Trong trường hợp chịu tải trọng nén thẳng đứng, sức chịu tải của trụ đất gia cố xi măng có được chủ yếu từ ma sát xung quanh thân trụ - cọc. Và vì vậy, để huy động toàn bộ trụ đất gia cố xi măng cùng chịu lực thì phải tăng cường độ đất gia cố xi măng, nhưng khi đó khả năng nứt cọc dễ xảy ra.
NGHIÊN CỨU SỨC MANG TẢI DỌC TRỤC CỦA CỌC PHỨC HỢP TRỤ ĐẤT XI MĂNG KẾT HỢP ỐNG THÉP CÓ CÁNH XOẮN NGUYỄN BÁ ĐỒNG, NGUYỄN ĐỨC MẠNH* Study of axial compressive bearing capacity for composited cement soil pile from field test and numerical model in Vietnam Abstract: Composite cement soil pile is one kind of pile which is made of cement soil colunm outside and screw-winged steel pipe inside The load bearing capacity of this pile includes both the cement pile and screwwinged steel pipe in the ground Currently, in Vietnam, this pile is still quite new and there have not been many researches or applications of this technology In this paper, full scale tests of steel pipe pile with wings which installed in soil cement column were conducted in soft soil layer in Hanoi city by using static axial compressive load test The test results and numerical models shown that ultimate compressive resistance capacity of composite cement soil pile is significantly different with or without reinforced concrete piles Keywords: Cement soil pile, model, screw piles, load bearing capacity, composited cement soil pile GIỚI THIỆU* Cọc đất xi măng phức hợp đƣợc cấu tạo từ ống thép có cánh xoắn đặt lòng trụ (cọc) đất xi măng thi cơng trƣớc phƣơng pháp trộn sâu (Hình 1) Loại cọc đƣợc phát triển Nhật Bản, dạng chuẩn tập đoàn vật liệu xây dựng Asahi Kasei gọi cọc vít ATT (Asahikasei Tenox Technology) [2,3,4] Với nhiều ƣu điểm bật cọc nhƣ khả chịu tải đứng, ngang nhổ lớn, độ rung tiếng ồn thi cơng thấp, nhiễm mơi trƣờng, thuận tiện với khu vực xây chen nên loại cọc đƣợc nghiên cứu, phát triển ứng dụng rộng rãi Nhật Bản Tại Việt Nam, công nghệ đƣợc nghiên cứu áp dụng vài cơng trình cho thấy hiệu tích cực định [5] Trong trƣờng hợp chịu tải trọng nén thẳng * Bộ mơn Địa kỹ thuật, khoa Cơng trình, tr Giao thông Vận tải Email:nbdong@utc.edu.vn; nguyenducmanh@utc.edu.vn ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018 ng Đ i h c đứng, sức chịu tải trụ đất gia cố xi măng có đƣợc chủ yếu từ ma sát xung quanh thân trụ cọc Và vậy, để huy động tồn trụ đất gia cố xi măng chịu lực phải tăng cƣờng độ đất gia cố xi măng, nhƣng khả nứt cọc dễ xảy Nhằm phát huy tính hiệu trụ đất gia cố xi măng mà bị khống chế mặt cƣờng độ, ống thép có cánh tâm chúng nhằm phân bố tải trọng lên phần trụ đất gia cố xi măng [2,6] Liên quan tới làm việc cọc đất xi măng phức hợp nhƣ cọc ATT, số công bố đƣợc giới thiệu, đáng nhƣ nghiên cứu Zhang D (1999) [2,9] Narasimha Rao (1989, 1999) [2,3,5], Các nghiên cứu tập trung nhiều vào việc xác định phụ thuộc đƣờng kính khoảng cách cánh vít tới làm việc cọc Ở Việt Nam, ngồi vài cơng bố ảnh hƣởng đƣờng kính, khoảng cách cánh vít, cƣờng độ cọc đất xi măng, mơ hình ứng xử liên quan sức kháng dọc Viện Khoa học công nghệ xây dựng (IBST), Phạm Hoàng Kiên, Phạm Quốc Thắng, Nguyễn Giang Nam (2014, 2015) 59 [3,6], Nguyễn Đức Mạnh Vũ Tiến Thành (2016) [5], nghiên cứu khác làm việc loại cọc đất xi măng phức hợp hạn chế đặc biệt nghiên cứu tập trung ứng suất nhƣ phân bố tải trọng dọc theo thân cọc Vì vậy, để bƣớc làm rõ nguyên lý làm việc nhƣ ứng xử loại cọc đất xi măng phức hợp chịu tải, việc phân tích kết thí nghiệm nén tĩnh mơ hình thực Việt Nam kết hợp với mơ hình số cần thiết, giúp cho công tác thiết kế áp dụng điều kiện nƣớc ta đƣợc dễ dàng hiệu Hình Cấu t o c c đất xi măng phức hợp Qc- Lực nén CƠ SỞ LÝ THUYẾT DỰ TÍNH SỨC MANG TẢİ CỦA CỌC ĐẤT Xİ MĂNG PHỨC HỢP Cọc đất xi măng phức hợp kết hợp ống thép có cánh xoắn (cọc vít truyền thống) trụ đất gia cố xi măng thi công trộn sâu Đối với làm việc cọc vít truyền thống phụ thuộc vào đƣờng kính cánh vít, khoảng cách cánh vít cƣờng độ lớp đất cánh vít (D Zhang, 1999; Narasimha Rao, 1989; nnk) [2,3,7,9] Kết nghiên cứu cọc vít truyền thống cho thấy trƣờng hợp khoảng cách cánh vít nhỏ phá hoại khối đất cánh vít tạo thành khối Trong khi khoảng cách cánh vít lớn đất khối đất cánh vít không thành khối [6,11] Điều dẫn đến khoảng cách cánh vít phải nằm giới hạn phá hoại đất cánh vít đƣợc hình thành khối mặt phá hoại mặt trụ bao quanh khối đất Theo Narasimha Rao cộng sự, tỷ số khoảng cách cánh vít so với đƣờng kính cánh vít - S/D < 2, mơ hình tính tốn sức chịu tải đứng cọc vít theo mặt hình trụ bao quanh cánh vít, S/D >2 dùng mơ hình tính sức chịu tải cọc cánh vít (Hình 2) Qc- Lực nén Ma sát thân cọc Ma sát thành trụ đất a) b) Hình Mơ hình tính sức chịu tải theo cánh vít (2a) mặt hình trụ bao quanh cánh vít (2b) (Narasimha Rao,1991) 60 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018 Trong cọc đất xi măng phức hợp cánh vít khơng phải đất yếu mà đất yếu đƣợc gia cố xi măng, với cƣờng độ đƣợc tăng lên nhiều so đất tại, mơ hình sử dụng để dự tính sức chịu tải dọc trục cọc phức hợp thƣờng lựa chọn mơ hình mặt trụ bao quanh cánh vít [2,3,6,9] Tuy nhiên để có mơ hình mặt trụ bao quanh cánh vít khoảng cách cánh vít phải đảm bảo khoảng cách định (S/D < 2) Cọc đất xi măng phức hợp mẻ nƣớc ta, nên đến chƣa có tiêu chuẩn hƣớng dẫn thiết kế cụ thể, chủ yếu sử dụng tài liệu chuyển đổi từ tiêu chuẩn Nhật Bản kết nghiên cứu bƣớc đầu viện Khoa học Công nghệ xây dựng (IBST) kết hợp công ty Tenox Technology thực từ 2013-2014 Theo đó, thiết kế loại cọc này, sức kháng dọc trục đƣợc dự tính theo tiêu chuẩn Nhật Bản [1,4,7,8,11], theo điều kiện đất vật liệu thép làm phần ống có cánh vít Hình Mơ hình dự tính sức kháng đỡ cọc phức hợp * Sức kháng d c trục theo đất Ra N Ap N Ls qu Lc (1) Trong đó: α- Hệ số khả chịu lực đầu cọc (α=250); β- Hệ số ma sát thân cọc đất cát (thỏa mãn điều kiện N s 10 N s 50 ); γHệ số ma sát thân cọc đất sét (thỏa ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018 mãn điều kiện qu 0.8qu 10 ); N - Giá trị xuyên tiêu chuẩn (SPT) trung bình mũi cọc (đƣợc lấy lên mũi cọc dƣới mũi cọc tƣơng đƣơng lần đƣờng kính cánh vít); Ap- Diện tích có hiệu mặt cắt ngang mũi cọc (m2); N s - Giá trị SPT trung bình lớp đất cát xung quanh mũi cọc; Ls -Tổng chiều dài hữu hiệu phần thân cọc tiếp xúc với đất cát (m); q u Giá trị trung bình cƣờng độ chịu nén trục lớp đất sét xung quanh thân cọc (kN/m2); Lc-Tổng chiều dài hữu hiệu phần thân cọc tiếp xúc với đất sét (m); Ψ- Chu vi cọc đất gia cố xi măng (m); * Sức kháng d c trục theo vật liệu thép làm c c vít A F* (2) R x o a2 1,5 1000 Trong đó: Ra2- Sức chịu tải cọc theo vật liệu (kN); F*- Cƣờng độ thiết kế ông thép F * F (0,8 2,5t / r ) (N/mm ); F- Giới hạn chảy vật liệu làm ống thép (N/mm2); t- Chiều dày ống thép (mm); r- Bán kính ngồi ống thép; Ao- Diện tích tiết diện ống thép (mm2) NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM CỌC ĐẤT XI MĂNG PHỨC HỢP TRÊN MƠ HÌNH THỰC Nghiên cứu thực nghiệm cọc đất xi măng phức hợp xác định sức mang tải dọc trục đƣợc thực với nội dung nhƣ trình tự nhƣ: 1) Nghiên cứu sở lý thuyết liên qua; 2) lựa chọn mơ hình thực nghiệm, thiết kế sơ lựa chọn vị trí nghiên cứu; 3) khảo sát đất vị trí nghiên cứu; thiết kế chi tiết sản xuất cấu kiện liên quan; 4) chuẩn bị thiết bị, vật tƣ vật liệu thi cơng thí nghiệm; 5) thi cơng cọc thử đất xi măng, lấy mẫu thí nghiệm mẫu gia cố cọc thử; 6) tiến hành thi công cọc đất xi măng phức hợp lắp đặt thiết bị thử nghiệm; 7) chờ bão dƣỡng nghiên cứu thực nghiệm cọc đất xi măng phức hợp; 8) Phân tích số liệu Đất khu vực nghiên cứu Khu vực lựa chọn nghiên cứu thực nghiệm nghiên cứu sức mang tải dọc trục cọc đất xi măng phức hợp bãi đất chƣa xây dựng 61 thuộc xã Đức Thƣợng, huyện Hồi Đức, Hà Nội Để có sở thiết kế cọc phức hợp này, công tác khảo sát địa chất cơng trình đƣợc tiến hành thực viện Khoa học công nghệ Xây dựng (IBST) năm 2016, tác giả thành viên tham gia Kết khảo sát cho thấy, tới độ sâu 15,5m đất vị trí nghiên cứu gồm lớp đất sau: Cát san lấp, dày 2m (độ sâu 0,0 – 1,0m), số xuyên tiêu chuẩn (SPT) N30=2; Sét màu xám vàng, dẻo cứng, dày 1m (độ sâu 2,0 – 3,0m), số xuyên tiêu chuẩn (SPT) N30=2; Sét pha màu xám, dẻo cứng, dày 1m (độ sâu 3,0 – 4,0m), số xuyên tiêu chuẩn (SPT) N30=4; Sét màu xám trắng, xám đen, dẻo chảy, dày 5,7m (độ sâu 4,0 – 9,7m), số xuyên tiêu chuẩn (SPT) N30=3; Cát pha màu ghi, trạng thái dẻo, dày 5,8m (độ sâu 9,7 – 15,5m), số xuyên tiêu chuẩn (SPT) N30=4 Một số tiêu lý lớp đất vị trí nghiên cứu đƣợc trình bày Bảng Bảng Một số tiêu đất Độ sâu lớp đất (m) 2,0 – 2,8 4,0 – 4,8 9,0 – 9,8 Độ ẩm tự nhiên đất (%) 34,0 45,3 43,1 Khối lƣợng thể tích (g/cm3) 1,88 1,71 1,72 Mẫu nguyên trạng Mẫu chế bị qu ef qu ef (kPa) 51,5 40,0 51,4 (%) 9,2 5,9 5,6 (kPa) 20,2 15,3 18,7 (%) 19,9 10,6 10,5 Thiết kế thi công cọc nghiên cứu trƣờng Để nghiên cứu sức mang tải cọc đất xi măng phức hợp, thiết kế cơng trình biện pháp thi cơng liên quan, phần ống Độ nhạy đất 2,5 2,6 2,7 thép có cánh xoắn (cọc vít) nhƣ trụ đất xi măng đƣợc thiết kế với kích thƣớc thơng số có điều chỉnh sai khác chút so với dạng chuẩn cọc ATT Nhật Bản (Hình Bảng 2) Hình Kích th ớc c c đất xi măng phức hợp thiết kế phục vụ nghiên cứu Bảng Thông số cọc đất xi măng ống thép có cánh xoắn thiết kế phục vụ nghiên cứu Ký hiệu cọc PA-01 Đƣờng kính ống thép (mm) 219 Chiều dày ống thép (mm) Đƣờng kính cánh vít (mm) 510 Phần ống thép đƣợc gia cơng xƣởng khí Hà Nội với kích thƣớc đƣợc lựa chọn thiết kế Các thiết bị đo biến dạng dọc thân cọc sử dụng loại Strain Gauge Nhật 62 Đƣờng kính cọc đất xi măng (mm) 800 Chiều dài cọc đất xi măng (m) 9,0 Chiều sâu cọc thép (m) 8,7 Bản đƣợc dán dọc thân ống thép trƣớc thi công xoắn vào tâm trụ đất gia cố xi măng (Hình 5a 5b) ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018 a) b) Hình Gia cơng ng thép có cánh t i x ởng lắp đặt (dán) đầu đo biến d ng d c thân ng Công tác thi công cọc đất xi măng phức hợp, với trƣớc hết trụ đất gia cố xi măng đƣợc tiến hành theo phƣơng pháp trộn sâu tiêu chuẩn (CDM) thực theo TCVN9403-2012 Hàm lƣợng xi măng đƣợc lựa chọn cho cọc nghiên cứu 300kg/m3 Việc lựa chọn hàm lƣợng xi măng đƣợc kết nén mẫu phòng hỗn hợp xi măng đất đƣợc tiến hành thí nghiệm khảo sát địa chất cơng trình kết nén mẫu đất gia cố xi măng đƣợc lấy từ nõn khoan 01 trụ đất gia cố xi măng thi công thử nghiệm trƣớc thi công cọc phức hợp Bên cạnh trƣớc thi cơng cọc thí nghiệm, tiến hành thi cơng 04 cọc đất xi măng tạo phản lực đƣợc thi công cạnh cọc nghiên cứu sức kháng đỡ dọc trục với điều kiện địa chất khu vực Với trụ đất gia cố xi măng sử dụng đánh giá cƣờng độ, sau thi Hình Thi cơng c c đất xi măng CDM (10/2016) ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018 công đƣợc ngày, tiến hành khoan lấy mẫu tồn chiều dài cọc Cơng tác bảo quản kết xác định cƣờng độ kháng nén trục tự mẫu đất gia cố xi măng theo độ sâu khác nhau, đƣợc thể hình Kết phân tích cƣờng độ kháng nén trục nở ngang tự mẫu đất gia cố xi măng lấy từ trụ đất gia cố xi măng thi cơng thử đƣợc tiến hành phòng thí nghiệm thuộc IBST có tham gia tác giả, thể bảng Cọc đất xi măng phức hợp nghiên cứu đƣợc thự cách xoay ống thép có cánh xoắn ốc để chơn vào tim thân trụ đất xi măng thi công theo phƣơng pháp trộn sâu tiêu chuẩn (CDM) vừa tiến hành trƣớc đó, kết hợp để tạo thành khối thống – Trụ đất gia cố xi măng với cọc vít (Hình 8) Hình Bảo d ỡng mẫu khoan đất gia c xi măng lấy từ c c thử (10/2016) 63 Bảng Kết thí nghiệm nén trục khơng nở ngang mẫu đất gia cố xi măng cọc thử Độ sâu mẫu thí nghiệm (m) Tỷ lệ X/N 0,0-1,0 1,0-2,0 2,0-3,0 3,0-4,0 4,0-5,0 5,0-6,0 6,0-7,0 7,0-8,0 80 80 80 80 80 80 80 80 Hàm lƣợng xi măng (300kg/m3) 300 300 300 300 300 300 300 300 qu (kPa) 1631 2969 3791 2323 2351 1220 1235 1135 Thí nghiệm nén tĩnh xác định sức mang tải cọc phức hợp Thí nghiệm nén tĩnh cọc đƣợc lựa chọn để nghiên cứu sức kháng đỡ dọc trục cọc Ngoài việc ghi nhận biến dạng tác dụng tải trọng nén thông qua đồng hồ đọc trực tiếp đỉnh cọc, sử dụng thiết bị đầu đọc tự động ghi nhận biến dạng dọc trục từ Strain Gauge (cảm biến đo biến dạng) gắn vào phần ống thép trƣớc thơng qua dây cáp Cọc đất xi măng phức hợp mang ký hiệu ATT1 đƣợc lựa chọn tiến hành thí nghiệm nén tĩnh trực tiếp lên phần ống thép có cánh xoắn Cơng tác thí nghiệm xác định sức mang tải dọc trục đƣợc thực theo tiêu chuẩn ASTM D1143-07 có tham khảo tiêu chuẩn liên quan khác Việt Nam hành Sau thi công xong cọc, bảo dƣỡng đợi đủ cƣờng độ 28 ngày, tiến hành thí nghiệm nén tĩnh cọc đất xi măng phức hợp nghiên cứu Thí nghiệm đƣợc bố trí bao gồm: 03 dầm dọc I1200, 02 dầm I400, hệ thống chất tải đƣợc truyền qua cọc thơng qua phận kích đƣợc đặt lên đầu cọc (Hình 10) Tiến hành gia tải theo cấp thơng qua kích thủy lực, giá trị cấp tải trọng đƣợc ghi lại từ hộp tải (loadcell), giá trị tối đa tải trọng từ loadcell đạt đƣợc 4000kN Hình Thi cơng c c đất xi măng phức hợp phục vụ nghiên cứu t i Hoài Đức (10/2016) Hình Sơ đồ thí nghiệm nén tĩnh c c nghiên cứu 64 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018 Chuyển vị đầu cọc đƣợc ghi lại thông qua 05 đồng hồ đo chuyển vị bao gồm 04 vị trí đối xứng 01 vị trí đo chuyển vị tâm cọc thí nghiệm Hình 10 Thí nghiệm nén tĩnh c c đất xi măng phức hợp t i Đức Th ợng, Hoài Đức, Hà Nội KẾT QUẢ NGHİÊN CỨU SỨC MANG TẢİ DỌC TRỤC CỌC ĐẤT Xİ MĂNG PHỨC HỢP Sức mang tải dọc trục cọc đất xi măng phức hợp đƣợc nhóm nghiên cứu phân tích thơng qua kết thí nghiệm trực tiếp nén tĩnh cọc mơ hình thực Hồi Đức, Hà Nội; tính tốn giải tích theo sở lý thuyết hành nhƣ Mục với số liệu cọc nghiên cứu; thơng qua phân tích mơ hình số với thơng số cọc nghiên cứu Kết thí nghiệm nén tĩnh cọc Thí nghiệm nén tĩnh cọc nghiên cứu sức mang tải dọc trục cọc đất xi măng phức hợp đƣợc tiến hành 11/2016 Kết thí nghiệm phân tích đƣợc thể bảng hình 11 Bảng 4: Kết thí nghiệm trƣờng Lực đầu cọc (kN) 230 460 575 690 805 920 Chuyển vị trung bình đầu cọc (mm) 0,00 1,83 6,44 8,38 10,87 13,97 19,83 Giá trị sức mang tải dọc trục từ thực nghiệm trƣờng cọc đất xi măng phức hợp mà trực tiếp thuộc phần ống thép có cánh xoắn nằm tâm trụ đất gia cố xi măng, trạng thái phá hoại đạt Qc=1170kN, tƣơng ứng với chuyển vị đỉnh cọc đạt 0,1D (trong D đƣờng kính cánh vít) ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018 Lực đầu cọc (kN) 1035 1150 1260 920 460 230 Chuyển vị trung bình đầu cọc (mm) 28,95 46,19 86,68 86,60 85,37 83,59 72,60 Tính tốn sức mang tải cọc theo giải tích Sử dụng cơng thức dự tính sức mang tải dọc trục cọc đất xi măng phức hợp (1) (2), thông số cọc đất nhƣ trình bày, cho phép xác định đƣợc sức mang tải dọc trục cọc nghiên cứu nhƣ trình bày bảng 65 Hình 11 Sức kháng đỡ c c đất xi măng phức hợp t i Đức Th ợng, Hoài Đức, Hà Nội Bảng Kết dự tính theo phƣơng pháp giải tích nhƣ sau Chiều Đườn Đườn TT Mơ tả dài Chiề qu g kính g kính phần u N (kPa α ống cánh thân dày ) thép vít cọc (mm) (m) tiếp Sức 10N 0,8qu kháng +50 +10 ma sát (kN) Sức kháng mũi Tổng cọc (kN) xúc sét Đất san lấp, cát 35 250 1,4 151 250 0,6 45 250 5,0 45 250 - 45 250 0,219 pha Sét dẻo cứng Sét pha dẻo cứng Sét dẻo chảy Cát pha 66 0,219 1,0 0,219 0,219 0,219 0,5 130,8 0,5 1,4 0,5 0,6 90,00 46,00 43,35 0,5 80,00 46,00 361,28 0,5 287,64 46,00 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018 dẻo Tổng 692,28 Kết phân tích xác định đƣợc giá trị sức mang tải dọc trục cọc đất xi măng phức hợp tới hạn Qc=839,54 kN với giá trị sức mang tải thiết kế tƣơng ứng thông thƣờng Rtk=419,77 kN Tích tốn sức mang tải dọc trục cọc đất xi măng phức hợp phân tích số Để tiến hành so sánh, phân tích chuyển vị, phân bố ứng suất đất cọc, sử dụng phần mềm Plaxis 2D để mơ thí nghiệm thực trƣờng Vấn đề lớn phân tích số cọc vít truyền thống nhƣ cọc đất xi măng phức hợp việc mô mặt trƣợt truyền tải trọng lên đất Việc thiết lập mơ hình FEM giúp tìm hiểu kỹ ảnh hƣởng cọc đất, đồng thời dựa vào kết thí nghiệm với kích thƣớc thật cọc dự tính đƣợc sức mang tải cọc có điều kiện cấu tạo khác 147,2 839, 54 Mơ hình đƣợc sử dụng để phân tích phần mềm Plaxis mơ hình đối xứng trục, phần tử đƣợc mơ hình với 15 node Kích thƣớc sử dụng để mơ hình cho ảnh hƣởng đến kết Bán kính khối đất đƣợc sử dụng 15m (tƣơng ứng với khoảng 30 lần đƣờng kính cánh vít) kể từ tim cọc Khoảng cách dƣới mũi cọc tối thiểu đƣợc lấy 4m kể từ mũi cọc (tƣơng ứng với lần đƣờng kính cánh vít) Trong phần mềm Plaxis cho phép lựa chọn mơ hình vật liệu khác tùy thuộc điều kiện đất quan trọng số liệu địa chất thu thập đƣợc nhƣ mơ hình "Mohr –Coulomb - MC" (mơ hình đàn - dẻo), mơ hình "Hardening -Soil", mơ hình "Soft soil" (đất yếu), mơ hình "Soft soil creep" (đất yếu xét đến từ biến) Các thông số vật liệu cọc đất xi măng phức hợp đất sử dụng phân tích số đƣợc trình bày bảng 6, Bảng Thông số ống thép với cánh xoắn Thơng số Mơ hình vật liệu Ký hiệu Đơn vị Model Ứng xử vật liệu Cánh vít Ống thép Linear Elastic Linear Elastic Non-porous Non-porous Trọng lƣợng riêng γ kN/m3 78,5 78,5 Đƣờng kính ngồi D mm 500 219 Đƣờng kính d mm 203 203 Eref kPa 2.05e8 2.05e8 Mô đun đàn hồi Hệ số poisson ν 0,3 0,3 Hệ số chiết giảm ứng suất tiếp xúc R 0,6 0,6 Bảng Thông số phần cọc đất gia cố xi măng Thông số ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018 Ký hiệu Đơn vị Trong lớp 67 Mô hình vật liệu MC - Mohr Coulomb - MC Ứng xử vật liệu - - Thoát nƣớc (Drain) Trọng lƣợng riêng γ kN/m3 20 Đƣờng kính ngồi D mm 800 Đƣờng kính d mm 219 Cƣờng độ kháng nén trục qu kPa 2081 Cƣờng độ lực dính c kPa 1040 Eref kPa 100 000 Mô đun đàn hồi Hệ số chiết giảm ứng suất tiếp xúc R Bảng Thơng số đất sử dụng phân tích số Thơng số Ký hiệu Chiều dày lớp Mơ hình vật liệu Ứng xử vật liệu Trọng lƣợng riêng γ Cƣờng độ lực dính c Góc ma sát φ Hệ số possion ν Mô đun đàn hồi Eref Hệ số chiết giảm ứng R suất tiếp xúc Đơn vị m kN/m3 kPa độ Lớp Lớp Lớp Lớp Lớp kPa MC Drain 17,9 30 0,2 40000 MC Undrain 19,13 75,97 20 0,25 9000 MC Drain 19 65 26 0,25 12500 MC Undrain 18,5 25,7 0,2 2000 MC Drain 17,2 28 0,25 9000 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 Sử dụng phần mềm Plaxis V8 2D, thông số vật liệu đất nhƣ trình bày bảng 6, để mơ hình phân tích số Kết phân tích đƣợc giá trị sức mang tải lớn tƣơng ứng chuyển vị 0,1D (D đƣờng kính cánh vít) Qc=1177kN thay đổi ứng suất đất chỉu tải thí nghiệm (Hình 12 13) b) 68 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018 a) Hình 12 Mơ hình tính tốn Plaxis 2D kết phân tích sức mang tải d c trục so với kết thí nghiệm nén tĩnh c c đất xi măng phức hợp Từ kết phân tích ứng suất trình chịu tải trọng tĩnh nén cọc đất xi măng phức hợp, thấy cánh vít đóng vai trò quan trọng huy động khả chịu lực tồn thể thân cọc Tại vị trí mũi cọc có tập trung ứng suất lớn (Hình 13a, c) đƣợc phân bổ cho cánh vít khác khác (Hình 13b) Điều hồn tồn khác với trụ đất xi măng thơng thƣờng, không huy động hết khả chịu lực lớp phía dƣới, mà cần yêu cầu huy động chịu lực từ lớp phía dƣới cƣờng độ phần thân trụ đất gia cố xi măng lúc phải đƣợc tăng lên đáng kể Kết tính sức mang tải dọc trục cọc đất xi măng phức hợp giải tích cho kết (Qc=839,54 kN) khác biệt phân tích mơ hình số theo phƣơng pháp phần tử hữu hạn (Qc=1177kN) Kết phân tích mơ hình số (Qc=1177kN) gần với kết thí nghiệm nén tĩnh trực tiếp cọc nghiên cứu (Qc=1170kN) c) b) a) Hình 13 Kết phân tích ứng suất đất chịu tải nén KẾT LUẬN VÀ THẢO LUẬN Kết nghiên cứu thực nghiệm mơ hình thực cho thấy, cọc phức hợp trụ đất xi măng thi công trộn sâu kết hợp ống thép có cánh xoắn khơng có khả chịu tải lớn mà tồn sai khác đáng kể tính tốn dự báo giải tích đƣợc sử dụng Kết phân tích phƣơng pháp số theo phƣơng pháp phần tử hữu hạn phân bố ứng suất phù hợp số quan ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018 điểm phân tích ứng xử cọc vít truyền thống, cho giá trị sức mang tải dọc trục tƣơng đƣơng với kết thí nghiệm nén tĩnh phần ống thép có cánh xoắn trọng hệ cọc đất xi măng phức hợp TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] AASHTO LRFD, (2012) Bridge design specificantions, 6th Ed, US 69 [2] Bản dịch chứng nhận chất lƣợng công nghệ Bộ trƣởng Bộ Đất đai, Cơ sở hạ tầng, Giao thông Du lịch Nhật Bản số 2529-1 TACP 0165; số 2528-1 TACP 0166; số 2527-1 TACP 0167 cho cọc vít ATT, 2014 [3] Báo cáo tổng kết đề tài “Kết nghiên cứu chung khả chịu lực cọc vít ATT” viện KHCN Xây dựng, công ty Asahi Kasei, tập đoàn TENOX trƣờng ĐH GTVT thực hiện, Hà Nội, 2013 [4] Japanese Geotechnical Society, (2002) Pile vertical load test method and explanation First revised edition Japanese Geotechnical Society, pp 23-47 [5] Nguyễn Đức Mạnh, Vũ Tiến Thành Lựa ch n mơ hình hợp lý dự báo sức chịu tải c c đất xi măng phức hợp sử dụng làm móng cơng trình vùng đất yếu Việt Nam Kỷ yếu hội thảo khoa học Quốc gia “Hạ tầng giao thông với phát triển bền vững”, ISBN:978-604-82-1809-6, tr 409-415, Đà Nẵng, 2016 [6] Nguyễn Giang Nam, Phạm Quyết Thắng Phân tích ảnh h ởng đ ng kính, khoảng cách cánh vít c ng độ trụ đất xi măngđến làm việc c c ATT Tạp chí KHCN Xây dựng - số 2/2014, Tr.57-62, 2014 [7] Murakami, H., Ito, D & Mizoguchi, E., 70 (2008) An application example of ATT Column construction method The Foundation Engineering & Equipment, monthly, Vol 36(10), pp 72-75 [8] Tamai, T., Ito, D & Mizoguchi, E., (2009) Study on the in-situ pile loading test and bearing capacity characteristics of steel pipe piles with wings installed in soil cement column, JGS Journal, Vol 4(4), pp 273-287 [9] ZHANG, D., (1999) Predicting capacity of helical screw piles in Alberta soils M.Sc thesis, Department of Civil and Environmental Engineering, University of Alberta, Edmonton, Alberta [10] Zeyad H Elsherbiny and M Hesham El Naggar, (2013) Axial compressive capacity of helical piles from field tests and numerical study Can Geotech J 50: 1191–1203 dx.doi.org/10.1139/cgj-2012-0487 [11] Sprince A., Pakrastins L., (2009) Helical pile behaviour analysis in different soils DOI: 10.2478/v10137-009-0012-2 www.researchgate.net/publication/245552664_ Helical_pile_behaviour_analysis_in_different_s oils TCVN 9393:2012 Cọc - Phƣơng pháp thí nghiệm tải trọng tĩnh ép dọc trục ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018 Ng i phản biện: PGS.TS ĐOÀN THẾ TƢỜNG ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018 71 ... o c c đất xi măng phức hợp Qc- Lực nén CƠ SỞ LÝ THUYẾT DỰ TÍNH SỨC MANG TẢİ CỦA CỌC ĐẤT Xİ MĂNG PHỨC HỢP Cọc đất xi măng phức hợp kết hợp ống thép có cánh xoắn (cọc vít truyền thống) trụ đất gia... tâm cọc thí nghiệm Hình 10 Thí nghiệm nén tĩnh c c đất xi măng phức hợp t i Đức Th ợng, Hoài Đức, Hà Nội KẾT QUẢ NGHİÊN CỨU SỨC MANG TẢİ DỌC TRỤC CỌC ĐẤT Xİ MĂNG PHỨC HỢP Sức mang tải dọc trục cọc. .. tốn sức mang tải cọc theo giải tích Sử dụng cơng thức dự tính sức mang tải dọc trục cọc đất xi măng phức hợp (1) (2), thông số cọc đất nhƣ trình bày, cho phép xác định đƣợc sức mang tải dọc trục