Luận bàn về phương pháp xác định sức chịu tải thẳng đứng dọc trục của cọc theo TCVN 10304-2014 và TCXD 205-1998

Bài viết này đưa ra các so sánh, đánh giá và luận bàn về một số điểm khác nhau, những vấn đề còn chưa tường minh cần phải xem xét, các chú ý khi tính toán sức chịu tải theo độ bền đất nền của hai tiêu chuẩn trên. Từ đó, đề xuất hệ số an toàn trong tính toán thiết kế sức chịu tải thẳng đứng dọc trục của cọc dễ dàng hơn.

Luận bàn phương pháp xác định sức chịu tải thẳng đứng dọc trục cọc theo TCVN 10304-2014 TCXD 205-1998 Discussion on determining methods of the vertical bearing capacity of single pile under the standards of TCVN 10304-2014 and TCXD 205-1998 Nguyễn Tiến Dũng, Nguyễn Ngọc Thanh Tóm tắt Xác định sức chịu tải thẳng đứng dọc trục cọc đơn tốn có ý nghĩa quan trọng thiết kế móng cọc Vấn đề dẫn tiêu chuẩn quốc gia TCVN 10304-2014 tiêu chuẩn ngành TCXD 205-1998 Tuy nhiên, nhiều vấn đề chưa tường minh gây khó khăn tranh cãi đưa dự báo sức chịu tải cọc Bài báo đưa so sánh, đánh giá luận bàn số điểm khác nhau, vấn đề chưa tường minh cần phải xem xét, ý tính tốn sức chịu tải theo độ bền đất hai tiêu chuẩn Từ đó, đề xuất hệ số an tồn tính tốn thiết kế sức chịu tải thẳng đứng dọc trục cọc dễ dàng Từ khóa: Cọc chịu tải thẳng đứng, sức chịu tải dọc trục cọc, thí nghiệm trường, cọc đơn, sức chịu tải cọc Abstract Determining the vertical bearing capacity of single pile is a basic and important problem in pile foundation design This issue has been guided in the national standard TCVN 10304-2014 and the constructive standard TCXD 2051998 However, there are still unspecified problems that have made them difficult to forecast the bearing capacity of the pile This paper provides comparisons, reviews and discuss on differences, which are not yet explicit need to be taken into account when calculating bearing capacity according to the ground stability of the two criteria Then the proposed safety coefficient in the design calculates the axial load capacity of the pile easier Key words: Vertical bearing resistance of single pile, bearing capacity along the axis of the pile, vertical pile, bearing resistance of pile, bearing capacity of the pile ThS Nguyễn Tiến Dũng Bộ môn Địa kỹ thuật, Khoa Xây dựng ĐT: 0988120252 TS Nguyễn Ngọc Thanh Bộ môn Địa kỹ thuật, Khoa Xây dựng ĐT: 0943298808 Ngày nhận bài: 29/05/2018 Ngày sửa bài: 06/06/2018 Ngày duyệt đăng: 22/10/2019 Đặt vấn đề Hiện nay, cơng trình sử dụng móng cọc bê tơng cốt thép (BTCT) khơng cịn xa lạ với Với chức truyền tải trọng từ cơng trình bên xuống đất tốt phía khả mang tải trọng thẳng đứng dọc trục hay sức chịu tải (SCT) dọc trục cọc yếu tố quan trọng Như vậy, việc dự tính SCT dọc trục cọc cho phù hợp với kết thí nghiệm thử tải trường định đến an toàn kinh tế cơng trình Sự tồn song hành tiêu chuẩn quốc gia TCVN 10304-2014 tiêu chuẩn ngành TCXD 205-1998 việc thiết kế móng cọc hướng mở cho nhà thiết kế lựa chọn cách tính khác để lựa chọn kết tin cậy TCVN 10304-2014 có nhiều cải thiện đáng kể việc chuẩn hóa sơ đồ tính, yếu tố ảnh hưởng đến SCT dọc trục cọc Tuy nhiên, việc áp dụng TCVN 10304-2014 cịn tồn khó khăn định chủ yếu việc lựa chọn hệ số áp dụng cho cơng thức cịn chưa tường minh, rõ ràng Trong vấn đề gây tranh luận chủ yếu liên quan đến việc xác định sức chịu tải tính tốn cọc, có hai quan điểm số ý kiến đồng thuận cho xác định SCT cực hạn theo cường độ đất hệ số an toàn (gồm γ0, γn, γk) quy đổi Pd xác định SCT cực hạn theo tiêu lý hay thí nghiệm trường, cịn hệ số an tồn riêng phương pháp kể đến cơng thức tính Một số ý kiến khác cho việc áp dụng hệ số an toàn tiêu chuẩn lấy từ kết thống kê tham khảo tiêu chuẩn SNiP 2.02.03-85 (Nga) nên phù hợp cho công thức xác định SCT theo tiêu lý (thí nghiệm phịng), cịn hệ số an tồn xác định SCT theo kết thí nghiệm xuyên gồm xuyên tiêu chuẩn SPT [5] xuyên tĩnh CPT [6] cần lấy hệ số an toàn theo tiêu chuẩn gốc để đảm bảo thống Luận bàn phương pháp xác định sức chịu tải thẳng đứng dọc trục cọc đơn theo độ bền đất theo tiêu chuẩn Việt Nam 2.1 Xác định sức chịu tải cọc theo tiêu lý đất đá Việc xác định sức chịu tải cực hạn theo tiêu lý đất đá TCVN10304-2014 khơng có nhiều điều chỉnh so với TCXD2051998 ngoại trừ: - Tiêu chuẩn TCVN10304-2014 đưa bổ sung hệ số điều kiện làm việc đất tinh toán sức kháng đất mũi cọc (γcq) thân cọc (γcf) hạ cọc phương pháp ép; -Với cọc chống, TCVN10304-2014 có dẫn đầy đủ việc xác định cường độ sức kháng đất mũi cọc qb mũi cọc ngàm vào đá 1 than bùn, bùn, sét chảy nhão Đây vấn đề phức S¬ 36 - 2019 47 KHOA HC & CôNG NGHê Hỡnh Kt qu thí nghiệm nén tĩnh cọc Về chất TCXD205-1998 hay TCVN10304-2014 giống nhau, nhiên chi tiết ta thấy tiêu chuẩn TCVN10304-2014 làm rõ khác biệt sức kháng mũi cọc đất rời đất dính ứng với dạng cọc khác (đối với đất rời, sức kháng mũi cọc qp =300N cọc đóng, 150 N với cọc nhồi; đất dính, sức kháng mũi qp =9cu cọc đóng, 6cu với cọc nhồi) TCXD205-1998 chung với loại đất lấy giống đất rời Đối với sức kháng ma sát thân cọc lớp đất có điều chỉnh lớn hệ số chẳng hạn như: tạp cịn phải xét xem có kể đến ảnh hưởng tượng ma sát âm thân cọc hay không, thông thường ta thường cho sức kháng ma sát lớp đất không Thêm nữa, xác định cường độ sức kháng đất mũi cọc qb cho cọc nhồi đất rời gặp khó khăn thường thiếu thơng tin dung trọng hiệu lớp đất rời báo cáo địa chất (do không lấy mẫu nguyên dạng) Điều ta gặp vấn đề tương tự TCXD 205-1998 Về SCT tính tốn ta thấy so với tiêu chuẩn trước, TCVN 10304-2014 kể đến đầy đủ yếu tố ảnh hưởng đến hệ số an toàn tính Pd, tầm quan trọng cơng trình γ0, điều kiện làm việc móng có cọc hay nhiều cọc γn 2.2 Xác định sức chịu tải cọc theo kết thí nghiệm trường a) Xác định SCT cọc dựa kết thí nghiệm xuyên tĩnh Trong tiêu chuẩn TCVN10304-2014, việc xác định SCT cọc theo kết thí nghiệm xuyên tĩnh đưa vào phụ lục nêu giá trị sức chịu tải cực hạn Với giá trị sức chịu tải cực hạn theo TCVN10304-2014 TCXD2051998 giống Tuy nhiên, giá trị sức chịu tải tính tốn có khác biệt lớn lấy hệ số an tồn theo mục 7.1.11 TCVN10304-2014, hệ số nhỏ nhiều so với TCXD205-1998 tiêu chuẩn Pháp (DTU13.2) với hệ số an toàn quy định từ đến b) Xác định SCT cọc dựa kết thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn - Công thức Nhật Bản 48 + Với lớp đất rời sức kháng ma sát cực hạn 10N/3 TCVN10304-2014 TCXD205-1998 lại 2N; + Với lớp đất dính sức kháng ma sát cực hạn αpfLcu TCVN10304-2014 TCXD205-1998 lại cu Trong αp fL hệ số điều chỉnh kể tới ảnh hưởng sức kháng cắt đất / ứng suất hữu hiệu đất độ mảnh cọc Một điểm mạnh tiêu chuẩn TCVN10304-2014 có dẫn cụ thể cách xác định lực dính khơng nước cu khơng có thí nghiệm trực tiếp xác định giá trị (cu = 6,25 N); c Thí nghiệm thử tải tĩnh cọc SCT cực hạn xác định từ thí nghiệm thử tải tĩnh có thống tiêu chuẩn với SCT cực hạn tương ứng với chuyển vị S =ξ.Sgh Trong Sgh xác định dựa vào bảng tra ứng với tiêu chuẩn TCVN9362-2012 (độ lún giới hạn 8cm kết cấu nhà khung),và với tiêu chuẩn TCVN10304-2014 (độ lún giới hạn lại 15cm với kết cấu nhà khung có hệ thống giằng móng) Với TCVN10304-2014, lấy ξ = 0,2 TCXD205-1998, lại lấy ξ = 0,1 0,2 Điều có nghĩa tiêu chuẩn TCVN10304-2014 cho phép xác định sức chịu tải cực hạn ứng với độ lún khoảng từ 1,5cm đến 3cm cọc ngắn cịn cọc dài ta tính thêm độ lún thân cọc Se Chính cho phép cọc chuyển vị nhiều làm cho việc xác định sức chịu tải cọc tăng lên nhiều sử dụng TCVN10304-2014 Trong trường hợp với dạng kết cấu khác sức chịu tải cực hạn ứng với độ lún lớn S = ξ.Sgh không 40mm (đối với cọc dài phép tính thêm độ lún thân cọc) T„P CHŠ KHOA H“C KI¦N TR”C - XŸY D¼NG Hình So sánh kết tính sức chịu tải cực hạn Rcu Tuy nhiên, ta thấy TCVN 9393:2012 [7] có dẫn xác định SCT giới hạn theo chuyển vị giới hạn quy ước, giá trị lún để xác định sức chịu tải cực hạn thường có giá trị lớn nhiều so với TCVN10304:2014 TCXD 205:1998, cụ thể với tiêu chuẩn Anh (BS8004-1996),Nhật JIA Pháp DTU13.2 [8,9,10] S = 10%D số phương pháp kinh nghiệm khác Tuy nhiên tương đồng với kết De Beer hay Brinch Hansen (Thụy Điển) Điều khẳng định việc xác định SCT cực hạn theo tiêu chuẩn Việt Nam có độ tin cậy cao Một vấn đề khác mà ta cần quan tâm SCT cho phép theo TCVN9393-2012 hệ số an tồn thơng thường Nhưng tiêu chuẩn TCVN10304-2014 hệ số nhỏ nhiều với việc tùy thuộc đài cọc đài cao hay đài thấp, đáy đài lớp đất có tính biến dạng nhỏ hay lớn số lượng cọc đài, giá trị biến thiên từ 1,2 đến 1,6 Hơn nữa, với số lượng cọc ≥ 100 cọc biến dạng nhỏ 30mm nhà có độ cứng lớn, TCVN10304-2014 cho phép lấy giá trị hệ số nhỏ nhiều so với tiêu chuẩn số nước khác với hệ số an tồn thơng thường từ đến [10,11,12] Với tổ hợp tải trọng gió, tiêu chuẩn TCVN10304-2014 cho phép tăng thêm 20 % tải trọng tác dụng lên cọc, TCXD205-1998 cho phép tăng thêm 20% tải trọng tác dụng lên cọc biên Điều có nghĩa đáy đài đặt lớp đất tốt, số lượng cọc đài lớn 21 cọc hệ số an tồn lúc 1,2 1,25, cho phép tăng tải tác dụng lên đầu cọc 20% tức hệ số an tồn cịn 1! Điều dẫn đến rủi ro lớn điều kiện địa tầng phức tạp 2.3 Ví dụ tính tốn Để so sánh đánh giá tính tốn sức chịu tải cọc theo phương pháp khác nhau, ta thực việc phân tích cơng trình có số liệu địa chất kết thí nghiệm nén tĩnh rõ ràng, tin cậy Các thơng tin cơng trình (bảng 1) thông tin điều kiện địa tầng, tiêu lý thể bảng Bảng Thơng tin cơng trình STT Tên cơng trình Địa điểm Tồ nhà hỗn hợp thương mại 53 Triều Khúc, Thanh dịch vụ, văn phòng hộ Xuân, Hà Nội Pandora Khu nhà kết hợp văn phòng dịch vụ Riverside Garden Khu nhà cán chiến sỹ Lô đất 19NO 20BT, cục cảnh sát kinh tế- công KĐT Bắc Đại Kim, Hoàng Mai, Hà Nội an Khu nhà xã hội để bán cho Cổ Nhuế 2, Bắc Từ cán chiến sĩ công an Liêm, Hà Nội Số 45A, Vũ Tông Phan, Khương Hạ, Thanh Xuân, Hà Nội Kết thí nghiệm nén tĩnh cọc cơng trình cho thấy: S = (2÷2,5)%D đường cong lực - chuyển vị (PS) tương đối rõ ràng, S =(3÷3.5)%D đường cong P-S rõ ràng (Hình 2) Như nói cơng nghệ thi công cọc hiệu quả, SCT cực hạn huy động sức kháng mũi đáng kể loại cọc có vữa mũi cọc (như cơng trình số 1),việc xác định sức kháng mũi cọc qb mũi cọc nhồi lấy theo dẫn có xử lý làm mùn khoan bơm phun vữa xi măng mũi cọc [1,2] xem hợp lý có độ tin cậy Khi xem xét kết hợp SCT cực hạn theo tiêu lý, S¬ 36 - 2019 49 KHOA H“C & CôNG NGHê Bang a tng v ch tiờu lý lớp đất Cơng trình Cơng trình Cơng trình Cơng trình Cơng trình STT γ hi Tên lớp đất IL (m) (kN/m3) N30 Sét vàng nâu, dẻo 5.5 19.2 0.42 Sét pha xám nâu, dẻo mềm 29.8 16.6 0.67 Cát pha, xám nâu, dẻo 5.23 18.4 0.5 Sét, xám xanh, dẻo cứng 2.5 19.4 0.32 24 Sét pha, xám nâu, dẻo cứng 3.6 19.8 0.34 24 Cát, chặt, hạt thô vừa 1.2 - - 36 Cuội sỏi, rời, hạt to, chặt 17.2 - - >100 Sét pha, vàng nâu, dẻo cứng 2.2 19 0.46 Sét pha, xám nâu, dẻo chảy 3.5 18.2 0.81 3 Cát hạt nhỏ, chặt vừa 12 - - 13 Sét pha, xám nâu, dẻo mềm 21 17.5 0.69 15 Sét pha, xám nâu, dẻo cứng 3.5 19.5 0.24 16 Cát hạt nhỏ, chặt - - 33 Cuội sỏi, rời, hạt to, chặt 11 - - >100 Bùn, sét pha, dẻo chảy 4.1 17.9 0.83 Sét pha, dẻo mềm 19.6 18.2 0.59 Sét pha, dẻo cứng 21.5 19.2 0.34 16 Cát hạt mịn, chặt 3.9 - - 51 Cuội sỏi, rời, hạt to, chặt 17.6 - - >100 Sét pha, dẻo mềm 3.5 18.8 0.59 Sét pha, dẻo cứng 13 19.5 0.34 20 Sét pha bụi, dẻo mềm 18.3 0.64 10 Cát hạt mịn-trung, chặt vừa 17.7 - - 25 Cuội sỏi, chặt 15.2 - - >100 Bảng SCT Tính tốn cọc Phương pháp Cơng trình Cơng trình Cơng trình Cơng trình Cọc Rtt (T) Cọc Rtt (T) Cọc Rtt (T) Cọc Rtt (T) TCVN 10304:2014 - Chỉ tiêu lý đất đá D1200 1023.8 D1200 1090.6 D1500 1694.1 D1200 1093.7 D800 488.5 D800 533.1 D1500 1643.7 TCVN 10304:2014 - Công thức Nhật Bản D1200 1047.0 D1200 1216.5 D1500 1783.1 D1200 1186.1 D800 555.5 D800 660.9 D1500 1670.0 TCXD 205:1998 - Công thức Nhật Bản D1200 653.8 D1200 704.6 D800 353.2 D800 398.6 TCVN 9393:2012 - Thử nghiệm nén cọc trường D1200 1000.0 D1200 1000.0 D800 475.0 D800 450.0 TCVN 10304:2014 - Công thức Nhật Bản- đề xuất hệ số an toàn D1200 916.1 D1200 1064.0 D800 486.1 D800 578.3 dựa theo kết thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn kết từ thí nghiệm nén tĩnh cọc hình ta thấy: - Các kết tính tốn Rc,u theo phương pháp thay đổi nhiều phụ thuộc vào loại địa tầng với đa số lớp đất đất dính hay đất rời, trạng thái lớp đất địa tầng Tuy nhiên, ta thấy công thức dự tính SCT cực hạn (Rc,u) theo TCVN hành đảm bảo độ tin cậy chênh lệch giá trị Rc,u từ kết nén tĩnh (Pc,u) từ thí nghiệm nêu 50 D1500 D1500 D1500 1081.1 1500.0 1560.0 D1200 725.6 D1500 1011.0 D1200 1025.0 D1500 1625.0 D1200 1038.0 D1500 1461.0 hầu hết nhỏ 10% Việc dự đoán SCT cực hạn từ tính tốn lý thuyết khơng nên chênh lệch nhiều SCT cực hạn từ kết thí nghiệm nén tĩnh để đảm bảo tránh lãng phí an tồn Kết dự tính Rc,u theo kết thí nghiệm trường ( RHT ) lớn tính theo tiêu lý đất đá ( RCL ) c,u c,u Sự chênh lệch phụ thuộc vào đường kính cọc rõ rệt (xem tiếp trang 58) TP CH KHOA HC KIƯN TRC - XY DẳNG ... móng có cọc hay nhiều cọc γn 2.2 Xác định sức chịu tải cọc theo kết thí nghiệm trường a) Xác định SCT cọc dựa kết thí nghiệm xuyên tĩnh Trong tiêu chuẩn TCVN1 0304-2014, việc xác định SCT cọc theo. .. thí nghiệm xuyên tĩnh đưa vào phụ lục nêu giá trị sức chịu tải cực hạn Với giá trị sức chịu tải cực hạn theo TCVN1 0304-2014 TCXD2 051998 giống Tuy nhiên, giá trị sức chịu tải tính tốn có khác biệt... cho việc xác định sức chịu tải cọc tăng lên nhiều sử dụng TCVN1 0304-2014 Trong trường hợp với dạng kết cấu khác sức chịu tải cực hạn ứng với độ lún lớn S = ξ.Sgh không 40mm (đối với cọc dài phép