Nghiên cứu tính toán sức chịu tải cọc khoan nhồi theo tiêu chuẩn TCNV 103042014 và eurocode 7, trên cơ sở so sánh với thí nghiệm nén tĩnh

Do nhu cầu phát triển của xã hội, trên một phạm vi diện tích nhất định mà có thể chịu được tải trọng lớn của các kết cấu công trình bên trên, giải pháp móng cọc khoan nhồi là hữu hiệu và

i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan rằng luận văn này “Nghiên cứu tính toán sức chịu tải cọc khoan nhồi

theo tiêu chuẩn TCVN 10304:2014 và Eurocode 7, trên cơ sở so sánh với thí nghiệm

nén tĩnh”, là bài nghiên cứu của chính tôi

Ngoại trừ những tài liệu tham khảo được trích dẫn trong luận văn này, tôi cam đoan rằng toàn phần hay những phần nhỏ của luận văn này chưa từng được công bố hoặc được sử dụng để nhận bằng cấp ở những nơi khác

Không có sản phẩm, nghiên cứu nào của người khác được sử dụng trong luận văn này

mà không được trích dẫn theo đúng quy định

Luận văn này chưa bao giờ được nộp để nhận bất kỳ bằng cấp nào tại các trường đại học hoặc cơ sở đào tạo khác

Tp Hồ Chí Minh., 2016

HỒ QUANG DIỆP

ii

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, tôi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy PGS.TS Trần Tuấn Anh Thầy đã hướng dẫn giúp tôi hình thành nên ý tưởng của đề tài, hướng dẫn tôi phương pháp tiếp cận nghiên cứu Thầy đã có nhiều ý kiến đóng góp quý báu và giúp đỡ tôi rất nhiều trong suốt chặng đường vừa qua Ngoài ra, tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến Ths Đặng Xuân Vinh đã có nhiều đóng góp trao đổi giúp tôi hiểu rõ về bản chất đề tài, cũng như giúp đỡ tôi rất nhiều trong quá trình thực hiện luận văn này Tôi cũng xin chân thành cảm ơn quý Thầy Khoa Kỹ thuật Xây dựng-Điện, trường Đại học Mở Tp.HCM đã tận tình giảng dạy và truyền đạt kiến thức cho tôi từ khi tôi học Đại học và trong suốt khóa Cao học vừa qua

Mặc dù bản thân đã cố gắng nghiên cứu và hoàn thiện, tuy nhiên không thể không

có những thiếu sót nhất định Kính mong quý Thầy chỉ dẫn thêm để tôi bổ sung những kiến thức và hoàn thiện bản thân mình hơn

Xin trân trọng cảm ơn quý Thầy

Tp HCM, ngày 27 tháng 07 năm 2016

Hồ Quang Diệp

iii

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Luận văn được thực hiện với tên đề tài: “Nghiên cứu tính toán sức chịu tải cọc khoan

nhồi theo tiêu chuẩn TCVN 10304:2014 và Eurocode 7, trên cơ sở so sánh với thí

nghiệm nén tĩnh”

Tóm tắt: Trong luận văn này, Tác giả sử dụng phụ lục (G) của Tiêu chuẩn TCVN

10304:2014 , Eurocode 7, TCVN 9393-2012, số liệu thí nghiệm nén tĩnh, số liệu khảo

sát địa chất, phần mềm Plaxis 2D, đối xứng trục (Axisymmetry), mô hình Hardening Soil, để tính toán sức chịu tải cực hạn và sức chịu tải thiết kế của cọc khoan nhồi, mô phỏng 3 cọc khoan nhồi, cọc thử CT2, CT4, CT5 Vẽ đồ thị quan hệ Tải trọng-độ lún cọc của công trình xây dựng tại địa chỉ: 623 Quốc lộ 13, Phường Hiệp Bình Phước, Quận Thủ Đức, TP Hồ Chí Minh

- Kết quả tính toán sức chịu tải cực hạn với giá trị trung bình của 3 cọc theo phương pháp giải tích so sánh với kết quả nén tĩnh theo TCVN 9393-2012: [1] Phương pháp Bêta () (28,5%), [2] phương pháp Anpha (α) (21%), [3] TCVN10304:2014 (tính toán theo chỉ tiêu cường độ đất nền) (11,78%), [4] phương pháp Viện kiến trúc Nhật Bản (tính theo kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT) (- 6.3%)

- Nếu sử dụng Eurocode 7 để thiết kế sức chịu tải cọc từ kết quả thí nghiệm nén tĩnh hiện trường thì sử dụng 2 phương pháp thiết kế, kết quả trung bình của 3 cọc: [1] phương pháp thiết kế 2: (DA 2) (28,12%), [2] phương pháp thiết kế 1: tổ hợp 1 (DA1-1) (22,52%), [3] phương pháp thiết kế 1 tổ hợp 2 (DA 1-2) (-6,66%), so với phương pháp thiết kế theo TCVN 10304-2014

- Nếu sử dụng Eurocode 7 để tính sức chịu tải thiết kế cọc từ thông số đất nền (như: c,

φ, γ, cu, ) số liệu mẫu trong phòng thí nghiệm, sử dụng hệ số mô hình γRd cho độ bền trong thiết kế cọc, thì sử dụng cả 3 phương pháp thiết kế, kết quả : [1] phương pháp thiết kế 1: tổ hợp 1(DA1-1) (49,1%), [2] phương pháp thiết kế 2 : (DA 2) (45,13%), [3] tiêu chuẩn TCVN 10304:2014 (33,9%), (tính toán theo chỉ tiêu cường độ đất nền), [4] phương pháp thiết kế 1: tổ hợp 2 (DA1-2) (14,63%), [5] phương pháp thiết kế 3: (DA 3) (14,07%), [6] Viện Kiến Trúc Nhật Bản (-5,89%), so sánh kết quả giữa 2 tiêu chuẩn thiết kế TCVN 10304:2014 và Eurocode 7

-Mô phỏng thí nghiệm nén tĩnh cọc, đối xứng trục (Axisymmetry) trong phần mềm Plaxis 2D, sử dụng mô hình Hardening Soil tính toán vẽ đồ thị quan hệ tải trọng và độ

iv

lún cọc, so với kết quả thí nghiệm nén tĩnh: [1] cọc CT5 (5,9%); [2] cọc CT2 (5,6%), [3] cọc CT4 (-2,34%), bộ thông số mô hình ở bảng thông số địa chất là tương đối phù hợp so với sự làm việc thực tế của đất nền

-Mô phỏng thí nghiệm nén tĩnh cọc, có nén phá hoại cọc, đối xứng trục (Axisymmetry) trong phần mềm Plaxis 2D, mô hình Hardening Soil, tải cực hạn qui ước lớn hơn rất nhiều so sánh với kết quả nén tĩnh : [1] cọc CT4 : (84,94%), [2] cọc CT2 : (78,98%), [3] cọc CT5 : (65,25%) (theo tiêu chuẩn 9393-2012 phương pháp De Beer) Từ kết quả nghiên cứu, Tác giả nhận thấy phương pháp thiết kế theo Eurocode7

là phương pháp thiết kế có xét độ tin cậy, sử dụng hệ số riêng độ bền, hệ số tương quan cọc từ thí nghiệm nén tĩnh và thông số đất nền, còn tiêu chuẩn Việt Nam không xét độ tin cậy, sử dụng hệ số điều kiện làm việc (ᵞo), hệ số tin cậy về tầm quan trọng công trình (ᵞn), hệ số tin cậy theo đất (ᵞk) Kết quả của phương pháp phần tử hữu hạn thông qua phần mềm Plaxis 2D, đối xứng trục (Axisymmetry), mô hình Hardening Soil có kết quả gần đúng với kết quả nén tĩnh /

v

MỤC LỤC

Lời cam đoan i

Lời cảm ơn ii

Tóm tắt luận văn iii

Mục lục v

Danh mục hình và đồ thị viii

Danh mục bảng xi

Danh mục từ viết tắt xiii

Chương 1: GIỚI THIỆU 14

1.1Cơ sở hình thành luận văn 14

1.2 Mục tiêu nghiên cứu 15

1.3 Phạm vi và đối tượng nghiên cứu 15

1.4 Phương pháp nghiên cứu 16

1.5 Ý nghĩa nghiên cứu 16

1.6 Kết cấu luận văn 16

Chương 2: CƠ SỞ TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 17

2.1 Khái quát chung về thí nghiệm nén tĩnh hiện trường tải trọng tĩnh ép dọc trục 17

2.2 Tình hình nghiên cứu trên thế giới 21

2.3 Tình hình nghiên cứu trong nước 22

Chương 3: NỘI DUNG CỦA TCVN 10304:2014,TÍNH SỨC CHỊU TẢI GIỚI HẠN CỌC TCVN 9393-2012 24

3.1 Sức chịu tải cọc được tính toán theo công thức 24

3.2 Sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cường độ của đất nền 25

3.3 Cường độ sức kháng trung bình trên thân cọc fi có thể xác định như sau 26

3.4 Xác định sức chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT 27

3.4.1 Công thức của Meyerhof (1956) 27

3.4.2 Công thức của Viện kiến trúc Nhật Bản (1988) 29

3.4.3 Sức chịu tải của cọc theo sức kháng mũi xuyên tĩnh qc 31

3.5 Xác định sức chịu tải giới hạn cọc đơn từ kết quả nén tĩnh 33

Chương 4:NỘI DUNG TIÊU CHUẨN EUROCODE 7 37

4.1 Tổng quan về Eurocode 37

4.2 Nguyên lý thiết kế theo Eurocode 38

4.3 Những yêu cầu thiết kế theo Eurocode 40

vi

4.4 Các tình huống thiết kế theo Eurocode 41

4.5 Các trạng thái giới hạn thiết kế theo Eurocode 42

4.5.1 Trạng thái giới hạn cực hạn (ULS) 42

4.5.2 Trạng thái giới hạn sử dụng (SLS) 43

4.6 Các phương pháp thiết kế nền móng theo Eurocode 45

4.6.1 Tổng quan về thí nghiệm thử tải tĩnh theo Eurocode 7 46

4.6.2 Khả năng chịu tải của cọc theo phương pháp thiết kế Eurocode 7 50

4.7 Các phương pháp thiết kế tính toán sức chịu tải cọc 52

4.7.1 Phương pháp thiết kế 1 (DA 1) 52

4.7.2 Phương pháp thiết kế 2 (DA 2) 56

4.7.3 Phương pháp thiết kế 3 (DA 3) 57

4.7.4 Cách xác định sức chịu tải thiết kế cọc từ thí nghiệm nén tĩnh 61

Chương 5: XỬ LÝ SỐ LIỆU, TÍNH TOÁN, SO SÁNH KẾT QUẢ:TCVN 10304:2014, EUROCODE 7, MÔ HÌNH TÍNH TOÁN TRONG PHẦN MỀM PLAXSIS 2D 63

5.1 Giới thiệu công trình 63

Công trình: Tổ Hợp căn hộ Sông Đà RIVERSIDE 63

5.2 Tính sức chịu tải cọc theo phương pháp giải tích 64

5.2.1 Hố khoan 5 vị trí (CT5) 64

5.2.2 Hố khoan 2 vị trí (CT2) 67

5.2.3 Hố khoan 4 vị trí (CT4) 69

5.3 Tính sức chịu tải thiết kế cọc theo Eurocode 7 70

5.3.1 Thiết kế cọc từ kết quả thí nghiệm nén tĩnh theo Eurocode7 70

5.3.1.1 Đài cọc không đủ cứng 71

5.3.1.2 Đài cọc đủ cứng 72

5.3.2 Thiết kế cọc từ kết quả thí nghiệm nén tĩnh theo tiêu chuẩnTCVN 9393- 2012 73

5.4 Thiết kế cọc theo Eurocode 7 73

5.4.1 Phương pháp thiết kế 1-tổ hợp1: DA1.C1: A1”+”M1+”R1 73

5.4.2 Phương pháp thiết kế 1-tổ hợp 2 : DA1.C2: A2”+”M1+”R4 74

5.4.3 Phương pháp thiết kế 2: DA2: A1”+”M1+”R2 74

5.4.4 Phương pháp thiết kế 3: DA3: A1 hoặc A2”+”M2”+”R3 75

vii

5.5 Thiết kế cọc tiêu chuẩn TCVN 10304:2014 theo Eurocode 7 75

5.5.1 Phương pháp thiết kế 1-tổ hợp1: DA1.C1: A1”+”M1+”R1 75

5.5.2 Phương pháp thiết kế 1-tổ hợp 2 : DA1.C2: A2”+”M1+”R4 75

5.5.3 Phương pháp thiết kế 2: DA2: A1”+”M1+”R2 76

5.5.4 Phương pháp thiết kế 3: DA3: A1 hoặc A2”+”M2”+”R3 76

5.6 Mô phỏng số trong Plaxis 78

Chương 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 117

Kết luận 117

Kiến nghị 119

Hướng nghiên cứu tiếp theo 119

TÀI LIỆU THAM KHẢO 120

PHỤ LỤC 122

PHỤ LỤC A: BẢNG TÍNH CÁC HỐ KHOAN……….123

PHỤ LỤC B: HÌNH HỐ KHOAN ĐỊA CHẤT……… 138

PHỤ LỤC C : QUI TRÌNH NÉN TĨNH……….144

viii

DANH MỤC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ

Hình 2.1: Gia tải bằng kích thủy lực dàn chất tải và đối trọng làm phản lực 17

Hình 2.2: Gia tải bằng kích thủy lực, dùng cọc neo làm phản lực 17

Hình 2.3: Gia tải bằng kích thủy lực, dùng dàn chất tải và đối trọng kết hợp cọc neo 18 Hình 2.4: Sơ đồ bố trí hệ kích thủy lực và hệ đo đạc trong thí nghiệm nén tĩnh 18

Hình 2.5: Hình minh họa sử dụng đối trọng để nén tĩnh cọc ……… 18

Hình 2.6: Hình minh họa sử dụng neo để nén tĩnh cọc 19

Hình 2.7: Thi công cọc khoan nhồi 19

Hình 2 8:Các giả thiết về mặt trượt của đất dưới mũi cọc 21

Hình 3 1: Nền đất xung quanh cọc khi chịu tải cực hạn 24

Hình 3.2: Biểu đồ xác định hệ số α 26

Hình 3.3 : Biểu đồ xác định các hệ số f L và p(Semple và Rigden.1984) 30

Hình 3.4 Ví dụ xác định tải cực hạn cọc Qu theo phương pháp De Beer 35

Hình 4.1: Chọn sức chịu tải cọc 46

Hình 4.2: Qui trình kiểm tra cường độ móng cọc 52

Hình 4.3: Kiểm tra cường độ theo phương pháp thiết kế 1, tổ hợp1 53

Hình 4.4: Kiểm tra cường độ theo phương pháp thiết kế 1, tổ hợp 2 54

Hình 4.5: Kiểm tra cường độ theo phương pháp thiết kế 2 57

Hình 4.6: Kiểm tra cường độ theo phương pháp thiết kế 3 60

Hình 4.7: Sơ đồ đánh giá sức chịu tải cọc từ kết quả thử tải tĩnh theo Eurocode 7 62

Hình 5.1: Mặt bằng tổng thể và phối cảnh của công trình 63

Hình 5.2: Kích thước biên mô hình 79

Hình 5.3: Mô hình đối xứng trục cọc đơn trong Plaxis 2D 83

Hình 5.4: Áp lực nước lỗ rỗng ban đầu đất nền tại vị trí cọc CT2 83

Hình 5.5: Ứng suất hữu hiệu ban đầu đầu đất nền tại vị trí cọc CT2 83

Hình 5.6: Mô phỏng gia tải chu kỳ 1&2 trong thí nghiệm nén tĩnh cọc CT2 85

Hình 5.7: Kết quả chạy phase trong plaxis cọc CT2 85

ix

Hình 5.8: Độ lún cấp gia tải 100%& 250% - chu kỳ 1& 2 cọc CT2 86

Hình 5.9: So sánh giữa nén tĩnh và mô phỏng plaxis 2D 88

Hình 5.10: Kết quả các phase chạy tải phá hoại cọc CT2 89

Hình 5.11: Độ lún tại cấp tải nén phá hoại cọc CT2 90

Hình 5.12: Biểu đồ xuất theo từng cấp tải cọc CT2 90

Hình 5.13: Biểu đồ quan hệ tải trọng - độ lún cọc CT2 (nén phá hoại) 91

Hình 5.14: Mô hình tính toán trong Plaxis 92

Hình 5.15:Áp lực nước lỗ rỗng ban đầu, Hình 5.16: Ứng suất hữu hiệu ban đầu 92

Hình 5.17: Mô phỏng chu kỳ 1&2 trong thí nghiệm nén tĩnh cọc CT4 94

Hình 5.18: Gia tải 250% - chu kỳ 2 CT4 95

Hình 5.19: Biểu đồ so sánh quan hệ tải - độ lún cọc CT4 97

Hình 5.20: Nén phá hoại cọc CT4 có gia tải chu kỳ 1 97

Hình 5.21: Kết quả các phase trong Plaxis 98

Hình 5.22: Độ lún ở tải phá hoại cọc CT4 98

Hình 5.23: Biểu đồ quan hệ tải - độ lún CT4 (nén phá hoại cọc) 99

Hình 5.24: Mô hình cọc CT 5 101

Hình 5.25: Trạng thái ứng suất ban đầu của các lớp đất tại vị trí cọc CT5 101

Hình 5.26: Các phase gia tải cọc CT5 103

Hình 5.27: Độ lún cấp gia tải chu kỳ 2 250% Ptk 104

Hình 5.28: Biểu đồ so sánh quan hệ tải trọng – độ lún cọc CT 5 106

Hình 5.29: Nén phá hoại cọc CT5 có gia tải chu kỳ 1 106

Hình 5.30: Độ lún cấp tải nén phá hoại cọc CT 5 107

Hình 5.31: Biểu đồ nén phá hoại cọc CT5 108

Hình 5.32: Biểu đồ nén phá hoại cọc CT5 108

Hình 5.33:Kết quả giải tích phương pháp An Pha(α) sức chịu tải cọc theo DA1-1 111

Hình 5.34: :Kết quả giải tích phương pháp An Pha(α) sức chịu tải cọc theo DA1-2 111 Hình 5.35:Kết quả giải tích phương pháp An Pha(α) sức chịu tải cọc theo DA2 111

x

Hình 5.36: Kết quả giải tích phương pháp An Pha(α) sức chịu tải cọc theo DA3 112

Hình 5 37 :Kết quả giải tích, PTHH sức chịu tải cực hạn cọc CT5 (HK5) 112

Hình 5.38:Kết quả giải tích, PTHH sức chịu tải cực hạn cọc CT4 (HK4) 112

Hình 5.39:Kết quả giải tích, PTHH sức chịu tải cực hạn cọc CT2 (HK2) 113

Hình 5.40:Tải cực hạn qui ước tính phương pháp PTHH 113

Hình 5.41:Kết quả số so sánh tải phá hoại cọc 113

Hình 5.42:So sánh theoTCVN 9393-2012&Eurocode7 từ TN nén tĩnh(Đài cọc

không cứng) 114

Hình 5.43:So sánh theoTCVN 9393-2012&Eurocode7 từ TN nén tĩnh(Đài cọc

đủ cứng) 114

Hình 5.44:So sánh sức chịu tải thiết kế cọc CT2 114

Hình 5.45:So sánh sức chịu tải thiết kế cọc CT4 115

Hình 5.46:So sánh sức chịu tải thiết kế cọc CT5 115

xi

DANH MỤC BẢNG

Bảng 3.1: Bảng tra các hệ số k, Z1 và N’q 26

Bảng 3.2: Hệ số Kc và α 32

Bảng 4.1: Bảng phương pháp thiết móng cọc theo Eurocode 7 37

Bảng 4.2: Bảng hệ số tương quan ξ1, ξ2 48

Bảng 4.3: Bảng hệ số riêng sức chịu tải 49

Bảng 4.4: Tổng hợp phương pháp thiết kế cho nhóm cọc 58

Bảng 4.5: Các hệ số riêng cho thông số đất (γM): (Bảng A.2) 59

Bảng 4.6: Hệ số riêng cho tác động (γF) hoặc hệ quả tác động (γE): (Bảng A.3) 59

Bảng 4.7: Hệ số riêng cho thông số đất nền (γM): (Bảng A.4) 59

Bảng 4.8: Hệ số độ bền riêng (γR) cho cọc nhồi: (Bảng A.7) 60

Bảng 4.9: Giá trị hệ số mô hình của một vài Quốc Gia sử dụng để thiết kế cọc 61

Bảng 5.1: Bảng tra các hệ số sức chịu tải Nc, Nq, N 64

Bảng 5.2:Tổng hợp sức chịu tải cực hạn đất vị trí HK5 67

Bảng 5.3:Tổng hợp sức chịu tải cực hạn đất vị trí HK2 68

Bảng 5.4: Tổng hợp sức chịu tải cực hạn đất vị trí HK4 70

Bảng 5.5:Tổng hợp sức chịu tải cực hạn theo TCVN 10304:2014 70

Bảng 5.6: Kết quả thí nghiệm nén tĩnh 71

Bảng 5.7: Tổng hợp sức chịu tải cọc từ TN nén tĩnh theo Eurocode7 73

Bảng 5.8: Tổng hợp sức chịu tải thiết kế cọc từ TN nén tĩnh theo TCVN 9393-2012 73 Bảng 5.9: Tổng hợp thiết kế cọc theo Eurocode7(Phương pháp Anpha (α)) 77

Bảng 5.10: Tổng hợp thiết kế cọc theo Eurocode7(TCVN 10304:2014) 77

Bảng 5.11:So sánh thiết kế cọc từ kết quả nén tĩnh 77

Bảng 5.12: Các thông số địa chất tại vị trí cọc khoan nhồi CT2 80

Bảng 5.13: Các thông số địa chất tại vị trí cọc khoan nhồi CT4 81

Bảng 5.14: Các thông số địa chất tại vị trí cọc khoan nhồi CT5 82

Bảng 5.15: Bảng thông số gia tải cọc thử CT2 84

xii

Bảng 5.16: Bảng kết quả chuyển vị cọc thử CT2 87

Bảng 5.17: Bảng thông số gia tải cọc thử CT4 93

Bảng 5.18: Chuyển vị cọc thử CT4 96

Bảng 5.19: Bảng thông số gia tải cọc thử CT5 102

Bảng 5.20: Kết quả chuyển vị cọc CT5 105

Bảng 5.21:Tổng hợp tải tới hạn qui ước cọc theo TCVN 9393-2012 108

Bảng 5.22: Tổng hợp sức chịu tải cọc theo TCVN 9393-2012 109

Bảng 5.23: Tổng hợp sức chịu tải cực hạn theo phương pháp giải tích 109

Bảng 5.24 Tổng hợp sức chịu tải cực hạn tính theo TCVN 10304:2014 109

Bảng 5.25: Tổng hợp SCT cực hạn cọc tính theo phương pháp giải tích, PP số 109

Bảng 5.26: Bảng tổng hợp thiết kế cọc theo Eurocode 7 (phương pháp An Pha(α)) 110 Bảng 5.27:Bảng tổng hợp thiết kế cọc theo TCVN 9393-2012 110

Bảng 5.28: Tổng hợp sức chịu tải thiết cọc từ TN nén tĩnh theo Eurocode7 110

Bảng 5.29: Tổng hợp tải phá hoại nền đất vị trí dưới mũi cọc PP PTHH 110

Bảng 5.30:So sánh thiết kế cọc TCVN 9393-2012, Eurocode7 110

xiii

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

CPT: Cone Penetration Test

DA: Design Approach

EN: Eurocode design

SLS: Service limit state

SPT: Standard penetration test

PDA: Pile Driving Analyzer

ULS: Ultimate limit state

14

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1Cơ sở hình thành luận văn:

-Cọc khoan nhồi hiện nay có thể nói là giải pháp chủ yếu để giải quyết kỹ thuật móng

sâu, trong các điều kiện địa chất đất yếu hoặc địa chất phức tạp, đặc biệt là trong vùng hang động Castơ Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển của các công trình xây dựng quy mô lớn, móng cọc khoan nhồi ngày càng trở thành một hình thức móng sâu được dùng nhiều cho các công trình xây dựng, giao thông, thuỷ lợi, công nghiệp, nhà cao tầng và đặc biệt là trong các công trình cầu Sở dĩ việc áp dụng cọc khoan nhồi trong xây dựng cầu đường ô tô ở nước ta phát triển mạnh chủ yếu vì cọc khoan nhồi có các ưu điểm cơ bản như: Thiết bị đơn giản, thi công dễ dàng, đầu tư ít và đặc biệt là biến các công việc thi công dưới nước trở thành thi công trên mặt nước, nó phù hợp với thực tế nhiều sông suối của Việt Nam nói chung và thành phố Hồ Chí Minh nói riêng

-Người Kỹ sư đứng trước những bài toán này cần có trong tay một công cụ mạnh hơn

để có thể thiết kế, xây dựng tức là những tiêu chuẩn cho các công trình qui mô đó Khi

ta chưa có điều kiện để làm được nghiên cứu cho chính mình và lập ra các tiêu chuẩn thì việc sử dụng tiêu chuẩn của các nước tiên tiến là hướng đi đúng nhưng đi kèm theo việc này cần cập nhật thông tin đầy đủ để có thể sử dụng các tiêu chuẩn này một cách

tự tin

Trong thiết kế nền móng, có thể chia làm hai loại là móng nông và móng sâu (hay, móng cọc) Móng nông được sử dụng cho lớp đất gần mặt đất, nơi xuất hiện ứng suất tương đối lớn, đủ chịu được tác động của kết cấu bên trên mà không xảy ra ứng suất phá hoại cho kết cấu do lún Trường hợp này, thường chỉ sử dụng cho những công trình có tác động tương đối nhỏ Đối với những công trình có tác động lớn (như nhà cao tầng, trụ cầu,…) hay những vùng đất có lớp đất bên trên tương đối yếu, thì phương

án móng cọc là hữu hiệu, vì cần lớp đất “tốt” hơn để chịu tác động lớn

Do nhu cầu phát triển của xã hội, trên một phạm vi diện tích nhất định mà có thể chịu được tải trọng lớn của các kết cấu công trình bên trên, giải pháp móng cọc khoan nhồi

là hữu hiệu và được sử dụng phổ biến nhất hiện nay Để tạo ‘một tiếng nói chung trong thiết kế, thẩm định và thi công các dự án, sử dụng phương án móng cọc nói chung và móng cọc nhồi nói riêng giữa các Quốc Gia với nhau, bộ tiêu chuẩn Eurocode cũng

15

như Eurocode 7 - Thiết kế địa kỹ thuật sẽ giải quyết được vấn đề này Nhằm để hiểu rõ

hơn về tiêu chuẩn Eurocode và việc áp dụng vào thiết kế móng, luận văn này sẽ được

trình bày : “Nghiên cứu tính toán sức chịu tải cọc khoan nhồi theo tiêu chuẩn TCVN 10304:2014 và Eurocode7, trên cơ sở so sánh với thí nghiệm nén tĩnh”

Do đó, một sự kết hợp chặt chẽ giữa 2 khuynh hướng cơ sở lý thuyết vững chắc có ý nghĩa lý luận thực tiễn trong việc xác định đúng đắn và tin cậy giá trị Pgh của công tác thử tải nén tĩnh cọc Sự ra đời TCVN 10304:2014 trên cơ sở tham khảo “SP 24.13330.2011 (SNiP 2.02.03-85) Móng cọc” của Liên Bang Nga gồm: phạm vi ứng dụng, các tài liệu viện dẫn, các thuật ngữ và định nghĩa, các nguyên tắc chung, các yêu cầu đối với khảo sát địa chất công trình, các loại cọc TCVN 10304:2014 cung cấp các công thức tính toán sức chịu tải của cọc khoan nhồi từ Tiêu chuẩn hiện hành của Nhật Bản là một trong những nước rất phát triển về kỹ thuật thiết kế nền móng, cho các công trình nhà cao tầng và giao thông

Việc cần phải có một tiêu chuẩn khác đầy đủ, toàn diện và cập nhật những thành tựu mới về móng cọc để thay thế tiêu chuẩn cũ “TCXDVN 205-1998” bằng “Móng cọc – Tiêu chuẩn thiết kế” là việc làm đúng đắn, tuy hơi muộn, nhưng đáp ứng được đòi hỏi hiện nay trong lĩnh vực móng cọc từ khâu khảo sát, thiết kế, thi công, thí nghiệm và quan trắc

1.2 Mục tiêu nghiên cứu:

-Nghiên cứu tính toán sức chịu tải cọc khoan nhồi dựa trên thí nghiệm nén tĩnh hiện trường theo tiêu chuẩn TCVN 10304:2014, Eurocode 7

-Lập mô hình tính toán sức chịu tải cọc khoan nhồi bằng phương pháp phần tử hữu hạn với sự hỗ trợ của phần mềm Plaxis 2D

- So sánh các kết quả tính toán sức chịu tải của cọc khoan nhồi theo phương pháp giải tích, phương pháp phần tử hữu hạn và thí nghiệm nén tĩnh hiện trường

1.3 Phạm vi và đối tượng nghiên cứu:

Do tính chất phức tạp của đất nền, cũng như giới hạn của tài liệu thu thập được của đề tài, đề tài này chỉ giới hạn công trình xây dựng ở địa điểm:623 Quốc lộ 13, Phường Hiệp Bình Phước, Quận Thủ Đức, TP.Hồ Chí Minh Đề tài phân tích tính toán sức chịu tải của 03 cọc khoan nhồi (cọc đơn) gồm: cọc thử CT2, CT4, CT5 có kích thước đường kính cọc 1m, chiều dài 65m, bê tông cốt thép (bê tông mác 300, thép A II)

16

Tên Công trình: Tổ Hợp căn hộ Sông Đà RIVERSIDE

Đề tài không nghiên cứu sức chịu tải của nhóm cọc, chỉ nghiên cứu, tính toán, và so

sánh kết quả sức chịu tải cọc khoan nhồi (cọc đơn ) trên cơ sở Thí nghiệm nén tĩnh

theo 2 Tiêu chuẩn TCVN 10304:2014 và Tiêu chuẩn Eurocode 7

1.4 Phương pháp nghiên cứu:

Trong luận văn sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau:

-Phương pháp giải tích để tính toán sức chịu tải cọc dựa trên tiêu chuẩn

TCVN10304:2014, Eurocode 7

-Phương pháp phần tử hữu hạn, tính sức chịu tải cọc, đối xứng trục (Axisymmetry)

trong phần mềm Plaxis 2D

-Phương pháp bán thực nghiệm, nén tĩnh 3 cọc thử, tiêu chuẩn TCVN 9393-2012

-So sánh kết quả với thí nghiệm nén tĩnh

1.5 Ý nghĩa nghiên cứu:

Đề tài: “Nghiên cứu tính toán sức chịu tải cọc khoan nhồi theo tiêu chuẩn TCVN

10304:2014 và Eurocode7,trên cơ sở so sánh với thí nghiệm nén tĩnh”

-Kết quả của nghiên cứu sẽ góp phần vào công tác tính toán sức chịu tải của cọc và

tiêu chuẩn thiết kế móng có độ tin cậy và cơ sở khoa học

-Đề tài nghiên cứu sẽ giúp người thiết kế so sánh chọn lựa phương pháp thiết kế móng

cọc nói chung và cọc khoan nhồi sẽ chính xác, hợp lý hơn

1.6 Kết cấu luận văn:

Chương 1: Giới thiệu

Chương 2: Cơ sở tổng quan nghiên cứu

Chương 3: Nội dung của TCVN 10304:2014, tính sức chịu tải giới hạn cọc TCVN

9393-2012

Chương 4: Nội dung của Tiêu chuẩn Eurocode 7

Chương 5: Xử lý số liệu, tính toán, so sánh kết quả:TCVN 10304:2014, Eurocode 7,

phần mềm Plaxis 2D

Chương 6: Kết luận và kiến nghị

Tài liệu tham khảo

Phụ lục

Thí nghiệm được tiến hành bằng phương pháp dùng tải trọng nén tĩnh ép dọc trục cọc sao cho dưới tác dụng của lực ép, cọc lún sâu thêm vào đất nền Tải trọng tác dụng lên đầu cọc được thí nghiệm bằng kích thủy lực với hệ phản lực là dàn chất tải, neo hoặc kết hợp cả 2 Các số liệu về tải trọng, biến dạng, chuyển vị thu được trong quá trình thí nghiệm là cơ sở để phân tích, đánh giá sức chịu tải và mối quan hệ tải trọng, chuyển vị của cọc trong đất nền.“Qui trình nén tĩnh cọc theo TCVN 9393:2012”

Sơ đồ bố trí thiết bị thí nghiệm

Hình 2.1: Gia tải bằng kích thủy lực dàn chất tải và đối trọng làm phản lực [6]

Hình 2.2: Gia tải bằng kích thủy lực, dùng cọc neo làm phản lực [6]

18

Hình 2.3: Gia tải bằng kích thủy lực, dùng dàn chất tải và đối trọng kết hợp cọc neo[6]

Hình 2.4: Sơ đồ bố trí hệ kích thủy lực và hệ đo đạc trong thí nghiệm nén tĩnh [6]

Hình 2.5: Hình minh họa sử dụng đối trọng để nén tĩnh cọc [20]

19

Hình 2.6: Hình minh họa sử dụng neo để nén tĩnh cọc [20]

Hình 2.7: Thi công cọc khoan nhồi [20]

Sơ đồ thử tải xuất phát từ tính mô phỏng của “ổn định và động lực công trình” khi tìm

giá trị P tới hạn Trạng thái chịu lực cũng được chuẩn hóa bằng cách Tác dụng lực tập trung tĩnh, tác dụng đúng tâm – dọc trục, nghĩa là không có mômen và không có tác dụng động nhằm tạo ra bộ số liệu thuần khiết

Hiện nay, khi tính toán sức chịu tải của cọc, người thiết kế chủ yếu dựa vào số liệu

từ các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm và kết quả tính toán sức chịu tải của cọc còn khác nhiều so với thực tế Các thí nghiệm trong phòng còn tồn tại nhiều hạn chế do điều kiện lấy mẫu hiện trường, vận chuyển và bảo quản mẫu cũng như việc tiến hành các thí nghiệm trọng phòng không có độ chính xác cao, nguyên nhân có thể là do thiết

bị, con người…

Sau khi tính toán sức chịu tải của cọc khoan nhồi theo các cơ sở lý thuyết khác nhau, dẫn đến kết quả sức chịu tải của cọc sẽ khác nhau, làm cho việc xác định sức

20

chịu tải của cọc gần đúng với thực tế là một vấn đề khó khăn hiện nay đối với các nhà thiết kế Trước khi triển khai thi công các cọc một cách đại trà, các nhà thiết kế thường thiết kế một số cọc thử và sử dụng các phương pháp thí nghiệm hiện trường như: thí nghiệm nén tĩnh, thử động PDA, thí nghiệm Osterberg để xác định sức chịu tải của cọc, từ đó tiến hành thiết kế và thi công các cọc đại trà Tuy nhiên, việc thực hiện các thí nghiệm nói trên là tương đối phức tạp và rất tốn kém Do vậy, cần có thêm nhiều phương pháp tính toán khác để xác định sức chịu tải của cọc gần đúng với thực tế nhất, nhằm giúp cho người thiết kế có thêm nhiều cơ sở để xác định sức chịu tải của cọc Quan hệ giữa P và S trong thử tải cọc :

Trong mọi trường hợp đều cần tạo PVL lớn hơn tất cả các giá trị về P

Thực tế cho thấy hiệu quả nhiều mặt rất đáng kể, khó có thể bỏ qua,vai trò quan trọng của Pmax

Theo nguyên tắc của Khoa học thực nghiệm, giá trị thật của Pgh phải ứng với chuyển vị S đạt đến TTGH được ký hiệu là S Để có S, Pmax phải đạt P, tức gây phá hoại qui ước ở nền cọc Chỉ cần sau đó một vài ngày, chất lượng đàn hồi của nền cọc

sẽ được khôi phục (theo nguyên lý Reversible) và trở lại trạng thái làm việc bình thường Vì vậy, không nên e ngại trong việc chọn Pmax đủ lớn Chỉ cần tạo điều kiện để cọc thí nghiệm có PVL > P Đây là sự quan tâm có ý nghĩa lớn của các chủ đầu tư khi giao trách nhiệm cho các nhà sản xuất cọc [18]

Giá trị tải thí nghiệm Pmax đóng vai trò quan trọng, quyết định chất lượng của Pgh

và tất cả các đặc trưng kế tiếp Để có độ tin cậy cao, Pmax= P Nếu khai thác cọc với

Pmax = P sẽ lợi hơn khi Pmax = 2PTK ; Pmax = 3PTK khoảng từ 15 – 20% chi phí móng cọc

Ngoài ra không nên thí nghiệm cọc ngoài móng gây lãng phí vì rất khó xảy ra phá hoại cọc (với điều kiện ở cọc thí nghiệm có PVL > Pmax) mà chỉ là “phá hoại qui ước” nền cọc mà thôi Sau vài ngày, nền cọc được khôi phục và cọc sẽ vẫn được sử dụng như bình thường

21

Nếu chọn Pgh quá bé so với thực tế sẽ làm tăng đáng kể chi phí móng cọc Ngược lại, nếu chọn Pgh quá lớn, tuổi thọ công trình sẽ âm thầm rút ngắn Vì vậy chọn Pghphù hợp tùy thuộc vào kiến thức chuyên sâu của người làm công tác xử lý kết quả thí nghiệm

2.2.Tình hình nghiên cứu trên thế giới:

Cho đến nay, đã có nhiều nhà khoa học trên thế giới nghiên cứu dựa trên lý thuyết được thực hiện nhằm dự đoán khả năng chịu tải của cọc khoan nhồi, theo nhiều quan

niệm khác nhau như: Terzaghi, Meyerhof, Vesic…

Hình 2 8:Các giả thiết về mặt trượt của đất dưới mũi cọc [20]

Một số công trình tiêu biểu có thể kể đến như:

+ Issa Shooshpasha1, Ali Hasanzadeh 2 and Abbasali Taghavi3

Babol Noshirvani “Dự đoán khả năng chịu Tải dọc trục của cọc theo chỉ số SPT và dựa trên phương pháp số ” Đại học Kỹ thuật , Iran [14]

Các Tác giả sử dụng dữ liệu chỉ số thí nghiệm SPT Xác định khả năng chịu lực của cọc, từ dữ liệu thử nghiệm tại chỗ như một bổ sung phân tích tĩnh và động được sử dụng bởi các kỹ sư địa kỹ thuật Việc chấp nhận số liệu, tính toán phân tích các vấn đề địa kỹ thuật và phương pháp phần tử hữu hạn được sử dụng trong thiết kế cơ sở Các Tác giả sử dụng các phương pháp tiếp cận khác nhau để ước lượng khả năng chịu lực của cọc từ dữ liệu SPT, so sánh kết quả tính toán của phương pháp số và thực nghiệm

+ Lianyang Zhang, Jin-Jian Chen “Ảnh hưởng của sự tương quan không gian của các

dữ liệu thử nghiệm xuyên tiêu chuẩn(SPT), về khả năng chịu lực của cọc trong

22

cát”.Các Tác giả nghiên cứu, ảnh hưởng của sự tương quan không gian của các dữ liệu

thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn(SPT), về khả năng chịu Tải của cọc trong cát.[17]

+ K K Kudmetha, A Dey “Sự không chắc chắn trong việc dự đoán khả năng chịu tải của cọc trong đất cát, sử dụng dữ liệu thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT)”Các Tác giả nghiên cứu: Mức độ phân tán dữ liệu thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn ở đầu ra đã được

xác định sẽ gián tiếp ảnh hưởng đến mức độ không chắc chắn trong việc sử dụng các mối tương quan khác nhau.[15]

Có hai phương pháp tiếp cận chính, phương pháp trực tiếp và gián tiếp Phương pháp trực tiếp áp dụng các giá trị NSPT Phương pháp gián tiếp sử dụng hệ góc ma sát và các giá trị sức kháng cắt không thoát nước, ước tính dựa trên dữ liệu từ các lý thuyết tính toán khác nhau.

Bỏ qua sự tương quan không gian này sẽ đánh giá thấp khả năng chịu Tải của cọc và dẫn đến thiết kế không an toàn

Các kết quả của nghiên cứu này có thể được mở rộng hơn nữa để phân tích độ tin cậy của việc sử dụng các mối tương quan

2.3 Tình hình nghiên cứu trong nước:

Tại Việt Nam, một số công trình nghiên cứu về sức chịu tải cọc khoan nhồi Trong

đó có thể kể đến như:

+ Lâm văn Đức (2011) trong luận văn cao học “Nghiên Cứu Tiêu Chuẩn Thiết Kế Eurocode & Áp Dụng Phân Tích - Tính Toán Cọc Khoan Nhồi Nhà Cao Tầng Tại Việt Nam” ĐH Bách Khoa TpHCM Tác giả phân tích ưu điểm và nhược điểm áp dụng tiêu

chuẩn thiết kế Eurocode, tính sức chịu tải cọc khoan nhồi trên cơ sở thí nghiệm nén tĩnh [16]

+ Nguyễn Viết Tuấn(2014) trong luận văn cao học “Nghiên cứu sức chịu tải cọc khoan nhồi trên cơ sở thí nghiệm nén tĩnh theo tiêu chuẩn cơ sở 01:2011/sl và tiêu chuẩn Eurocode 7” ĐH Bách Khoa TpHCM Tác giả nghiên cứu sức chịu tải cọc khoan nhồi

theo phương pháp đồ thị, quan hệ Tải trọng – Độ lún trong thí nghiệm nén tĩnh, thiết

kế cọc theo Eurocode 7 [18]

+ Ngô Đình Sơn (2011) báo cáo đề tài “ Đánh giá sức chịu tải của cọc khoan nhồi đơn

qua số liệu nén tĩnh trên địa bàn thành phố Đà Nẵng” Sở GTVT TP Đà Nẵng.Tác giả nghiên cứu, thống kê sức chịu tải thiết kế cọc khoan nhồi các công trình đã thực hiện

23

xong và so sánh với các cọc khoan nhồi đang thi công, tại địa bàn Thành phố Đà Nẵng

Sử dụng TCXD 205:1998, TCXDVN 269:2002, tính toán, mô hình trong Plaxis 3D

So sánh các kết quả, đưa ra hệ số điều chỉnh giữa kết quả thực tế và trong tính toán của phương pháp giải tích, phương pháp số [19]

Các nghiên cứu trên chưa sử dụng mô hình tính toán trong phần mềm Plaxis 2D, đối xứng trục, mô hình Hardening Soil để có kết quả sai số gần với thực tế hơn Chưa sử dụng mô hình nén phá hoại cọc trong phần mềm Plaxis 2D, đối xứng trục Dự đoán Tải cực hạn, Tải phá hoại cọc trong giai đoạn thiết kế cơ sở

24

CHƯƠNG 3: NỘI DUNG CỦA TCVN 10304:2014,TÍNH SỨC CHỊU TẢI GIỚI HẠN CỌC TCVN 9393-2012

3.1 Sức chịu tải cọc được tính toán theo công thức:

Hình 3 1: Nền đất xung quanh cọc khi chịu tải cực hạn [21]

Lý thuyết về sức chịu tải cọc thẳng đứng , nếu nền đất rất tốt , thì vật liệu cọc bị phá hoại trước khi nền bị phá hoại ,theo lý thuyết này sức chịu tải bao gồm 2 thành phần :sức chịu tải cực hạn của nền dưới mũi cọc và sức chịu tải cực hạn của ma sát thành cọc

Công thức chung xác định sức chịu tải cực hạn R c u, tính bằng kN,của cọc theo đất là:

R c u, q A b b u f l i i (3.1) (phụ lục G, TCVN 10304:2014)

Trong đó :

q b : cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc,

A b: diện tích tiết diện ngang mũi cọc, lấy như sau:

đối với cọc đóng hoặc ép nhồi và cọc khoan nhồi:

- không mở rộng mũi: lấy bằng diện tích tiết diện ngang của cọc;

- có mở rộng mũi: lấy bằng diện tích tiết diện ngang lớn nhất của phần mở rộng;

- đối với cọc ống độn bê tông lòng và cọc ống có bịt mũi: lấy bằng diện tích mặt cắt ngang toàn bộ của ống;

u : chu vi tiết diện ngang cọc;

l : chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất thứ “i”

Cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc q b được tính theo công thức (3.2)

3.2 Sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cường độ của đất nền:

Sức chịu tải cực hạn của cọc xác định theo công thức (3.1)

Cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc q b được tính theo công thức:

N’c, N’q là các hệ số sức chịu tải của đất dưới mũi cọc;

Cọc đóng

Cọc khoan nhồi và Barrette

Cọc đóng

Cọc khoan nhồi và Barrette

3.3 Cường độ sức kháng trung bình trên thân cọc fi có thể xác định như sau:

Đối với đất dính cường độ sức kháng trung bình trên thân cọc trong lớp đất thứ i có thể xác định theo phương pháp , theo đó fi được xác định theo công thức:

fi = α Cu,i (3.5) (phụ lục G, TCVN 10304:2014)

trong đó:

Cu,i là cường độ sức kháng không thoát nước của lớp đất dính thứ “i”;

α là hệ số phụ thuộc vào đặc điểm lớp đất nằm trên lớp dính, loại cọc và phương pháp

hạ cọc, cố kết của đất trong quá trình thi công và phương pháp xác định Cu Khi không đầy đủ những thông tin này có thể tra α trên biểu đồ Hình 3.3(theo Phụ lục A của tiêu chuẩn AS 2159 -1978)

Hình 3.2: Biểu đồ xác định hệ số α

27

Đối với đất rời, cường độ sức kháng trung bình trên thân cọc trong lớp đất cát thứ “i”:

' ,

. v z.

f k  tg (3.6) (phụ lục G, TCVN 10304:2014) trong đó:

Trên đoạn cọc có độ sâu nhỏ hơn Z L ,

' ,

. v z

f k  Trên đoạn cọc có độ sâu bằng và lớn hơn Z L ,

' ,

. v Zl

f k 

3.4 Xác định sức chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT

3.4.1 Công thức của Meyerhof (1956) :

a-/ Sức chịu tải cực hạn : xác định theo công thức:

R c u, q A b b u f l i i (kN) (3.1)

Đối với trường hợp nền đất rời, Meyerhof (1956) kiến nghị công thức xác định cường

độ sức kháng của đất dưới mũi cọc q b và cường độ sức kháng của đất ở trên thân cọc

28

p

N là chỉ số SPT trung bình trong khoảng 4d phía dưới và 1d phía trên mũi cọc;

2

k là hệ số lấy bằng 2,0 cho cọc đóng và 1,0 cho cọc khoan nhồi;

u: là chu vi tiết diện ngang cọc;

h: là chiều sâu hạ cọc;

Ns,i: là chỉ số SPT trung bình của lớp đất thứ “i” trên thân cọc

fi : là cường độ sức kháng của đất theo thân cọc

-trong các lớp đất rời fi = k2.N s,i (3.8)

Nc,i: là chỉ số SPT trong đất dính của lớp đất thứ i trên thân cọc

Chú thích: Trường hợp mũi cọc được hạ vào lớp đất rời còn trên phạm vi chiều dài cọc có cả đất rời và đất dính thì fi trong lớp đất rời tính theo công thức (3.8), còn fi trong lớp đất dính tính theo phương pháp α theo công thức (3.5), hoặc theo công thức (3.11)

b-/ Sức chịu tải của đất nền với điều kiện:TCVN 10304:2014

Đối với cọc chịu nén: Đối với cọc chịu kéo:

R R



 (3.12)

Trong đó,

Nc,d và Nt,d là trị tính toán tải trọng nén và tải trọng kéo tác dụng lên cọc

Rc,d và Rt,d là trị tính toán sức chịu tải trọng nén và sức chịu tải trọng kéo của cọc

Rc,k và Rt,k là trị tiêu chuẩn sức chịu tải trọng nén và sức chịu tải trọng kéo của cọc, được xác định từ các trị riêng sức chịu tải trọng nén cực hạn Rc,u và sức chịu tải trọng kéo cực hạn Rt,u

o

 là hệ số điều kiện làm việc (bằng 1 đối với cọc đơn ,bằng 1,15 trong móng nhiều cọc)

 là hệ số tin cậy theo đất lấy như sau:

a) Trường hợp cọc treo chịu tải trọng nén trong móng cọc đài thấp có đáy đài nằm trên lớp đất tốt, cọc chống chịu nén không kể đài thấp hay đài cao lấy k = 1,4 (1,2) Riêng trường hợp móng một cọc chịu nén dưới cột, nếu là cọc đóng hoặc ép chịu tải trên 600

kN, hoặc cọc khoan nhồi chịu tải trên 2500 kN thì lấy k = 1,6 (1,4);

b) Trường hợp cọc treo chịu tải trọng nén trong móng cọc đài cao, hoặc đài thấp có đáy đài nằm trên lớp đất biến dạng lớn, cũng như cọc treo hay cọc chống chịu tải trọng kéo trong bất cứ trường hợp móng cọc đài cao hay đài thấp, trị số k lấy phụ thuộc vào số lượng cọc trong móng như sau:

Giá trị của k trong (…) dùng cho trường hợp sức chịu tải của cọc xác định bằng thí nghiệm thử tải tĩnh tại hiện trường; giá trị ngoài (…) dùng cho trường hợp sức chịu tải của cọc xác định bằng các phương pháp khác

3.4.2 Công thức của Viện kiến trúc Nhật Bản (1988):

Sức chịu tải cực hạn của cọc xác định theo công thức (3.1) được viết lại dưới dạng:

R c u, q A b b u (f l c i c i, ,  f l s i s i, ,) (3.13) (phụ lục G, TCVN 10304:2014)Trong đó:

b

q là cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc xác định như sau:

Khi mũi cọc nằm trong đất rời q b= 300 Np cho cọc đóng (ép) và q b = 150 Np cho cọc khoan nhồi

L

f : là hệ số điều chỉnh theo độ mảnh h/d của cọc đóng, xác định theo biểu đồ trên Hình 3.3b;

Hình 3.3 : Biểu đồ xác định các hệ số f L và p(Semple và Rigden.1984)

Biểu đồ xác định các hệ số f L và p trên hình 3.4 là do Semple và Rigden xác lập (1984)

31

Đối với cọc khoan nhồi, cường độ sức kháng trên đoạn cọc nằm trong lớp đất rời thứ i tính theo công thức (3.14) ), còn cường độ sức kháng trên đoạn cọc nằm trong lớp đất dính thứ i tính theo công thức (3.15) với f L = 1;

Np : là chỉ số SPT trung bình trong khoảng 1d dưới và 4d trên mũi cọc;

u

c : là cường độ sức kháng cắt không thoát nước của đất dính, khi không có số liệu sức kháng cắt không thoát nước c u xác định trên các thiết bị thí nghiệm cắt đất trực tiếp hay thí nghiệm nén ba trục có thể xác định từ thí nghiệm nén một trục nở

ngang tự do (

2

u u

l là chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất dính thứ “i”;

u : là chu vi tiết diện ngang cọc; u=π.d.Lcọc

d : là đường kính tiết diện cọc tròn, hoặc cạnh tiết diện cọc vuông

3.4.3 Sức chịu tải của cọc theo sức kháng mũi xuyên tĩnh q c :

Ngoài phương pháp xác định sức chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh trong các điều 7.3.6 – 7.3.8 trong TCVN 10304:2014 “Móng cọc – Tiêu chuẩn thiết kế”, có thể xác định sức chịu tải của cọc công thức :

R q A u f l (3.16) (phụ lục G TCVN 10304:2014)

33

Bảng 3.2: Hệ số Kc và α

3.5 Xác định sức chịu tải giới hạn cọc đơn từ kết quả nén tĩnh:

Theo tiêu chuẩn TCVN 9393:2012 sức chịu tải giới hạn của cọc đơn được xác định bằng các phương pháp sau:

3.5.1 Xác định sức chịu tải giới hạn theo chuyển vị giới hạn quy ước

Trên đường cong quan hệ tải trọng - chuyển vị, sức chịu tải giới hạn P gh là tải trọng quy ước ứng với chuyển vị giới hạn quy ước, Sgh Bảng E.1 giới thiệu một số giá trị P gh

và S gh theo đề nghị của các tác giả khác nhau

Bảng 3.3: Giá trị sức chịu tải giới hạn ứng với chuyển vị giới hạn theo các đề nghị khác nhau

34

Chuyển vị giới hạn Điều kiện áp dụng Phương pháp đề nghị

10 % D Các loại cọc Tiêu chuẩn Pháp DTU 13-2

Tiêu chuẩn Anh BS 8004: 1986 Tiêu chuẩn Nhật JSF 1811 - 1993

2 S max P gh ứng với 1/2 S gh

S max ứng với 0,9P

Brinch Hansen Thụy Điển

Cọc có L/D từ 80 đến 100 Trung Quốc

3.5.2 Xác định sức chịu tải giới hạn theo phương pháp đồ thị

Sức chịu tải giới hạn được xác định dựa trên hình dạng đường cong quan hệ tải trọng -

chuyển vị S = f(P), logS = f(logP), trong nhiều trường hợp cần kết hợp với các đường cong khác như S = f(logt), P = f(S/logt) Tùy thuộc vào hình dạng đường cong quan

hệ tải trọng - chuyển vị, sức chịu tải giới hạn được xác định theo một trong hai trường hợp sau:

a) Trường hợp đường cong có điểm uốn rõ ràng: sức chịu tải giới hạn được xác định trực tiếp trên đường cong, là tải trọng ứng với điểm đường cong bắt đầu thay đổi độ dốc đột ngột hoặc đường cong gần như song song với trục chuyển vị;

b) Trường hợp đường cong thay đổi chậm, rất khó hoặc không thể xác định chính xác điểm uốn: sức chịu tải giới hạn được xác định theo các phương pháp đồ thị khác nhau Tùy thuộc vào quy trình gia tải, loại cọc thí nghiệm và điều kiên đất nền, có thể áp dụng một trong các phương pháp đồ thị sau đây để xác định sức chịu tải giới hạn của cọc, trong đó

35

c) Phương pháp De Beer, phương pháp Chin, phương pháp 80 % của Brinch Hansen là các phương pháp thích hợp xác định sức chịu tải từ kết quả thí nghiệm theo quy trình gia tải tốc độ chậm;

d) Phương pháp Davission, phương pháp Fuller và Hoy, phương pháp Butler và Hoy là các phương pháp thích hợp xác định sức chịu tải từ kết quả thí nghiệm theo quy trình gia tải tốc độ nhanh;

e) Phương pháp 90 % của Brinch Hansen là phương pháp thích hợp xác định sức chịu tải từ kết quả thí nghiệm theo quy trình gia tải tốc độ với tốc độ chuyển vị không đổi CRP

Các bước để rút ra tải cực hạn cọc như sau:

1.Vẽ biểu độ đường cong tải trọng – độ lún (trên đồ thị thông thường);

2.Vẽ hai tiếp tiếp ứng với đường cong;

3.Giao điểm của hai tiếp tuyến này là sức chịu tải cọc cực hạn Qu

Hình 3.4 Ví dụ xác định tải cực hạn cọc Qu theo phương pháp De Beer

Từ biểu đồ trên, ta rút ra tải cực hạn tác động lên cọc là Qu ≈ 190T, ứng với độ lún Sf ≈ 8.5mm.Phương pháp De Beer không phải lúc nào cũng xác định được dễ dàng hai đường thẳng tiếp tuyến này.Đối với cọc khoan nhồi, theo phương pháp De Beer thì sức

chịu tải cực hạn của cọc ứng với chuyển vị giới hạn là 2.5% đường kính cọc (Phụ lục

E, TCXDVN 269:2002), De Beer hay TCXDVN 269:2002 - Cọc - Phương pháp thí nghiệm bằng tải trọng tĩnh ép dọc trục thì chọn hệ số an toàn FS = 2.0.(FSs =1.5-2.0;

FS p=2.0-3.0) Sức chịu tải thiết kế là:Qa=Qu/FS

36

Theo phụ lục H của EN 1997-1:2004, độ lún giới hạn cho phép đối với móng đơn là 50mm Sức chịu tải cực hạn của cọc ứng với chuyển vị đầu cọc 10% đường kính cọc Sức chịu tải giới hạn bằng sức chịu tải lớn nhất khi dừng thí nghiệm (trường hợp phải dừng thí nghiệm sớm hơn dự kiến do điều kiện gia tải hạn chế)

Sức chịu tải giới hạn được lấy bằng cấp tải trọng trước cấp tải gây ra phá hoại vật liệu cọc

3.5.3 Phương pháp xác định sức chịu tải cho phép:

Sức chịu tải cho phép thường được xác định bằng sức chịu tải giới hạn hoặc tải trọng

phá hoại chia cho hệ số an toàn Thông thường hệ số an toàn F s = 2, tuy nhiên việc áp

dụng hệ số an toàn cao hơn hoặc thấp hơn do thiết kế quyết định tùy thuộc vào mức độ quan trọng của công trình, điều kiện đất nền, đặc điểm cọc và phương pháp thí nghiệm

-Hệ số an toàn F s > 2 thường được áp dụng cho các trường hợp sau:

a) Khi xác định P gh từ đường cong quan hệ tải trọng - chuyển vị phát triển chậm khó xác định điểm uốn;

b) Đối với cọc ma sát trong đất dính từ dẻo mềm đến dẻo chảy;

c) Đối với cọc thí nghiệm thăm dò khác về chủng loại, kích thước hoặc chiều dài của cọc được dùng sau này;

d) Số lượng cọc thí nghiệm hạn chế trong điều kiện đất nền phức tạp, địa tầng thay đổi mạnh;

e) Đối với công trình quan trọng đòi hỏi yêu cầu cao về độ lún

-Hệ số an toàn F s < 2 có thể được áp dụng đối với các trường hợp sau:

a) Khi P gh xác định từ điểm uốn rõ ràng trên đường cong quan hệ tải trọng - chuyển vị; b) Đối với cọc thí nghiệm kiểm tra trong điều kiện thuận lợi phù hợp với điều kiện thiết kế;

c) Đối với cọc thí nghiệm có kết quả gần phù hợp với các phương pháp khác;

d) Trong cùng một hiện trường có điều kiện đất nền đồng nhất, kết quả thí nghiệm của các cọc sai lệch không đáng kể;

e) Khi có kết quả đo chính xác chuyển vị mũi cọc và dọc thân cọc

37

CHƯƠNG 4:NỘI DUNG TIÊU CHUẨN EUROCODE 7

4.1 TỔNG QUAN VỀ EUROCODE:

Bộ Eurocode gồm 10 tiêu chuẩn sử dụng thiết kế nhà và các công trình dân dụng khác

Bộ tiêu chuẩn này được chia thành 58 phần và các phụ lục kèm theo của các quốc gia

sử dụng Eurocode Nội dung tổng quan về bộ Eurocode có liên quan đến thiết kế móng cọc nhồi bao gồm:

Eurocode – Cơ sở thiết kế kết cấu (EN 1990): bao gồm những nguyên tắc và những

yêu cầu về sự an toàn, khả năng sử dụng và tuổi thọ của kết cấu; cung cấp những yêu cầu cơ bản để thiết kế và kiểm tra; đưa ra những chỉ dẫn về độ tin cậy của công trình Eurocode 0 này là nền tảng cho toàn bộ Eurocode

Eurocode 1 – Tác động lên kết cấu (EN 1991): tiêu chuẩn này hướng dẫn sử dụng tác

động trong thiết kế nhà và các công trình dân dụng khác, bao gồm những công trình liên quan đến đất nền.[8]

Eurocode 2 – Thiết kế kết cấu bê tông (EN 1992): tiêu chuẩn này sử dụng để thiết kế

bê tông cốt thép và bê tông dự ứng lực cho công trình nhà và các công trình dân dụng khác.[9]

Eurocode 7 – Thiết kế địa kỹ thuật (EN 1997): bao gồm những yếu tố liên quan đến đất nền khi thiết kế nhà và các công trình dân dụng

Eurocode 8 – Thiết kế kết cấu chịu động đất (EN 1998): dùng để thiết kế và thi công

các công trình nhà và công trình dân dụng khác trong vùng có động đất EN 1998 cung cấp thêm những qui tắc thiết kế nhằm hỗ trợ thêm những tiêu chuẩn về độ bền cho bê tông, thép, và các loại vật liệu khác

Eurocode 7 đưa ra 3 phương pháp thiết kế móng cọc, được tóm tắt trong bảng sau:

Bảng 4.1: Bảng phương pháp thiết móng cọc theo Eurocode 7

Phương pháp Sử dụng Các điều kiện cần

nghiệm hoặc giải tích

38

Sử dụng thử tải cọc để:

- Đánh giá tính phù hợp của phương pháp thi công;

- Xác định ứng xử của cọc đại diện và đất nền xung quanh với tải trọng, bao gồm cả độ lún và tải giới hạn;

- Cho phép xác định phương án móng cho toàn công trình

4.2 NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ THEO EUROCODE:

Nguyên lý thiết kế nhà và các công trình dân dụng theo Eurocode là thiết kế theo trạng thái giới hạn, là sự tách biệt giữa thiết kế theo trạng thái giới hạn cực hạn (ULS) và trạng thái giới hạn sử dụng (SLS) Quan niệm nền tảng của trạng thái giới hạn là xác định hoặc là an toàn (mức độ đủ an toàn, còn sử dụng được) hoặc là không an toàn (phá hoại, không còn sử dụng được) Sự tách biệt giữa trạng thái an toàn và không an toàn của kết cấu được gọi là trạng thái giới hạn Nói cách khác, trạng thái giới hạn là

sự lý tưởng hóa các hiện tượng hoặc sự việc không mong muốn xảy ra Nói chung, trạng thái giới hạn là trạng thái mà kết cấu không còn đủ độ an toàn theo tiêu chuẩn thiết kế Mỗi trạng thái sẽ đáp ứng riêng mỗi yêu cầu áp dụng cho từng kết cấu công trình khác nhau Trạng thái giới hạn cực hạn ULS liên quan đến sự an toàn của con người và kết cấu Theo Eurocode 7, trạng thái giới hạn cực hạn bao gồm sự mất cân

bằng, biến dạng dư, sự đứt gãy, mất ổn định và phá hoại do mỏi (Trích từ Decoding Eurocode 7, Andrew Bond & Andrew Harris)

Trạng thái giới hạn sử dụng SLS liên quan đến công năng của kết cấu trong quá trình

sử dụng bình thường và mức độ tiện nghi cho con người Trạng thái giới hạn sử dụng

có thể là phục hồi được (chẳng hạn, độ võng) hoặc không phục hồi được (chẳng hạn, khi kết cấu đạt đến giới hạn chảy của vật liệu)

Thiết kế theo trạng thái giới hạn là kiểm tra cả mức độ an toàn và khả năng sử dụng của công trình theo hai trạng thái giới hạn trên Có hai điểm khác biệt chính giữa thiết

kế theo trạng thái giới hạn cực hạn với trạng thái giới hạn sử dụng :

-Nếu vi phạm trạng thái giới hạn cực hạn thì sẽ dẫn đến phá hoại kết cấu và phải dỡ bỏ công trình hoặc sửa chữa kết cấu công trình; nếu vi phạm trạng thái giới hạn sử dụng thì thường không phải phá bỏ công trình, mà có thể tiếp tục sử dụng lại nếu bỏ những tác động gây ra sự vi phạm này Tuy nhiên, cũng cần phải xác định rõ giữa trạng thái giới hạn sử dụng phục hồi và không phục hồi

39

-Tiêu chuẩn trạng thái giới hạn cực hạn liên quan đến những thông số của kết cấu và những tác động có liên quan; trong khi đó tiêu chuẩn trạng thái giới hạn sử dụng lại phụ thuộc vào những yêu cầu của khách hàng và người sử dụng (có thể mang tính chất chủ quan), cũng như những yêu cầu về thiết bị thi công hoặc những phần tử phi kết cấu(như tường bao che, bồn nước mái, ống khói, hệ thống đường ống nước,…)

Tuy nhiên, không phải bất kỳ hiện tượng hay sự kiện nào cũng dễ dàng phân loại theo trạng thái giới hạn cực hạn hay trạng thái giới hạn sử dụng Chẳng hạn, mức độ dao động sàn nhà của nhà cao tầng khi chịu tác động gió: hiện tượng này rất dễ gây bất lợi đến sức khỏe của con người khi đang làm việc trong tòa nhà và kể cả những vật dụng trong nhà, nhưng vần không gây ra phá hoại kết cấu công trình

Ngoài ra, trong cùng một hiện tượng hay sự kiện xảy ra, người thiết kế phải kiểm tra trạng thái giới hạn sử dụng cho cấu kiện này và cũng phải kiểm tra trạng thái giới hạn cực hạn cho cấu kiện khác Chẳng hạn, khi xảy ra hiện tượng lún móng công trình khi vượt qua giới hạn cho phép, người thiết kế phải kiểm tra trạng thái giới hạn sử dụng cho kết cấu móng và cũng phải kiểm tra lại trạng thái giới hạn cực hạn cho kết cấu bên trên cũng như kết cấu móng bên dưới, bởi vì khi lún rất dễ gây ra nứt của phần tử kết cấu công trình

Sự thay đổi về tác động (là tải trọng tác dụng như: trọng lượng bản thân kết cấu, hoạt tải sử dụng, hoạt tải gió, tải động đất và các loại tải đặc biệt khác như cháy nổ, va chạm, ), sự ảnh hưởng của môi trường và tính chất của kết cấu xảy ra trong suốt quá trình tồn tại của công trình cũng phải được xem xét vào thiết kế bằng cách lựa chọn tình huống thiết kế phù hợp (chẳng hạn như: tình huống lâu dài, tình huống tức thời, tình huống đặc biệt và tình huống động đất), các tình huống này đại diện cho một khoảng thời gian nhất định mà có thể xảy ra trong suốt tuổi thọ công trình Nếu hai hay nhiều tác động độc lập cùng xảy ra đồng thời, thì tổ hợp của chúng cần phải xem xét trong quá trình thiết kế Trong mỗi trường hợp tổ hợp tác động, cần giả định mức độ và trình tự ảnh hưởng của từng tác động thông qua việc sắp xếp thứ tự tác động của chúng, với mục đích thiết lập đường bao hệ quả tác động (là kết quả của tác dụng tải trọng như: lực dọc, lực cắt, moment, ứng suất, biến dạng) cần xem xét trong quá trình thiết kế

40

Nếu các trạng thái giới hạn (được xem xét trong thiết kế) phụ thuộc vào thời gian (như:

sự thay đổi của tác động và độ bền), thì khi kiểm tra kết cấu phải xét đến yếu tố tuổi thọ công trình Điều này nói lên rằng, hệ quả tác động (theo thời gian, như: trạng thái mỏi của kết cấu) được xem như là một giá trị đặc trưng, giá trị này được tích lũy theo thời gian trong tuổi thọ công trình và cần được xem xét vào trong thiết kế

Để tránh hoặc hạn chế xảy ra trạng thái giới hạn thì người thiết kế cần kiểm tra trạng thái giới hạn theo một hoặc nhiều phương pháp sau:

4.3 NHỮNG YÊU CẦU THIẾT KẾ THEO EUROCODE:

Có 4 yêu cầu cơ bản khi thiết kế công trình theo tiêu chuẩn Eurocode như sau:

1 Một công trình khi được thiết kế và thi công để sử dụng trong tuổi thọ công trình với một mức độ tin cậy nhất định và kinh tế, thì phải đáp ứng được 2 yêu cầu sau:

- Phải chịu được tác động và những ảnh hưởng của tác động trong suốt quá trình sử dụng và thi công (điều này liên quan đến những yêu cầu về thiết kế theo trạng thái giới hạn cực hạn ULS);

- Phải đáp ứng được những công năng sử dụng khi chịu tác động và những ảnh hưởng của tác động (điều này liên quan đến những yêu cầu về thiết kế theo trạng thái giới hạn sử dụng SLS)

2 Thiết kế một công trình phải đảm bảo phù hợp với độ bền kết cấu (khả năng chịu lực của kết cấu), công năng sử dụng và tuổi thọ công trình

3 Trong trường hợp cháy, độ bền kết cấu (khả năng chịu lực của kết cấu) phải đảm bảo những yêu cầu trong một khoảng thời gian nhất định Yêu cầu này nhằm đảm bảo độ an toàn cho người sử dụng, kết cấu phải đảm bảo an toàn trong một khoảng