TIỂU LUẬN CHUYÊN ĐỀ MA SÁT ÂM

Tiểu luận : Móng cọc GVHD: TS.GVC Võ Phán MỤC LỤC PHẦN I : TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƯNG MA SÁT ÂM Đònh nghóa tượng ma sát âm Các nguyên nhân gây lực ma sát âm Các yếu tố ảnh hưởng đến tượng ma sát âm nh hưởng ma sát âm đến móng công trình Một số ảnh hưởng MSA đến công trình thực tế Trang Trang Trang Trang 10 Trang 10 PHẦN II : NGHIÊN CỨU VỀ MA SÁT ÂM CỦA VIỆN NATIONAL HIGHWAY THUỘC BỘ GIAO THÔNG MỸ (US DEPARTMENT OF TRANSPORTATION) Hiện tượng ma sát âm – Tiêu chuẩn nhận biết Trang 18 Phương pháp sát đònh ma sát âm Trang 19 Các phương pháp giảm ma sát âm Trang 20 Ứng dụng tính toán vào toán thực tế Trang 22 PHẦN III : CÁC MÔ HÌNH TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC CÓ XÉT ĐẾN ẢNH HƯỞNG CỦA MA SÁT ÂM Mô hình thứ (Nga) Trang 31 Mô hình thứ hai (Pháp) Trang 33 Mô hình thứ ba (Anh) Trang 37 Mô hình thứ tư (Mỹ) Trang 38 Mô hình thứ năm (Anh) Trang 41 Mô hình thứ sáu (Mỹ) Trang 45 PHẦN IV : TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC CÓ XÉT ĐẾN ẢNH HƯỞNG CỦA MA SÁT ÂM THEO TCVN – LẬP CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN BẰNG MÁY TÍNH Lý thuyết tính toán Trang 52 Chương trình tính toán máy tính Trang 56 Giải thiết lập tương quan h-z, h-Qs , h-Qs, h-Qu cho cho toán cụ thể Trang 58 PHẦN V : CÁC BIỆN PHÁP LÀM GIẢM ẢNH HƯỞNG CỦA MA SÁT ÂM Biện pháp làm tăng nhanh tốc độ cố kết đất Trang 62 Biện pháp làm giảm ma sát đất cọc vùng MSA Trang 63 Dùng sàn giảm tải có xử lý cọc Trang 64 PHẦN VI : NHẬN XÉT – KIẾN NGHỊ Nhóm học viên thực hiện: 03 Trang 65 Trang: Tiểu luận : Móng cọc GVHD: TS.GVC Võ Phán PHẦN I : TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƯNG MA SÁT ÂM 1- Đònh nghóa tượng ma sát âm Đònh nghóa tượng ma sát âm: Đối với công trình có sử dụng móng cọc, cọc đóng vào tầng đất có trình cố kết chưa hoàn toàn Nếu tốc độ lún đất công trình nhanh tốc độ lún cọc theo chiều xuống, lún tương đối phát sinh lực kéo xuống tầng đất cọc làm giảm khả chòu tải cọc gọi tượng ma sát âm, lực kéo xuống gọi lực ma sát âm Lực ma sát âm xảy phần thân cọc phụ thuộc vào tốc độ lún đất xung quanh cọc tốc độ lún cọc Lực ma sát âm có chiều hướng thẳng đứng xuống dưới, có khuynh hướng kéo cọc xuống, làm tăng lực tác dụng lên cọc Ta so sánh phát sinh ma sát âm ma sát dương thông qua hình sau: Hình 1a: Sự phát sinh ma sát dương Nhóm học viên thực hiện: 03 Trang: Tiểu luận : Móng cọc GVHD: TS.GVC Võ Phán Hình 1b : Ma sát âm có lớp đất đắp xảy cố kết trọng lượng thân Hình 1c: Ma sát âm lớp sét xốp cố kết thoát nước có thêm lớp đất đắp Qua ba hình minh hoạ ta thấy ma sát âm xuất phần đoạn thân cọc hay tồn thân cọc, phụ thuộc vào chiều dày lớp đất yếu chưa cố kết Trong trường hợp ma sát âm tác dụng tồn thân cọc nguy hiểm, sức chịu tải cọc khơng khơng kể đến sức chịu tải ma sát hơng đất cọc mà bị ma sát âm kéo xuống Sức chịu tải lúc chủ yểu sức chịu tải mũi, chống lên đất cứng hay đá 2- Các nguyên nhân gây lực ma sát âm Một điều dễ dàng thấy rằng, chí tồn lún lớp đất xung quanh cọc, lực kéo xuống (ma sát âm) không xuất chuyển dòch xuống phía cọc tác dụng tónh tải hoạt tải lớn lún đất Vì mối quan hệ biến dạng lún biến dạng lún cọc tảng để lực ma sát âm xuất Quá trình xuất ma sát âm đặc trưng độ lún đất gần cọc tốc độ lún tương ứng đất lớn độ lún tốc độ lún cọc xảy tác động tải trọng Trong trường hợp đất gần cọc buông khỏi cọc, tải trọng thêm cộng vào tải trọng tác dụng lên cọc Thông thường tượng xảy trường hợp cọc xuyên qua đất có tính cố kết độ dày lớn; Khi có phụ tải tác dụng mặt đất quanh cọc a- Khi công trình tôn cao, gây tải trọng phụ tác dụng xuống lớp đất phía làm xảy tượng cố kết cho lớp bên dưới; thân lớp đắp tác dụng trọng lượng thân xảy trình cố kết Ta xem xét cụ thể trường hợp sau: Nhóm học viên thực hiện: 03 Trang: Tiểu luận : Móng cọc GVHD: TS.GVC Võ Phán SÐt ®¾p Hf C¸t ®¾p L Hf SÐt ®¾p L L C¸t Z SÐt Z (a) Hf SÐt Z (b) (c) Hình : Các trường hợp xuất ma sát âm tôn + Trường hợp (a): Khi có lớp đất sét đắp phía tầng đất dạng hạt mà cọc xuyên qua nó, tầng đất cố kết Quá trình cố kết sinh lực ma sát âm tác dụng vào cọc suốt trình cố kết + Trường hợp (b): Khi có tầng đất dạng hạt, đắp phía tầng sét yếu, gây trình cố kết tầng đất sét tạo lực ma sát âm tác dụng vào cọc + Trường hợp (c): Khi có tầng đất dính đắp phía tầng sét yếu, gây trình cố kết tầng đất đắp tầng đất sét tạo lực ma sát âm tác dụng vào cọc Trong trường hợp cọc tựa đất cứng có tồn tải trọng bề mặt, xảy trường hợp sau: Nhóm học viên thực hiện: 03 Trang: Tiểu luận : Móng cọc GVHD: TS.GVC Võ Phán Cát xốp Sét yếu Đất đắp (d) L L L Tầng chòu lực Tầng chòu lực (e) Hf Tải trọng bề mặt Hf Tải trọng bề mặt Hf Tải trọng bề mặt Tầng chòu lực (f) + Trường hợp (d): Với tầng cát lỏng có biến dạng lún tức thời, đặc biệt đất chòu rung động dao động mực nước ngầm; tác động tải trọng bề mặt tạo biến dạng lún + Trường hợp (e): Đối với sét yếu, khuynh hướng xảy biến dạng lún nhỏ không chòu tác động tải trọng bề mặt Nhưng dù khoan tạo lỗ gây cấu trúc lại sét biến dạng lún (nhỏ) sét xảy tác dụng trọng lượng thân sét + Trường hợp (f): Điều hiển nhiên gần đắp tạo biến dạng lún theo thời gian tác dụng trọng lực Việc xác đònh mối quan hệ độ lún đất phía cọc cần thiết để đề giải pháp xử lý phù hợp vấn đề Trong trường hợp nơi mà đất phần lún xuống phía lớn độ lún cọc, giải pháp thiên an toàn có giả thiết tải trọng truyền hoàn toàn tới đỉnh lớp đất phía b- Cọc đóng chưa kết thúc cố kết: Trong thực tế tình thường xuyên gặp phải thiết kế cầu đường nơi mà lực ma sát âm xảy Các cọc thi công xong đất chưa kết thúc cố kết, mố cầu xây dựng đất đắp Độ lún đất dọc theo thân cọc khó khăn để loại bỏ, lực ma sát âm thường xảy với dạng kết cấu hình (5.3), chí có khuynh hướng tạo chuyển dòch ngang mố cầu, chuyển dòch giảm thiểu việc lựa chọn giải pháp thiết kế móng cách hợp lý Nhóm học viên thực hiện: 03 Trang: Tiểu luận : Móng cọc GVHD: TS.GVC Võ Phán Hình : Hiện tượng ma sát âm việc đóng cọc mố cầu vào đất yếu chưa kết thúc cố kết trạng thái tự nhiên Ma sát âm xảy bên cọc phần đường vào cầu có lớp đất đắp cao làm cho lớp đất bên bò lún phải chòu tải trọng lớp đất đắp này, phần bên mố (phía sông) tải trọng đắp nên lớp đất không bò lún tải trọng ngoài, cọc không bò ảnh hưởng ma sát âm Vì vậy, bên cọc chòu ma sát âm bên chòu ma sát dương c- Ngoài ra, việc hạ thấp mực nước ngầm làm tăng ứng suất thẳng đứng có hiệu điểm đất Vì vậy, làm đẩy nhanh tốc độ lún cố kết đất Lúc đó, tốc độ lún đất xung quanh cọc vượt tốc độ lún cọc dẫn đến xảy tượng kéo cọc xuống lớp đất xung quanh cọc Hiện tượng giải thích sau: Khi hạ thấp mực nước ngầm + Phần áp lực nước lỗ rổng u giảm + Phần áp lực có hiệu thẳng đứngPσh lên hạt rắn đất tăng Xem biểu đồ tương quan u σh trường hợp toán nén chiều tải trọng q phân bố kín khắp q q hđ umin = σh u Ha Đất yếu u max Lớp đất tốt Nhóm học viên thực hiện: 03 σz= q = const z Trang: Tiểu luận : Móng cọc GVHD: TS.GVC Võ Phán Hình : Biểu đồ tương quan áp lực nước lỗ rỗng u áp lực có hiệu thẳng đứng lên hạt rắn đất σ h trường hợp toán nén chiều tải trọng q phân bố kín khắp Trong đó: + σh = q = const: Ứng suất toàn phần + Ha: Vùng hoạt động ứng suất phân bố đất + Đất bình thường: Ha tương ứng với chiều sâu mà σz = 0.2σbt + Đất yếu: Ha tương ứng với chiều sâu mà σz = 0.1σbt σbt: Ứng suất trọng lượng thân lớp đất có chiều dày H a Theo tiêu chuẩn TCVN 205-1998: Hiện tượng ma sát âm nên xét đến trường hợp sau: −Sự cố kết chưa kết thúc trầm tích đại trầm tích kiến tạo; −Sự tăng độ chặt đất rời tác dụng động lực; −Sự lún ướt đất bò ngập nước; −Mực nước ngầm hạ thấp làm cho ứng suất có hiệu đất tăng lên, dẫn đến tăng nhanh tốc độ cố kết đất −Nền công trình tôn cao với chiều dày lớn 1m đất yếu; −Phụ tải với tải trọng từ 2T/m2 trở lên; −Sự giảm thể tích đất chất hữu đất bò phân hủy … 3- Các yếu tố ảnh hưởng đến tượng ma sát âm Ma sát âm tượng phức tạp phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: −Loại cọc, chiều dài cọc, phương pháp hạ cọc, mặt cắt ngang cọc, bề mặt tiếp xúc cọc đất nền, co ngắn đàn hồi cọc; −- Đặc tính lý đất, chiều dày lớp đất yếu, tính trương nở đất; Nhóm học viên thực hiện: 03 Trang: Tiểu luận : Móng cọc GVHD: TS.GVC Võ Phán −Tải trọng chất tải (chiều cao đắp nền, phụ tải); −Thời gian chất tải xây dựng công trình; −Độ lún đất sau đóng cọc, độ lún móng cọc; −Quy luật phân bố ma sát âm cọc … Trò số lực ma sát âm có liên quan tới cố kết đất, phụ thuộc trực tiếp vào ứng suất có hiệu đất chung quanh cọc Như lực ma sát âm phát triển theo thời gian có trò số lớn kết thúc cố kết Bất kỳ dòch chuyển xuống phía đất cọc sinh lực ma sát âm Tải trọng truyền hoàn toàn từ đất cho cọc mối tương quan chuyển vò khoảng từ 3mm đến 15mm 1% đường kính cọc Khi chuyển vò tương đối đất tới 15mm ma sát âm phát huy đầy đủ Một điều thường giả thiết việc thiết kế cho toàn lực ma sát âm xảy mà có chuyển dòch tương đối đất dự đoán trước 4- Ảnh hưởng ma sát âm đến móng công trình Khi cọc đất, sức chòu tải cọc thể qua thành phần ma sát (dương) xung quanh cọc sức kháng mũi cọc Khi cọc bò ảnh hưởng ma sát âm sức chòu tải giảm phải gánh chòu lực kéo xuống mà thường gọi lực ma sát âm Ngoài trình cố kết lớp đất, gây nên khe hở đài cọc lớp đất đài, cọc đất xung quanh cọc, từ gây tăng thêm ứng lực phụ tác dụng lên móng cọc Đối với đất trương nở, ma sát âm gây nên tải trọng phụ lớn tác dụng lên móng cọc Trong số trường hợp lực ma sát âm lớn, vượt qua tải trọng tác dụng lên đầu cọc cọc có chiều dài lớn Chẳng hạn năm 1972 Fellenius đo trình phát triển lực ma sát âm cọc bêtông cốt thép đóng qua lớp đất sét mềm dẻo dày 40m lớp cát dày 15m cho thấy: cố kết lại lớp đất sét mềm bò xáo trộn đóng cọc tạo lực kéo xuống 300KN thời gian tháng 16 tháng sau đóng cọc cọc chòu lực kéo xuống 440KN Johanessen Bjerrum theo dõi phát triển tượng ma sát âm cọc thép xuyên qua lớp đất sét dày 53m mũi cọc tựa đá Lớp đất đắp cát dày 10m, trình cố kết lớp đất sét gây độ lún 1,2m lực kéo xuống khoảng 1.500KN mũi cọc Ứng suất mũi cọc ước tính đạt đến 190KN/m2 có khả xuyên thủng lớp đá Nhóm học viên thực hiện: 03 Trang: Tiểu luận : Móng cọc GVHD: TS.GVC Võ Phán Đối với việc sử dụng giếng cát: Ma sát âm làm hạn chế trình cố kết đất yếu có dùng giếng cát Hiện tượng ma sát âm gây hiệu ứng treo đất xung quanh giếng cát, lớp đất xung quanh giếng cát bám vào giếng cát làm cản trở độ lún cản trở trình tăng khả chòu tải đất xung quanh giếng cát Qua phân tích cho thấy tác dụng lực ma sát âm làm gia tăng lực nén dọc trục cọc, làm tăng độ lún cọc, lớp đất đắp bò lún tạo khe hở đài cọc lớp đất bên đài làm thay đổi momen uốn tác dụng lên đài cọc Lực ma sát âm làm hạn chế trình cố kết thoát nước đất yếu có gia tải trước có dùng giếng cát, cản trở trình tăng khả chòu tải đất xung quanh giếng cát Ngoài ma sát âm làm tăng lực ngang tác dụng lên cọc Một số ảnh hưởng MSA đến công trình thực tế a- Sụt lún khai thác nước ngầm thành phố lớn Số liệu nghiên cứu Viện Khoa học cơng nghệ kinh tế xây dựng Hà Nội, trực thuộc Sở Xây dựng Hà Nội tình hình sụt lún liên quan đến việc khai thác nước ngầm nhiều điểm địa bàn Hà Nội T.S Nguyễn Sinh Minh - Viện trưởng Viện Khoa học cơng nghệ kinh tế xây dựng Hà Nội cho biết số liệu nghiên cứu thực nghiệm tượng lún bề mặt đất Hà Nội thay đổi mực nước ngầm từ năm 1991 cho thấy có điểm Hà Nội bị sụt lún tới cm/năm số đáng lưu ý quan chức việc khai thác nước ngầm xây dựng thành phố Theo số liệu thu thập được, lượng nước ngầm khai thác năm 2006 khoảng 650.000 – 700.000 m3/ngày đêm Tầng khai thác nước chủ yếu tầng chứa nước Pleistocen (qp), có nguồn cung cấp chủ yếu nước mưa nước mặt Tuy nhiên, lượng cung cấp thường nhỏ so với lưu lượng khai thác Điều dẫn đến mực nước ngầm hàng năm bị hạ thấp Thêm vào điều kiện địa chất thành phố phức tạp, nhiều nơi tồn tầng đất yếu với chiều dày lớn Điều gây sụt lún đất, nhiễm nước ngầm… Theo ơng Minh, kết quan trắc lún bề mặt đất thay đổi mực nước ngầm 10 trạm đo lún bề mặt đất- đặt nhà máy nước trạm tăng áp thuộc Cơng ty Kinh doanh nước Cơng ty Kinh doanh nước số Hà Nội- năm qua cho thấy: Tại trạm có tồn lớp đất yếu, tốc độ lún bề mặt đất tương đối lớn Thành Cơng (41,02 mm/năm), Ngơ Sĩ Liên (27,14 mm/năm), Pháp Vân (22,02 mm/năm) Những trạm khơng tồn lớp đất yếu có tốc độ lún bề mặt nhỏ Ngọc Hà (1,80 mm/năm), Mai Dịch (2,28 mm/năm), Đơng Anh (1,41 mm/năm) Những trạm có vị trí gần sơng Hồng có độ lún bề mặt đất nhỏ mực nước ngầm nước sơng bù phụ phần Lương n (16,85 mm/năm), Gia Lâm (12,99 mm/năm) “Kết quan trắc 10 trạm nói có độ xác cao khẳng định q trình hạ thấp mực nước ngầm gây nên tượng sụt lún bề mặt đất vị trí khai thác Vì trạm đo lún nói hầu hết đặt tâm phễu lún (trong nhà máy nước) nên phản ánh độ lún riêng lẻ nơi khai thác nước ngầm mà chưa thể phạm vi ảnh hưởng (bán kính) phễu lún khả ảnh hưởng phễu lún”- Đại diện Viện Khoa học cơng nghệ kinh tế xây dựng Hà Nội cho biết Nhóm học viên thực hiện: 03 Trang: Tiểu luận : Móng cọc GVHD: TS.GVC Võ Phán Ơng Đỗ Tuấn Anh, cán phòng nghiên cứu thí nghiệm địa kỹ thuật, Viện Khoa học cơng nghệ kinh tế xây dựng Hà Nội cho biết có nhiều ngun nhân gây tượng lún bề mặt đất như: Do khai thác nước đất; việc tăng tải trọng ngồi xây dựng cơng trình; vận động tân kiến tạo; tính chất từ biến đất Tuy nhiên phương pháp quan trắc thực nghiệm mà Viện tiến hành nghiên cứu khẳng định thay đổi mực nước ngầm ngun nhân gây nên sụt lún bề mặt đất Hà Nội “Đặc điểm sụt lún bề mặt đất thay đổi mực nước ngầm làm cho bề mặt địa hình thay đổi theo thời gian Vì quy hoạch, xây dựng cần phải lưu ý để đưa giải pháp hợp lý việc xử lý cốt san nền, xây dựng hệ thống nước Đối với cơng trình giao thơng cơng trình xây dựng dân dụng cơng nghiệp sử dụng giải pháp móng nơng phải lưu ý tới độ lún đất bị tăng thêm hạ mực nước ngầm để từ có biện pháp khắc phục Đối với cơng trình sử dụng giải pháp móng cọc cần lưu ý tới yếu tố “ma sát âm” gây tải trọng phụ thêm tác dụng lên cọc độ lún lớp đất yếu gây ra”- Ơng Tuấn Anh cho biết Theo cảnh báo Viện Khoa học cơng nghệ kinh tế xây dựng Hà Nội việc quy hoạch vị trí xây dựng nhà máy khai thác nước nên ưu tiên vị trí ven sơng khu vực có nguồn cung cấp, bổ trợ lớn cho tầng chứa nước khai thác Giảm lưu lượng khai thác nước ngầm việc khai thác, xử lý nguồn nước mặt từ sơng Đà Viện Khoa học cơng nghệ kinh tế xây dựng Hà Nội cho với mạng lưới quan trắc lún có 10 trạm chưa đủ sở để lập đồ trạng lún thành phố dự báo độ lún khu vực tồn thành phố Hà Nội Như vậy, chương trình nghiên cứu lún bề mặt đất thành phố Hà Nội cần phải phát triển thêm nhiều trạm đo lún tâm phễu miếng phễu lún b- Sụt lún Công trình Sân vận động Long An việc khai thác nước ngầm Nhà máy cấp nước Long An bên cạnh Công trình Sân vận động Long an xây dựng vào năm 1985 với kết cấu bê tông cốt thép Các khán đài lớn B, C D có 70 trục móng cột chòu tải trọng chính, cọc móng co chiều dài 9,5m Cạnh sân vận động Nhà máy cấp nước Long An, khai thác nước ngầm tầng sâu 300m, Hệ thống khai thác có giếng mà giếng gần cách sân vận động 500m Công suất khai thác 8000m3/ngày đêm Cấu tạo đòa chất khu vực sau: −Lớp 1: Sét bột màu xám nâu đến xám trắng, độ dẻo cao trạng thái mềm, dày từ 0m-2,6m.Độ ẩm: W=43,2%, dung trọng tự nhiên: 1,747g/cm3 −Lớp 2: Bùn sét lẫn hữu cát, màu xám, độ dẻo cao trạng thái mềm, có chiều dày trung bình 2,5m −Lớp 3: Sét lẫn bột cát, màu nâu vàng nhạt, xám trắng độ dẻo cao, trạng thái dẻo cứng, có bề dày 6,2m −Lớp 4: Sét pha cát màu nâu vàng xám trắng, độ dẻo trung bình, trạng thái dẻo cứng, có bề dày 5,9m Nhóm học viên thực hiện: 03 10 Trang: Tiểu luận : Móng cọc GVHD: TS.GVC Võ Phán Xác định độ lún cọc đơn Độ lún cọc đơn gồm thành phần sau: Sđ = ∆l +Sm+Sb Trong : − ∆l biến dạng đàn hồi thân cọc − Sm : độ lún cọc tải trọng truyền lên đất dọc thân cọc − Sb : độ lún cọc tải trọng truyền lên đất dọc thân cọc Biến dạng đàn hồi thân cọc Q L ∆1 = tb Ap Ec Trong đó: − AP: Diện tích tiết diện ngang cọc − L: Chiều dài cọc − Ec : Mơdun đàn hồi cọc − Qtb: Lực nén trung bình tác dụng lên cọc Độ lún mũi cọc qBω (1 − µ ) Sm = E0 Trong đó: − q: sức kháng mũi đơn vị − B: cạnh cọc − µ,E0: hệ số poisson mơdun đất mũi cọc − ω: hệ số phụ thuộc vào hình dáng cọc, cọc vng lấy ω=0.88, cọc tròn lấy ω=0.79 Độ lún cọc tải trọng truyền lên đất dọc thân cọc f s Bωb (1 − µ ) Sb = E0 Trong đó: − fs: sức kháng bên đơn vị, tính trung bình cho tồn đoạn cọc f s = σ htgϕa + ca − ωb: hệ số phụ thuộc vào độ mảnh cọc ωb = + 0.35 L B Nhóm học viên thực hiện: 03 54 Trang: Tiểu luận : Móng cọc GVHD: TS.GVC Võ Phán Xác định chiều sâu z ảnh hưởng đến ma sát âm  S  z = 1 − d ÷H S   Trong đó: − Sđ: Độ lún cọc đơn − S: Độ lún ổn định − z: Chiều dày lớp đất yếu Sức chịu tải cọc có kể đến ma sát âm Qu = U ∑ m f f si zi + Ap q p Trong đó: − U: chu vi cọc − mf: hệ số làm việc đất mặt bên cọc − fs: sức kháng bên đơn vị, tính trung bình cho tồn đoạn cọc − zi: bề dày lớp tính tốn − Ap: diện tích tiết diện cọc − qp: sức kháng mũi đơn vị Nhóm học viên thực hiện: 03 55 Trang: Tiểu luận : Móng cọc GVHD: TS.GVC Võ Phán Chương trình tính toán máy tính Giao diện nhập liệu : Kết xuất (file kết quả): (Đây kết tính toán tập 5.1) : ĐỘ LÚN CỦA TỪNG LỚP ĐẤT KHI CHỊU TÁC DỤNG CỦA ĐẤT ĐẮP Lớp 1:BUN SET1,Gama:5KN/m3,h:1000cm,E:50Kg/cm2,Beta:0.8,ALGL:39KN/m2 S1 = 6.24 cm Lớp 2:SET PHA,Gama:9KN/m3,h:800cm,E:200Kg/cm2,Beta:0.8,ALGL:39KN/m2 S2 = 1.248 cm : ĐỘ LÚN ĐÀN HỒI CỦA CỌC delta L = 0.302cm : ĐỘ LÚN ĐẤT MŨI CỌC Ứng suất có hiệu đứng: 122KN/m2,Nq=4.335,Nc=11.631,Ngama=3.06,C=0.2Kg/cm2 Gama đất mũi cọc=9KN/m3,d=30cm Sức kháng mũi đơn vò q=769.762KN/m2 Sm=0.925cm : ĐỘ LÚN ĐẤT THÂN CỌC Lớp 1:BUN SET1,Gama:5KN/m3,h:1000cm,E:50Kg/cm2,omega=4.021 Ứng suất có hiệu đứng= 25KN/m2,Sức kháng bên đơn vò f=6.997KN/m2 Sb1=0.127cm Lớp 2:SET PHA,Gama:9KN/m3,h:800cm,E:200Kg/cm2,omega=3.807 Nhóm học viên thực hiện: 03 56 Trang: Tiểu luận : Móng cọc GVHD: TS.GVC Võ Phán Ứng suất có hiệu đứng= 86KN/m2,Sức kháng bên đơn vò f=37.863KN/m2 Sb2=0.197cm : TỔNG ĐỘ LÚN CỦA CỌC ĐƠN Sđ=1.55cm : XÁC ĐỊNH CHIỀU SÂU Z ẢNH HƯỞNG MA SÁT ÂM Độ lún lớp đất 1: S1=6.24cm,h=1000cm Z1=752cm Độ lún lớp đất 2: S2=1.248cm,h=800cm Z2=0cm : SỨC CHỊU TẢI CỰC HẠN Pu BAN ĐẦU CỦA CỌC KHI CHƯA ĐẮP ĐẤT Sức kháng bên lớp 1:BUN SET1,h=1000cm,Sức kháng bên đơn vò f=6.997KN/m2 Qs1=83.959KN Sức kháng bên lớp 2:SET PHA,h=800cm,Sức kháng bên đơn vò f=37.863KN/m2 Qs2=363.483KN Sức kháng mũi Qp,Sức kháng mũi đơn vò q=769.762KN/m2 Qp=69.279KN Sức chòu tải cực hạn Pu cọc chưa có khối đắp : Pu=516.721KN : SỨC CHỊU TẢI CỰC HẠN Pu CỦA CỌC KHI CÓ XÉT MA SÁT ÂM Sức kháng ma sát dương lớp 1:BUN SET1,Chiều cao ma sát bên=248cm Ứng suất có hiệu lớp=43.79KN/m2,Sức kháng bên đơn vò f=8.497KN Qs1=25.327KN Sức kháng ma sát âm lớp 1:BUN SET1,Chiều cao ma sát bên=752cm Ứng suất có hiệu lớp=18.79KN/m2,Sức kháng bên đơn vò f=6.501KN Qa1=-8.632KN Sức kháng ma sát dương lớp 2:SET PHA,Chiều cao ma sát bên=800cm Ứng suất có hiệu lớp=86KN/m2,Sức kháng bên đơn vò f=37.863KN Qs2=363.483KN Sức kháng ma sát âm lớp 2:SET PHA,Chiều cao ma sát bên=0cm Ứng suất có hiệu lớp=0KN/m2,Sức kháng bên đơn vò f=0KN Qa2=0KN Sức kháng mũi Qp,Sức kháng mũi đơn vò q=769.762KN/m2 Qp=69.279KN Sức chòu tải cực hạn Pu cọc có khối đắp : Pu=399.456KN : KHẢ NĂNG CHỊU LỰC CỦA CỌC GIẢM KHI CÓ XÉT MA SÁT ÂM : Delta Pu = 117.265KN Nhóm học viên thực hiện: 03 57 Trang: Tiểu luận : Móng cọc GVHD: TS.GVC Võ Phán Thiết lập tương quan h-z, h-Qs , h-Qs, h-Qu cho toán cụ thể (Bài tập - 5.1) Các thơng số tốn Đất đắp γw h q kN/m3 m kN/m2 19.5 39 Chỉ tiêu lý của các lớp đất Lớp h γw γ sat đất m 10 kN/m kN/m 15 µ 19 Vật liệu làm cọc- kích thước cọc: STT Tên - Loại cọc : E C ϕ Ghi o Bùn sét Sét pha cát 0.5 Kg/cm 50.00 T/m 0.50 () 5.0 0.3 200.00 2.00 16.0 Vng Ký hiệu b Đ.vị m Giá trị 0.3 - Chiều dài cọc Lcọc m 18 - Diện tích cọc Fcọc m2 0.09 - Bê tơng Rn T/m2 Ra T/m Ec T/m2 - Cớt thép - Mơ đun đàn hồi cọc Nhóm học viên thực hiện: 03 58 M300 AII 1300 25000 2650000 Trang: Tiểu luận : Móng cọc GVHD: TS.GVC Võ Phán z (m) 9.17 8.9 8.58 8.76 8.34 8.01 7.52 6.69 5.03 0.06 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 Chiều cao đắp h (m) Quan hệ h-z1 z (m) 4.69 4.39 4.03 3.58 3.03 2.32 1.38 0.05 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 Chiều cao đắp h (m) Quan hệ h-z2 Nhóm học viên thực hiện: 03 59 Trang: Tiểu luận : Móng cọc GVHD: TS.GVC Võ Phán z (m) 13.86 13.49 13.04 12.48 11.79 10.9 9.72 8.9 8.58 8.06 7.52 6.69 5.03 0.06 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 Chiều cao đắp h (m) Quan hệ h-z Qa1 (kN) 75.19 58.63 36.26 0.39 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 Chiều cao đắp h (m) Quan hệ h-Qa1 Nhóm học viên thực hiện: 03 60 Trang: Tiểu luận : Móng cọc GVHD: TS.GVC Võ Phán Qa2 (kN) 195.60 164.97 120.88 52.32 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 Chiều cao đắp h (m) Quan hệ h-Qa2 Qa (kN) 270.79 238.45 191.81 119.06 58.63 36.26 0.39 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 Chiều cao đắp h (m) Quan hệ h-Qa Nhóm học viên thực hiện: 03 61 Trang: Tiểu luận : Móng cọc GVHD: TS.GVC Võ Phán Qs (kN) 447.44 374.92 330.18 209.32 63.83 -29.54 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 Chiều cao đắp h (m) -94.13 Quan hệ h-Qs Qu (kN) 516.72 444.20 399.46 278.60 133.10 39.83 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 Quan hệ h-Qu Chiều cao đắp h (m) PHẦN V Nhóm học viên thực hiện: 03 62 Trang: Tiểu luận : Móng cọc GVHD: TS.GVC Võ Phán CÁC BIỆN PHÁP LÀM GIẢM ẢNH HƯỞNG CỦA MA SÁT ÂM Xt ph¸t tõ c¸c ph©n tÝch trªn vỊ sù h×nh thµnh vµ t¸c dơng cđa ma s¸t ©m, ®Ĩ gi¶m ma s¸t ©m cã thĨ sư dơng hai nhãm ph¬ng ph¸p xư lý: • Nhãm thø nhÊt: Lµm gi¶m tèi ®a ®é lón cßn l¹i cđa ®Êt nỊn tr íc thi c«ng cäc, ®iỊu nµy cã thĨ thùc hiƯn ®ỵc b»ng c¸c biƯn ph¸p xư lý nỊn ®Êt u nh gia t¶i tríc kÕt hỵp víi c¸c biƯn ph¸p t¨ng nhanh qu¸ tr×nh cè kÕt tho¸t níc th¼ng ®øng nh giÕng c¸t, bÊc thÊm v.v Trong nh÷ng ®iỊu kiƯn cho phÐp cã thĨ tiÕn hµnh thay ®Êt u b»ng vËt liƯu h¹t ®Çm chỈt • Nhãm thø hai: Lµm gi¶m sù dÝnh b¸m cđa cäc víi ®Êt nỊn ®o¹n cäc sÏ ph¶i chÞu ma s¸t ©m b»ng c¸ch t¹o líp phđ bitumen quanh cäc; khoan t¹o lç cã kÝch thíc lín h¬n cäc vïng chÞu ma s¸t ©m, sau ®ã thi c«ng cäc mµ vÉn gi÷ kho¶ng trèng xung quanh b»ng c¸ch lÊp ®Çy bentonite; Trong trêng hỵp nµy cÇn chó ý ®Õn søc kh¸ng t¶i theo vËt liƯu cđa cäc v× t¹i ®iĨm trung hßa lùc nÐn cã thĨ rÊt lín vµ nÕu kÕt hỵp víi m« men lín lùc ngang sÏ g©y bÊt lỵi vỊ mỈt vËt liƯu Khi tiÕn hµnh c¸c biƯn ph¸p xư lý cßn ph¶i xem xÐt ®Õn c¸c chØ tiªu kinh tÕ vµ tiÕn ®é thi c«ng NÕu ®iỊu kiƯn thêi gian cho phÐp nªn u tiªn sư dơng c¸c ph¬ng ph¸p xư lý theo nhãm thø nhÊt v× tiÕt kiƯm kinh phÝ Ngoµi ra, ¶nh hëng cđa ma s¸t ©m gi¶m dÇn theo thêi gian, nªn nÕu ¸p dơng ph¬ng ph¸p xư lý theo nhãm thø hai th× sau mét thêi gian hÕt t¸c dơng cđa ma s¸t ©m (®Êt nỊn cè kÕt hÕt), th× vïng chÞu ma s¸t ©m l¹i chun thµnh ma s¸t d¬ng, ®ã kh¶ n¨ng chÞu t¶i cđa mãng cäc sÏ lín so víi t¶i träng yªu cÇu vµ g©y l·ng phÝ Tuy nhiªn, nhiỊu trng hỵp t¨ng thªm sè lỵng cäc hc kÐo dµi thªm cäc tá h÷u hiƯu h¬n c¶ 1- BiƯn ph¸p lµm t¨ng nhanh tèc ®é cè kÕt cđa ®Êt §èi víi c«ng tr×nh cã thêi gian thi c«ng kh«ng gÊp, c«ng tr×nh cã hƯ mãng cäc ®Êt u cha cè kÕt §Ĩ gi¶m ma s¸t ©m, ta cã thĨ bè trÝ c¸c ph¬ng tiƯn tho¸t níc theo ph¬ng th¼ng ®øng (giÕng c¸t hc bÊc thÊm) nªn níc cè kÕt ë c¸c líp s©u ®Êt u díi t¸c dơng t¶i träng ®¾p sÏ cã ®iỊu kiƯn ®Ĩ tho¸t nhanh (tho¸t theo ph¬ng n»m ngang giÕng c¸t hc bÊc thÊm råi theo chóng tho¸t lªn mỈt ®Êt tù nhiªn) Tuy nhiªn, ®Ĩ ®¶m b¶o ph¸t huy ®ỵc hiƯu qu¶ tho¸t níc nµy th× chiỊu cao nỊn ®¾p tèi thiĨu nªn lµ 4m, ®ã nÕu nỊn ®¾p kh«ng ®đ lín th× ta kÕt hỵp víi gia t¶i tríc ®Ĩ ph¸t huy hiƯu qu¶ cđa c¸c ®êng thÊm th¶ng ®øng [8] Khi sư dơng c¸c gi¶i ph¸p tho¸t níc cè kÕt th¼ng ®øng nhÊt thiÕt ph¶i bè trÝ tÇng c¸t ®Ưm GiÕng c¸t chØ nªn dïng lo¹i cã ®êng kÝnh tõ 35-45 cm, bè trÝ kiĨu hoa mai víi kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c giÕng b»ng 8-10 lÇn ®êng kÝnh giÕng NÕu dïng bÊc thÊm Nhóm học viên thực hiện: 03 63 Trang: Tiểu luận : Móng cọc GVHD: TS.GVC Võ Phán th× còng nªn bè trÝ so le kiĨu hoa mai víi cù ly kh«ng nªn díi 1,3m vµ kh«ng qu¸ 2,2m Khi sư dơng c¸c gi¶i ph¸p tho¸t níc cè kÕt th¼ng ®øng nªn kÕt hỵp víi biƯn ph¸p gia t¶i tríc vµ mäi trêng hỵp thêi gian tr× t¶i träng ®¾p kh«ng nªn díi th¸ng [8] Khối đất đắp (thường cát) Đệm cát Trụ thóat nước H kv kv kh kh D kv kv kh kh kv kv kh kh L Hình 3-1: Gia tải trước kết hợp dùng giếng cát thoát nước làm H×nh 4-15: S¬ ®å bè trÝ gia t¶i tríc kÕt hỵp víi giÕng c¸t lµm t¨ng nhanh qu¸ tr×nh cố kết trước lớp đất yếu nhằm làm giảm ma sát âm cè kÕt cđa ®Êt  ¦u ®iĨm cđa biƯn ph¸p nµy lµ cã thĨ ¸p dơng c¶ cho cäc ®ãng vµ cäc khoan nhåi Tuy nhiªn cÇn thêi gian thi c«ng l©u vµ mỈt b»ng lín (nÕu cã ®¾p gia t¶i) 2- Biện pháp làm giảm ma sát đất cọc vùng ma sát âm Tạo lớp phủ mặt để ngăn ngừa tiếp xúc trực tiếp cọc đất xung quanh làm giảm ma sát thành bên cọc lớp đất xung quanh cọc Bitumen thường sử dụng để phủ xung quanh cọc đặc tính dẻo nhớt nó, ứng xử vật liệu rắn đàn hồi tác động tải tức thời (đóng cọc) chất lỏng nhớt với sức chống cắt nhỏ tốc độ di chuyển thấp Những thành công sử dụng bitumen để làm giảm lực kéo xuống phụ thuộc nhiều vào yếu tố lọai tính chất bitumen, mức độ thâm nhập hạt đất vào bitumen, phá hỏng bitumen đóng cọc, nhiệt độ môi trường Theo kết nghiên cứu ảnh hưởng lớp phủ bitumen làm giảm ma sát âm cọc Brons (1969), kết nghiên cứu cho thấy lực ma sát âm giảm khoảng 90% so với trường hợp không dùng lớp phủ mặt Nhóm học viên thực hiện: 03 64 Trang: Tiểu luận : Móng cọc GVHD: TS.GVC Võ Phán Theo kết nghiên cứu Bjerrum (1969), cọc dùng lớp phủ bitumen dùng bùn bentonite để bảo vệ hạ cọc lực kéo xuống giảm 92% Trong trường cọc dùng bùn bitonite để giữ ổn đònh lực kéo xuống giảm 15% Vì kết luận: lớp phủ bitumen có tác dụng làm giảm lực kéo xuống khoảng 75% Tuy nhiên, bùn bentonite hạ cọc tác dụng bitumen khoảng 30% mà thôi, lớp phủ bitumen bò phá hỏng trình hạ cọc Do chiều dày lớp phủ bitumen nên vào khoảng 4-5mm để ngừa cho trường hợp bò xước hạ cọc [14]  ¦u ®iĨm cđa biƯn ph¸p nµy lµ thi c«ng ®¬n gi¶n, kinh phÝ thÊp, nhiªn chØ cã thĨ ¸p dơng cho cäc ®ãng, kh«ng ¸p dơng ®ỵc cho cäc khoan nhåi Ngoài ra, người ta khoan tạo lỗ có kích thước lớn kích thước cọc vùng chòu ma sát âm, sau thi công cọc mà giữ nguyên khoảng trống xung quanh lấp đầy bentonite 3- Dùng sàn giảm tải có xử lý cọc (làm giảm tải trọng tác dụng vào đất nền) Đối với công trình có phụ tải hàng hóa, vật liệu, container, … tải trọng phụ có giá trò lớn dùng sàn bê tông có xử lý cọc để đặt phụ tải Trong công trình giao thông, sàn giảm tải (bố trí cho đường đắp cao sau mố cầu), ngày sử dụng rộng rãi, đất đắp đắp lên sàn giảm tải không tác dụng trực tiếp lên đất yếu bên Các dự án lớn khu vực đồng sông Cửu Long sử dụng giải pháp sàn giảm tải như: cầu Hưng Lợi, Mỹ Thanh, Rạch Mọp … thuộc dự án xây dựng tuyến đường Nam Sông Hậu Trong trường hợp này, lực ma sát âm giảm đáng kể phụ tải truyền xuống tầng đất tốt có khả chòu lực Như tải trọng phụ ảnh hưởng đến lớp đất có tính nén lún cao từ làm giảm độ lún đất nền, dẫn đến giảm lực kéo xuống đất xung quanh cọc  Biện pháp dễ thi công, làm giảm đáng kể lực kéo xuống cọc, an toàn kỹ thuật xét mặt kinh tế chưa đạt hiệu cao Biện pháp đặc biệt thích hợp với công trình xây dựng tôn cao đất yếu lớn Nhóm học viên thực hiện: 03 65 Trang: Tiểu luận : Móng cọc GVHD: TS.GVC Võ Phán PHẦN V NHẬN XÉT – KIẾN NGHỊ NHẬN XÉT : − Mối quan hệ biến dạng lún biến dạng lún cọc tảng để ma sát âm xuất − Ma sát âm phụ thuộc nhiều yếu tố (loại cọc, chiều dài cọc,đặc tính đất, chiều dày lớp đất yếu, chiều cao đất đắp, phụ tải ) Nói chung khảo sát toán cọc chòu ảnh hưởng ma sát âm phức tạp − Ma sát âm phát triển theo thời gian đạt giá trò lớn kết thúc cố kết − Lực ma sát âm tỉ lệ với áp lực ngang đất tác động lên cọc tốc độ lún cố kết đất, tượng ma sát âm kết thúc độ lún cố kết chấm dứt, lúc ma sát đất cọc trở thành ma sát dương − Lực ma sát âm không tác động lên mặt bên cọc mà tác dụng lên mặt bên đài cọc, mặt bên mố cầu hay mặt tường chắn có tựa lên cọc − Khi tăng chiều cao đất đắp (hoặc phụ tải) ma sát âm tăng nhanh giai đầu chậm lại giai đoạn sau, chiều cao đắp tăng đến giới hạn ma sát âm tăng không đáng kể (có thể const) Kết tương tự xảy chiều sâu vùng chòu ảnh hưởng z − Tuỳ theo chiều cao lớp đất đắp (hoặc độ lớn phụ tải) chiều dày tầng đất yếu mà chiều sâu vùng chòu ảnh hưởng ma sát âm không vùng đất yếu mà ảnh hưởng sang lớp đất tốt bên (khi độ lún lớp đất tốt lớn độ lún cọc) KIẾN NGHỊ : − Nếu gặp điều kiện sau đây, ma sát âm cần phải xem xét thiết kế : 1- Tổng độ lún mặt đất lớn 100mm 2- Độ lún mặt đất sau đóng cọc lớn 10mm 3- Chiều cao đất đắp mặt đất vượt 2m 4- Chiều dày lớp đất yếu lớn 10m 5- Mực nước ngầm bò hạ thấp 4m 6- Chiều dài cọc lớn 25m − Các phương pháp để giảm lực ma sát âm : 1- Giảm độ lún đất (gia tải trước, hạ mực nước ngầm ) Nhóm học viên thực hiện: 03 66 Trang: Tiểu luận : Móng cọc GVHD: TS.GVC Võ Phán 2- Dùng lớp đất đắp có trọng lượng nhẹ: 3- Sơn phủ lớp bitum (nhựa đường) chất dẻo hai phương pháp thường dùng để giảm ma sát bề mặt cọc đất 4- Gia tăng ứng suất cho phép cọc: 5- Dùng sàn giảm tải có xử lý cọc (làm giảm tải trọng tác dụng vào đất nền) − Về mô hình tính toán : Mặc dù có nhiều mô hình tính toán, nhiên theo nhiều tài liệu ghi nhận mô hình tính toán Mỹ đơn giản phù hợp − Về việc khai thác nước ngầm thành phố lớn : Việc khai thác nước ngầm mức thành phố lớn dẫn đến sụt lún bề mặt đất làm cho đòa hình thay đổi theo thời gian Vì qui hoạch, xây dựng cần phải lưu ý để đưa giải pháp hợp lý việc xử lý cốt san nền, xây dựng hệ thống thoát nước Đối với công trình sử dụng giải pháp móng cọc cần phải đặc biệt lưu ý tới yếu tố ‘ma sát âm’ gây tải trọng phụ thêm tác dụng lên cọc độ lún lớp đất yếu gây − Trong vùng có khả phát triển ma sát âm nên tránh dùng cọc dạng loe phía (cọc mở rộng chân) Điều trước tiên độ lớn lực kéo xuốngtrên mặt cọc loe lớn đáng kể so với cọc thẳng Hiện tượng gây uốn mức cọc Nhóm học viên thực hiện: 03 67 Trang: Tiểu luận : Móng cọc GVHD: TS.GVC Võ Phán TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiêu chuẩn TCVN 205 - 1998 Tiêu chuẩn BS 8004-1986 Bài giảng Móng Cọc-TS Võ Phán, Đại học Bách Khoa TP HCM Châu Ngọc Ẩn, Nền Móng, NXB Đại học Quốc Gia Tp HCM, năm 2005 Cẩm nang dùng cho kỹ sư Đòa kỹ thuật, Trần Văn Việt, NhàXB xây dựng 6.Móng cọc thực tế xây dựng, Shamsher Prakash-Hari D.Sharma Design and Construction of Driven Pile Foundations, US Department of Transportation Foundation analysis and Design, Joseph E Bowles 9.Pile Design and Construction Practice - M_J_Tomlinson Nhóm học viên thực hiện: 03 68 Trang: