Nghiên cứu khả năng chịu tải cọc khoan nhồi đặt trong tầng đá phong hóa nứt nẻ TT

MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Trong tiêu chuẩn thiết kế việc dự tính sức chịu tải cọc chia làm hai trường hợp, cọc đặt vào đất sử dụng công thức liên quan đến sức kháng đất, cọc ngàm vào đá sử dụng sức kháng nén đá qu Tuy nhiên khu vực có chiều dày tầng đá phong hóa tương đối lớn, cường độ đá phong hóa nhỏ so với đá lại lớn nhiều so với đất, lớp đất đá phong hóa nứt nẻ gọi IGM, điều dẫn tới khó khăn việc áp dụng tiêu chuẩn tính tốn kiểm tra Các tiêu chuẩn thiết kế cọc khoan nhồi Việt Nam ngành giao thông vận tải trước chưa đề cập cụ thể đến phương pháp tính toán sức kháng cọc qua lớp đá phong hoá nứt nẻ (IGM) mà coi lớp đất theo cơng thức nửa thực nghiệm (đất dính) cơng thức dựa thí nghiệm trường SPT (đất cát) Thí nghiệm nén tĩnh đo biến dạng dọc thân cọc áp dụng nhiều nước giới để xác định mức độ huy động ma sát bên dọc thân cọc Hiện nay, tiêu chuẩn thiết kế cầu đường TCVN 11823-10:2017 đưa vào định nghĩa lớp đá phong hoá nứt nẻ, nhiên chưa có nghiên cứu thực nghiệm cho sức chịu tải cọc khoan nhồi đặt vào tầng đá phong hóa nứt nẻ Việt Nam Do việc triển khai luận án cần thiết Mục đích nghiên cứu luận án Luận án tập trung vào dự tính sức chịu tải của cọc khoan nhồi cọc thi cơng vào tầng đá phong hóa nứt nẻ khu vực miền Trung khu vực Quảng Trị cách tổng hợp cơng thức lý thuyết tính toán cho loại đất đá Đồng thời đề tài tiến hành thí nghiệm nén tĩnh cọc kết hợp với việc đo ứng suất, chuyển vị thân cọc, mũi cọc nhằm xác định xác ứng xử cọc khoan nhồi thi công vào tầng đất đá Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: sức chịu tải của cọc khoan nhồi cọc thi công vào tầng đá phong hóa nứt nẻ khu vực miền Trung - Phạm vi nghiên cứu: nghiên cứu thực nghiệm mơ hình để xác định sức chịu tải của cọc khoan nhồi cọc thi cơng vào tầng đá phong hóa nứt nẻ khu vực miền Trung, tập trung cho khu vực Quảng Trị Phương pháp nghiên cứu - Các phương pháp nghiên cứu lý thuyết như: phân tích tổng hợp lý thuyết; - Các phương pháp thí nghiệm trường: thí nghiệm nén tĩnh nhổ cọc khoan nhồi với kích thước thật đặt vào tầng phong hóa nứt nẻ - Phương pháp phần tử hữu hạn xác định sức chịu tải cọc khoan nhồi đặt vào tầng phong hóa nứt nẻ Ý nghĩa khoa học, thực tiễn đóng góp luận án - Ý nghĩa khoa học luận án: Luận án có ý nghĩa khoa học việc thực thí nghiệm trường thí nghiệm nén nhổ, gắn thiết bị đo xác định sức kháng mũi cọc thân cọc khoan nhồi đặt vào tầng phong hóa nứt nẻ khu vực miền Trung - Ý nghĩa thực tiễn luận án: Sản phẩm đề tài góp phần định lượng hóa sức chịu tải cọc khoan nhồi cọc qua tầng đá phong hố nứt nẻ - Những đóng góp luận án: + Đã thực thí nghiệm nén tĩnh nhổ cọc trường có lắp đặt thiết bị đo đo biến dạng dọc theo thân cọc để xác định sức kháng cọc khoan nhồi theo đất nền, đưa nhận định ứng xử cọc khoan nhồi đặt tầng đá phong hóa nứt nẻ + Đề xuất sử dụng phần mềm FB-pier để mơ hình hóa làm việc cọc khoan nhồi tầng đá phong hóa nứt nẻ, tính tốn so sánh với kết thí nghiệm trường + Đề xuất điều chỉnh sức kháng thành bên mũi cọc khoan nhồi đặt vào tầng phong hóa nứt nẻ (IGM) cơng thức tính sức chịu tải Tiêu chuẩn thiết kế cầu đường hành Bố cục luận án Bao gồm phần mở đầu, chương, phần kết luận kiến nghị sau: Chương 1: Tổng quan sức chịu tải cọc khoan nhồi tầng đá phong hóa nứt nẻ Chương 2: Cơ sở lý thuyết thực nghiệm đánh giá sức chịu tải cọc khoan nhồi tầng đá phong hoá nứt nẻ Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm trường nén tĩnh nhổ cọc cọc khoan nhồi đặt tầng đá phong hóa nứt nẻ Chương 4: Phân tích sức chịu tải cọc khoan nhồi tầng phong hóa nứt nẻ theo phương pháp phần tử hữu hạn so sánh đối chứng với kết nghiên cứu thực nghiệm trường Kết luận kiến nghị luận án CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ SỨC CHỊU TẢI CỌC KHOAN NHỒI TRONG TẦNG ĐÁ PHONG HÓA NỨT NẺ 1.1 Giới thiệu chung cọc khoan nhồi Cọc khoan nhồi giải pháp cho cơng trình chịu tải trọng lớn Cọc khoan nhồi áp dụng rộng rãi vào loại hình cơng trình nhà cao tầng, cơng trình cầu, hầm cơng trình cảng biển Cơng nghệ thi cơng cọc khoan nhồi đòi hỏi nhà thầu phải có đủ lực kinh nghiệm nhân lực, thiết bị, quy trình thi cơng ứng xử xảy cố trình thi cơng cọc khoan nhồi Việc lựa chọn cơng nghệ cọc khoan nhồi việc lựa chọn cơng nghệ khoan tạo lỗ Việc lựa chọn loại hình cơng nghệ khoan tạo lỗ phụ thuộc vào tiêu chí: Điều kiện mặt khu vực thi công, điều kiện địa chất thủy văn, lực máy móc thiết bị 1.2 Tổng kết địa chất khu vực miền Trung đặc trưng lớp đá phong hóa nứt nẻ Để tổng kết địa chất khu vực miền trung, nhóm nghiên cứu tiến hành khảo sát, thu thập số liệu, tài liệu cho Đà Nẵng, Quảng Trị Thông thường đá phân loại theo bảng 1-1 dựa vào cường độ Khi xét đến mức độ phong hóa đá khu vực Đà Nẵng dựa vào tiêu chí RQD bảng 1-2 [2] Bảng 1-1: Phân loại đá theo cường độ theo Attewell & Farmer 1976 Phân loại Rất yếu Dải cường độ (MPa) 10~20 Yếu 20~40 Trung bình Rắn 40~80 Rất rắn 80~160 160~320 Dạng đá đặc trưng Các đá trầm tích phong hóa nén chặt Đá schist, đá trầm tích liên kết Các đá trầm tích nén chặt vài loại đá macma hạt thô đặc Các đá macma nén chặt vài loại đá biến chất cát kết hạt mịn Đá quartzite, đá macma hạt mịn đặc 1.3 Định nghĩa đặc điểm lớp đất trung gian IGM Bảng tóm tắt định nghĩa IGM từ nhiều nguồn cách sử dụng cường độ nén nở ngang giá trị N –SPT Bảng 1-2: Định nghĩa loại đất trung gian theo tác giả [13, 42] Loại đất đá Tác giả (Năm) Định nghĩa IGM Tất loại Cường độ nén nở hông Clarke Smith (1993) đất đá < 5MPa Hội Cơ học đá quốc tế Tất loại Cường độ nén nở hông (de Freitas 1993) đất đá - 25MPa Hiệp hội địa chất Luân Tất loại Cường độ nén nở hông Đôn (de Freitas 1993) đất đá 1.25-5MPa Cường độ nén nở hông Tất loại Finno Budyn (2000) 0.5 - 5MPa đất đá Giá trị SPT, N >50 búa Lực dính khơng Tất loại nước> 0.3 MPa Marinos (1997) đất đá Cường độ nén nở hông >2 MPa Tất loại Cường độ nén nở hông Johnston (1989) đất đá > 0.5 MPa Tất loại Cường độ nén nở hông Gannon et al (1999) đất đá > 0.6 MPa Tất loại Cường độ nén nở hông Akai (1997) đất đá 1-10 MPa Tất loại Cường độ nén nở hông O’Neill et al (1995) đất đá 0.5-5 MPa Mayne Harriss (1993) Đất dính Giá trị SPT, N >50 búa Cát có ngưồn Cường độ nén nở hơng De Freitas (1993) gốc từ đá trầm 1-25 MPa tích Cường độ nén nở hông Dobereiner de Freitas Đá cát kết trạng thái bão hoà (1986) 0.5-20 MPa Như nguyên tắc coi loại đá phong hoá nứt nẻ loại đất IGM Từ áp dụng cơng thức để tính toán sức chịu tải cọc khoan nhồi đặt vào tầng đá phong hoá nứt nẻ 1.4 Tổng quan số phương pháp tính tốn sức chịu tải cọc khoan nhồi đá phong hóa nứt nẻ Việt Nam Hiện nước ta việc thiết kế cọc khoan nhồi áp dụng theo tiêu chuẩn LRFD (Mỹ) ngành giao thông vận tải theo tiêu chuẩn Việt Nam Trong tiêu chuẩn việc dự tính sức chịu tải cọc chia làm hai trường hợp, cọc đặt vào đất sử dụng cơng thức liên quan đến sức kháng đất góc ma sát đất rời, sức kháng nén có nở hơng điều kiện khơng nước qu cho đất dính, sử dụng kết thí nghiệm trường CPT, SPT… cọc ngàm vào đá sử dụng sức kháng nén đá qu Tính sức kháng theo biến dạng cọc khoan nhồi tầng phong hóa nứt nẻ theo TCVN 11823-10:2017 1.5 Kết luận chương - Tổng quan địa chất khu vực nghiên cứu, lớp đá phong hóa từ mạnh đến trung bình, ảnh hưởng đến dự tính sức chịu tải cọc lớp đại diện cho địa chất khu vực Miền Trung Quảng Trị có chiều dày tương đối lớn cần nghiên cứu thiết kế tính toán khả chịu lực cọc đặt vào tầng địa chất - Khu vực Đà Nẵng, Quảng Trị Quảng Bình có lớp đá phong hóa với giá trị RQD: 0-30% cường độ từ 2,5Mpa ÷25Mpa có chiều dày từ 4,5m ÷25m thuộc địa tầng IGM nhóm III tính theo tiêu chuẩn thiết kế cầu đường Việt Nam TCVN 11823-10:2017 - Các công thức lý thuyết thực nghiệm cho cọc khoan nhồi thi cơng vào tầng phong hóa nứt nẻ nghiên cứu giới thời gian gần CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ SỨC CHỊU TẢI CỌC KHOAN NHỒI TRONG TẦNG ĐÁ PHONG HOÁ NỨT NẺ 2.1 Tổng quan phương pháp xác định sức chịu tải cọc khoan nhồi có gắn thiết bị đo dọc theo thân cọc Việt Nam Ở nước ta nghiên cứu thí nghiệm nén tĩnh kết hợp đo biến dạng dọc thân cọc nhóm tác giả Nguyễn Minh Hải, Trần Thanh Quang tiến hành nghiên cứu cơng trình Royal Tower quận 7, thành phố Hồ Chí Minh Nghiên cứu áp dụng phương pháp phân tích ngược Fellenius đề xuất Gần tiếp tục áp dụng thí nghiệm có gắn O-cell cho số cơng trình cọc khoan nhồi vào đá Đà Nẵng [6] Đề tài Hoàng Thanh Hải đề xuất quy trình xác định quy luật t-z cọc xử lý số liệu biến dạng dọc thân cọc theo phương pháp xác định module đàn hồi pháp tuyến cho số cọc khoan nhồi Hà Nội [7] Hai nghiên cứu dừng lại thiết lập đường truyền tải cọc mà chưa có so sánh với phương pháp tính tốn giải tích hay phần tử hữu hạn để đề xuất lựa chọn phương pháp tính tốn sức chịu tải cọc có độ tin cậy cao phù hợp với địa chất nước ta Lê Phương phân tích đường truyền tải trọng cọc thí nghiệm nén tĩnh kết hợp đo biến dạng dọc thân cọc [10] Các thiết bị thí nghiệm tương tự thiết bị thí nghiệm nén tĩnh cọc, nhiên thí nghiệm có gắn thêm thiết bị đo biến dạng dọc theo thân cọc Các thiết bị đo biến dạng gọi đầu đo ứng suất dây rung (Straingages – Sister bar) 2.2 Tổng quan phương pháp xác định sức chịu tải cọc khoan nhồi có gắn thiết bị đo dọc theo thân cọc giới Thí nghiệm nén tĩnh đo biến dạng dọc thân cọc áp dụng từ năm 1969 cho cọc bê tông cốt thép đúc sẵn nhiều nơi giới để xác định mức độ huy động ma sát bên dọc thân cọc [32] Sau nghiên cứu thực nghiệm cọc khoan nhồi đụợc tiến hành để đươc xác định sức kháng thành cọc sức kháng mũi cọc khoan nhồi [13, 21-27, 29, 30, 33, 35-39, 42, 44, 47, 51, 53] Sức chịu tải cho cọc đóng vào tầng đất IGM phòng giao thơng Montana (Canada) phân tích dự án [31] Đối với IGM xác định theo giá trị sức kháng nén trục cho đá, dùng số búa SPT cho đất rời Mỗi dự án phân tích báo cáo thiết kế, số liệu thi công phần mềm CAPWAP Nhiều thí nghiệm Mỹ cho thấy dùng thí nghiệm nén tĩnh khơng đủ để đánh giá ứng xử cọc [13, 26, 28, 40] Ví dụ cọc khoan nhồi đường kính 1,2 m chiều dài khoảng 15,6 m thi công xuyên qua lớp cát ngàm vào lớp đá vôi yếu Tampa, Florida Kết thí nghiệm cho thấy thơng tin quan trọng thu từ việc gắn thiết bị đo, dùng thí nghiệm nén tĩnh thơng thường khơng xác định Thí nghiệm Osterberg dùng để xác định sức chịu tải cọc khoan nhồi, thí nghiệm có nhiều ưu điểm áp dụng rộng rãi [18, 50, 52] Tác giả nghiên cứu tìm hiểu chi tiết số thí nghiệm thử tải cọc khoan nhồi thực tế số nước giới Ấn Độ, Mỹ, Kazakhstan 2.3 Nghiên cứu bố trí thí nghiệm trường sức chịu tải cọc Sau nghiên cứu tổng quan tài liệu nghiên cứu giới Việt nam, để tiến hành thí nghiệm nén cọc cho cọc khoan nhồi cần thiết bị tối thiểu trình bày Dựa vào tổng kết nghiên cứu trước đó, thí nghiệm nén tĩnh quan trắc, xác định ứng suất, biến dạng theo thân cọc mũi cọc tiến hành với thiết bị sau [10, 19, 21, 23, 25, 27, 29, 35, 43, 44] Hình 2-1: Bố trí thiết bị cho thí nghiệm nén tĩnh cọc kết hợp đầu đo biến dạng dọc theo thân cọc (i) Đầu đo lực (load cell): đo lực tác dụng lên đầu cọc Một thiết bị đo lực (dạng load cell) phận hệ thống gia tải với mục đích đo lực tác dụng vào đầu cọc (ii) Thiết bị đo biến dạng Đo biến dạng thành phần quan trọng thí nghiệm tải trọng tĩnh để xác định lực truyền vào cọc Cốt thép thường dính bám vào bê tơng đo biến dạng thép từ tính biến dạng cọc khoan nhồi vị trí gắn thiết bị Hình 2-2: Hình ảnh thiết bị đo biến dạng gắn vào lồng cọc khoan nhồi 2.4 Kết luận chương - Đã đưa yêu cầu chung số lượng thiết bị cần thiết để thí nghiệm nén cọc vào tầng đá phong hóa nứt nẻ - Trình bày chi tiết cách tiến hành vài cơng trình thí nghiệm giới, cách thu thập, xử lý số liệu nén cọc vào tầng đá - Cách gắn thiết bị đo, biểu đồ thu trình nén cọc để phục vụ cho chương liên quan đến thí nghiệm trường 10 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM HIỆN TRƯỜNG NÉN TĨNH VÀ NHỔ CỌC CỦA CỌC KHOAN NHỒI ĐẶT TRONG TẦNG ĐÁ PHONG HĨA NỨT NẺ 3.1 Nghiên cứu cơng thức tính tốn lý thuyết dự tính sức chịu tỉa cọc khoan nhồi điều kiện đá phong hóa nứt nẻ Các hướng dẫn tiêu chuẩn thiết kế hành nước ta quy định sơ sài trường hợp tính tốn sức chịu tải cọc nhồi đá phong hóa nói chung đá phiến phong hóa nặng nói riêng Theo tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN-272-05 sức kháng cọc khoan nằm đá phong hóa khơng quy định rõ ràng Tuy nhiên cọc đóng theo Điều 10.7.3.5 qui định sức kháng cọc đặt đá yếu sau Cọc đặt đá yếu phải thiết kế xử lý đá mềm đất, quy định Điều 10.7.3.3 cho cọc đặt vật liệu dính Điều 10.7.3.4 cho cọc đặt vật liệu rời Do tiêu chuẩn thiết kế khơng quy định rõ cách tính tốn sức chịu tải cọc trường hợp đá phong hóa nặng, việc tính tốn thường thực theo kiểu “vận dụng” theo tiêu chuẩn có 3.2 Thí nghiệm trường xác định sức chịu tải cọc khoan nhồi 3.2.1 Giới thiệu tổng quan thí nghiệm Vị trí thí nghiệm nén tĩnh nhổ cọc khoan nhồi vào tầng phóng hóa nứt nẻ thực cầu Cầu Ái Tử, Quảng Trị Đây cầu thuộc Dự án đầu tư xây dựng cơng trình tuyến tránh quốc lộ đoạn qua thị xã Quảng Trị (hạng mục cầu Thành Cổ đường dẫn), tỉnh Quảng Trị GTVT phê duyệt thiết kế vẽ thi công Quyết định số 2498/QĐ-BGTVT ngày 11/08/2016 Hiện hạng mục cầu Thành Cổ thi công xong, hạng mục lại gấp rút hồn thiện Trong hạng mục hồn thiện, có hạng mục cầu tuyền bao gồm cầu: Cầu Bến Lội (km 0+659), cầu Sông Hiếu (km2+520), cầu Lai Phước (km7+681.74), Cầu Ái Tử (km763+214.8) 3.2.2 Thí nghiệm nén tĩnh dọc trục 3.2.2.1 Thiết bị thí nghiệm nén tĩnh - Thiết bị thí nghiệm bao gồm: • Thiết bị gia tải: Kích, bơm thủy lực; • Hệ đo lún: Đồng hồ đo lún, hệ thống đo lún tự động, dầm chuẩn; 11 • Hệ phản lực: Dầm thí nghiệm, dầm phụ, tải chất thí nghiệm, cọc neo 3.2.2.2 Thiết bị đo chuyển vị Thiết bị đo chuyển vị đầu cọc (DT-100A; KYOWA, JAPAN) có độ xác 0.01mm hành trình tối đa 10cm, nối với hệ thống đo số liệu tự động, cố định vào dầm chuẩn để ghi lại chuyển vị đầu cọc suốt q trình thí nghiệm Có thiết bị đo chuyển vị đầu cọc Hình 3-3: Thiết bị đo chuyển vị đầu cọc 3.2.2.3 Thiết bị đo chuyển vị cọc: Rod extensometer Trong thí nghiệm nén cọc, việc đo đạc co, giãn cọc độ sâu khác giúp cho việc hiểu biến dạng cọc chịu tải Thiết bị đo giãn kế bao gồm đầu đo, đo neo điểm cuối 3.2.2.4 Thiết bị Đo biến dạng bê tơng: [Concrete strain gauge] Trong thí nghiệm nén tĩnh cọc, biến dạng bê tông độ sâu khác quan trắc để hiểu biến dạng bê tông cọc gia tải Mỗi cọc bố trí độ sâu khác độ sâu gắn thiết bị, tổng cộng có 10 thiết bị đo biến dạng bê tông Phương pháp lắp đặt: Cố định cảm biến đo biến dạng bê tông vào thép định trước thân cảm biến đo biến dạng lắp đặt vào độ sâu biết Sau thi công xong lồng cốt thép việc nâng lồng cốt thép hoàn thành, đọc giá trị cảm biến đo biến dạng bê tông để đảm bảo cảm biến làm việc bình thường Khi lắp đặt lồng cốt thép gắn dây nối, cảm biến dây dẫn cảm biến phải bảo vệ cách để đảm bảo biến dạng bê tông không bị hư hỏng q trình đổ bê tơng Sau cọc đổ bê tông xong, giá trị ban đầu phải đọc ngay, đánh giá hoạt động bình thường hay khơng 12 việc lắp đặt hồn thành Thí nghiệm thực với với việc sử dụng cọc neo tải chất làm hệ phản lực Cọc neo cọc khoan nhồi D800 BTCT Sét pha dẻo mềm dày 0,4m Sét pha dẻo cứng dày 1,8m Straingauge Straingauge Bùn cát mịn xám dày 1,3m Straingauge Straingauge Sét pha sỏi dăm, nâu đỏ, cứng đến nửa cứng dày 8,1m Straingauge Straingauge Đá bột kết sét kết phong hóa mạnh, xám xanh xám vàng, dày 5,6m Straingauge Straingauge Hình 3-4: Sơ đồ bố trí thiết bị đo Hình 3-5: Sơ đồ bố trí thiết bị đo 13 3.2.2.5 Quy trình gia tải Trình tự tăng tải giảm tải: Tải trọng tác dụng vào đầu cọc ứng với cấp tải trọng khác tương ứng với % tải trọng thiết kế Tải trọng gia tăng lên cấp sau độ lún đầu cọc đạt độ ổn định cấp tải trọng trước với trình tự tải trọng sau: Kiểm tra thiết bị: 0%  %  0% Chu trình 1: 100% Tăng tải: 0%  25 %  50%  75%  100% Giảm tải: 100%  50%  0% Quy trình 2: 150% Tăng tải: 0%  25 %  50%  75%  100%  125%  150% Giảm tải: 150%  100%  50%  0% 3.2.3 Thí nghiệm nhổ cọc 3.2.3.1 Phương pháp thí nghiệm Thí nghiệm nhổ cọc thực cách tác dụng tải trọng dọc trục cho cọc nhổ lên khỏi đất Tải trọng tác dụng thực hệ thống kích thủy lực hoạt động bơm thủy lực với hệ phản lực dầm thí nghiệm gối đỡ khối bê tông 3.2.3.2 Thiết bị thí nghiệm phương pháp lắp đặt Thiết bị lắp đặt bao gồm: • Hệ gia tải: Kích, bơm thủy lực; • Hệ đo lún: Đồng hồ đo lún, dầm chuẩn; • Hệ phản lực: Dầm thí nghiệm, gối đỡ, neo liên kết 3.3 Nghiên cứu theo phân tích ngược kết hợp lí thuyết kết đo đạc q trình thí nghiệm 3.3.1 Sức chịu tải cọc theo lý thuyết Kết tính tốn sức kháng bên sức kháng mũi theo TCVN 111823 – 10:2017 tóm tắt bảng Bảng 3-3: Sức kháng ma sát cọc lớp đá phong hóa nứt nẻ Kết tính tốn Tính tốn theo TCVN 11823 – 10:2017 Sức kháng ma sát bên đơn vị (MPa) Sức kháng ma sát mũi đơn vị (MPa) 0,1728 0,7094 3.3.2 Sức chịu tải cọc theo thí nghiệm 3.3.2.1 Kết thí nghiệm nén tĩnh Kết thí nghiệm cọc khoan nhồi 14 Bảng 3-4: Tóm tắt tổng hợp kết đo lún cọc khoan nhồi Tên cọc Vị trí theo dõi lún Chiều dài cọc (m) Tải trọng thí nghiệm yêu cầu (T) Đầu cọc T6-1 Giữa cọc 14 229.5 Mũi cọc Lún ứng với TTTN lớn vị trí (mm) Độ lún lại ứng với trình hạ tải vị trí (mm) 1.43 0.4 0.5 0.13 0.01 Lún giới hạn cho phép (mm) 80 Kết luận: - Cọc thí nghiệm T6-1, D800mm thí nghiệm đến tải trọng 229.5 Độ lún ứng với cấp tải lớn 1,43mm nhỏ so với giới hạn cho phép theo quy định điều 4.4.11 – 4.4.12 TCVN 9393:2012 (10% đường kính cọc: 800x10% = 80mm) - - Căn theo điều 4.5.3 TCVN 9393:2012, cọc thí nghiệm T62, D800mm có sức chịu tải giới hạn 229.5 Vì vậy, thiết kế dự kiến sức chịu tải cọc 153 có sở Kết thí nghiệm đo biến dạng ứng suất thân cọc khoan nhồi - Từ nội lực cao trình tính sức kháng ma sát lớp đất xung quanh đoạn cọc cao trình Fmsi=Qi-Qi+1 - Từ sức kháng ma sát Fmsi tính sức kháng ma sát đơn vị fmsi=Fmsi/Sxqi, Sxqi diện tích xung quanh đoạn cọc cao trình - Nếu tính sức kháng ma sát tất lớp đất xung quanh tính sức kháng mũi lớp đất đáy cọc Sức kháng ma sát lớp đất xung quanh đoạn cọc từ cao trình cách đáy lồng 11.8m cách đáy lồng 10.5m F1= F11.8 – F10.5 = 188,23– 185,89 = 2,34 ( T ) 15 - Sức kháng ma sát đơn vị: f1= F1/Sxqi = (2,34 x10)/(2,512 x 1.3) = 0,0072 MPa Sức kháng ma sát lớp đất xung quanh đoạn cọc từ cao trình cách đáy lồng 10.5m cách đáy lồng 2.4m F2= F10.5 – F2.4 = 185,89 – 86,56 = 99,33 ( T ) - Sức kháng ma sát đơn vị: f2= F1/Sxqi = (99,33 x 10)/(2,512 x 8.1) = 0,0488 MPa Sức kháng ma sát lớp đất xung quanh đoạn cọc từ cao trình cách đáy lồng 2.4m đáy lồng F3= F2.4 – F0 = 86,56 – 19,15 = 67,41 ( T ) - Sức kháng ma sát đơn vị: f3= F1/Sxqi = (67,41 x 10)/(2,512 x 2.4) = 0.11181 MPa 3.3.2.2 Kết thí nghiệm nhổ Bảng 3-5: Tóm tắt kết đo chuyển vị cọc khoan nhồi Chuyển Vị trí Tên cọc theo dõi lún Tải vị ứng Chiều trọng với dài thí TTTN cọc nghiệm lớn (m) yêu cầu (T) vị trí (mm) Đầu cọc Chuyển vị lại Lún ứng với giới hạn q trình cho hạ tải phép vị trí (mm) (mm) 11.32 3.04 5.73 4.18 0.9 0.3 T6-2 Giữa cọc 14 260 T6-3 Mũi cọc Kết luận: 16 80 - Cọc thí nghiệm T6-2,3; D800mm thí nghiệm đến tải trọng 260 Chuyển vị ứng với cấp tải lớn 11,32mm nhỏ so với giới hạn cho phép theo quy định điều 4.4.11 – 4.4.12 TCVN 9393:2012 (10% đường kính cọc: 800x10% = 80mm) Hình 3-6: Biểu đồ tải trọng độ lún thí nghiệm nén cọc T¶i träng (tÊn) 50 100 150 200 250 300 150 200 250 300 §é lón (mm) Mũi cọc Giữa cọc Đỉnh cọc 10 12 50 100 Hình 3-7: Biểu đồ tải trọng độ lún thí nghiệm nhổ cọc 17 3.4 Thí nghiệm siêu âm Kết thí nghiệm siêu âm cho cọc T6-1, T6-2 T6-3 cho thấy bê tông đảm bảo đồng (bảng 3-14), v>3000m/s Chi tiết biểu đồ xem phụ lục Bảng 3-6 Kết thí nghiệm siêu âm cọc trụ T6 Tên cọc Cọc – Trụ T6 Cọc – Trụ T6 Cọc – Trụ T6 Mặt cắt Vận tốc (m/s) 1-2 3000 – 4450 2-3 3200 - 4550 3-1 3000 - 3950 1-2 3150 – 4400 2-3 3300 – 3800 3-1 3650 – 4250 1-2 3250 – 4550 2-3 3100 – 4150 Nhận xét Bê tông đạt yêu cầu độ đồng Bê tông đạt yêu cầu độ đồng Bê tông đạt yêu cầu độ đồng 3-1 3050 - 4250 3.5 Kết luận chương - Chương trình bày kết thí nghiệm kéo nén cho cọc khoan nhồi thi công vào lớp đá phong hóa nứt nẻ cơng trình cầu Ái Tử tỉnh Quảng Trị, đưa trình tự lắp đặt đầu đo, thiết bị cần thiết, thu thập số liệu xử lý kết - Kết thí nghiệm cho phép vẽ biểu đồ sức kháng ma sát đơn vị thân cọc mũi cọc - So sánh kết tính tốn theo tiêu chuẩn thiết kế TCVN 1182310:2017 sức chịu tải mũi cọc thân cọc cho cọc khoan nhồi vào lớp đá phong hóa nứt nẻ kết thí nghiệm thực tế Sức kháng 18 đơn vị thành cọc thí nghiệm lớn so với tính tốn 14% Sức kháng đơn vị mũi cọc thí nghiệm lớn so với tính tốn 38% - Thí nghiệm nhổ cọc có gắn đầu đo dọc theo thân cọc thí nghiệm lần áp dụng để xác định khả chịu tải (sức kháng thành bên) cọc khoan nhồi Việt Nam - Các thí nghiệm siêu âm cho thấy cọc có bê tơng đồng CHƯƠNG PHÂN TÍCH SỨC CHỊU TẢI CỌC KHOAN NHỒI TRONG TẦNG PHONG HÓA NỨT NẺ THEO PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN VÀ SO SÁNH ĐỐI CHỨNG VỚI KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM HIỆN TRƯỜNG 4.1 Lựa chọn phần mềm tính tốn sức chịu tải cọc khoan nhồi tầng phong hóa nứt nẻ Phần mềm FB Pier có phần mơ tả lớp đất đá nứt nẻ IGM, mơ thí nghiệm nén nhổ cọc tốt so với phương pháp khác Ngồi phần mềm FB-pier mơ tương tác cọc đất theo đường cong p-y đường cong t-z phù hợp với tiêu chuẩn TCVN 11823-2017 Như đề tài kiến nghị sử dụng phần mềm FB-pier để tính tốn 4.2 Tính tốn theo mơ hình phần mềm FB-Pier T¶i träng (tÊn) 50 100 150 200 250 300 150 200 250 300 0.0 0.5 §é lón (mm) 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 Mũi cọc Giữa cọc Đỉnh cọc 3.5 4.0 50 100 Hình 4-8: Biểu đồ độ lún vị trí cọc qua cấp tải 19 T¶i träng (tÊn) 50 100 150 200 250 300 150 200 250 300 T¶i träng (tÊn) Mũi cọc Giữa cọc Đỉnh cọc 50 100 Hình 4-9: Độ lún vị trí cọc qua cấp tải 4.3 So sánh kết tính tốn FB-Pier kết thí nghiệm thực tế Hình 4-10: Kết so sánh tính tốn phần mềm FB-Pier với kết thực tế thí nghiệm nén tĩnh 20 Hình 4-11: Kết so sánh tính tốn phần mềm FB-Pier với kết thực tế thí nghiệm nhổ cọc Bảng 4-2 So sánh kết thí nghiệm nén với kết tính tốn theo FB-pier Khi tính theo phần mềm Tính tốn theo thí FB-pier nghiệm thực tế Phương pháp tính tốn Sức kháng thành cọc qs (MPa) Sức kháng mũi cọc qp (MPa) Đầu Thân cọc cọc 0.00828 0.0514 0.1096 0.48 Mũi cọc Đầu Thân cọc cọc 0.0072 0.0488 Bảng 4-3 So sánh kết thí nghiệm nhổ với kết tính tốn theo FB-pier 21 Mũi cọc 0.1118 0.5542 Khi tính theo phần mềm Tính tốn theo thí nghiệm FB-pier thực tế Phương pháp tính tốn Đầu Thân Mũi cọc cọc cọc 0.0095 0.015 0.1511 Đầu cọc Thân cọc Mũi cọc Sức kháng thành cọc qs 0.0068 0.0145 0.1662 (MPa) So sánh kết tính tốn phần mềm FB-pier kết tính tốn theo thí nghiệm thực tế: + Giá trị sức kháng đơn vị thành cọc qs: kết thí nghiệm lớn so với phần mềm 15.5% + Giá trị sức kháng đơn vị mũi cọc qp: kết thí nghiệm lớn so với phần mềm 10% lớp đá phong hóa nứt nẻ 7C 4.4 Kết luận chương Dựa vào kết thí nghiệm nén tĩnh thí nghiệm nhổ cọc có gắn thiết bị đo dọc theo thân cọc mơ hình thí nghiệm cọc theo phần mềm FB-pier đưa số kết luận sau: - Thí nghiệm nén nhổ cọc có đo biến dạng dọc theo thân cọc cho phép tính tốn sức chịu tải cọc khoan nhồi vào tầng phong hố cách xác - Phần mềm Fb-pier cho phép dự tính sức chịu tải tương đồng với thí nghiệm nén tĩnh nhổ cọc thực tế tải trọng tác dụng cấp nhỏ trung bình - So sánh kết tính tốn phần mềm FB-pier kết tính tốn theo thí nghiệm thực tế: + Giá trị sức kháng đơn vị thành cọc qs: kết thí nghiệm lớn so với phần mềm 15.5% + Giá trị sức kháng đơn vị mũi cọc qp: kết thí nghiệm lớn so với phần mềm 10% lớp đá phong hóa nứt nẻ 7C 22 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ - Từ việc nghiên cứu số liệu địa chất khu vực miền Trung thông qua tổng hợp kết khảo sát địa chất từ cơng trình xây dựng cầu thực tế đặc biệt khu vực tỉnh Quảng Trị khẳng định tầng địa chất đá phong hố nứt nẻ khu vực thuộc tầng địa chất IGM - III theo tiêu chuẩn thiết cầu đường 11823-10: 2017 - Thí nghiệm nén tỉnh, nhổ cọc kết hợp đo biến dạng dọc theo thân cọc phương pháp có độ tin cậy cao xác định khả chịu tải cọc khoan nhồi đặt tầng đá phong hóa nứt nẻ q trình thiết kế thi cơng; Việc tính tốn sức kháng cọc khoan nhồi đặt vào tầng phong hóa nứt nẻ áp dụng theo tiêu chuẩn thiết kế cầu đường hành TCVN 11823-10:2017 cho kết gần với kết thí nghiệm - Kết thí nghiệm nén tĩnh nhổ cọc vào tầng phong hóa nứt nẻ Cầu Ái Tử cho thấy sức kháng đơn vị thành cọc thí nghiệm lớn so với tính tốn 14% Sức kháng đơn vị mũi cọc thí nghiệm lớn so với tính tốn 38% - Sử dụng phần mềm FB-pier để mơ lại q trình nén kéo cho cọc khoan nhồi đặt vào tầng phong hóa nứt nẻ đảm bảo tính sát, với ứng xử cọc So sánh kết tính tốn phần mềm FB-pier kết tính tốn theo thí nghiệm thực tế vị trí thí nghiệm cho kết quả: + Giá trị sức kháng đơn vị thành cọc qs: kết thí nghiệm lớn so với phần mềm 15.5% + Giá trị sức kháng đơn vị mũi cọc qp: kết thí nghiệm lớn so với phần mềm 10% lớp đá phong hóa nứt nẻ 7C Kiến nghị - Khi thí nghiệm xác định khả chịu tải dọc trục cọc khoan nhồi đặt vào tầng đá phong hóa nứt nẻ, so với phương pháp nén tĩnh truyền thống, thí nghiệm nhổ cọc có ưu điểm tiến hành nhanh chóng, đòi hỏi đối trọng, xem xét sử dụng để xác định sức chịu tải cọc 23 (sức kháng thành bên) kiểm tra khả chịu tải cọc trình thiết kế thi cơng - Khi áp dụng “Tiêu chuẩn thiết kế cầu đường TCVN 1182310:2017” để tính tốn sức chịu tải cọc khoan nhồi cho loại đất IGM cần hiệu chỉnh công thức cho phù hợp với điều kiện địa chất khu vực Tuy nhiên, cần có nghiên cứu: + Tiến hành thêm nghiên cứu thí nghiệm nhổ cọc có gắn thiết bị đo biến dạng dọc theo thân cọc với lực kéo tới hạn nhằm xác định sức kháng thành bên lớn cọc, kết hợp với tính tốn sức kháng mũi cọc theo TCVN 11823-10:2017 cọc đặt vào tầng đá phong hóa nứt nẻ để đưa hệ số điều chỉnh cơng thức tính tốn tiêu chuẩn hành sát với thực tế chịu lực cọc + Nghiên cứu thêm cơng trình thi cơng vào tầng đá phong hóa nứt nẻ tương lai, thu thập số liệu nén nhổ cọc để xác định chiều dài cọc hợp lý cọc ngàm vào tầng đá phong hóa nứt nẻ 24 DANH MỤC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ Lê Đức Tiến; Nguyễn Châu Lân; Bùi Tiến Thành; Nguyễn Ngọc Long (2019) “Nghiên cứu thí nghiệm nén tĩnh thí nghiệm nhổ cọc cọc khoan nhồi đặt vào tầng phong hóa nứt nẻ khu vực Quảng Trị” (Hội thảo cục giám định Quảng Ninh tháng năm 2019) Lê Đức Tiến; Nguyễn Châu Lân; Bùi Tiến Thành; Nguyễn Ngọc Long; Nguyễn Đức Bình (2019) “Nghiên cứu sức chịu tải dọc trục cọc khoan nhồi đặt vào tầng phong hóa nứt nẻ khu vực Quảng Trị” Tạp chí Cầu đường tháng năm 2019 Tr 10-14 Nguyen Chau Lan, Le Duc Tien, Bui Tien Thanh, Nguyen Ngoc Long (2019) “Estimation of bearing capacity for bored piles installed in the weathering rock in central Vietnam” Proceedings of “The Third International Conference on Transport Infrastructure and Sustainable Development (TISDIC2019)” 31/8-1/9/2019 in Da nang Tiến, L Đức, Dương, Đặng H., Lân, N C., Thành, B T., & Long, N (2019) “Đánh giá sức chịu tải cọc khoan nhồi lớp đá nứt nẻ từ kết thí nghiệm mơ hình phần tử hữu hạn” Tạp Chí Khoa Học Cơng Nghệ Xây Dựng (KHCNXD) - ĐHXD, 13(3V), 55-63 https://doi.org/10.31814/stce.nuce2019-13(3V)-06 ... Tổng quan sức chịu tải cọc khoan nhồi tầng đá phong hóa nứt nẻ Chương 2: Cơ sở lý thuyết thực nghiệm đánh giá sức chịu tải cọc khoan nhồi tầng đá phong hoá nứt nẻ Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm... nhổ cọc cọc khoan nhồi đặt tầng đá phong hóa nứt nẻ Chương 4: Phân tích sức chịu tải cọc khoan nhồi tầng phong hóa nứt nẻ theo phương pháp phần tử hữu hạn so sánh đối chứng với kết nghiên cứu. .. TỔNG QUAN VỀ SỨC CHỊU TẢI CỌC KHOAN NHỒI TRONG TẦNG ĐÁ PHONG HÓA NỨT NẺ 1.1 Giới thiệu chung cọc khoan nhồi Cọc khoan nhồi giải pháp cho cơng trình chịu tải trọng lớn Cọc khoan nhồi áp dụng rộng