ≈ bc (22) ổn định đất xung quanh cọc phải thỏa mãn điều kiện sau: ~ (23) q z ≤ Rz ⇒ σ z ≤ R z Chú ý rằng, Rz áp lực tính tốn (cho phép) đất độ sâu z điều kiện tốn phẳng lúc phụ thuộc vào loại đất, TCXD 205 :1998, xuất phát từ sức kháng giới hạn đất theo lý thuyết Coulomb Rz( c ) hiệu chỉnh cách đem vào hai hệ số dạng thừa số để xét ảnh hưởng tính chất chịu tải đến sức kháng đất: Rz = η1η2 Rz( c ) (24) 4.2 Hệ số η1: Khi khai thác, số móng cọc chịu lực ngang lớn đổi ngược chiều Trong trường hợp thế, sức chống chuyển vị đất bị suy giảm Người ta dùng hệ số η1 để xét đến yếu tố Vận dụng TCXD 205 : 1998 vào trường hợp cơng trình bến cọc nên lấy η1 = 0,7 4.3 Hệ số η2: Ý nghĩa: Theo thời gian người ta chia tải trọng nằm ngang tác dụng lên móng cọc thành hai loại: tải thường xun tải tạm thời (hoạt tải) Nếu đánh giá tác động suy giảm sức chống chuyển vị đất giá trị lực ngang tải thường xun nguy hiểm tải tạm thời Để xét đến tượng thực tế này, người ta dùng hệ số η2 Cơng thức tính η2: Chấp nhận rằng, độ sâu z, áp lực nằm ngang thực cọc tác dụng lên đất σz bao gồm hai thành phần: tải thường xun (σz)tx tải tạm thời (σz)tt: σ z = (σ z )tx + (σ z )tt (25) Người ta khống chế mức độ gia tăng tải thường xun so với tạm thời cách tăng áp lực thường xun lên n lần, nghĩa n(σz)tx áp lực tổng đạt trạng thái bất lợi viết lại (23): (26) n(σ z )tx + (σ z )tt ≤ Rz( c ) 12 Giải đồng thời (25) (26) ta thu được: (σ ) + (σ z )tt (27) σ z ≤ Rz( c ) z tx n(σ z )tx + (σ z )tt Từ đó, suy ra: (σ ) + (σ z )tt (28) η = z tx n(σ z )tx + (σ z )tt Tính η2 theo (28) bất tiện nên người ta biến đổi cách chấp nhận cách gần tỷ số áp lực (σz)tx (σz)tt tỷ số momen Mtx Mtt tải ngang thường xun tạm thời tương ứng gây ra, nghĩa là: (σ z ) tx M tx (29) ≈ (σ z ) tt M tt (σ z )tx = (σ z )tt M tx (30) M tt Thế (30) vào (28) thực biến đổi đơn giản: η2 = M tx + M tt nM tx + M tt (31) Trong đó: Mtt Mtt – momen tải trọng ngồi thường xun tạm thời tác dụng lên đài móng tính mức mũi cọc n– hệ số, lấy h ≤ 2,5 2,5 h ≤ 5,0 Với 2,5 < h L yc (55) (56) Các cọc ví dụ thỏa mãn điều kiện (56) Ba kết kiểm tra trình bày cho phép kết luận chiều dài chịu uốn Lu=18, 231m có nghĩa sơ đồ kết cấu chịu tải cho VI Kết luận: 6.1 Thơng điệp muốn chuyển tới bạn đọc khơng nên xem nhẹ tốn cọc chịu lực ngang hình thức nào, kinh nghiệm thiết kế, xây dựng sử dụng cơng trình liên quan đến móng cọc thường ngun nhân góp phần gây cố khơng mong muốn khó khắc phục 6.2 Với ý nghĩ “đọc sách dùm bạn”, chúng tơi chủ yếu dựa vào số tài liệu tiếng Nga có để diễn giải cách cặn kẽ đến mức được, tập trung vào vấn đề thường chưa hiểu đầy đủ tốn cọc chịu lực ngang TCXD 205 : 1998 Nội dung điều khoản Tiêu chuẩn q khó mà hiểu biết người viết có hạn, chắn khơng tránh khỏi thiếu sót, mong bạn tháo gỡ theo phương châm “ba ơng thợ giày ơng Gia Cát Lượng” 6.3 Bài tốn cọc chịu lực ngang Tiêu chuẩn Thiết kế cho lời giải điều kiện mặt đất nằm ngang Tuy nhiên, từ thực tế thiết kế cho thấy nhiều trường hợp mặt đất cọc chịu lực ngang khơng nằm ngang: nghiêng, nghiêng gần điểm chuyển dốc đáy, nghiêng gần điểm chuyển dốc đỉnh, ngang phạm vi “chiếu nghỉ” v.v…Hình dạng mặt đất có ảnh hưởng đến chuyển vị - nội lực cọc chịu lực ngang Đây vấn đề phức tạp, đề xuất giải pháp hợp lý phục vụ cho thiết kế, hy vọng trình bày dịp khác Tp HCM, 18 – 05– 2010 19 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] - [13] - [14] - [15] - XNiP II – 17 – 77: Phần II Định mức Thiết kế Chương Móng cọc Matxcơva, 1978 (Tiếng Nga) XNiP 2.02.03 – 85: Móng cọc Matxcơva, 1986 (Tiếng Nga) K.X.Zavriev,G.X.Shpiro: Tính tốn Móng sâu Trụ cầu Nhà xuất “Vận tải”, Matxcơva, 1970 (Tiếng Nga) N.M.Glotov người khác: Móng cọc Nhà xuất “Vận tải”, Matxcơva, 1975 (Tiếng Nga) G.I.Shvexov (chủ biên): Sổ tay Nền Móng Nhà xuất “Trường cao đẳng”, Matxcơva, 1991 (Tiếng Nga) V.X.Kirillov: Nền Móng Nhà xuất “Vận tải”, Matxcơva, 1980 (Tiếng Nga) TCXD 205 : 1998 Móng cọc – Tiêu chuẩn Thiết kế Nhà xuất “Xây dựng”, Hà nội, 1999 20 TCN 21 – 86: Móng cọc – Tiêu chuẩn Thiết kế Bộ Xây dựng xuất Nguyễn Bá Kế, Nguyễn Văn Quang, Trịnh Việt Cường Hướng dẫn Thiết kế Móng cọc Nhà xuất Xây dựng, Hà nội, 1993 Sổ tay Địa Kỹ Thuật Trung Quốc, 1994 Phan Văn Thu dịch (lưu hành nội TEDI SOUTH) Lê Đức Thắng: Tính tốn Móng cọc Nhà xuất Giao Thơng Vận Tải, Hà nội, 1998 Phan Dũng: “Chuyển vị nằm ngang chuyển vị xoay cọc mức đáy đài theo TCXD 205 : 1998 – Một dạng khác cơng thức tính ứng dụng” Tạp chí Biển& Bờ, No 3+4/2009, Hội Cảng – Đường thủy – Thềm lục địa Việt Nam, VAPO, Hà Nội, trang 50 – 58 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,VAPO, Hà Nội, trang 38 – 49 Phan Dũng: "Cách tính Cơng trình bến bệ cọc cao mềm Phương pháp Ma Trận độ cứng" Tạp chí Biển & Bờ, No 7+8/2009, Hội Cảng – Đường thủy – Thềm lục địa Việt Nam,VAPO, Hà Nội, trang 36 – 50 Phan Dũng: “Cách xét mặt đất khơng nằm ngang tính cọc chịu lực ngang” Kỷ yếu Hội nghị Khoa học Cơng nghệ lần thứ 10, Trường Đại học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh, 10 – 2007 [...]... kiện bền của cọc chịu lực ngang Dòng 5 và 6 Bảng 7 cho thấy ta cần tiến hành kiểm tra cọc 2 và cọc 3 2.a Điều kiện bền vật liệu làm cọc: Giá trị đáng chú ý của mơmen uốn trong cọc tóm tắt ở Bảng 8: Bảng 8: Các mơmen uốn (kNm) đáng chú ý trong cọc Kết quả tính khung có sử dụng Lu Kết quả tính cọc chịu lực ngang theo Tại vị trí đầu cọc Tại vị trí ngàm quy ước [13] Cọc 2 457,270 462,076 328,541 Cọc 3 464,992... 4.2 Hệ số η1: Khi khai thác, ở một số móng cọc có thể chịu các lực ngang lớn và đổi ngược chiều Trong những trường hợp như thế, sức chống chuyển vị của đất bị suy giảm Người ta dùng hệ số η1 để xét đến yếu tố này Vận dụng TCXD 205 : 1998 vào trường hợp cơng trình bến trên nền cọc thì nên lấy η1 = 0,7 4.3 Hệ số η2: 1 Ý nghĩa: Theo thời gian người ta chia tải trọng nằm ngang tác dụng lên móng cọc thành... dài chịu uốn theo (36) chỉ là một trong trường hợp cụ thể của (54) 5.4 Ghi chú quan trọng: Vì TCXD 205 : 1998 chấp nhận mơ hình nền biến dạng đàn hồi cục bộ khi tính cọc chịu lực ngang cho nên chiều dài chịu uốn Lu theo (54) khơng phụ thuộc vào lực ngang tác dụng ở đầu cọc Điều đó đòi hỏi người tính phải thực hiện các phép kiểm tra kết quả để đảm bảo giá trị chiều dài chịu uốn đã sử dụng là có nghĩa...11 IV Sức chịu tải nằm ngang giới hạn của đất nền 4.1 Giới thiệu chung: Xét cọc chịu lực ngang làm việc trong điều kiện bài tốn phẳng, tải độ sâu z, đặt ký hiệu cho các đại lượng sau: qz – áp lực nằm ngang do cọc truyền lên đất trên một đơn vị dài thân cọc (kN/m): qz = σ z × bc (20) ~ Rz – sức kháng tính tốn nằm ngang của đất trên một đơn vị dài thân cọc (kN/m): ~ ~ Rz = Rz × bc (21) Theo [3], có... Nhà xuất bản Giao Thơng Vận Tải, Hà nội, 1998 Phan Dũng: “Chuyển vị nằm ngang và chuyển vị xoay của cọc ở mức đáy đài theo TCXD 205 : 1998 – Một dạng khác của cơng thức tính và các ứng dụng” Tạp chí Biển& Bờ, No 3+4/2009, Hội Cảng – Đường thủy – Thềm lục địa Việt Nam, VAPO, Hà Nội, trang 50 – 58 Phan Dũng: "Chuyển vị - nội lực cọc chịu lực ngang theo TCXD 205 : 1998 Mối liên hệ giữa lời giải của Urban... trình liên quan đến móng cọc thì đây thường là ngun nhân góp phần gây ra các sự cố khơng mong muốn rất khó khắc phục 6.2 Với ý nghĩ “đọc sách dùm bạn”, chúng tơi chủ yếu dựa vào một số tài liệu tiếng Nga có được để diễn giải một cách cơ bản nhưng cặn kẽ đến mức có thể được, tập trung vào các vấn đề thường chưa được hiểu đầy đủ về bài tốn cọc chịu lực ngang trong TCXD 205 : 1998 Nội dung của các điều... đều ghi rõ tham số này được dùng để tính tốn độ bền của vật liệu làm cọc Cùng dạng (36), trong [9] (trang 119) còn cho cơng thức (16) tính chiều dài chịu uốn đúng theo sơ đồ hình 5: Lu = L 0 + k2 (37) α Để làm rõ cơng thức này ta có thể theo dõi cách thiết lập nó từ hệ thống các cơng thức của TCXD 205 : 1998 và xin khơng giải thích các đại lượng sẽ gặp phải ở phần trình bày tiếp sau 5.2 Cơng thức tính. .. 0,495 m-1 Chiều dài chịu uốn từ (54): Lu = 18,231 m Dùng phương pháp Ma trận độ cứng [14] để phân tích kết cấu đã cho và trích một số kết quả cần dùng vào việc kiểm tra chiều dài chịu uốn Lu ghi trong bảng 7 17 Bảng 7: Chuyển vị - nội lực của các cọc Cọc 1 Cọc 2 0,0809 0,0809 1 Chuyển vị nằm ngang, ∆n(m) 2 Lực dọc trục, N (kN) 2493,381 2740,474 3 Mơmen uốn, M (kNm) -441,556 -457,270 4 Lực cắt, Q (kN)... Tiêu chuẩn là q khó mà hiểu biết của người viết thì có hạn, chắc chắn khơng tránh khỏi thiếu sót, mong các bạn cùng tháo gỡ theo phương châm “ba ơng thợ giày bằng ơng Gia Cát Lượng” 6.3 Bài tốn cọc chịu lực ngang của Tiêu chuẩn Thiết kế chỉ cho lời giải trong điều kiện mặt đất nằm ngang Tuy nhiên, từ thực tế thiết kế cho thấy nhiều trường hợp mặt đất của cọc chịu lực ngang khơng nằm ngang: nghiêng, nghiêng... ngang: nghiêng, nghiêng gần điểm chuyển dốc đáy, nghiêng gần điểm chuyển dốc đỉnh, ngang trong phạm vi của “chiếu nghỉ” v.v…Hình dạng mặt đất như thế sẽ có ảnh hưởng đến chuyển vị - nội lực của cọc chịu lực ngang Đây là một vấn đề phức tạp, đề xuất một giải pháp hợp lý phục vụ cho thiết kế, hy vọng sẽ được trình bày ở một dịp khác Tp HCM, 18 – 05– 2010 19 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7]