Về tính toán dự báo sức chịu tải của cọc

Sức chịu tải của cọc Pc thường được chọn là giá trị nhỏ nhất giữa hai giá trị: Sức chịu tải theo đất nền (Pđn) và theo vật liệu (Pvl). Bài viết trình bày khái quát về các phương pháp tính sức chịu tải của cọc, dự báo sức chịu tải của cọc bằng Excel, đánh giá kết quả tính toán sức chịu tải của cọc.

VỀ TÍNH TỐN DỰ BÁO SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC TRẦN THƢƠNG BÌNH* On the prediction of pile bearing capacity Abstract: The foundation soil is always characterized by the components, physical and mechanical properties collectively called the information of the ground According to the method of information acquisition, it can be divided into forms: information from laboratory tests and from field tests When using the soil information forms for the load capacity of the pile, different results usually received Matter is how to for the rational selection of calculated results Based on calculation examples, the paper will clarify the factors affecting the differences between the calculated results In that, the calculation are performed on Excel to limit errors calculation of results and at the same time have many results for comparative analysis Especially in the article refer to the static penetration test (CPT) and standard penetration test (SPT) Key words: pile bearing capacity calculated by CPT and SPT results ĐĂT VẤN ĐỀ* Sức chịu tải cọc Pc thường chọn giá trị nhỏ hai giá trị: sức chịu tải theo đất (Pđn) theo vật liệu (Pvl) Sức chịu tải cọc Pđn có thiết diện khơng đổi đất đồng suốt chiêu dài coc tính tốn biểu thức: Pđn= Ap.fm+U.ft.L (1) Trong Ap: Diện tích mặt cắt ngang cọc; fm: Sức kháng mũi đơn vị đát mũi cọc; U- Chu vi mặt cắt ngang cọc; L- Chiều dài đoạn cọc nằm đài cọc; ft- Sức kháng thành đơn vị đất mà cọc xuyên qua Trong báo này, đề cập đến trường hợp sức chịu tải cọc theo vật liệu lớn theo đất và: Pc = Pđn = AP.fm + U.ft.L (2) * Đại học Kiến trúc Hà Nội Km10 Nguyễn Trãi, P Văn Quán, Hà Đông, Hà Nội Email: binhviht@gmail.com ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2020 Trong biểu thức (2), thông số Ap, U, L giá trị thuộc kích thước, hình dạng cọc thơng số fm, ft thuộc tiêu đất Nếu kích thước hình dạng cọc xác định tuyệt đối tiêu đất kết đánh giá tương đối phụ thuộc vào phương pháp xác định thơng tin đất Do Pc, phụ thuộc vào đánh giá thông số fm, ft, theo phương pháp cho kết không giống Trong thiết kế chấp nhận kết phương pháp tính, đặt yêu cầu lựa chọn CƠ SỞ CÁC PHƢƠNG PHÁP TÍNH TỐN DỰ BÁO SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC 2.1 Khái quát phƣơng pháp tính sức chịu tải cọc Cơ sở việc đánh giá thông số fm, ft chất ứng xử đất với tác dụng cọc quy luật phân bố theo không gian thời gian đặc trưng đất thành phần cấu trúc tính chất lý Có nhiều phương pháp tính tốn khác phụ thuộc vào đặc trưng đất sử dụng tính tốn dự báo thường cho kết khơng giống 21 Có thể liệt kê vài phương pháp tính khác sau: - Phương pháp tính tốn theo kết thí nghiệm phịng; - Phương pháp tính tốn theo kết CPT; - Phương pháp tính tốn theo kết SPT Các phương pháp thể tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 10304-2014 Như vậy, cọc định thả vào đất phương pháp, có nhiều kết tính tốn khả chịu tải cọc phương pháp khác Sự khác biệt phương pháp không phân biệt thử nghiệm phịng thí nghiệm SPT, CPT mà cịn độ tin cậy kết thông qua hệ số phép tính Trong báo phân tích vấn đề tính tốn sức chịu tải cọc tiêu chuẩn TCVN:10304-2014 làm sở lựa chọn hợp lý kết tính cho thiết kế móng 2.2 Dự báo sức chịu tải cọc Excel a) Phương pháp tính theo kết thí nghiệm phòng Sức chịu tải cọc Rc,u theo kết thí nghiệm phịng Rc,u = gc(gcqqbAb + u∑gcf fi li) (3) đó: gc hệ số điều kiện làm việc cọc đất, gc =1; qb cường độ sức kháng đất mũi cọc, lấy theo bảng phụ thuộc vào thành phần hạt trạng thái đất mũi cọc; fi cường độ sức kháng trung bình lớp đất thứ “i” thân cọc, lấy theo bảng phụ thuộc vào thành phần hạt trạng thái đất; gcq gcf tương ứng hệ số điều kiện làm việc đất mũi thân cọc có xét đến ảnh hưởng phương pháp hạ cọc lấy 22 theo bảng phụ thuộc vào hinh dạng cọc, phương pháp thi công loại đất mà cọc qua Như vậy, kết thí nghiệm phịng sử dụng thành phần hạt độ chặt đất rời số dẻo, độ sệt dối với đất dính Để tính tốn nhanh chóng xác, giá trị bảng cường độ ma sát bên lực cản mũi qp xây dựng thành hàm có điều kiện tên đất số dẻo Dữ liệu nhập kết hiển thị bảng tính excel (bảng 1) Vì vậy, thao tác hồn tồn tự động tính Excel Bảng 1: Bảng tính excel cho sức chịu tải cực hạn cọc ép theo thí nghiệm phịng Trong bảng tính (1), dịng thứ tên theo phần hạt cho đất rời, dịng thứ số dẻo Các thao tác tính toán gồm đắt tên cho lớp, nhập số liệu vào ô tương ứng Sau nhập xong kết tự động chuyển vào vị trí yêu cầu b) Phương pháp tinh theo kết CPT Sức chịu tải cọc xác định cơng thức Rcu=qbAc+u∑fili (4) đó: qb cường độ sức kháng đất mũi cọc xác định theo công thức: qb = kc qc qc cường độ sức kháng mũi xuyên trung bình đất khoảng 3d phía 3d phía mũi cọc, d đường kính cọc; ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2020 kc hệ số chuyển đổi sức kháng mũi xuyên thành sức kháng mũi cọc, xác định theo bảng phụ thuộc vào thành phần trạng thái phương pháp thi công; fi cường độ sức kháng trung bình thân cọc lớp đất thứ ”i”, xác định theo công thức: qitb fi  i (5) Trong biểu thức (5) qtbi cường độ sức kháng mũi xuyên trung bình lớp đất thứ „‟i”; αi hệ số chuyển đổi từ sức kháng mũi xuyên sang sức kháng thân cọc, xác định theo bảng tra phụ thuộc vào loại đất mà cọc xuyên qua Để tính tốn nhanh chóng xác, phép tính tự động thực cơng cụ bảng tính excel (Bảng 2) Bảng 2: Bảng tính excel cho sức chịu tải cực hạn cọc ép CPT Trong bảng 2, tên lớp đất số hóa sau; Số tên lớp đất rời (đất khơng kết dính), số lớp đất, số đất nhân tạo Việc chuẩn bị bao gồm: tính trung bình qc fs lớp đất, đặt tên cho lớp Khi nhập liệu, nhập ô trắng, không sửa ô màu Sau nhập kết quả, kết tự động xuất di chuyển đến vị trí yêu cầu c) Phương pháp tinh theo kết SPT Công thức Viện kiến trúc Nhật Bản Rcu = qbAb + u (fc,ilci + fs,i ls,i) (6) đó: qb cường độ sức kháng đơn vị đất mũi cọc, với đất rời xác định biểu thức qb = 300 Np cho cọc ép qb = 150 Np cho cọc đóng ( NP số SPT trung bình khoảng 1d 4d mũi cọc), với mũi cọc nằm đất dính q b = cu cho cọc ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2020 đóng qb = cu cho cọc khoan nhồi fs,i cường độ sức kháng đơn vị đất thành cọc đất rời lớp thứ i xác định biểu thức (8) 10 N si fsi  (8) fc,i cường độ sức kháng đơn vị đất thành cọc đất dính lớp thứ i xác định biểu thức (9) fc,i = pfLCu,i (9) Trong biểu thức (9): fL- hệ số điều chỉnh theo độ mảnh cọc (L/D); Cu,i – lực dính đơn vị đất lớp thứ i, xác theo nén trục hoăc theo N: Cu= 6.25 kPa p hệ số điều chỉnh cho cọc đóng, phụ thuộc vào tỷ lệ sức kháng cắt khơng nước đất với trị số trung bình ứng suất pháp 23 hiệu thẳng đứng, xác định theo biểu đồ Trong ba biểu thức tính tốn sức chịu tải cọc: li - chiều dài đoạn cọc nằm lớp đất thứ “i”; Ab- diện tích cọc tựa lên đất, lấy diện tích tiết diện ngang mũi cọc U- chu vi tiết diện ngang thân cọc; Như vậy, tính tốn khả chịu lực cọc theo kết SPT theo hướng dẫn tiêu chuẩn số 10302, ngồi giá trị SPT, cần có tính chất vật lý học đất, như: khối lượng thể tích, thành phần hạt… Để tính tốn nhanh chóng xác, việc tính tốn thực cơng cụ bảng tính excel (Bảng 3) Bảng 3: Bảng tính excel cho sức chịu tải cực hạn cọc ép SPT Trong bảng 3, tên lớp số hóa sau; Số tên lớp đất rời (đất khơng kết dính) Số đất dính, số đất nhân tạo Các hoạt động chuẩn bị bao gồm: tính giá trị trung bình N cho lớp đặt tên cho lớp Sau nhập số liệu đầu vào, kết tự động xuất di chuyển đến vị trí cần thiết ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ TÍNH TỐN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC 3.1 Kết tính ví dụ thực tế Áp dụng bảng tính excel, tính tốn theo kết theo phịng thí nghiệm, CPT SPT cho số ví dụ thực tế Trong ví dụ này, thiết bị CPT thiết bị Gouda- Geo Hà Lan Ví dụ số 26 SPT 26 lỗ khoan 26 CPT khu vực dự án Trong ví dụ, điểm SPT CPT cách 1m CPT tiến hành trước, SPT tiến hành sau kết thúc CPT 24 Ví dụ 1: Kết khảo sát thí nghiệm SPT HK2 CPT Khoan khảo sát SPT CPT lớp, thành phần lơp, chiều sâu mặt lớp thể bảng Kết tính cho cọc ép BTCT, vuông dài 15 m, mũi cọc đặt vào lớp cát số 5, đỉnh cọc cách mặt đất mét Bảng Số liệu thí nghiệm SPT HK2 CPT liền kề với HK2 Chiề TT Lớp đất u dày, m Đ ất lấp 1,7 Sét pha 1,8 Khố i lƣợn CPT MPa SPT (qc) fs 18 3,07 0,039 19,5 1,28 0,06 g (N) nâu hồ ng ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2020 Chiề TT Lớp đất u dày, m CPT MPa Khố i lƣợn g SPT (qc) fs TT Đ ất lấp lẫn cúng chất cát Sét pha 6,7 16,7 0,948 0,033 5.5 CPT lƣợ (qc) ng 2,3 18 SPT (N) fs 0,584 0,006 3,8 19,5 1,365 0,06 9,5 11,1 16,7 0,031 6,6 4,8 20.1 3,066 0,07 19 dẻo cứng Cát mịn 2,0 kẹp Khố i tạp Sét pha chảy dày (N) dẻo hữu Lớp đất Chiều 17,9 0,942 0,015 Sét pha sét hữu pha chảy chảy Cát mịn Cát mịn 9,5 20,1 5,961 0,0627 19,8 chặt vừa Sử dụng liệu bảng nhập liệu vào bảng tính excel thu kết hiển thị bảng chặt vừa Sử dụng liệu bảng nhập liệu vào bảng tính excel thu kết hiển thị bảng Bảng 7: Kết tính sức chịu tải cho ví dụ Bảng 5: Kết tính sức chịu tải cho ví dụ In laboratory Ma Mũi sát 406 297 689 CPT Ma Mũi sát 343 179 622 SPT Ma Mũi sát 323 366 689 Ví dụ 2: Kết khảo sát thí nghiệm SPT HK26 CPT Khoan khảo sát SPT CPT lớp, thành phần lơp, chiều sâu mặt lớp thể bảng Kết tính cho cọc ép, vng BTCT, dài 17 m, mũi cọc đặt vào lớp cát số 5, đỉnh cọc cách mặt đất mét Bảng Kết khảo sát thí nghiệm SPT HK26 CPT In laboratory Ma sát Mũi 537 218 CPT Ma sát 681 1088 SPT Mũi Mũi Ma sát 356 537 125 721 1250 Ví dụ 3: Kết khảo sát thí nghiệm SPT HK15 CPT Khoan khảo sát SPT CPT lớp, thành phần lơp, chiều sâu mặt lớp thể bảng Kết tính cho cọc ép, vng BTCT, dài 20 m, mũi cọc đặt vào lớp cát số 4, đỉnh cọc cách mặt đất mét Bảng 8: Kết khảo sát thí nghiệm SPT HK15 CPT TT ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2020 1,32 Lớp đất Chiều Khố i dày Đ ất lấp 0,2 CPT lƣợng (qc) SPT fs (N) 18 25 lẫn tạp chất cát Sét pha 2,2 19,5 3,367 0,021 pha 15,4 16,7 3,076 0,041 5,5 20,1 7,937 0,063 20 dẻo cứng Sét hữu chảy Cát mịn 2,2 chặt vừa Sử dụng liệu bảng nhập liệu vào bảng tính excel thu kết hiển thị bảng Bảng 9: Kết tính sức chịu tải cho ví dụ In laboratory CPT SPT Ma sát Mũi Ma sát Mũi Ma sát Mũi 228 698 223 672 375 692 926 895 1067 Tổng hợp kết tính tốn sức chịu tải coc theo ba phương pháp cho trường hợp nhận thấy khác kết tinh 3.2 Đánh giá sai số, tin cậy kết tính Để đánh giá sai số kết tính tốn, tốt sử dụng kết thử nghiệm nén cọc, cọc thử có cấu trúc kích thước tính tốn Trong trường hợp khơng có thử nghiệm nén, chấp nhận đánh giá sai số kết tính tốn dựa việc xem xét giải thích hệ số tính tốn sai số thơng tin đất nền, trình khảo sát địa kỹ thuật gây Hãy thử phân tích ảnh hưởng tham số thí nghiệm đến kết tính tốn sức chịu tải -Chỉ số dẻo thành phần hạt, sai số kết thử nghiệm phụ thuộc chủ yếu vào chất lượng mẫu thử có, chúng ảnh hưởng gián tiếp đến kết thông qua phân loại đất phân tầng đất - Khối lượng thể tích, theo quy trình thí nghiệm [9] cho thấy sai số thí nghiệm khối lượng lớn 5%, thay đổi (0,51)% giá trị kết tính tốn khả chịu lực cọc - Giá trị SPT CPT giá trị định lượng đánh giá khách quan Tham số lại biểu thức, quan tâm, độ dày lớp đất Do đó, để phân tích đặc điểm lỗi kết tính tốn sử dụng liệu bảng 10 với kịch thay đổi độ dày lớp đất, sức kháng mũi (tip resistance) ma sát bên (skin friction) Bảng 10: Các kịch thay đổi độ dày giá trị sức kháng mũi, ma sát bên 26 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2020 Từ kết thể bảng 10 nhận thấy có số số vấn đề sau: -Trong kết tính theo ba loại liệu khác nhau, kết tính liệu CPT nhỏ Vấn đề tồn hệ số b1 b2 biểu thức lấy từ bảng phụ thuộc vào sức kháng mũi qc, theo qc lớn b1 b2 nhỏ, qc> 30 Mpa b1 = 0,2 b2 = 0,4 sức cản mũi lực ma sát cọc bị giảm, sức cản mũi giảm nhiều -Khi thay đổi chiều dày lớp đất yếu sức chịu tải cọc tính theo tiêu học vât lý tăng giảm theo tăng giảm chiều dày, có phần biến thiên tuyến tính Ngược lại, thay đổi chiều dày lớp đất yếu sức kháng mũi cọc tính số liệu CPT khơng thay đổi tính số liệu SPT biến đổi khơng rõ ràng Đó do: kết tính tiêu lý, ngồi tiêu phân loại để phân chia lớp đất, giá trị biểu thức chiều dày nên thay đổi chiều dày lớp đất yếu thay đổi giá trị tham số biểu thức tinh tốn Ngược lại kết tính số liệu SPT CPT thay đổi chiều dày hoàn toàn độc lập với giá trị CPT SPT Do đó, kết tinh sức chịu tải không bị thay đổi Sự không đổi kêt tính tốn số liệu CPT CPT không ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2020 nhận theo cách tính thơng thường thấy rõ bảng tính excel Bởi vì, bảng tính excel xây dựng cài đặt hàm tính giá trị trung bình vào biểu thức tính sức kháng xun mũi ma sát CPT theo lớp KẾT LUẬN Trong ba dạng thí nghiệm, dạng có ảnh hưởng khác đến kết tính tóan dự báo khả sử dụng Do đó, việc lựa chọn sử dụng kết tính tốn sức chịu tải cọc thiết kế cần xem xét nhiều khía cạnh, nên xem xét mức độ xác kết tính SPT cao nhất, tiêu lý thấp nhất; Trong thiết kế móng cọc, xác định sức chịu tải cho phép cọc từ sức chịu tải cực hạn hệ số Khi chọn hệ số đó, cần có phân biệt với kết tính tốn bằng liệu CPT SPT tiêu học TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Standard TCVN:10304-2014 [2]BOGUMIŁ WRANA Studia Geotechnica et Mechanica, Vol 37, No 4, 2015 DOI: 10.1515/sgem-2015-0048 [3]NIAZI F.S., MAYNE P.W., Cone Penetration Test Based Direct Methods for 27 Evaluating Static Axial Capacity of Single Piles, Geotechnical and Geological Engineering, 2013, (31), 979–1009 [4] KARLSRUD K., CLAUSEN C.J.F., AAS P.M., Bearing Capacity of Driven Piles in Clay, the NGI Approach, Proc Int Symp on Frontiers in Offshore Geotechnics, Perth 2005, 775–782 [5] Liu Zheng-yu,Su Shou-bao,Yang Yang,Yu Shu-hao.N-S Flowchart Analysis and Applications in Algorithm Description Joumal of Jinggangshan University(Natural Science) 2010; 31(6):70-81 [6] JANBU N., (ed.), Static bearing capacity of friction piles, Proceedings of the 6th European Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, 1976, Vol 1.2, 479-488 [7] WHITE D.J., BOLTON M.D., Comparing CPT and pile base resistance in sand, Proc Inst Civil Eng Geotech Eng., 2005, 158(GE1), 3–14 Người phản biện: PGS,TS NGUYỄN ĐỨC NGUÔN 28 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2020 ... phép tính Trong báo phân tích vấn đề tính tốn sức chịu tải cọc tiêu chuẩn TCVN:10304-2014 làm sở lựa chọn hợp lý kết tính cho thiết kế móng 2.2 Dự báo sức chịu tải cọc Excel a) Phương pháp tính. .. vào bảng tính excel thu kết hiển thị bảng chặt vừa Sử dụng liệu bảng nhập liệu vào bảng tính excel thu kết hiển thị bảng Bảng 7: Kết tính sức chịu tải cho ví dụ Bảng 5: Kết tính sức chịu tải cho... động xuất di chuyển đến vị trí cần thiết ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ TÍNH TỐN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC 3.1 Kết tính ví dụ thực tế Áp dụng bảng tính excel, tính tốn theo kết theo phịng thí nghiệm, CPT SPT cho số