Bài viết cung cấp các tương quan giữa E – NSPT và Su – NSPT cho đất khu vực thành phố Hồ Chí Minh, sử dụng cho việc phân tích và tính toán sức chịu tải cực hạn của cọc khoan nhồi ở khu vực này.
ƯỚC LƯỢNG SỨC CHỊU TẢI CỌC BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN TRƢƠNG NAM SƠN* HUỲNH QUỐC THIỆN, NGUYỄN MINH TÂM Estimating the capacity of pile by finite element method Abstract: Determining the ultimate bearing capacity of pile by using field experiment results such as CPT test and SPT test has been widely used in engineering practice Therefore, this paper provides correlations between elastic modulus E, undrained shear strength Su and NSPT index The correlations are derived from the field results of static loading test of 10 piles which were attached strain gauges at various elevations of pile length The outcomes are actually applied to simulate and estimate the ultimate bearing capacity for piles in different projects in Vietnam by finite element method (FEM) The result shows good agreements that estimating the capacity of pile by finite element method gives average error about 9% compared with estimating results obtained from the static loading test ĐẶT VẤN ĐỀ* Trong bối cảnh nay, với s trợ giúp đắc l c từ hệ thống máy tính phần mềm tính tốn theo phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH), nhiều toán địa kỹ thu t giải cách xác hơn, giúp cho thiết kế trở nên an toàn tiết kiệm Ước lượng sức chịu tải cọc phương pháp PTHH vấn đề cần có nghiên cứu bổ sung Do đó, báo cung cấp tương quan E – NSPT Su – NSPT cho đất khu v c thành phố Hồ Chí Minh, sử d ng cho việc phân tích tính tốn sức chịu tải c c hạn cọc khoan nhồi khu v c CƠ SỞ LÝ THUYẾT THÍ NGHIỆM NÉN TĨNH CỌC CĨ GẮN CÁC ĐẦU ĐO IẾN DẠNG 2.1 Thí nghiệm nén tĩnh cọc Thí nghiệm nén tĩnh cọc tiến hành phương pháp dùng tải trọng tĩnh ép dọc tr c cọc cho tác d ng l c ép, cọc lún sâu * c viên cao h c hoa Thu t y D ng Tr ng Đ i c B ch hoa - Đ i c u c ia Thành Ph Chí Minh Email: truongcongnamson@gmail.com 14 thêm vào đất Tải trọng tác d ng lên đầu cọc th c kích thủy l c với hệ phản l c dàn chất tải, neo kết hợp hai Các số liệu tải trọng, chuyển vị, biến dạng… thu trình thí nghiệm sở để phân tích đánh giá sức chịu tải mối quan hệ tải trọng - chuyển vị cọc đất Theo truyền thống việc thử tải tĩnh th c hệ thống chống đỡ lại tải trọng cọc neo thiết bị neo vào đất, phương pháp gặp khó khăn cọc có sức chịu tải lớn mặt ch t hẹp Những năm gần đây, phương pháp Osterberg load cell (O-cell) sử d ng rộng rãi cho việc thử tải tĩnh cho cọc bê tông cốt thép đổ chỗ có đường kính lớn Tải trọng tĩnh dùng để thử tạo hộp tải (Osterberg Cell) đặt sẵn cọc thi công Hộp tải hoạt động theo chiều đối nhau: đẩy phần cọc hộp tải lên phá sức kháng cắt đất quanh thân cọc phần cọc này; đẩy phần cọc hộp tải xuống phá sức kháng nén đất mũi cọc với sức kháng cắt đất quanh thân cọc phần cọc ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2019 ình Lắp đặt đầu đo biến d ng ình So s nh nguyên lý t c dụng c c ph ơng ph p nén tĩnh thông th ng ph ơng ph p osterberg 2.2 Thiết bị đo biến dạng đo co ngắn cọc Thiết bị đo biến dạng: lắp đặt bê tông dọc theo chiều dài cọc thử tĩnh với m c đích xác định biến dạng cọc cọc chịu tải trọng nén, từ tính tốn tải trọng phân bố dọc theo thân cọc sức kháng hông sức kháng mũi cọc Thiết bị đo biến dạng bao gồm cảm biến biến dạng chuyển đổi đại lượng v t lý thành tín hiệu đầu phù hợp, hệ thống truyền tín hệ thống thu nh n tín hiệu Nguyên tắc hoạt động đầu đo d a s rung động sợi dây bên đầu đo S khác sóng s căng trùng sợi dây s biến dạng đầu đo, đồng nghĩa với s biến dạng cọc Thiết bị đo co ngắn cọc: dùng để đo co ngắn đàn hồi thân cọc thiết bị cố định neo gắn chặt vào phía ống sonic nhờ hệ thống khí Cáp tín hiệu dẫn kim loại từ transducer nối với từ đáy cọc lên đỉnh cọc kết nối vào hộp đọc t động lấy số liệu suốt q trình thí nghiệm ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2019 ình Đầu đo co ngắn c c TƢƠNG QUAN GIỮA SỨC CHỐNG CẮT KHÔNG THỐT NƢỚC SU VÀ MƠ ĐUN ĐÀN HỒI E THEO NSPT: Hiện nay, thí nghiệm nén tĩnh cọc thí nghiệm O-cell có gắn đầu đo biến dạng dần phổ biến Việt Nam Kết thí nghiệm sức kháng ma sát hơng đoạn cọc sức kháng mũi cọc Đây liệu quan trọng để phân tích đưa tương quan dùng để tính tốn sức chịu tải cọc 3.1 Tƣơng quan mô đun biến dạng E số NSPT cho đất rời Mô đun biến dạng E tính tốn d a lý thuyết bán không gian đàn hồi sau: q p B (1 ) q p B (1 ) Sm E E Sm Trong đó: Sm: độ lún mũi cọc; B: cạnh cọc qp: sức kháng mũi đơn vị 15 E : mô đun đàn hồi đất mũi cọc : hệ số Poisson đất mũi cọc : hệ số ph thuộc vào hình dáng cọc, lấy theo bảng ảng Hệ số xem mũi cọc móng tuyệt đối cứng M = L/B 1,5 0,88 1,08 1,22 1,44 1,61 1,72 M = L/B 10 Móng tròn 1,82 1,91 1,98 2,05 2,12 0,79 Kết tính tốn mơ đun biến dạng E trình bày bảng 3.2 Tƣơng quan sức chống cắt không thoát nƣớc Su số NSPT Từ liệu thu th p từ thí nghiệm đo biến dạng, sức kháng đơn vị fs xung quanh cọc lớp đất dính đạt đến c c hạn sức chống cắt khơng nước Su đất (với giả thiết sức chống cắt đất/đất với sức chống cắt đất/cọc) Kết tổng hợp sức kháng đơn vị thân cọc (ở cọc xuất điểm uốn biểu đồ quan hệ P-s sức kháng đơn vị đạt tới đỉnh chu kì trước khơng tiếp t c tăng) trình bày bảng ảng ảng tổng hợp mô đun biến dạng E Tên dự án SaigonBason Tiết L diện (m (mm) ) 800x 2800 HK18 60 SaigonBason D1500 60 HK22 Lancaster Nguyễn trãi 800x 2800 Lim Tower 800x III 2800 Khu phức hợp Tân Cảng Lim Tower 16 800x 2800 D1200 62 63 65 67 Ptest P (T) (T) 220 284 160 240 0 238 482 0 370 697 0 180 405 0 900 216 qp sm P P (kPa) (mm) 920 7.65 Cát 60 1650 10 Cát 60 1400 7.47 Cát 62 450 7.46 Cát 63 814 5.89 Cát 65 1244 15.28 Cát 67 Lớp đất Độ sâ u E N- (kPa) SPT 13351 17792 20807 66969 15343 70234 47 52 57 39 55 62 E/NSP T 284 342 365 171 279 113 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2019 VCB D1500 1200x Hilton 2800 Satra Tax 1000x Plaza 2800 Landmark 1000x Tower 2800 71 80 80 85 140 245 0 390 735 384 960 0 320 630 864 14.81 Cát 420 4.35 450 5.52 Cát 80 1800 15.64 Cát 85 Cát pha 71 80 62910 13558 10356 14620 41 49 62 58 153 276 167 252 240 Trung bình ảng ảng tổng hợp sức kháng đơn vị thân cọc STT Tên d án 10 11 12 13 Lancaster Nguyễn Trãi Lancaster Nguyễn Trãi Lancaster Nguyễn Trãi Saigon-Bason - HK22 Saigon-Bason - HK22 Saigon-Bason - HK19 Hilton Hilton Lim tower III Lim tower III Friendship Tower Friendship Tower Satra Tax- Plaza 14 Landmark Tower 15 16 17 18 Lim tower Lim tower Lim tower Vietcombank 19 Khu phức hợp Tân cảng ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2019 Địa điểm Qu n Qu n Qu n Qu n Qu n Qu n Qu n Qu n Qu n Qu n Qu n Qu n Qu n Qu n Bình Thạnh Qu n Qu n Qu n Qu n Qu n Bình Thạnh NSPT m 8-18 46-48 50-56 36-38 44-47 40-48 46-52 52-55 2-8 46-56 2-10 42-56 36-52 Loại đất Á sét Á sét Sét Á sét Á sét Sét Sét Á sét Sét Sét Á sét Sét Sét 12 27 32 20 26 29 44 40 11 41 12 40 39 Ma sát đơn vị fs kN/m2 40 192 243 121 146 175 177 263 74 252 72 297 277 30-44 Á sét 21 149 7,1 2-5 8-12 38-46 4-8 Á sét Á sét Á sét Á sét 11 35 39 44.2 110 44.6 6,5 4,0 3,1 8,9 34-38 Sét 15 69 4,6 Độ sâu fs/NSPT 3,3 7,1 7,6 6,1 5,6 6,0 4,0 6,6 6,7 6,1 6,0 7,4 7,1 17 ình Biểu đồ quan hệ sức h ng hông đơn vị fs gi trị NSPT Từ bảng cho thấy tỉ số E/NSPT có giá trị Cọc mô phần mềm plaxis phạm vi từ 1133 – 3650 trung bình 2D V8.6, sử d ng toán đối xứng tr c mô 2404 Kết phù hợp với nhiều hình Mohr - Coulomb nghiên cứu trước giới theo Đối với đất rời, sử d ng phương pháp phân Y.C.Tan C.M.Chow: E = 2000N; theo R tích drained với sức chống cắt có từ thí Yamaoka, H Shimada, T Sasaoka & M nghiệm cắt tr c tiếp mô đun biến dạng E Hirai: E = 2800N; theo C.G Chinnaswamy: xác định theo tương quan E = 2400NSPT E = (2500-3000)N Như v y, đất cát Đối với đất dính, sử d ng phương pháp phân khu v c thành phố Hồ Chí Minh xác tích undrained B với sức chống cắt khơng định giá trị mơ đun biến dạng E theo N SPT nước có theo tương quan Su = 6NSPT sử d ng cho tốn cọc sau: E = mơ đun biến dạng thoát nước E’ xác định 2400NSPT (kN/m2) theo Stroud cộng s (được nêu Từ hình cho thấy sức kháng hơng đơn vị Handbook of geotechnical investigation and fs giá trị NSPT có quan hệ gần tuyến design tables, B.Look) sau: tính Như trình bày trên, sức kháng đơn ảng ảng xác định E’ theo Stroud vị fs tổng hợp sức kháng c c hạn nên tốn tính tốn sức chịu tải cọc PI (%) E’/cu lấy tương quan sức chống cắt 10-30 270 khơng nước Su giá trị NSPT cho cọc 20-30 200 khoan nhồi khu v c thành phố Hồ Chí Minh 30-40 150 sau: S u = 6NSPT (kN/m2 ) Kết 40-50 130 phù hợp với B.Look: cu = (2-8)N, trung 50-60 110 bình 5N; theo biểu đồ Sower: cu = 4N cho đất có tính dẻo cao tăng đến 15N cho Cọc mô v t liệu “non đất có tính dẻo thấp; theo biểu đồ Stroud porous” với ứng xử đàn hồi khơng có lỗ Butler (1975): c u = 4,5N với PI > 30% rỗng Thông số mô đun đàn hồi cọc tăng đến 8N với PI = 15% quan trọng, cần phải kể đến s có mặt MƠ HÌNH PHÂN TÍCH CỌC ẰNG cốt thép cọc cọc thử thường bố trí PHƢƠNG PHÁP PTHH: 18 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2019 hàm lượng cốt thép lớn, điều làm ảnh hưởng đến biến dạng đàn hồi cọc ình Biểu đồ quan hệ P-S th c tế ết mô c c TP4 d n Viva Riverside ình Mơ hình mơ c c TP1 d Lakeside Tower n KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ình Biểu đồ quan hệ P-S th c tế ết mô c c TP2 d n Etown Cộng òa ình Biểu đồ quan hệ P-S th c tế ết mô c c TP1 d n La eside Tower ình Biểu đồ quan hệ P-S th c tế ết mô c c TP2 d n La eside Tower ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2019 ình 10 Biểu đồ quan hệ P-S th c tế ết mô c c TP1 d n Vietcomreal Tower 19 ảng ảng so sánh sức chịu tải cực hạn tính tốn đƣợc từ Plaxis với thí nghiệm nén tĩnh trƣờng STT D án Tiết diện Chiều dài Nén tĩnh mm m Qu(T) Qu(T) Sai s (%) Plaxis Tên cọc Lakeside Tower TP1 D1500 80 2880 2665 -7 Lakeside Tower TP2 D1200 80 2358 2275 -4 Viva Riverside TP4 D1200 80 3000 2600 -13 Etown Cộng Hòa TP2 D1800 65 4635 4030 -13 Vietcomreal Tower TP1 D1200 80 2955 2750 -7 Trung bình Từ bảng tổng hợp cho thấy, so sánh với sức chịu tải c c hạn từ thí nghiệm nén tĩnh trường xác định theo m c 7.3 TCVN 10304:2014 kết tính tốn d a mô phần mềm Plaxis 2D cho sai số từ 4% đến 13% trung bình 9%, nhỏ thiên an toàn KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Đối với đất rời khu v c địa bàn thành phố Hồ Chí Minh xác định mô đun biến dạng E sử d ng cho toán cọc theo tương quan E = 2400NSPT (kN/m2) Đối với cọc khoan nhồi khu v c thành phố Hồ Chí Minh, tính tốn sức kháng ma sát hông đơn vị fs cho lớp đất dính, sử d ng tương quan fs = 6NSPT (kN/m2) Xác định sức chịu tải c c hạn cọc phương pháp phần tử hữu hạn phương pháp tồn diện có xét đến sức kháng hông, sức kháng mũi đất độ lún cọc 20 -9 Mô cọc phần mềm Plaxis 2D, sử d ng mơ hình Mohr - Coulomb với thông số lấy theo tương quan với số SPT Đối với đất rời: E = 2400NSPT kN/m2 Với đất dính: Su = 6NSPT kN/m2 E’ = 200-270Su cho kết sức chịu tải c c hạn sát với th c tế thí nghiệm nén tĩnh, sai số trung bình 9% thiên an toàn TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] B Look, Handbook of geotechnical investigation and design tables, London: Taylor & Francis Group, 2007 [2] Bowles J.E, Foundation analysis and design, New York: McGraw-Hill, 2002 [3] PGS.TS Võ Phán, ThS Hoàng Thế Thao (2010), Phân tích tính tốn móng cọc, TP Hồ Chí Minh [4] T V Việt, Cẩm nang dùng cho kỹ sư địa kỹ thu t, Hà Nội, Nhà xuất Xây D ng ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2019 ... = 6NSPT (kN/m2) Xác định sức chịu tải c c hạn cọc phương pháp phần tử hữu hạn phương pháp tồn diện có xét đến sức kháng hông, sức kháng mũi đất độ lún cọc 20 -9 Mô cọc phần mềm Plaxis 2D, sử d... bày trên, sức kháng đơn ảng ảng xác định E’ theo Stroud vị fs tổng hợp sức kháng c c hạn nên tốn tính tốn sức chịu tải cọc PI (%) E’/cu lấy tương quan sức chống cắt 10-30 270 khơng nước Su giá... ngắn cọc Thiết bị đo biến dạng: lắp đặt bê tông dọc theo chiều dài cọc thử tĩnh với m c đích xác định biến dạng cọc cọc chịu tải trọng nén, từ tính tốn tải trọng phân bố dọc theo thân cọc sức