Nghiên cứu đánh giá chuyển vị ngang đầu cọc trong quá trình thi công hố móng trụ sở công ty xổ số kiến thiết thành phố Cần Thơ

Do lớp đất yếu nằm ngay trên bề mặt mặt đất cùng với một số khu vục có địa hình phân cắt, trong quá trình đào hố móng thi công, duới tác dụng của áp lục ngang của đất và các thiết bị thi

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ CHUYỂN VỊ NGANG ĐẦU CỌC TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG HỐ MÓNG TRỤ SỞ CÔNG TY XỔ SỐ KIẾN THIẾT THÀNH PHỐ CẦN THƠ

Chuyện ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

Mã số: 6058.61

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 7 năm 2016

Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa - ĐHQG-HCM

Chữ ký:

Cán bộ chấm nhận xét 1:

Chữ ký: Cán bộ chấm nhận xét 2:

Chữ ký: Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Đảch Khoa, ĐHQƠ Tp HCM ngày tháng năm

Thành phần Hội đồng đánh giả luận văn thạc sĩ gồm: 1

2

3

4

5

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn và Trưởng Khoa quản lý chuyên

ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu cố)

KỸ THUẬT XÂY DỰNG

PGS.TS Nguyễn Minh Tâm

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

Tp.HCM, Tháng 7 năm 2016

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Ngày, tháng, năm sinh: 20-02-1979

KIẾN THIẾT THÀNH PHỐ CẦN THƠ

II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

1- NHIỆM VỤ:

+ Đánh giá khả năng chuyển vị ngang của cọc trong quá trình thi công hệ tuờng vây

+ Tính toán mức độ chuyển vị ngang của đầu cọc

+Tính toán sức chịu tải của hệ tuừng vây, kiểm tra hệ số an toàn ở từng giai đoạn khai đào trong plaxis +Đánh giá hệ số an toàn toàn tổng thể sức chịu tải cho hệ tuờng vây

+Đề ra biện pháp khắc phục chuyển vị ngang của cọc

2- NỘI DUNG:

Chương 1: Tổng quan về chuyển vị ngang

Chương 2: Cơ sở lý thuyết và tính toán chuyển vị ngang

Chương 3: ứng dụng tính toán cho công trình trụ sở công ty xổ số kiến thiết cần Thơ

Kết luận và kiến nghị

Tài liệu tham khảo

III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 10/2015

IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHỆM VỤ: 7/2016

V- CÁN BỘ HUỚNG DẪN: PGS TS VÕ PHÁN

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN KHOA QL CHUYÊN NGÀNH

PGS.TS VÕ PHÁN PSG.TS LÊ BÁ VINH PGS.TS NGUYỄN MINH TÂM

MSHV: 12860421 Nơi sinh: VIỆT TRÌ-PHÚ THỌ MS: 60 58 61

LỜI CÁM ƠN

Xin chân thành cảm ơn Quí Thầy Cô trong Bộ môn Địa Cơ Nền Móng- Trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh đã nhiệt tình giảng dạy, quan tâm giúp đỡ và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt quá trình học tập vừa qua

trong suốt thời gian thực hiện luận văn thạc sĩ

Xin bày tỏ lòng biết ơn đến các bạn học viên trong lớp Địa kỹ thuật Xây dựng khoá 2012

và các đồng nghiệp các khóa trước đã giúp đỡ và góp nhiều ý kiến quí báu cho tôi trong suốt thời gian qua

Do kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế, luận văn này không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được sự góp ý của Quý Thầy Cô và các bạn

Học viên: Dương Trung Kiên Lớp: Địa kỹ thuật xây dựng (CT) 2012

HỌC VIÊN

DƯƠNG TRUNG KIÊN

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hiện nay, nhu cầu xây dụng công trình cao tầng ngày càng nhiều, ở các khu đô thị Tại Cần Thơ, và các khu vực lân cận có tốc độ phát triển nhanh nhu Quận Cái Răng, Quận Bình Thủy Do khu vục này có lớp đất yếu với bề dày khá lớn nằm ngay trên bề mặt đất, biện pháp móng cọc thuờng đuợc chọn lụa trong tính toán thiết kế và thi công các công trình Tải trọng của công trình thông qua hệ thống móng cọc đuợc truyền xuống các lớp đất tốt ở bên duới

Trong quá trình thi công cọc tuờng vây , cọc đuợc ép vào đất sau đó tiến hành đào hố móng thi công tầng hầm Do lớp đất yếu nằm ngay trên bề mặt mặt đất cùng với một số khu vục có địa hình phân cắt, trong quá trình đào hố móng thi công, duới tác dụng của áp lục ngang của đất và các thiết bị thi công, cọc có thể bị chuyển vị và lệch tâm Thục tế cho thấy có hàng loạt bãi cọc bị lệch tâm do chuyển

vị ngang với biên độ khá lớn Nguyên nhân của việc lệch tâm hàng loạt cọc ở khu vục đất yếu đuợc giải thích ban đầu là do san lấp, quá trình thi công khi đào hố móng và tải trọng thuờng xuyên của

các thiết bị thi công Do nhũng nguyên nhân trên,đề cuơng luận văn tập trung vào “Nghiên cứu đánh

giá khả năng chuyển vị ngang của đầu cọc trong quá trình thì công hổ móng Trụ Sở Công Ty sổ số Kiến Thiết Thành Phố cần Thơ Điều này có ý nghĩa thiết thục phục vụ cho công tác xây dụng ở khu

vực có đất yếu nhu ở cần Thơ và các khu vực lân cận trong thiết kế biện pháp thi công hố móng đào sâu

ABSTRACT

Currently, the need to build high-rises more and more, in urban areas In Can Tho, and the surrounding areas with fast growth as Cai Rang District, Binh Thuy District Because this area of soft soil with large thicknesses located on the soil surface, often piling measures that were selected during the design and calculation of construction works Loads of work through pile foundation system is passed down good soil layers below

During the construction process diaphragm wall pile, the pile is pressed into the ground then dig basement pit Due to the weak soil layer located on the surface of the ground with some areas of terrain intersect, during construction excavation, under the influence of peer pressure of land and construction equipment, piles have be trans and eccentricity The fact that there are a series of beaches piles due to horizontal displacement eccentric with sizable margin The cause of the eccentric mass pile in soft soil areas is explained primarily due to backfilling, construction process when excavation

the ability horizontal displacement of the pile in the course of construction works pit " This has practical implications for the service built in areas with soft soil in Can Tho and the surrounding areas of construction methods designed to deepen

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan: luận văn này là đề tài nghiên cứu thục sụ của tác giả, đuợc thục hiện duới sụ huớng dẫn khoa học của PGS.TS.VÕ PHÁN

Tất cả số liệu, kết quả tính toán, phân tích đánh giá trong luận văn là hoàn toàn trung thục Tôi cam đoan chịu trách nhiệm về sản phẩm nghiên cứu của mình

TP Hồ Chi Minh, ngày 16 tháng 7 năm 2016

Học viên thực hiện

Dương Trung Kiên

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU: 1

1 Vấn đề thực tiễn và tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 1

3 Phuơng pháp nghiên cứu 1

4 Ý nghĩa khoa học và tính thục tiễn của để tài 2

5 Phạm vi và giới hạn của đề tài nghiên cứu 2

Chuông 1: TỔNG QUAN VỀ CHUYỂN VỊ NGANG : 3

1.1 Phân loại cọc 3

1.2 Một số loại cọc chịu tải trọng ngang thuờng gặp 3

1.2.1 Cọc xiên 4

1.2.2 Cọc bản 4

1.2.3

Cọc đứng chịu tải trong ngang và momen 4

1.3

Tính toán cọc trong đất rời chịu tác dụng tải trọng ngang 5

1.4 Tính toán cọc trong đất dính chịu tác dụng tải trọng ngang 11

1.5

Nhận xét chuơng 1 14

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ TÍNH TOÁN CHUYỀN VỊ NGANG 17

2.1

Những nội dung cần tính toán khi cọc chịu tải trọng ngang 17

2.2 Các phuơng pháp tính toán 17

2.2.1 Tính toán theo phuơng pháp Brich Hansen 17

2.2.2 Phương pháp Brown: 18

2.3 Mô hình nền Winkler 22

2.4 Các vấn đề về sự làm việc của nhóm cọc khi chịu tải trọng ngang 33

2.5 Xác định cấp áp lực lên tường chắn 34

2.5.1 Trường hợp đất rời 34

2.5.2 Trường hợp đất dính 36

2.6 Nhận xét chượng 2 38

Chương 3: ÚNG DỤNG TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH TRỤ SỎ CÔNG TY XÔ SỐ

KIẾN THIẾT CẦN THƠ 39

3.1.: Đặc điểm địa chất khu vực Tp cần Thơ 39

3.2: Đặc điểm địa chất khu vực xây dựng 42

3.2.1: Kết quả khảo sát địa chất 44

3.3: Thông số tường cọc Barrette đường kính 600 chống thành vách 51

3.4 Mô phỏng đánh giá chuyển vị ngang của cọc do khai báo hố móng theo sơ đồ bài toán phẳng 52

3.4.1 Mô phỏng phaxis 2D 54

3.4.2 Mô phỏng trình tự thi công trong Plaxis 2D 54

3.4.3 Phân tích chuyển vị ngang của tường vây qua các giai đoạn thi công 65

3.5 Tính toán kiểm tra khải năng mang tự mang tải trọng bản thân của hệ tường vây 66 3.5.1 Sức chiu tải của tường vây( bao gồm tường vây ngắn và tường vây dài) 68 3.6 Nhận xét chương 3 69

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 70

1 Kết luận 70

2 Kiến nghị 70

3 tải liệu tham khảo 71

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Trang

Bảng 1.1 Hệ số nền K cho các loại đất theo một số tác giả 8

Bảng 1.2 Gradient hệ số phản lực ngang ban đầu 12

Bảng 2.1 Tra hệ số tỷ lệ K 25

Bảng 2.2 giá tị các hệ số Ao, Bo,Co 28

Bảng 2.3 Bảng giá trị Al B1C1D1,, A3,B3C3D3, A4,B4C4,D4 30

Bảng 3.1 Cấu tạo địa chất khu vực xây dụng 43

Bảng 3.2 Tổng hợp chuyển vị ngang do từng giai đoạn thi công 66

Bảng 3.3 Bảng tính toán sức chịu tải tuờng vây 67

DANH MỤC HÌNH ẢNH Trang

Hình 1.1 Cọc cừ barrette chống tải trọng ngang 5

Hình 1.2 Biểu đồ mối quan hệ giữa ứng xuất và chuyển vị 6

Hình 1.3 Sơ đồ mặt phá hoại của nền đất phía trước cọc chịu tải ngang 10

Hình 1.4 Sơ đồ phá hoại khối đất trước cọc ở độ sâu lớn 10

Hình 1.5 Biểu đồ thực nghiệm quan hệ biến dạng phi tuyến ơ-u 11

Hình 1.6 Lắp hệ chống cho tường vây 15

Hình 1.7 Thi công hệ chống chuyển cho cọc banrrette 15

Hình 1.8 Thi công cọc Barrette 16

Hình 2.1 Momen và lực ngang tác dụng lên cọc 17

Hình 2.2 Hệ số kq và kc (theo Brich Hansen 1961) 18

Hình 2.3 Dầm dài vô hạn trên nền đàn hồi chịu tải tập trung 19

Hình 2.4 Tương quan độ sâu và sức kháng cắt cực hạn 21

Hình 2.5 Tương quan giữa sức kháng cắt ngang Momen à Lực ngang giới hạn.22 Hình 2.6 Cơ chế mô hình nền Winkler 23

Hình 2.7 Mô hình nền Winkler khi nền đồng nhất 24

Hình 2.8 Sơ đồ tải trọng tác dụng lên cọc 26

Hình 2.9 Cọc chịu tải trọng ngang và mô hình nền winkier 26

Hình 2.10 Ảnh hưởng của tải trọng ngang khi tác dụng lên nhóm cọc 34

Hình 3.1 Bản đồ địa lý khu vực Thành phố cần thơ 40

Hình 3.2 Mặt bằng kích thước thành vách cọc chống 53

Hình 3.3 Mô hình bài toán ừong Plaxis 54

Hình 3.4 Mô phỏng giai đoạn 1 thi công tường vây 56

Hình 3.5 Mô phỏng giai đoạn 2 thi công tường vây 56

Hình 3.6 Hạ mực nước ngầm đến độ sâu -1.50m 56

Hình 3.7 Đào đất đến độ sâu -l.OOm 57

Hình 3.8 Lắp hệ chống cao độ -0.5 57

Hình 3.9 Hạ mực nước ngầm đến độ sâu -4.00m 58

Hình 3.10 Đào đất đến độ sâu -3.50m 58

Hình 3.11 Lắp hệ chống 2xH350x350xl2xl9 tại cao độ -3.00m 62

Hình 3.12 Hạ mực nước ngầm đến độ sâu -7.00m 62

Hình 3.13 Đào đất đến độ sâu -6.50m 63

Hình 3.14 Lắp hệ chống 2xH350x350x 12x19 tại cao độ -6.00m 62

Hình 3.15 Hạ mực nước ngầm đến độ sâu -10.50m 64

Hình 3.16 Đào đất đến độ sâu -9.70m 64

Hình 3.16 Đào đất đến độ sâu -9.70m 64

Hình 3.17 Thi công đài móng cao 2.5m và dầm sàn hầm 2 65

Hình 3.18 Lấp đất và trả mực nước ngầm đến đáy sàn hầm 65

Hình 3.19 Tháo thanh chống tại cao độ -6m 65

Hình 3.20 Thi công dầm sàn hầm 1 66

Hình 3.21 Tháo thanh chống tại cao độ -3m 67

Hình 3.22 Thi công dầm sàn tầng 1 67

Hình 3.23 Tháo thanh chống tại cao độ 0.5m 68

DANH MỤC TỪ VIẾT TẤT

Trạng thái giới hạn I Trạng thái giới hạn II Sức chịu tải của cọc theo độ bền vật liệu Diện tích của tiết diện ngang của bê tông trong cọc Diện tích tiết diện ngang của cốt thép dọc trong cọc Hệ số uốn dọc của cọc

Độ mảnh của cọc

Bề rộng của tiết diện chữ nhật Chiều dài tính toán của cọc Chiều dài đoạn cọc lớn nhất khi chua ép vào đất Sức chịu tải cho phép tính toán

Sức chịu tải tiêu chuẩn của cọc

Hệ số an toàn Cuờng độ đất nền duới mũi cọc Lục ma sát đơn vị của đất ở mặt bên của cọc

Hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất, lấy bằng 1.0

Hệ số điều kiện làm việc của đất Sức chịu tải cục hạn của cọc Sức chịu tải cục hạn do ma sát Sức chịu tải cục hạn do kháng mũi

Hệ số an toàn cho thành phần ma sát bên

Hệ số an toàn cho sức kháng mũi cọc Lục ma sát đơn vị ở giữa lớp đất thứ i tác dụng lên cọc Chiều dài của lớp đất thứ i mà cọc đi qua

Lục dính giữa thân cọc và đất Góc ma sát giữa cọc và đất nền ứng suất hữu hiệu giữa lớp đất thứ I theo phuơng ngang

Hệ số áp lục ngang ứng suất hữu hiệu giữa lớp đất thứ i theo phuơng đứng Trọng luợng riêng hữu hiệu của đất

Diện tích tiết diện ngang mũi cọc

(kpa) Cường độ chịu tải của đất dưới mũi cọc

Độ dốc dọc thiết kế

0

Q

Hệ số xét đến mô ment và lực ngang

áp lực móng tĩnh tác dụng tại 2D/3, áp lực này bằng với tải trọng tác dụng tại đỉnh của nhóm cọc được chia bởi diện tích móng tương đương

và không bao gồm trọng lượng của các cọc hoặc của đất giữa các cọc (Mpa)

p

I

Độ lún của nhóm cọc (mm)

hệ số ảnh hưởng của chiều sâu chôn hữu hiệu của nhóm

ứng suất thẳng đứng hữu hiệu (Mpa)

uo Kpa : Áp lực nước lỗ rỗng ban đầu

Yunsat KN/m : Dung trọng tự nhiên của đất

l,b m: Chiều dài và chiều rộng của nền, móng thiết kế

-1 -

MỞ ĐẦU

1 Vấn đề thực tiễn và tính cấp thiết của đề tài

Ở nước ta vốn có rất nhiều công trình như kè, cầu cảng, các công trình thuỷ lợi

đê điều, đập chắn nước, nhà cao tầng có tầng hầm,mố trụ cầu thì viêc xác định momen

lực ngang Ho là việc hết sức cần thiết đã được nhiều tác giả nghiên cứu Cũng như vấn

đề ổn định nền đất xung quanh cọc đã đựợc Terzaghi đề cập trong các bài báo và giáo trình những năm 1950

Việc tìm hiểu mối tương quan giữa chuyển vị ngang của cọc dưới tác dụng của lực ngang và mối liên hệ giữa khả năng ứng sử của các lớp đất xung quanh cọc là hết sức cần thiết giúp chúng ta hạn chế được các rủi ro cho các công trình vừa đề câp trên

Do nhũng nguyên nhân trên, luận văn tập trung vào “Nghiên cứu đánh giá chuyển vị ngang của cọc trong quá trình thi công hố móng ”, Điều này có ý nghĩa thiết thực phục

vụ cho công tác xây dựng ở khu vực có đất yếu ở tỉnh cần Thơ nói riêng và khu vực đồng bằng sông cửu long nói chung

2 Mục tiêu nghiên cứu

Mục đích nghiên cứu là làm tăng thêm vốn kiến thức và sự hiểu biết về ảnh hưởng của việc thi công hố móng trong đất yếu tác động đến cọc trong hố móng trong quá trình đào hố móng Dùng phần mềm Plaxis 2D để mô phỏng và phân tích chuyển

vị ngang của đầu cọc trong quá trình thi công hố móng trong điều kiện đất yếu khu vực tỉnh cần Thơ

Nhiệm vụ của đề tài chủ yếu tập trung vào các vấn đề chính sau:

+ Đánh giá khả năng chuyển vị ngang của cọc trong quá trình thi công hệ tường vây + Tính toán mức độ chuyển vị ngang của đầu cọc

+Tính toán sức chịu tải của hệ tường vây, kiểm tra hệ số an toàn ở từng giai đoạn khai đào trong plaxis

+Đánh giá hệ số an toàn toàn tổng thể sức chịu tải cho hệ tường vây +Đề ra biện pháp khắc phục chuyển vị ngang của cọc

3 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp thực hiện chọn lựa ở đây là:

-2 - + Tổng hợp, phân tích các kết quả, nghiên cứu đánh giá chuyển vị ngang của cọc

+ Sử dụng phần mềm Plaxis để mô phỏng quá trình thi công gây chuyển vị đầu cọc khi khai đào hố móng

+ Trên cơ sở phân tích mô phỏng bằng mô hình soft soil, rút ra các phân tích và kiến nghị các biện pháp thi công hợp lý nhằm tránh gây chuyển vị đầu cọc quá lớn

4 Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài

Ngày nay,Tỉnh cần Thơ là thành phố lớn đông dân nhất và cũng là trung tâm kinh tế văn hóa chính trị của ĐBSCL (Tây Nam Bộ) Do đó nhu cầu về cơ sở hạ tầng cũng nhu các công trình cao tầng đặc biệt là các công trình cao tầng ,thi công tầng hầm, trong quá trình đào hố móng thi công, duới tác dụng của áp lục ngang của đất, rất nhiều cọc bị chuyển vị và lệch tâm làm mất độ an toàn của công trình, nên việc đánh giá mức

độ chuyển vị của cọc trong phạm vi cho phép là rất cần thiết

Xuất phát từ một số sụ cố trong quá trình thi công móng cọc, cọc bị chuyển vị lệch tâm quá giới hạn cho phép trong quá trình thi công, công trình bị sụ cố trong nhũng năm gần đây đã tạo nên những yêu cầu cấp bách phải nhanh chóng nghiên cứu phuơng pháp tính toán dụ báo chuyển vị ngang của cọc để có giải pháp thiết kế và thi công hợp

lý Do vậy, kết quả nghiên cứu của đề tài có thể giúp các kỹ su thiết kế, thi công dụ tính đuợc khả năng nghiêng cọc và tìm các biện pháp khắc phục Do đó đề tài này có ý nghĩa thục tiễn cao trong điều kiện đất yếu là loại đất phổ biến trên bề mặt ở vùng ĐBSCL điển hình là khu vục đất yếu ở Tỉnh thành cần Thơ

5 Phạm vỉ và giói hạn của đề tài

Đề tài giới hạn nghiên cứu trong dựa trên các số liệu khảo sát địa chất thu thập đuợc trong phạm vi Tỉnh cần Thơ và các vùng lân cận

-3 -

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CHUYỂN VỊ NGANG

Từ rất xưa con người đã biết dùng cọc gỗ đóng xuống sâu để gánh đỡ những công trình có tải trọng lớn, hoặc các lớp đất trên bề mặt không đủ khả năng chịu tải trong trực tiếp Trong quá trình phát triển các loại cọc kèm theo quá trình phát triển các loại phương pháp hạ cọc năm 1936 Kỹ sư người ý đã phát minh ra phương pháp cọc nhồi bê tông vào nhũng lỗ khoan trong nền đất đã được khoan trước, cho đến nay có rất nhiều phương pháp tạo cọc nhồi bê tông tại chỗ có nhiều tiết diện khác nhau như hình tròn, hình chữ nhật ,chữ I chữ H, được tạo bởi các lưỡi khoan ,gầu đào có ống vách

và dung dung dịch bentonite để giữ ổn định thành vách Có các loại cọc khác nhau như: cọc gỗ ,cọc thép,cọc bê tông, phân loại theo đặc tính chịu lực cọc chống (cọc chịu mũi), cọc ma sát (cọc treo)

Bên cạnh đó các công trình chịu tải trọng ngang lớn như tường chắn đất, bến cảng, mố trụ cầu, nhà cao tầng được xây dựng trên nền đất yếu thường được sử dụng cọc để gánh

đỡ vừa tải trọng đứng lẫn tải trọng ngang Đe gánh đỡ tải trọng ngang có thể dùng cọc xiên có thể neo vào các điểm tựa vững chắc như tường cọc bản có neo, hay sử dụng cọc đứng có kích thước lớn

Xác định Momen và chuyển vị ngang dọc theo trục một cọc thẳng đứng chịu tác

nghiên cứu Cũng như ổn định nền đất xung quang cọc này đã được Terzaghi đề cập tới trong bài báo cáo trong những năm 1950

-4 - đến nhũng báo cáo trong nhũng năm 1950

1.2 Một số cọc chịu tải trọng ngang thường gặp

ơn’: ứng xuất pháp thẳng góc với mặt cọc ở độ sâu z

Tại độ sâu này ta nhận thấy elipse ứng suất có Vá trục chiều dài là ứng xuất chính

cọc là bao nhiêu Do vậy để đơn giản tính toán và thiên về an toàn cọc có thể sử dụng công thức tính toán fs như cọc thẳng đứng

cũng tương tự có thể sử dụng công thức tính toán sức chịu tải đơn vị của đất nền của mũi cọc Qp của cọc thẳng đứng để tính toán cho cọc xiên

1.2.2 Cọc Bản

Thường được cấu tạo bằng thép và bê tông dự ứng lực có dạng bản,chữ z hoặc hình cánh cung nhằm tăng Momen kháng,cọc bản thường dùng để làm tường chắn mỏng

có neo hoặc không có neo

Cọc thường được hạ vào đất bằng búa ép hoặc búa rung cọc bản BTCT dự ứng lực được hạ bằng xối nước và hỗ trợ bằng búa rung Cọc bản thép dễ thi công bằng búa rung, chịu được lực ngang và lực neo lớn, nhưng dễ bị ăn mòn trong môi trường nước Trong khi đó cọc bản BTCT khó hạ vào nền đất nhưng chống ăn mòn rất tốt, thường dùng bằng tải đối trọng ép xuống hoặc búa rung

-5 -

Hình 1.1 Cọc barrette chổng tải trọng ngang

1.2.3 Cọc đứng chịu tải trọng ngang và momen

Cọc đứng chịu tải trọng ngang yếu hơn cọc xiên, nhưng trong thực tế thỉ công, đặc biệt đổi với các công trình dân dụng và công nghiệp khó có khả năng làm cọc nghiêng vì điều kiện thiết bị không có, mặt khác tỷ lệ giữa tải đứng và tải ngang không lớn lắm nên cọc đứng được thiết kế để chịu được tải trọng đứng và tải trọng ngang

Khi tiến hành thí nghiệm cọc chịu tải trọng ngang có đo đạc cẩn thận vớỉ các đầu

đo ứng xuất biến dạng do mặt bên cọc Kết quả cho thấy cọc chịu tải trọng ngang bị phá hoại do một đoạn cọc ( ngàm trượt) khá gần vối mặt đất, điều này cho thấy cọc đứng chịu tải trọng ngang có Momen uốn cực đại nằm gần đầu cọc và phần gách đỡ tải trọng ngang là chủ yếu do lớp đất trên mặt, nếu chúng quá yếu thì phải thay thế cọc khác hoặc chuyển sang cọc xiên

1.3 Phân tích kết quả tính toán cọc trong đất rờỉ chịu tác dụng tải trọng ngang

Trên cơ sở tính toán của nhiều nhà nghiên cứu có thể thấy rằng điểm quan trọng nhất trong tính toán cọc là hệ số chịu tải trọng ngang K Hệ số này phụ thuộc vào nhiều yếu tố như độ sâu, giá trị chuyển vị đặc điểm thay đổi đặc trưng cơ lý của đất nền và độ cứng chống uốn của cọc, kích thước cọc

-6 - Kết quả tính toán cho thấy biểu đồ hệ số độ bền theo phương ngang theo độ sâu dưới tác dụng của lực ngang thường không lớn đối với cọc có độ cứng khác nhau có đặc điểm gần tuyến tính và cỏ thể tính theo lý thuyết đàn hồi trong phạm vi (u/l<0.05) ở đây u là giá trị chuyển vị ngang L chiều dài cọc

Từ việc phân tích mối quan hệ giữa phản lực nền và chuyển vị gần giống nhau và cỗ thể hiện bằng một loại hàm số với các thông số khác nhau

Hình 1.2: Biểu đồ mối quan hệ giữa ứng xuất và chuyển vị Từ biểu đồ trên

có rút ra một số nhận xét sau

Biểu đồ ơ - u có tính chất phi tuyến ,và rõ ràng nhất là gần bề mặt

Các quan hệ theo độ sâu cố dạng đường cong xa dần với trục tung, tương ứng chính là sự giảm dần hệ sổ nền theo phương ngang khỉ giá trị chuyển vị tăng

Các biểu đồ biến dạng có đường cong dần dần tiếp cận vớỉ giá tộ áp lực nào đỏ Giá trị này tăng theo độ sâu

Khỉ tăng đường kính cọc tức là tăng diện chịu tải, giá trị phản lục giảm Góc nghiêng ban đầu ko của biểu đồ ơ-u hay hệ sổ nền ban đầu tỷ lệ nghịch với kích thước ngang của cọc Phương trình đường cong biểu diễn quá trình phỉ tuyến phải phù hợp với kết quả thực nghiệm gàn với thực tế và thỏa các điều kiện: thứ nhất đoạn đầu của đường cong ơ-u ( ở cấp tải trọng bé cần phải có độ chính xác cao đủ để mô tả phần biến dạng đàn hồi thỏa điều kiện hàm hàm dơi/du khi u->0 thứ 2 biểu đồ biến dạng nhận đường cong nằm ngang với giá trị tới hạn cho trước ơuit làm đường tiệm cận

0 MPiì

bền là những thông số đầu vào cơ bản của đuờng cong của mối quan hệ u-ơ

Kết quả tính toán cho thấy rằng hệ số độ bền ngang K giảm khi kích thuớc cọc tăng Hệ

nhau theo biểu đồ dạng tam giác theo độ sâu

và xem biểu đồ thay đổi ko(z) theo độ sâu có dạng tam giác Xác định giá trị độ sâu của chúng tại z=lm cho cọc loại A với chuyển vị cho truớc ta có Ko (z=lm)=49 N/cm3 Nhân giá trị Ko và kích thuớc theo phuơng ngang của cọc 4,9x27,3=1340 N/cm2 giá

không đổi và không phụ thuộc vào đặc trung cơ lý của đất nền cũng nhu tải trọng ngoài

của lý thuyết bán không gian đàn hồi tuyến tính và kết quả thục nghiệm.L.risa và một

số tác giả khác cho rằng

của đất và dao động trong phạm vi tù 5 - 40 N/cm3 Có thể chọn giá trị hệ số nền thay

-8 -

Bảng 1.1 Hệ sổ nền K cho các loại đất theo một sổ tác giả

hình thành lăng trượt trồi, ở khu vực sâu hơn trong nền, đất không chuyển dịch lên bề mặt mà bị cắt bởi than cọc, bên dưới vùng này đất nền ở trạng thái nén chặt (đặc trưng cho cọc dài) Những nhận xét kết luận trên phù hợp với kết quả thực nghiệm

Từ thực nghiệm Brome B.B, Reese L.c và một sổ tác giả cho rằng sức kháng của đất phía trước cọc chịu tải trọng ngang khác với áp lực bị động tính theo sơ đồ cổ điển

Từ các nghiên cửu ứng suất giới hạn lên đất có thể lưu ý rằng tất cả các lời giải đều có đặc điểm bán thực nghiệm và trên cơ sờ sự phá hoại của đất được mô phỏng bằng nêm trượt ở vùng gần bề mặt hoặc bằng lăng thề trượt (Hình 1.2a và 1.2b) Bên dưới độ sâu

Từ kết quả thực nghiệm, cỏ thể nhận thấy rằng lăng trượt trồi có dạng ồn định và trên mặt phẳng có dạng elỉp hay cong tròn Trong tính toán gần đúng phản lực ngang giới hạn của đất Puit tương ứng vối kết quả thực nghiệm cố the chấp nhận lăng trượt trồi có dạng bao gồm tam giác mỏng có bề rộng d và hai bán cầu hình

-9 - thành lăng thể trượt trong mặt phẳng đối xứng nghiêng so với phương đứng một góc 0 Theo G.I.Glyshkov, biểu thức xác định Puit có dạng

Như đã trình bày, dưới một độ sâu nào đó (được gọi là độ sâu tới hạn) Zcr, đất không di chuyển lên bề mặt mà chỉ bị chia cắt bởi thân cọc Sự phân cắt của đất nền xảy ra do sự phá hoại độ bền của đất do đó phản lực giới hạn phụ thuộc đặc trưng độ bền của đất Để tính toán phản lực giới hạn của đất Puit có thể chấp nhận giả thiết dạng các đường mặt trượt theo mặt phẳng ngang tương tự như các đường mặt trượt khi xảy ra sự mất ổn định của đất dưới móng băng (Hình 1.3b) Trong trýờng hợp này, phản lực dất: p=(yz+q)À.o,

do đó:

Nq, Nc: hệ sổ khả năng chịu tải tiêu chuẩn, phụ thuộc (p (tra bảng [2]) p: hệ sổ áp lực tĩnh q: phản lực lên bề mặt

Lưu ý rằng trong công thức (1.4) không có hệ số Ny.yd/2

So sánh các giá trị thực nghiệm pult với kết quả tính toán cho thấy giá trị áp lực giới hạn theo phương ngang trong phạm vi vùng phân cắt pultd theo công thức (1.4) phù hợp với thực nghiệm Trong vùng trượt trồi có sự khác biệt giữa tính toán lý thuyết và thực nghiệm Hệ số hiệu chỉnh No phụ thuộc vào độ sâu tương đối z/d được rút ra trên cơ sở phân tích kết quả thực nghiệm trong cát và ứng dụng tính toán

-10

-

Độ sâu Zcr, nơi phân chia vùng trồi và vùng bị phân cắt được xác định theo điều kiện cân bằng

Hình 1.3: Sơ đồ mặt phá hoại của nền đất phía trước cọc chịu tải ngang

Hình 1.4: Sơ đồ phả hoại khối đất trước cọc ở độ sâu lớn (a) và sơ đồ tính toán xác

định khả năng chịu tải ở độ sâu này (b)

-11

-

1.4 Phân tích kết quả thí nghiêm cọc trong đất dính chịu tác dụng tải trọng ngang

Biểu đồ biến dạng phi tuyến trong việc chọn lụa quan hệ cho cọc chịu tác dụng tải trọng ngang thể hiện thông qua đuờng cong ơ-u Để phân tích phản ứng của đất dính, quan hệ ơ-u có dạng riêng nhu sau [1]

Ơ

u u (z)

Đuờng cong này thể hiện gần đúng bằng quan hệ hyperbol

Kết quả thực nghiệm và quan hệ gần đúng theo kinh nghiệm (1.15) thể hiện nhu

ở hình 1.4 Đường liền nét là hệ quả theo (1.6)

Hình 1.5: Biểu đồ thực nghiệm quan hệ biến dạng phi tuyến ơ-u cho các cọc 0,168 m

Kết quả nén tĩnh cọc và thống kê tính toán cho thấy trong đất loại sét trạng thái dẻo mềm đến dẻo nhão, hệ số kháng ban đầu thay đổi theo độ sâu gần với quy luật tuyến tính và có thể biểu diễn theo công thức:

-12

- (1.22)

Đối với đất loại sét trạng thái dẻo cứng và cứng để mô tả sụ thay đổi hệ số sức

Đến nay, do số luợng thí nghiệm còn hạn chế nên vẫn chua thiết lập đuợc phuơng pháp

và dạng tải trọng ngoài tác dụng Từ đó có thể thấy rằng gradient hệ số phản lục ngang ban đầu Koi[Ko(z)=KoiXz] phụ thuộc sức kháng cắt không thoát nuớc của đất loại sét Theo B.B.Browns:

thoát nước tương ứng vối một nửa giá trị áp lực giới hạn

-13

-

Hệ số sức kháng ngang và biểu đồ biến dạng phi tuyến ơ (hoặc p) - u có thể xác định được từ kết quả thí nghiệm mẫu đất trong phòng Trong thực tế, biện pháp này chỉ

có thể sử dụng cho đất dính vì có thể lấy được mẫu đất nguyên dạng B Macclelland và

J Foxt nhận thấy có sự tương đồng giữa quan hệ ứng suất biến dạng từ kết quả thí nghiệm trong phòng và kết quả nén ngang cọc Cảc tác giả này đưa ra quan hệ hiệu chỉnh giữa quan hệ ứng suất - biến dạng trong thí nghiệm nén không thoát nước bằng máy nén ba trục và biểu đồ biến dạng phi tuyến p - u từ thí nghiệm cọc trong đất loại sét trạng thái

từ dẻo đến cứng giá trị biến dạng 850 có thể lấy theo bảng giá trị lực dính không thoát nước

Thông số quan trọng nhất trong công thức (1.19) là giá trị áp lực ngang giới hạn lên đất ơuit được nghiên cứu rất nhiều Đề xác định ơuit cho đất dính cố thể sử dụng sơ

đồ tính toán điều kiện phá hoại nền Ở đây cần xét vùng bề mặt và ở độ sâu nhất định theo chiều dài cọc

Trên cơ sở nghiên cửu lý thuyết và thí nghiệm mô hình cọc chịu tải trọng đứng với kích thước và độ sâu chân cọc khác nhau, khả năng chịu tải của cọc theo đất nền loại sốt như sau (A Skempton) [7], [9]

như không đổi và bằng 9, còn khi z/d < 4 giá trị này nhỏ hơn và xấp xỉ 6,0 - 6,5

Kết quả thực nghiệm trên đất loại sét cho thấy không có sự dị hướng rõ ràng, kết quả nén bàn nén theo phương thẳng đứng và phương ngang từ độ sâu 3d trở đi giống nhau nên hoàn toàn có thể sử dụng công thức (1.11) cho tính toán Công thức (1.11) có thể được trình bày ngắn gọn hơn dưới dạng:

Theo kết quả quan trắc thực tế trong đất sét bão hòa nước, H Matlock cho rằng

sự phá hoại xảy ra cùng với việc hình thành khối trượt do cọc, mặt trượt bên dưới thì hợp

khối đất gắn liền với biến dạng dẻo Áp lực giới hạn của đất tương ứng với sơ đồ phá

trong trường hợp này hệ số khả năng chịu tải không thứ nguyên có dạng:

c d

(1.27)

-14

-

biểu thức (1.13), có thể nhận được công thức xác định độ sâu tới hạn:

thể xác định độ sâu tới hạn từ phương trình sau:

-16

-

Hinh 1.7 Thi công hệ chống chuyển cho cọc barrette

Hình 1.8 :Thi công thép cọc Barrette

-17

-

CHUƠNG 2: cơ SỞ LÝ THUYẾT VÀ TÍNH TOÁN CHUYỀN VỊ NGANG

2.1 Những nội dung cần tính toán khi cọc chịu tải trọng ngang

2.1.1 Chuyển vị ngang An và góc xoay T của đầu cọc

An< Sgh

'Pgh-

An, T là nhũng giá trị tính toán tuơng ứng chuyển vị ngang (m) và chuyển vị xoay (radian) của đầu cọc

Sgh 'Pgh :là những giá trị giới hạn cho phép đuợc quy định từ nhiệm vụ thiết kế

2.1.2 Tính toán ổn định lớp đất xung quanh nền cọc:

2.1.3 Tính toán momen là lục cắt trong cọc duới tác dụng của ngoại lục:

2.2 Phuong pháp tính toán

2.2.1 Tính toán theo phương pháp Brich Hansen

Tính toán theo phuơng pháp chịu tải trọng ngang cục hạn ứng với chuyển vị cho phép gồm phuơng pháp hệ số nền và phuơng pháp đàn hồi

Khả năng chịu tải trọng ngang cục hạn:

-18

-

Hỉnh 2.1 momen và lực ngang tác dụng lên cọc Nội dung chủ yếu của phương pháp dựa trên lý thuyết về áp lực đất.Bằng các giả thuyết tâm quay thỏa 2 điều kiện sau: Tổng các lực theo phương ngang bằng =0

Đối với cọc ngắn cứng phản lục đất nền theo chiều sâu cọc được xác định theo lý thuyết áp lực đất

9?«

-19

- Hình 2.2: Hệ số kq và kc (theo Brich Hansen 1961) Lời giải trên ta phải xem xét áp lực đất trong trường hợp tải trọng tác dụng ngắn hạn và trường hợp tải tác dụng dài hạn ảnh hưởng đến thong số của đất nền

Đối với nền nhiều lớp: Chia mặt cắt địa chất ra thành nhiều lớp.sau đó xác định phản lực đất nền Pzy tác dụng xung quanh cọc trên nhũng lớp đất khác nhau thong qua những thong số của những lớp đất tương ứng.Bằng cách giả thuyết điểm uốn Zr và cách tính toán được thực hiện tương tự như trong đất nền đồng nhất trên

2.2.2 Phương pháp Brom

Phương pháp này thừa nhận một số giả thuyết đơn giản sau:

Đất được xem như đồng nhất không rời (c=0).Hoặc đơn thuần là dính (<p=0)

Đối với cọc ngắn có đầu tự do:

-20

- Hình 2.3: phản lực đất nền và mômen uốn

Lực ngorte giới híi.n

Ọ:, - 3 Fì 7,/ Kị / 2 - 1 5.11 Ỵ’ A/

r„ - 0.R2I -7^7-

Mciticn lứn riliÁt:

M.I.JX = Qii (c+1.5z*) Đói với cọc ngăn có đáii cô định (hị ràng huộc):

L UB tiEaiK liứi han:

Đối với cọc ngắn có đầu bị ràng buộc

Đối với cọc dài có đầu tụ do:

(2.6) (2.7) (2.8)

(2.9)

(2.10) (2.11)

với cọc ngắn có đầu tự do

JL_

w ủ

-21

-

(2.16)

-22

-

Trong đó:Mu Momen kháng uốn cực hạn của cọc

Đối với cọc dài có đầu cọc cố định

(2.23)

từ đó ta

-23

-

Hình 2.5: Tương quan giữa sức kháng cắt ngang Momen à Lực ngang giới hạn Đối với cọc dài có đầu cố định bị ràng buộc:

Chia mặt cắt địa chất ra thành nhiều lớp.sau đó xác định phản lực đất nền Pzy

Hình 2.4 : Tương quan độ sâu và sức kháng cắt cực hạn

Lực ngang giới hạn:

Đối với nền nhiều lớp:

(2.24)

(2.25)

-24

- tác dụng xung quanh cọc trên nhũng lớp đất khác nhau thong qua thông số của các lóp

đất tuơng ứng và cách tính toán thục hiện nhu trong nền đồng nhất

2ÀÍ

2.3 Mô hình winkier

Năm 1867, Winkler đã nêu ra giả thiết là: tại mọi điểm (ở mặt đáy) của dầm trên

nền đàn hồi, cuờng độ tải trọng r tỉ lệ bậc nhất với độ lún s của nền (độ lún này bằng độ

võng của dầm s = y) Nhu vậy ta có:

Đối với dầm có chiều rộng b, biểu thức Winkler viết là:

Nền đất tuân theo giả thiết Winkler thì gọi là nền Winkler

phuong pháp tính toán dầm trên nền Winkler hay đuợc gọi là phuơng pháp hệ số

Hình 2.6 Cơ chế mô hình nền Winkler

Mô hình nền Winkler đuợc biểu diễn bằng một dãy các lò xo có độ cứng c đặt

thẳng đứng, các lò xo này có chiều dài bằng nhau và làm việc độc lập với nhau Biến

dạng của lò xo (đặc trung cho độ lún của nền) tỷ lệ bậc nhất với áp lục tác dụng lên lò

xo Theo mô hình này chỉ chỉ những lò xo nằm trong phạm vi chịu tải mới bị biến dạng,

do vậy mô hình nền Winkler còn đuợc gọi là mô hình nền đàn hồi biến dạng cục bộ