PHÂN TÍCH HIỆU ỨNG VÒM CỦA ĐỆM CÁT TRÊN ĐẦU CỌC

CHƯƠNG III: PHÂN TÍCH HIỆU ỨNG VỊM CỦA ĐỆM CÁT TRÊN ĐẦU CỌC 3.1/ LÝ THUYẾT HIỆU ỨNG VÒM: Cung vòm định nghĩa McNulty (1965) khả truyền tải vật liệu từ chổ sang chổ khác quan hệ chuyển vị điểm Nhiều ứng suất cắt truyền chuyển tiếp tải trọng hình 3.1;3.2;3.3 minh hoạ mục Xem đất tựa lưới, khơng có khuynh hướng di chuyển đất khơng có cung vịm đất Ứng suất điểm hình 3.3 ứng suất tải trọng thân γH, (γ trọng lượng thân lớp đất, H chiều cao lớp đất hình trụ) Khi điểm nơi di chuyển đến nơi khác đẩy điểm lân cận tạo thành hình cung Thực có cung vịm đất khơng cân Đất xấp xếp cung đảo chiều Đất bên cạnh tiếp tục bị đẩy tạo ứng suất cắt căng bán kính cung đạt trạng thái cân Sự chuyển tiếp nhiều điểm không ổn định tác dụng áp lực xấp xếp lại vị trí để ổn định q trình tạo cung vịm Hình 3.1 Khối đất thay qua lỗ rỗng Bắt đầu hình thành cung Hình 3.2 Sự tạo thành cung (dưới trọng lượng đất) Sự tạo thành cung vịm Hình 3.3 Trọng lượng đất tao cung vịm xuống Những phương pháp khác đua mô hình hiệu ứng vịm đất Terzaghi (1936) (Han Gabr, 2002) coi lực cắt căng dọc theo trụ đất huy động chiều cao đắp, mà chuyển vị lún điểm Giroud et al (1990) (Han Gabr, 2002) ứng dụng mơ hình McNulty lớp đất xốp nằm lớp vải địa kỹ thuật Hewlett Randolph (1988) ( Li et al., 2002) cho giới hạn cân có dạng cung vịm cát hai đầu cọc Phần lớn tải trọng truyền có dạng hình cung vành khăn chuyển tiếp suốt cung Theo Schmertmann (1991) (Han Gabr, 2002) dự kiến tất tải trọng hình trụ ba cạnh hình trụ nón chuyển tiếp đến bệ đỡ đầu cọc lân cận 3.1.1/ Sự chuyển tiếp tải: Vải địa kỹ thuật Hình 3.4 Sự truyền tải Cung vịm đất pp = ρ (γH + q0) với (ρ = γ/g) (3.1) Lực căng vải T Tỷ số ứng suất n = c >1 (tỷ lệ ứng suất đầu cọc đất nền) s σc: ứng suất đầu cọc σs: ứng suất đất hai đầu cọc Lớp vải địa kỹ thuật đất đắp bề mặt vải gánh đỡ tải trọng chuyển tiếp Chất lượng đắp tốt có tương tác cọc đất Trọng lượng đất đắp truyền xuống lớp lớp đất yếu nằm thông qua lớp vải địa Sự di chuyển xuống cản trở sức kháng cắt đất đắp đầu cọc τ Sức kháng cắt làm giảm áp lực có lớp đất đắp lớp vải, gia tăng tải trọng hoạt động đầu cọc (gia tăng ứng suất đầu cọc hay gọi tập trung ứng suất đầu cọc) Khái quát lại lớp vải địa kỹ thuật làm giảm bớt lún đất hai bệ cọc Sự giảm chuyển vị khối đất hai bệ cọc giảm ứng suất cắt nhờ vào cung vòm đất, tải trọng chuyển tiếp đầu cọc Thành phần lực kéo đứng đất gia tải chuyển tiếp đaàu cọc Một lớp vải địa kỹ thuật đơn làm việc ứng suất kéo (màng) nhiều lớp vải, làm cho việc liên hợp tốt đất vải Trong trường hợp mặt phẳng vải địa hồn tồn phẳng khơng có độ lún khác nhau, khơng có quan hệ chuyển vị đất khối đất gia tải trên.Vì cung vịm đất, ứng suất màng cố kết tải tác dụng lên đất khơng thể phát triển Điều dẫn đến tập trung ứng suất đầu cọc, mà độ cứng cọc đất khác 3.1.2/ Phân tích nhân tố đệm cát: Trong cọc gia tải đắp đất vải địa kỹ thuật, để tạo sức căng vải Trong vải có tính mềm, tính dẻo để truyền tải trọng tạo cung vịm đất Mức độ cung vòm đất ứng suất phương đứng lớp đất gia tải cần phải đánh giá nhö sau: Thiết kế gia tải nên xem: + Ứng suất theo phương đứng đất đăp ảnh hưởng đến cung vòm đất hai cạnh cọc + Lực kéo căng phát triển đất đắp lực nén đứng đất đắp + Lực kéo căng lang truyền đất đắp Phưong pháp thiết kế đưa tiêu chuẩn BS 8006, theo lý thuyết Terzaghi, Helwett, Randolph Guido Sử dụng chương trình tính Plaxis để tính tốn theo phương pháp PTHH Phần lớn phương pháp thiết kế bỏ qua sức cản lớp vải địa bên dưới, xem khơng có lớp vải địa Điều làm cho việc thiết kế an tồn Diện tích = S2 – a2 Bề mặt vải địa kỹ thuật Hình 3.5 Cọc móng Mặt móng tựa bốn đầu cọc, diện tích s 2, phần diện tích khơng đươc đỡ đầu cọc (S – a2) 1/4 tải giả định chuyển tiếp từ đắp gia tải 3.1.2.1/ Nhân tố giảm ứng suất: Để so sánh phương pháp giảm ứng suất khác ký hiệu S3D S3D định nghĩa hệ số giá trị ứng suất hoạt động lớp đất đăp chịu nén tải tải trọng chất chứa (3.2) 3.1.2.1.1/ Theo Tiêu chuẩn BS 8006 (1995): Thiết kế gia tải đất yếu Sự phân bố tải trọng đứng hoạt động cọc WT Cho H>1.4×(s-a) (3.3) Cho (3.4) Nếu S2/a2 ≤ P’c/σ’v WT = Trong đó: WT: Tải trọng thẳng đứng phân phối tác dụng lên cốt đáy đoạn nằm mũ cọc liền kề S: Khoảng cách hai cọc a: Kích thước cạnh cọc Ws: Lực phân bố Pc’: ứng suất theo phương đứng đaàu cọc σv’: ứng suất trung bình đáy đắp σv’ = ffs γH + fqWs ffs: Hệ số tải cục cho trọng lượng đất (tra bảng) fq: Hệ số tải cục cho tải trọng (tra bảng) γ: dung trọng đất đắp H: chiều cao đất đắp Phương pháp xem cọc chôn chặt Phương trình ứng suất Marston (3.5) Trong đó: Cc: hệ số cung vòm Cc =1.95(H/a) - 0.18 cho cọc cứng (thép bêtông) Cc = 1.5(H/a) – 0.07 cho cọc đá, gỗ cọc cát Phưong trình hệ số giảm bớt ứng suất: (3.6) 3.1.2.1.2/ Theo Terzaghi: Phưong pháp dựa kết từ thí nghiệm: (3.7) K: hệ số áp lực đứng K = 3.1.2.1.3/ Theo Hewlett Randolph (1988): Lý thuyết dựa thí nghiệm mơ hình Hình 3.6 Mơ hình đỉnh bán cầu + Hệ số giảm ứng suất đỉnh cầu (3.8) + Hệ số giảm ứng suất bệ cọc (3.9) Kp: Áp lực khứ đất, cao hệ số giảm ứng suất sử dụng tính toán 3.1.2.1.4/ Theo Guido: Lý thuyết dựa ảnh hưởng lan truyền đất đắp Hệ số giảm ứng suất đưa (3.10) 3.1.2.2/ Mơ hình tính tốn: Hình 3.7 Mơ hình đắp đệm cát cọc Hình 3.7 mơ hình loại móng gọi là: “Đắp đất gia tải cọc có kết hợp vải địa kỹ thuật” gọi tắt (GPE) phát triển giới Cọc bêtông cốt thép đặt lớp vải địa phân bố tải lớp cát đắp, BTCT Ứng suất lớp đất yếu bắt nguồn từ hiệu ứng vòm lớp đất gia tải đầu cọc ảnh hưởng vải địa kỹ thuật (hình 3.7) Do cọc BTCT có cường độ cao so với đất yếu chung quanh nên xuất ứng suất theo phương đứng từ đất đắp gia tải tải chất chứa tập trung đầu cọc, tương ứng cung vòm đất phát triển kết biến dạng khác độ cứng đầu cọc đất yếu chung quanh 3.1.2.3/ Tính tốn khả kéo căng vải gia tải: a./ Theo tiêu chuẩn anh BS8006 (1995) cho phép sử dụng cơng thức: (3.11) Trong đó: Trp: Lực kéo vải WT: Tải phân vải (tải ngoài) ε: Độ giãn dài (%) vải địa kỹ thuật Lực kéo căng cơng thức tính tốn xem lực căng lớn Độ giãn dài > 6% xem mức giới hạn cho chuyển tiếp tải trọng đầu cọc Tỷ lệ tải trọng biến dạng nghiên cứu nhiều mức tải khác Nếu độ giãn dài vượt giới hạn nên giảm đất đắp để ngăn ngừa di chuyển khác bề mặt đất đắp, để tránh biến dạng lâu dài bề mặt đất đăp, biến dạng lâu dài khống chế mức nhỏ Biến dạng từ biến cho phép cơng trình 2% Lực kéo căng phát triển suốt trình đắp (chất tải) Nếu đất khơng biến dạng khơng chất tải lực kéo căng vải khơng phát triển Phương trình sử dụng cho lực kéo căng khơng phát triển trường hợp vải địa kỹ thuật nằm đất đắp dài vơ han Phương trình: Trp = σs(s-a)Ω σs: ứng suất đất đắp gây vải Ω: Hệ số không thứ nguyên liên quan đến biến dạng lệch vải (3.12) y: độ lệch vải b/ Tính ứng suất tập trung đầu cọc đất theo Zaeske (2001) Kempfer (2002): + Phương trình vi phân ứng suất tập trung đầu cọc  z : Trong đó: Hình 3.9 Cung vịm theo l ý thuyết Zaeske Kempfert 2002 + Phương trình vi phân ứng xuất phân bố đất hai cọc  z : Trong đó: Phương trình vi phân lâp Với Trong - Hệ tải trọng màng vải địa kỹ thuật kết hợp đất đắp gia tải: Hình 3.10 Tập trung ứng suất đầu cọc thể cường độ đất đầu cọc Tổng lực kéo màng gia tải S (3.13) 3.2/ Lực cản đất nền: Tất phương pháp tính toán vải địa có lỗ rỗng, lực cản lại đất bên bỏ qua Điều có nghóa thiết kế an toàn, thực chất đất bên có gánh đỡ Do giảm khả kéo căng gia tải theo Reid Buchman (1984) (Han, 2003) tìm thấy lực cản kéo căng từ đất bên vải sau: 0.18γH (γ trọng lượng đất đắp, H chiều cao đất đắp) Theo John (1987) (Han, 2003) tìm thấy lực cản kéo căng từ đất bên vải 0.15γH , sau phương pháp PTHH Jones et al (1990) (Han, 1999) chứng minh bệ đỡ cục giảm lực kéo căng đất gia tải ghi nhận biểu đồ sau: Lực kéo căng (kN/m) Khơng ảnh hưởng đất yếu Chiều cao đăp (m) Bệ đỡ cục từ đất yếu Khoảng cách tim cọc (m) Hình 3.11 ảnh hưởng vải đến lực kéo căng 3.3/ Kết mô hình thí nghiệm tải trọng tónh Thi nghiệm mô hình thực tế thu nhỏ: Mô hình 3D thí nghiệm thu nhỏ tỷ lệ 1:3 để xem sét ứng xử ứng lực mũi cọc ứng xử biến dạng để kiểm tra khác so với lý thuyết tính toán Một nhóm cọc gồm cọc đặt đất yếu theo lưới ô vuông, đặt đầu cọc vải địa kỹ thuật khoá chuyển vị đứng, gia tải lớp cát có chiều cao h (h thay đổi), bên đệm cát đặt đầu đo ứng suất theo phương đứng, cọc có tiết diện 16x16cm, tải trọng thí nghiệm thay đổi theo nhiều cấp tải P= 20kN/m2;P=54kN/m2;P=104kN/m2 Hình 3.12a Mô hình thí nghiệm cọc Tải Vải Đầu đo ứng suất Cá t Vải Cọc 16x16 cm Đầu đo Đấ t yế u Hình 3.12b Mô hình thí nghiệm cọc Ứng suất phân bố lớp cát đắp ghi lại từ đầu đo ứng suất Phần tải mà cọc chịu đo phần tử tải cho phép so sánh ứng suất đệm cát Dưới mức độ cấp tải trọng khác ứng suất chuyển tiếp phân bố khác nhau, lực kéo căng khác Biểu đồ so sánh tính toán ứng suất gia tải đất đắp (chiều cao đất đắp 35cm 70cm) từ kết thí nghiệm mơ hình Cấp tải Chiều cao vịm h=Sc/2 Với khoảng cách hai cọc Sc = 70cm Hình 3.13 Kết thí nghiệm ... cao h (h thay đổi), bên đệm cát đặt đầu đo ứng suất theo phương đứng, cọc có tiết diện 16x16cm, tải trọng thí nghiệm thay đổi theo nhiều cấp tải P= 20 kN/m2;P=54kN/m2;P=104kN/m2 Hình 3.12a Mô hình... trọng chất chứa (3 .2) 3.1 .2. 1.1/ Theo Tiêu chuẩn BS 8006 (1995): Thiết kế gia tải đất yếu Sự phân bố tải trọng đứng hoạt động cọc WT Cho H>1.4×(s-a) (3.3) Cho (3.4) Nếu S2/a2 ≤ P’c/σ’v WT = Trong... Li et al., 20 02) cho giới hạn cân có dạng cung vịm cát hai đầu cọc Phần lớn tải trọng truyền có dạng hình cung vành khăn chuyển tiếp suốt cung Theo Schmertmann (1991) (Han Gabr, 20 02) dự kiến