Về một số kết quả bất thường trong tính toán độ lún của cọc đơn theo phương pháp của tiêu chuẩn thiết kế móng cọc

Báo cáo Về một số kết quả bất thường trong tính toán độ lún của cọc đơn theo phương pháp của tiêu chuẩn thiết kế móng cọc trình bày một số trường hợp tính toán cho kết quả bất thường và đề xuất cách xác định phạm vi của các thông số tính toán sẽ cho các kết quả như vậy.

ĐỊA KỸ THUẬT – TRẮC ĐỊA VỀ MỘT SỐ KẾT QUẢ BẤT THƯỜNG TRONG TÍNH TỐN ĐỘ LÚN CỦA CỌC ĐƠN THEO PHƯƠNG PHÁP CỦA TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ MÓNG CỌC TS TRỊNH VIỆT CƯỜNG Viện KHCN Xây dựng Tóm tắt: Phương pháp tính tốn độ lún cọc đơn tiêu chuẩn thiết kế móng cọc Việt Nam TCXD 205:1998 TCVN 10304:2014 chuyển dịch từ tiêu chuẩn Liên Xô Liên bang Nga Áp dụng phương pháp tiêu chuẩn cho thấy số trường hợp kết tính tốn khơng phù hợp với quy luật, thể chỗ độ lún cọc đồng biến với độ cứng lớp đất mũi cọc dụng quan hệ G  0, 4Eo , Eo mơ đun tổng biến dạng đất Điều kiện cần thiết để áp dụng phương pháp tính Lp/d > G1 Lp/G2d >1 Báo cáo trình bày số trường hợp tính toán cho kết bất thường đề xuất cách xác định phạm vi thơng số tính tốn cho kết đó: Đối với cọc đơn không mở rộng mũi, độ lún xác định theo công thức: β.N s (1) G1.L p N tải trọng đứng truyền lên cọc, MN; β hệ số xác định theo công thức: Đặt vấn đề Tính tốn dự báo độ lún khả chịu tải cọc nội dung quan trọng thiết kế móng cọc Ở Việt Nam, TCXD 205:1998 lần đầu đưa vào phương pháp tính tốn độ lún cọc đơn sở chuyển dịch SNiP 2.02.03-85 [1] Liên Xơ TCVN 10304:2014 [3] trì nội dung sở chuyển dịch SP 24.13330.2011 [2] Liên bang Nga Phương pháp tính tốn tiêu chuẩn Việt Nam cho phép dự báo độ lún cọc phục vụ thiết kế nhiều cơng trình với quy mơ khác Tuy kết tính tốn độ lún số điều kiện định cọc cho kết không phù hợp với quy luật, thể chỗ độ lún đồng biến với mô đun biến dạng đất mũi cọc (độ lún tăng lên tăng mô đun biến dạng nền) Bài báo trình bày số kết tính tốn độ lún xác định phạm vi xảy tượng không phù hợp với quy luật nêu β' β 1 với : α'  λ1 β' (2) χ β'  0,17ln(k n G1.L p / G2 d) hệ số ứng với cọc tuyệt đối cứng (EA = ∞); α'  0,17ln(k n1LP / d) hệ số đồng có đặt trưng G1 ν1; χ  EA G1Lp hệ số độ cứng tương đối cọc; λ1 thông số xác định việc tăng độ lún thân cọc chịu nén tính theo cơng thức: λ1  2,12χ 3/4 (1  ,12χ 3/4 (3) ) k n , kn1 hệ số tính theo cơng thức: k n  2,82  3,78μ  2,18μ ứng với μ  μ1  μ2 2 (4) và μ  μ1 Nội dung phương pháp tính tốn TCVN 10304:2014 2.1 Tóm tắt phương pháp tính tốn Sơ đồ cọc minh họa hình 1, cọc xun qua lớp đất phía với mơ đun cắt G1, hệ số Poisson 1 tựa lớp đất coi bán khơng gian biến dạng tuyến tính, đặc trưng mô đun cắt G2 hệ số Poisson 2 Tiêu chuẩn dẫn xác định mô đun cắt đất cách sử 60 Hình Sơ đồ cọc Tạp chí KHCN Xây dựng - số 4/2015 ĐỊA KỸ THUẬT – TRẮC ĐỊA 2.2 Một số kểt tính tốn Trong thiết kế móng cọc, độ lún thường tính tốn cho vài trường hợp cụ thể cọc Những giá trị đơn lẻ thu từ tính tốn khơng cho thấy quy luật biến đổi độ lún theo số thơng số tính tốn Để khảo sát ảnh hưởng số thông số độ lún, việc tính tốn thực cho số trường hợp cụ thể cọc với giá trị khơng đổi d, G1, 1, 2 Lp, G2 thay đổi khoảng giá trị thường gặp thực tế Hình hình biểu đồ quan hệ độ lún cọc mô đun cắt G2 Từ kết tính tốn thu nhận xét: - Giá trị tính tốn độ lún hình khoảng 1419 mm nên tương đối phù hợp với độ lún mà cọc thường đạt tới nén tĩnh Độ lún cọc giảm nhanh tăng G2 Kết phù hợp với quy luật, độ lún cọc nghịch biến với độ cứng đất; - Cũng với cọc có đường kính tiết diện trường hợp với chiều dài lớn nằm đất cứng độ lún tính tốn cọc đồng biến với độ cứng nền, tức đất cứng độ lún tăng (hình 3) Kết tính tốn bất thường, khơng phù hợp với quy luật Hình Kết tính tốn khơng phù hợp với quy luật (Độ lún đồng biến với mô đun cắt G2) Kết bất thường sai sót khâu chuyển dịch từ tiêu chuẩn Nga sang tiếng Việt giới hạn phương pháp tính toán Kiểm tra so sánh nội dung tương ứng TCVN 10304:2014, SNiP 2.02.03-85 SP 24.1330.2011 cho thấy khơng có sai sót khâu chuyển dịch tiêu chuẩn Liên quan đến phương pháp tính tốn cần thu thập nghiên cứu tài liệu gốc phương pháp tính đánh giá Bài báo giới hạn việc đề xuất cách xác định điều kiện cho kết tính tốn bất thường áp dụng cơng thức tính tốn tiêu chuẩn hành Xác định phạm vi phương pháp tính tốn cho kết khơng phù hợp với quy luật Mục tiêu phần xác định khoảng giá trị thơng số có ảnh hưởng đến độ lún cọc dẫn đến kết độ lún đồng biến với độ cứng lớp đất mũi cọc Có thể đạt mục tiêu cách xây dựng cơng thức tính tốn độ lún s, khảo sát đạo hàm s’ theo G2 để xác định trường hợp s’>0 Hình Kết tính tốn phù hợp với quy luật (Độ lún nghịch biến với mô đun cắt G2) s  N G L p    0,17    AE   2,12    G 1L p      3/4   1  2,12  AE   G L2  p  Thay số hạng (2), (3) (4) vào (1) biến đổi, có cơng thức tính độ lún:     3/4   ln   k n G L p G d  G 1L p AE [1  ln( k n1 L P ln ) k n G L p G d d     ]     (5) Công thức (5) xác định toàn miền giá trị biến số gặp thực tế Tạp chí KHCN Xây dựng - số 4/2015 61 ĐỊA KỸ THUẬT – TRẮC ĐỊA Đặt X = k n G1.Lp , có: G2 d N s G L p           1    0,17 2,12         AE G 1L p 3/4 2,12         AE G 1L p 3/4   lnX    G 1L p [1  AE ln( lnX] k n1 L P ) d          (6) Triển khai tiếp viết gọn lại, (6) có dạng: (7) s  (A  B)lnX  C đó: A, B C số hạng không phụ thuộc G2:  A       B     C    N  G L p 2,12     N G 1L p G L p AE   1    0,17     AE G 1L p 3/4 2,12     AE G 1L p     3/4     (8) ln( k n1 L P ) d N G 1L p G L p AE  Để đánh giá quy luật thay đổi (đồng biến hay nghịch biến) độ lún s theo biến số mô đun cắt G2 cần xét đạo hàm s’ (7) theo G2 Đạo hàm có dạng đơn giản: s'  (B  A) (9) G2 Điều kiện để độ lún s đồng biến với G2 s’>0 Vì G2>0 nên s đồng biến với G2 B>A: N G1L p G1.L p AE k n1L P > N G1.L p 0,17 3/4  AE  ln( )   2,12 d  G L2   p  AE   , có được: Biến đổi rút gọn biểu thức đặt Y    G L2   p 0.080189   0,17  k L (Y )3/4 ln( n1 P )Y d Sử dụng bất đẳng thức (11), số trường hợp khảo sát yếu tố có ảnh hưởng nhiều độ lún cọc đường kính d, chiều dài Lp mơ đun cắt G1 trình bày dạng biểu đồ hình 4, 6, vùng màu đậm phạm vi cho kết không phù hợp với quy luật Từ kết tính tốn nhận xét: 62   1  2,12 AE   G L2  p      3/4     (10) (11) - Hiện tượng bất thường không xảy mô đun cắt G1 nhỏ Khi tăng giá trị G1 khả thay đổi bất thường độ lún tăng theo; - Đối với đường kính cọc, d lớn có khả xảy biến động bất thường độ lún phạm vi giá trị thường gặp G1; Tạp chí KHCN Xây dựng - số 42015 ĐỊA KỸ THUẬT – TRẮC ĐỊA - Liên quan đến chiều dài cọc, đường kính cọc nhỏ tượng bất thường xảy chiều dài cọc tương đối nhỏ Đối với cọc lớn tượng xảy chiều dài cọc đủ lớn Kết luận kiến nghị a) Áp dụng phương pháp tính tốn tiêu chuẩn cho kết bất hợp lý số điều kiện định cọc cấu tạo địa tầng, thể chỗ độ lún cọc đồng biến với độ cứng lớp đất mũi cọc Nguyên nhân đưa đến kết bất thường chưa làm rõ; b) Cần tìm hiểu tài liệu gốc phương pháp tính để đánh giá ngun nhân phương pháp tính tốn độ lún cọc đơn tiêu chuẩn hành dẫn đến kết khơng theo quy luật Cũng bổ sung giới hạn chiều dài, đường kính tiết diện cọc đặc trưng biến dạng đất để kết tính tốn phù hợp với thực tế; Hình Phạm vi cơng thức cho kết không phù hợp quy luật theo ảnh hưởng Lp G1 c) Để xác định phạm vi công thức (1) cho kết khơng theo quy luật, áp dụng điều kiện công thức (11); d) Khảo sát ảnh hưởng số yếu tố ảnh hưởng cho thấy mơ đun cắt G1 cao, đường kính tiết diện cọc nhỏ chiều dài cọc lớn khả thu độ lún tính tốn theo (1) không phù hợp với quy luật cao hơn; e) Nên thực nghiên cứu số phương pháp tính tốn độ lún khác, qua lựa chọn phương pháp phù hợp để áp dụng thiết kế móng cọc Hình Phạm vi cơng thức cho kết phù hợp không phù hợp quy luật theo ảnh hưởng đường kính cọc d mơ đun cắt G1 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] СНиП 2.02.03-85 “Свайные фундаменты” [2] СП 24.13330.2011 Свайные фундаменты [3] TCVN 10304:2014 “Móng cọc – Tiêu chuẩn thiết kế” Ngày nhận bài: 20/12/2015 Ngày nhận sửa lần cuối: 24/12/2015 Hình Phạm vi cơng thức cho kết phù hợp không phù hợp quy luật theo ảnh hưởng chiều dài cọc đất Lp đường kính d Tạp chí KHCN Xây dựng - số 4/2015 63 ... 2.2 Một số kểt tính tốn Trong thiết kế móng cọc, độ lún thường tính tốn cho vài trường hợp cụ thể cọc Những giá trị đơn lẻ thu từ tính tốn khơng cho thấy quy luật biến đổi độ lún theo số thơng số. .. thức tính tốn tiêu chuẩn hành Xác định phạm vi phương pháp tính tốn cho kết khơng phù hợp với quy luật Mục tiêu phần xác định khoảng giá trị thơng số có ảnh hưởng đến độ lún cọc dẫn đến kết độ lún. .. cọc, đường kính cọc nhỏ tượng bất thường xảy chiều dài cọc tương đối nhỏ Đối với cọc lớn tượng xảy chiều dài cọc đủ lớn Kết luận kiến nghị a) Áp dụng phương pháp tính tốn tiêu chuẩn cho kết bất