Đang tải... (xem toàn văn)
Bài viết này trình bày về cọc khoan nhồi có thân giãn nở là cọc có tiết diện tại một số vị trí tại thân bị kéo dài. Điều này giúp cọc tăng diện tích mặt tiếp xúc với mặt đất, cùng với đó là sức chịu tải của cọc đơn tăng lên đáng kể và hạn chế được độ lún so với cọc thông thường ở cùng độ sâu. Do đó vừa đạt hiệu quả kỹ thuật vừa kinh tế, nhất là trong điều kiện lớp đất chịu lực dưới mũi cọc tương đối khó thi công. Mời các bạn cùng tham khảo!
NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM CHỊU TẢI CỌC KHOAN NHỒI ĐƯỢC MỞ RỘNG TIẾT DIỆN THÂN ĐỖ MINH NGỌC*, ĐỖ MINH TÍNH** BÙI THỊ QUỲNH ANH* Research on bearing capacity characteristics of bored pile with expanded body Abstract: Bored pile with expanded body is the pile whose cross section in some positions at the body is extension This helps the pile to increase the interface area in contact with the ground, along with the bearing capacity of the single pile is significant growth and the settlement is limited compared to conventional piles at the same depth Therefore, it is both effectively technical and economical, especially in the condition that the bearing soil layer under the pile tip is relatively hard to construct Based on analysis the bearing capacity test results of the case study site and the empirical formula, the paper evaluates and clarifies the bearing capacity characteristics of this pile Keywords: bored pile, expanded body, bearing capacity, ĐẶT VẤN ĐỀ * Cọc thay đổi tiết diện đời từ cuối năm 1950, phải nói đến Ấn Độ bắt đầu sử dụng cọc nhiều đốt xây dựng Đến năm 1960 1970, Ấn Độ, Vƣơng quốc Anh Liên Xô cũ sử dụng cọc nhiều đốt cho số loại đất có tính trƣơng nở, hoàng thổ, đất sét, cát cát Tại thời điểm đó, có 20 tài liệu báo cáo kết thử nghiệm so sánh (bao gồm thử nghiệm mơ hình thử nghiệm tải trọng t nh trƣờng) cọc khoan thẳng, cọc mở rộng đáy, cọc mở rộng thân hai đoạn ba đoạn Các kết cho thấy, so với cọc đƣờng kính, cọc nhiều đốt cải thiện đáng kể khả chịu lực, lún hơn, mang lại hiệu kinh tế kỹ thuật rõ rệt [2] Ví dụ nhƣ vùng Bắc Ural Liên Xô trƣớc đây, cọc doa hai đốt ba đốt đƣợc sử dụng đất sét trạng thái nửa cứng ~ cứng sức chịu tải chúng đạt 800kN, * ** Bộ mô Địa kỹ thuật - Tr ng ĐH Công nghệ GTVT Bộ môn Địa kỹ thuật - Tr ng ĐH Kiến trúc Hà Nội ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2021 sức chịu tải tƣơng ứng cọc có đƣờng kính đạt 200-220kN Mặc dù thể tích lƣợng bê tơng sử dụng làm cọc tăng 27% đầu cọc đƣợc mở rộng, nhƣng sức chịu tải lại tăng lên gần lần[3] Năm 1980, Polous cộng tài liệu chuyên khảo phân loại cọc với tên gọi “under reamed pile”[4] Năm 1983, Ray.E Martin tiến hành thí nghiệm với cọc đƣợc mở rộng hai vị trí, kết cho thấy sức chịu tải cọc tăng lên đáng kể độ lún cọc bé[4] Vào đầu năm 1978, Viện Kỹ thuật Xây dựng Bắc Kinh tiến hành thi cơng cọc đƣờng kính nhỏ chiều sâu 5m đƣợc mở rộng tiết diện vị trí thân cọc (đƣờng kính cọc 300nmn, đƣờng kính đầu mở rộng 480mm) tiểu khu Hồ Đoàn Kết sau tiến hành thử tải t nh Kết cho thấy tải trọng giới hạn hai loại cọc tăng lên 1.25 đến 1.76 lần so với cọc đƣờng kính[6] Năm 1979, Viện Nghiên cứu Máy xây dựng Bộ Xây dựng Công ty máy xây dựng Bắc Kinh lần phát triển loại máy doa thành hố 45 khoan để mở rộng tiết diện cọc có tên ZKY100 Cùng năm đó, Nhóm nghiên cứu Móng cọc Bắc Kinh thử nghiệm với cọc đƣờng kính 400mmm, có vị trí mở rộng thành, đƣờng kính mở rộng 560mm, dài 8,7m Kết thử nghiệm cho thấy so sánh với cọc không mở rộng tiết diện có chiều dài 8.85m sức chịu tải tăng lên 138%[5] Năm 1998, Tập đồn Cơng nghiệp Quang điện tử phƣơng Bắc Trung Quốc phát triển loại thiết bị ép giãn nở thủy lực đa chức mới, đồng thời triển khai cọc ép mở rộng đa đoạn áp dụng thành công chúng Bắc Kinh, Tế Nam, Thiên Tân, Vũ Hán Xiangfan, v.v đạt đƣợc kết đáng kể [7] Năm 2005 Yang Zhi[9] sử dụng cọc mở rộng bốn móng trụ cầu dự án tiếp cận bờ bắc cầu sông Vũ Hán Thiên Hƣng Châu Dƣơng Tử Tiến hành so sánh lợi ích kinh tế với cọc khoan nhồi thơng thƣờng việc sử dụng cọc mở rộng đáy tích lũy rút ngắn chiều dài cọc điều kiện 8.590 m, tiết kiệm 11,24 triệu nhân dân tệ chi phí dự án Từ nghiên cứu trên, rõ ràng cọc mở rộng tiết diện thân có ƣu điểm vƣợt trội so với cọc thông thƣờng Tuy nhiên, để làm rõ vấn đề đặc điểm chịu tải cọc cịn nghiên cứu, báo tác giả thơng qua kết phân tích thí Hình 1: Hình ảnh thi công tr 46 ng nghiệm trƣờng kết hợp với cơng thức thực nghiệm tiến hành phân tích NGUYÊN LÝ THI CÔNG CỌC MỞ RỘNG TIẾT DIỆN THÂN Cọc khoan nhồi mở rộng tiết diện đƣợc thi công phƣơng pháp khoan xoay, thi công nhờ hệ thống kích thủy lực đƣợc bố trí gầu đào mà tiết diện cọc đƣợc mở rộng Khi khoan đến vị trí cần đƣợc mở rộng nhờ kích thủy lực từ tử đẩy mảnh gầu khoan sang hai bên tiến hành xoay, khiến đất hai bên thành cọc đƣợc đào ra, sau mở rộng thân xong gầu đào thu lại khoan nhƣ cọc truyền thống Toàn hệ thống đƣợc giám sát hệ thống máy tính từ tốc độ khoan đến đƣờng kính mở rộng (Hình 1~4) Do vậy, q trình thi cơng cọc ln đảm bảo đƣợc tính ổn định khơng bị sập thành hố, tính an tồn cao, phù hợp với điều kiện địa chất phức tạp So với cọc truyền thống việc mở rộng tiết diện thân cọc giúp lợi dụng sức chịu tải lớp đất bên mũi cọc, giúp cho độ lún giảm sức chịu tải cọc đƣợc tăng lên cách đáng kể Ngoài ra, đƣợc thi công phƣơng pháp khoan xoay nên q trình thi cơng gây tiếng ồn, ô nhiễm môi trƣờng, lƣợng dung dịch giữ ổn định thành hố giảm, giá thành cọc giảm đáng kể,… Hình 2: Hệ thống máy tính kiểm sốt ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2021 Hình 3: Hệ thống t i cần khoan PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC KHOAN NHỒI MỞ RỘNG TIẾT DIỆN Ở THÂN Hiện nay, để xác định sức chịu tải cọc khoan nhồi mở rộng tiết diện thân có nhiều nhƣ: phƣơng pháp kinh nghiệm, phƣơng pháp giải tích xây dựng đƣờng cong quan hệ Q~s phƣơng pháp trƣờng Trong phƣơng pháp sử dụng phƣơng pháp kinh nghiệm thông thƣờng đƣợc sử dụng giai đoạn thiết kế ban đầu để xác định , khó xác định đƣợc mối quan hệ tải trọng chuyển vị Phƣơng pháp giải tích xây dựng đƣờng cong quan hệ Q~s tƣơng đối phức tạp việc lựa chọn mơ hình tính cần phải phù hợp Phƣơng pháp thí nghiệm trƣờng phƣơng pháp trực tiếp nhất, cho kết đáng tin cậy, cách tiến hành xây dựng đƣờng cong quan hệ Q~s từ đánh giá sức chịu tải cọc cách xác Trong phạm vi báo, tác giả trình bày hai phƣơng pháp sử dụng công thức kinh nghiệm phƣơng pháp thử t nh tải Osterberg tiến hành phân tích 3.1 Phƣơng pháp công thức kinh nghiệm ác định sức chịu tải cọc khoan nhồi tha đổi tiết diện thân Theo kết nghiên cứu nhiều học giả kết hợp với việc phân tích qui luật truyền tải trọng cọc mở rộng tiết diện, sức chịu tải cọc mở rộng tiết diện thân bao gồm thành phần sau: ma sát thân cọc với đất, sức cản đoạn cọc đƣợc mở rộng tiết diện sức kháng đầu mũi cọc Trong thiết kế tính tốn ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2021 Hình 4: Hệ thống gầu khoan cọc mở rộng tiết diện cần phải tính đến ba phần xem xét yếu tố phần, không kết tính tốn thực tế có sai khác Thí dụ đoạn phần mở rộng thân cọc, đoạn cọc vát ma sát thân cọc bỏ qua không xem xét, nhƣng đoạn cọc thẳng dƣới mũi phần mở rộng cần phải đƣợc xét đến Trong thực tế có nghiên cứu vấn đề này, tính tốn để đảm bảo an tồn nhiều tác giả đơn giản hóa cách lƣợc bỏ phần khơng tính Hình 5: Sơ đồ tính Thơng qua phân tích phân theo qui phạm thiết kế móng cọc mở rộng đáy JGJ94－2008 Trung Quốc sức chịu tải cọc đƣợc xác định nhƣ sau[10]: Quk Qsk Qpk Qbk (1) Qsk u si qsik li u qsj j D j (2) Q pk pk q pk Ap (3) 47 Qbk bb qbk Ab Bảng 2: Bảng tra hệ số , b (dƣới mực nƣớc ngầm) [4] (4) Trong đó: Qsk, Qbk - lần lƣợt tổng sức kháng ma sát thân cọc sức kháng đoạn cọc mở rộng, (kN); Qpk - sức kháng mũi đoạn cọc đƣợc mở rộng, (kN); u - chu vi thân cọc, (m); qsik - sức kháng đơn vị lớp đất thứ i; u qsj j D j - thể sức kháng ma sát đoạn dƣới khu vực mở rộng tiết diện khơng tính vào; si - hệ số điều chỉnh sức kháng thân cọc, tra bảng 1; pk - hệ số điều chỉnh sức kháng mũi cọc Loại đất vị trí mở Sét, rộ ng tiết sét , b Loại đất vị trí mở rộng đƣợc mở rộng tiết diện; A p - diện tích tiết diện thân cọc vị trí mở 、b chuẩn đoạn mở rộng tiết diện tra bảng 3,4; qbk - sức chịu tải qui ƣớc lớp đất dƣới mũi cọc; Ab - diện tích tiết diện mũi cọc, (m2); j - giá trị phụ thuộc vào đƣờng kính mở rộng, nều đƣờng kính mở rộng lớn lần so với đoạn khơng mở rộng phía dƣới đoạn mở rộng khoảng nD cần phải xét đến ma sát thân cọc, nhỏ xem xét bỏ qua Bảng 1: Bảng tra hệ số si , pk b [4] Loại đất Đất dính Đất rời si (0,8d)1 / (0,8d)1 / pk (0,8D)1 / (0,8D)1 / b (0,8D)1 / (0,8D)1 / 48 Cát hạt trung đến thô 1,4~1,5 1,3~1,4 1,2~1,3 1,0 Cuộ i, sỏ i 1,1 Bảng 3: Bảng tra hệ số , b (tr n mực nƣớc ngầm)[4] tiết diện mũi cọc, tra bảng 2; ,b - hệ số điểu chỉnh sức kháng mũi tiêu nhỏ diện đoạn mở rộng tiết diện thân, tra bảng 2; q pk - sức kháng thân đơn vị vị trí cọc rộng, (m2); b - hệ số ảnh hƣởng kích thƣớc hình học Á cát Cát hạt Sét, sét dẻo cứng đến cứng Sét, sét dẻo Á cát Cát mịn mềm 0,6~0,8 0,8~1,0 Cát hạt nhỏ Cát hạt trung, thô 0,8~1, 0,8~0, 0,6~0, 0,4~0, 3.2 Phƣơng pháp Osterberg ác định sức chịu tải cọc 3.2.1 Nguy n lý ph ơng pháp Mục đích phƣơng pháp thí nghiệm tự cân xác định sức kháng bên sức kháng mũi cọc thơng qua hộp tải trọng gồm kích thủy lực đƣợc đặt thân cọc Tùy theo điều kiện yêu cầu thí nghiệm, thiết bị đƣợc đặt cao trình (thƣờng đƣợc đặt đáy cọc) nhiều cao trình chiều dài thân cọc thí nghiệm Sau bê tơng đổ cọc đạt cƣờng độ theo yêu cầu thiết kế ngƣời ta gia tải việc bơm chất lỏng thƣờng sử dụng dầu thủy lực để tạo áp lực cho hệ kích đặt hộp tải Với nguyên lý này, đối trọng dùng cho việc thử đƣợc tạo trọng lƣợng thân cọc sức kháng thành bên cọc Khi làm việc, kích tạo lực đẩy tác dụng vào thân cọc theo hƣớng ngƣợc lên đồng thời tạo lực ép xuống mũi cọc Các chuyển vị lên thân cọc chuyển vị xuống phần mũi cọc đƣợc đồng hồ ghi lại tƣơng ứng với m i thời điểm quy trình gia tải Sơ đồ thí nghiệm đƣợc thể nhƣ hình ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2021 Kết thu đƣợc biểu đồ quan hệ chuyển vị tải trọng cho mũi cọc đỉnh cọc đƣợc xây dựng độc lập thí nghiệm đƣợc kết thúc đạt đến sức ma sát giới hạn sức kháng mũi giới hạn 3.2.2 Ph ơng pháp phân tích kết Khi làm thí nghiệm dọc trục cọc, chịu tải trọng thẳng đứng nhƣ (hình 7a), đỉnh cọc chịu tải trọng Q, sức chịut tải cọc hai thành phần ma sát thân cọc sức kháng mũi Đối với cọc chịu sức kháng nhổ nhƣ (hình 7b), lực nhổ đầu cọc chịu ma sát âm thân cọc lƣợng thân cọc Còn phƣơng pháp tự cân (hình 7c) cặp tải trọng cân (Qtrên = Qdƣới) đƣợc sinh kích thủy lực đặt hộp tải chơn thân cọc Hình 6: Sơ đồ nguy n lý thí nghiệm tự cân (a) Phƣơng pháp nén cọc (b) Phƣơng pháp nhổ cọc (c) Phƣơng pháp tự cân Hình 7: Các tr ng h p thí nghiệm xác định sức chịu tải dọc tr c cọc Vị trí chơn cọc vị trí cân đoạn cọc đoạn dƣới cọc, hộp có tác dụng đẩy hai phần cọc hƣớng lên xuống Do đoạn cọc dƣới thƣờng ngắn gần mà mũi cọc tựa vào nên tải trọng đỉnh đoạn sức kháng mũi phần nhỏ ma sát thân cọc chịu Còn đoạn hộp tải chiều dài lớn tải trọng hộp tải tạo chủ yếu ma sát thân cọc trọng lƣợng thân cọc phải chịu Về hình thức mà nói đoạn cọc làm việc gần giống nhƣ cọc chịu nhổ, nhƣng điểm đặt lực khác nhau, trạng thái giới hạn lực ma ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2021 sát dọc thân lớn so với thí nghiệm sức kháng nhổ Nếu coi vị trí nơi mà sức kháng mũi ma sát thân cọc cân điểm phân cách hai phần, đoạn hộp tải coi nhƣ cọc làm việc chịu tải trọng nén t nh để qui đổi, điều kiện phƣơng pháp Giả thiết theo phƣơng pháp truyền thống cọc chịu nén, thành phần tải trọng bao gồm ma sát thân cọc Qs sức kháng mũi Qp thì: Q Qs Q p (5) 49 Thông qua giản hóa, sức chịu tải cọc Q theo phƣơng pháp tự cân tƣơng ứng với phần phần dƣới cọc phải xem xét đến hệ số chuyển đổi Căn vào cơng trình nghiên cứu tác giả Dai Guo Liang – Gongwei Ming trƣờng đại học Đông Nam Trung Quốc, kết thực tế cho thấy đoạn cọc phá hoại phát sinh giao diện đất cọc, nên sức chịu tải đoạn cọc không xem xét khấu trừ trọng lƣợng thân đất xung quanh cọc khấu trừ trọng lƣợng thân cọc, nên: (Q G p ) (6) Q tren K duoiQduoi K tren Trong đó: Ktren, Kd oi - hệ số chuyển đổi tải trọng phấn dƣới cọc, (kN); Qtren, Qd oi - phân biệt sức chịu tải phân phần dƣới cọc, (kN)； Gp - trọng lƣợng thân cọc, (kN) Thông qua nghiên cứu thực nghiệm, cơng trình khơng xét đến ảnh hƣởng lẫn đoạn đoạn dƣới cọc Do đó, đọan cọc dƣới hệ số tải trọng Kduoi = thỏa mãn yêu cầu với cơng trình, lúc hệ số K ký hiệu lại thành K công thức (6) viết lại nhƣ sau: (Q G p ) (7) Q tren Qduoi K Hai công thức (6) với cơng thức (7) cơng thức thực việc qui đổi xác định sức chịu tải cọc phƣơng pháp tự cân sang phƣơng pháp nén t nh đầu cọc Khi tải trọng thí nghiệm lớn đƣờng cong Q – S có độ xác cao Lúc sức chịu tải cọc đƣợc tính nhƣ sau: (Q G p ) (8) Q Qs Qp tren Qduoi K Trên công thức (8) hệ số K nên thông qua phƣơng pháp tự cân với phƣơng pháp nén t nh cọc so sánh để xác định 50 Bên nguyên lý cách qui đổi sức chịu tải cọc đƣợc xác định từ phƣơng pháp tự cân sang nén t nh đầu cọc Nhƣng để xác định đƣợc mối quan hệ tải trọng chuyển vị cần phải xét đến chuyển vị Để xây dựng đƣợc mối quan hệ cần có vài giả định sau: Coi điều kiện chịu áp lực cọc đƣợc phân thành hai đoạn dƣới hộp tải, mặt phân cách hai đoạn điểm cân bằng, giá trị ma sát thân cọc trung bình đoạn dƣới qms nhƣ hình thể là: Qduoi 0Ap (9) Coi chuyển vị đoạn cọc dƣới thí nghiệm phƣơng pháp tự cân nén t nh đầu cọc nhƣ (hình 9) thì: Sa=Sduoi (10) Đoạn cọc chịu tải bị nén lại khoảng S nhƣ hình 10 tải trọng tác dụng đầu cọc thân cọc dẫn đến biến dạng nén đàn hồi, nên: S S1 S (11) Trong đó: S1 - biến dạng đàn hồi đoạn cọc lực nén Qdƣới, (mm); S - biến dạng nén đàn hồi đoạn cọc chịu tải trọng phát sinh tác dụng ma sát dọc thân cọc, (mm) Hình 8: Sơ đồ cọc chịu tải trọng n n ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2021 a) Hình 9: Chuyển vị đo n cọc d ới Nhƣ vậy, chuyển vị cọc đƣợc xác định từ phƣơng pháp tự cân đƣợc xác định nhƣ sau: Q L (12) S1 duoi E p Ap S2 (Qtren G p ) L KE p Ap (13) Trong đó: L - chiều dài đoạn cọc trên, (m); Ap - diện tích tiết diện thân cọc (m2); Ep - mơ đun đàn hồi thân cọc, (kN/m2) Thay công thức (12) (13) vào công thức (11), ta đƣợc: [(Qtren G p ) 2Qduoi ]L (14) S S1 S2 KEp A p Từ xây dựng đƣợc mối quan hệ tải trọng biến dạng Q – S hai đoạn cọc trên, dƣới hộp tải nhƣ hình 11a thể thành đƣờng đƣờng cong quan hệ tƣơng ứng với phƣơng pháp nén t nh đầu cọc Q – S nhƣ hình 11b Lúc công thức qui đổi tải trọng chuyển vị nhƣ sau: Q Gp (15) Q tren Qduoi K S=Sduoi+ S (16) ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2021 b) c) Hình 10: Biểu đồ phân tích đo n cọc tr n chịu lực Trong hai công thức Q dƣới Sdƣới đƣợc xác định trực tiếp cách đo trƣờng Gp S thơng qua tính tốn đạt đƣợc Đối với phƣơng pháp tự cân bằng, m i cấp gia tải, hộp tải thơng qua kích thủy lực đẩy hai đoạn cọc theo hai phƣơng khác lên xuống với lực Nhƣng chuyển vị hai đoạn cọc không giống Trong trình gia tải, chuyển vị tuyệt đối cọc đƣợc xác định đỉnh cọc hay đỉnh đoạn cọc trên, giá trị giá trị Sdƣới Do vậy, Q đƣợc xác định từ đƣờng cong quan hệ Q S nhƣ hình 11a thể tƣơng ứng với chuyển vị Sdƣới Đối với hệ số qui đổi K, nên thông qua so sánh hai phƣơng pháp thí nghiệm truyền thống tự cân Hai tác giả, Gong Wei Ming, Dai Guo Liang thông qua nghiên cứu 130 cơng trình thực nghiệm tiến hành so sánh đƣa giá trị K theo loại đất khác nhƣ sau: + Đối với đất sét K = 0,8; + Đất cát K = 0,7; + Đối với đá K = 51 S trªn Q = K(Qtrªn - Gp) + Qd-íi Q S trªn Q d-íi Q d-íi S = Sd-íi + ?S Q d-íi S d-íi S S d-íi Hình 11: Đ (a) (b) ng cong quan hệ Q - S xác định t ph ơng pháp tự cân sau đ ỨNG DỤNG CƠNG TRÌNH THỰC TẾ 4.1 Điều kiện địa chất cơng trình Cọc sử đƣợc sử dụng cho cơng trình nhà cao tầng gồm hai tầng hầm Phần ngầm đƣợc thi công phƣơng pháp top-down với kết cấu tƣờng liền, khung bê tông cốt thép, cọc có cao độ đỉnh cọc 24.637m đáy cọc -24.893 Đƣờng kính thân cọc 1.8m đoạn mở rộng thân đáy có đƣờng kính 3,6m, đáy đoạn mở rộng đặt cao độ -18,5m, mũi cọc đặt vào lớp cát bụi trạng thái chặt Cụ thể điều kiện địa chất khu vực nhƣ sau: (1) Lớp 1: Đất lấp màu nâu vàng, chủ yếu đất sét lẫn đá dăm, trạng thái nửa cứng, bề dày phân bố từ 0,50m ~ 4,00m, bề dày trung bình 2,00m có tiêu: w = 22,1%, trọng lƣợng thể tích tự nhiên = 19,9 kN/m3, hệ số r ng e = 0,644, số dẻo IP=14,9, IL = 0,15, hệ số nén lún a1-2 = 0,16 MPa-1, số xuyên tiêu chuẩn trung bình N = 5,7 búa (2) Lớp số 2: Á sét màu xám nâu, nâu vàng, trạng thái dẻo mềm, bề dày 1,2~10m, chiều dày trung bình 6,77m, có tiêu: w = 26,2%, trọng lƣợng thể tích tự nhiên kN/m3，hệ số r ng e = 0,753, số dẻo IP=12,7, IL = 0.7, hệ số nén lún a1-2 = 0,22 MPa-1, số xuyên tiêu chuẩn trung bình N = 6.9 búa (3) Lớp số 3: Lớp sét, màu xám tro, trạng thái nửa cứng có bề dày phân bố từ 2,60~20,00m, bề dày trung bình 11,41m Có 52 c qui đổi tiêu: w = 22,3%, trọng lƣợng thể tích tự nhiên = 19,6 kN/m3，hệ số r ng e = 0,676, số dẻo IP=16,3, IL = 0,14, hệ số nén lún a1-2 = 0,13 MPa-1, số xuyên tiêu chuẩn trung bình N = 17,6 búa (4) Lớp số 3a: Á sét màu xám tro, trạng thái dẻo cứng phân bố dƣới dạng thấu kính lớp số có bề dày 1,70~3.4m, bề dày trung bình 2,75m Có tiêu: w = 24,2%, trọng lƣợng thể tích tự nhiên = 19,1 kN/m3，hệ số r ng e = 0,745, số dẻo IP=13,8, IL = 0,44, hệ số nén lún a1-2 = 0.22 MPa-1, số xuyên tiêu chuẩn trung bình N = 9,9 búa (5) Lớp số 4: Á sét lẫn sạn, màu vàng, vàng nhạt, xám tro trạng thái nửa cứng lớp bề dày phân bố 1,00~12,6m, trung bình 7,37m Có tiêu nhƣ sau: w = 18%, trọng lƣợng thể tích tự nhiên = 20,9 kN/m3，hệ số r ng e = 0,521, số dẻo IP=16,6, IL = 0,09, hệ số nén lún a1-2 = 0,10 MPa-1, số xuyên tiêu chuẩn trung bình N = 21 búa (6) Lớp 5: Sét, màu đỏ sẫm ~ đen, lẫn sỏi sạn, trạng thái nửa cứng, bề dày phân bố 1,10m ~ 16,9m, trung bình 5,74m Có tiêu nhƣ sau: w = 26,5 %, trọng lƣợng thể tích tự nhiên 19,6 kN/m3，hệ số r ng e = 0,702, số dẻo IP=16,6, IL =0,18, hệ số nén lún a1-2 = 0,12 MPa-1, số xuyên tiêu chuẩn trung bình N = 23 búa (7) Lớp số 5a: Á sét, màu vàng ~ vàng nhạt, trạng thái dẻo mềm, tồn dƣới dạng thấu kính ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2021 lớp số 5, bề dày phân bố từ 0,80m ~ 5,00m, bề dày trung bình 2,78m Có tiêu nhƣ sau: w = 25,4 %, trọng lƣợng thể tích tự nhiên = 19,3 kN/m3，hệ số r ng e = 0,75, số dẻo IP=16,2, IL =0,4, hệ số nén lún a1-2 = 0,21 MPa-1, số xuyên tiêu chuẩn trung bình N = búa (8) Lớp số 6: Cát bụi, màu vàng, xám vàng lẫn hạt bụi, đơi ch có lẫn sỏi, trạng thái chặt vừa, bề dày phân bố từ 1,30 m ~ 17,3 m, trung bình 12,48m Có tiêu nhƣ sau: w = 20,8%, trọng lƣợng thể tích tự nhiên = 20,0 kN/m3, số xuyên tiêu chuẩn trung bình N = 20,6 búa (9) Lớp số 7: Cát bụi, màu vàng, vàng nhạt, trạng thái chặt, bề dày trung bình 8,64m Có tiêu nhƣ sau: w = 21%, trọng lƣợng thể tích tự nhiên = 20,3 kN/m3, số xuyên tiêu chuẩn trung bình N = 34,2 búa Bảng 1a: Bảng tổng hợp số ti u lý lớp đất Chỉ ti u Ký hiệu Đơn vị Lớp Lớp Trọng lƣợng thể tích tự nhiên 0 kN/m3 19,9 19,2 19,6 19,1 20,9 Khối lƣợng riêng ∆ 2,83 2,72 2,74 2,735 2,71 Độ ẩm tự nhiên W % 22,1 26,2 22,3 24,2 18 Độ bão hòa Sr % 94 95 91 89 94 WP WL IP B eo a1-2 Đứng Ngang C E % 20 34,9 14,9 0,15 0,644 0,16 0,15 12 14 18,6 31,3 12,7 0,7 0,753 0,22 0,0008 0,0008 14 30 20 36,3 16,3 0,14 0,676 0,13 0,0007 0,0007 17 50 13,0 18,1 32 13,9 0,44 0,745 0,22 0,0007 0,0007 15 32 8,5 18,9 35,5 16,6 0,09 0,521 0,1 0,02 0,1 17 50 14 Độ ẩm giới hạn dẻo Độ ẩm giới hạn chảy Chỉ số dẻo Độ sệt Hệ số r ng Chỉ số nén lún Hệ số thấm Thí nghiệm cắt trực tiếp Mô đun biến dạng % Mpa-1 m/d m/d Độ KN/m2 MPa Lớp Lớp 3a Lớp Bảng 1b: Bảng tổng hợp số ti u lý lớp đất Chỉ ti u Trọng lƣợng thể tích tự nhiên Khối lƣợng riêng Độ ẩm tự nhiên Độ bão hòa Độ ẩm giới hạn dẻo Độ ẩm giới hạn chảy Chỉ số dẻo Độ sệt Hệ số r ng Chỉ số nén lún ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2021 Ký hiệu 0 ∆ W Sr WP WL IP B eo a1-2 Đơn vị kN/m3 % % % % % Mpa-1 Lớp 19,6 2,688 26,5 96 22,6 40,4 17,8 0,18 0,702 0,12 Lóp 5a 19,3 2,745 25,4 93 19,2 35,4 19,2 0,4 0,750 0,21 Lớp 20 2,73 20,8 98 / / / / 0,617 Lớp 20 2,72 21 98 / / / / 0,617 53 Đứng Ngang C E Hệ số thấm Cắt trực tiếp Mô đun biến dạng m/d m/d Độ KN/m2 MPa 0,05 0,2 18 50 15 0,0007 0,0008 14 30 8,5 25 17 27 10 22 4.2 Tham số tính tốn cho cọc Căn vào kết thí nghiệm phịng thí nghiệm kết cho tham số tính tốn cọc nhƣ sau: Bảng 3.2: Bảng tham số tính tốn cho cọc Ký hiệu lớp Thí nghiệm Kết thí nghiệm Tên lớp phòng đất fak Es xuyên tiêu chuẩn N30 fak Es (kPa) (MPa) (búa) (kPa) (MPa) Giá trị kinh Giá trị lựa nghiệm chọ n fak (kPa) Es fak (MPa) Sức chịu Sức chịu Es (kPa) (MPa) tải qui tải giới ƣớc hạn fak (kPa) qu (MPa) Đ ất lấp 130 10 5,7 / / 90~120 3~4,5 110 110 210 Á sét 180 6,9 158 9,9 140~160 6~8 150 255 470 Á sét 470 13,1 17,6 468 18,6 360~400 13~15 360 13 410 790 3a Á sét 200 8,1 9,9 227 12,9 230~260 8~10 230 8,5 280 520 Á sét lẫn 620 15,5 21 570 22 370~400 14~15 370 14 420 810 430 14,5 23 610 23 400~430 15~16,5 400 15 430 830 200 8,8 180 11 180~230 8,5~10 180 8,5 260 500 sạn Sét, lẫn sạn 5a Á sét Cát bụ i 20,6 204 18,4 180~200 16~18 190 17 110 220 Cát bụ i 34,2 267 24,7 230~250 21~23 240 22 200 400 Đối với cọc thí nghiệm, đƣờng kính thân cọc 1.8m đƣợc mở rộng thân hai vị trí với đƣờng kính mở rộng 3,6m Áp dụng công thức (4) ta đƣợc: Qsk u si qsik li u qsj j D j 12985kN Q pk pk q pk Ap 6011kN Qbk bb qbk Ab 6781kN Nhƣ vậy, sức chịu tải cọc Quk Qsk Qpk Qbk 25777kN là: Bảng 3: Bảng tham số tính tốn cọc Chiều sâu lớp đất(m) Tên lớp qsik(kPa) qbk (kPa) si / b b 24,637m~7,689m 7,689m~0,95m 0,95m~-6,85m -6,85m~-12,67m -12,67m~-18,5m Á sét Á sét Á sét Sét lẫn sạn, sỏi Cát bụi 54 80 86 72 / / / / / 1000 0,85/ 0,85/ 0,763/ 0,763/ /0,606 / / / / 1,3/ 54 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2021 -18,5m~-22,683m -22,683~-24,893 Cát bụi Cát bụi 4.3 Kết thí nghiệm trƣờng 4.3.1 Sức chịu tải cọc Cọc thí nghiệm có đƣờng kính 1.8m đƣợc mở rộng hai vị trí thân cọc đƣờng kính 3.6m chiều sâu 37m, cọc sử dụng bê tông C35 sức chịu tải thiết kế 10450 kN Phƣơng pháp thí nghiệm đƣợc sử dụng phƣơng pháp tự cân Căn vào kết cơng thức kinh nghiệm vị trí hộp tải trọng đƣợc đặt độ sâu cách mũi cọc 6m Tải trọng thí nghiệm (2x10500 kN), đƣợc chia thành 15 cấp gia tải Tuy nhiên, để đánh giá sức chịu tải giới hạn cọc, sau kết thúc 15 cấp tiếp tục gia tải cho hết lực kích đặt hộp tải gồm 18 cấp, với cấp gia tải cuối 12600 kN Kết thí nghiệm cho thấy sức chịu tải giới hạn cọc đạt 24960 kN, tƣơng ứng với chuyển vị 15,94mm, đƣờng cong quan hệ p~s đƣợc thể dƣới hình 12 13 Hình 12: Kết quan tr c quan hệ đ ng cong P~s ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2021 72 72 / 1000 0,763/ 0,606/0,606 / /1,1 Hình 13: Đ ng cong chuyển đổi tải trọng đầu cọc 4.3.2 Kết đo lực dọc tr c thân cọc Kết đo lực dọc trục thân cọc theo độ sâu đƣợc thể hình 14 Từ hình cho thấy cấp gia tải từ độ sâu 8m trở xuống, vị trí mặt cắt đặt đầu đo lực dọc trục khơng có thay đổi nhiều Khi cấp gia tải tăng dần, xu hƣớng xuất đƣờng gấp khúc rõ nét hơn, đặc biệt cấp gia tải 11200 kN gãy khúc biểu đồ thể rõ nét Lực dọc trục thân cọc ma sát thân cọc tính từ mặt cắt đầu đo trở lên chịu tải trọng từ đầu cọc truyền xuống, hai lực có mối quan hệ định, giá trị lớn nhỏ ma sát thân cọc phản ánh thay đổi lực dọc thân cọc Cũng từ biểu đồ hình 14 cho thấy, tải trọng tác dụng lên thân cọc tăng dần, đoạn cọc vị trí đƣợc mở rộng mũi cọc dần phát huy Ở giai đoạn đầu gia tải, đoạn cọc mở rộng phát huy khoảng 4,5%, nhƣng đạt đến trạng thái giới hạn tỉ lệ tăng lên đến khoảng 15% Sau toàn sức kháng đoạn đƣợc phát huy, ma sát dọc thân cọc gần nhƣ không thay đổi mà lực dọc trục truyền tiếp xuống mũi cọc đoạn cọc phía vị trí mở rộng thân cọc chịu đến 19% tải trọng Điều 55 cho thấy ma sát thân cọc đoạn phía vị trí mở rộng thân cọc đoạn mở rộng thân cọc đƣợc phát huy toàn Trên biểu đồ thấy rõ vị trí mở rộng thân cọc đƣờng biểu đồ thoải, sau phát huy hết sức kháng mũi cọc đƣợc phát huy, đƣờng biểu đồ dốc hơn, giá trị sức kháng mũi cọc sức kháng vị trí mở rộng thân cọc chênh lệch khơng đáng kể Hình 15: Sức kháng thân cọc phân bố theo chiều sâu Hình 16: Biểu đồ quan hệ sức kháng thân cọc chuyển vị Hình 14: Lực phân bố dọc thân cọc theo cấp gia tải 4.3.3 Ma sát thân cọc chuyển vị Từ kết đo sức kháng thân cọc theo chều sâu (hình 15) thấy rằng, với tăng lên tải trọng ngoài, sức kháng thân dần tăng lên Tại vị trí gia tải sức kháng thân bắt đầu phát huy tác dụng, sau đo phát huy vị trí xa Điều khẳng định lớp đất chƣa đạt tới giá trị giới hạn bắt đầu truyền tải trọng sang lớp đất liền kề, ngh a sức kháng thân cọc có liên quan đến dịch chuyển tƣơng đối cọc đất 56 Từ biểu đồ quan hệ hình 16 cho thấy sức kháng thân tăng lên với tăng lên chuyển vị tƣơng đối thân cọc đất, tức phát huy sức kháng thành định đến chuyển vị tƣơng đối cọc đất Cũng từ biểu đồ cho thấy lớp đất bên trên, bắt đầu gia tải chuyển vị tƣơng đối lớp đất với cọc tƣơng đối nhỏ, chí chƣa phát huy, cấp gia tải lớn, ma sát cọc đất đạt đến giá trị cực hạn Điều cho thấy kết hoàn toàn phù hợp với lý luận làm việc thực tế cọc 4.3.4 Phân tích sức kháng t i vị trí mở rộng thân đáy Từ hình 17 cho thấy, bắt đầu gia tải đầu cọc, lúc ma sát thân cọc đất đƣợc phát huy, tải trọng tăng dần lên tỉ lệ chiếm toàn sức kháng ma sát thân cọc đất giảm dần Có thể thấy phân thành giai đoạn: Giai đoạn thứ tải trọng gia tải từ ~ 8500 kN, sức kháng thân gần nhƣ chịu toàn tải trọng, lúc đoạn mở rộng thân cọc chƣa phát huy tác dụng; Giai đoạn thứ từ 8500kN đến 15400 kN, sức kháng đầu đoạn mở rộng thân cọc bắt đầu phát huy tác dụng với sức kháng thân chịu toàn tải trọng; Giai đoạn ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2021 tải trọng gia tải đầu cọc vƣợt 15400 kN lúc tải trọng đoạn mở rộng thân bắt đầu phát huy, tỉ lệ sức kháng thân chịu khơng có thay đổi, biểu đồ thể đoạn gần nhƣ đƣờng thẳng Hình 17: Biểu đồ tỉ lệ phần trăm sức kháng thân theo cấp gia tải nhỏ dần KẾT LUẬN Từ kết nghiên cứu cho thấy, dƣới tác dụng tải trọng cơng trình, ban đầu ma sát thân cọc đƣợc phát huy, sau đạt đến giá trị cực hạn, tải trọng bắt đầu truyền vào đoạn mở rộng tiết diện thân Chỉ sức kháng đoạn mở rộng tiết diện phát huy hết tải trọng truyền xuống mũi cọc Điều thân cọc đƣợc mở rộng tựa vào lớp trung gian tƣơng đối tốt lợi dụng đƣợc sức chịu tải lớp Chính vậy, giúp cho cọc giảm đƣợc độ lún, sức chịu tải tăng lên đáng kể so với cọc thông thƣờng có độ sâu Đặc biệt, điều kiện lớp dƣới mũi cọc lớp đất đá cứng gây khó khăn giúp giảm chiều sâu ngàm cọc đem lại hiệu mặt thời gian thi cơng kinh tế TÀI LIỆU THAM KHẢO Hình 18: Tỉ lệ phần trăm sức kháng đo n mở rộng đ ng kính thân theo cấp gia tải Hình 18 thể giai đoạn đầu sức kháng đoạn mở rộng thân chƣa đƣợc phát huy sức kháng thân gánh chịu nhƣng tải trọng thí nghiệm lên đến 8500 kN bắt đầu phát huy tải trọng đầu cọc tác dụng tăng lên đến giá trị 11400 kN lúc tỉ lệ 15,0% Khi tải trọng đầu cọc lớn 15400kN sức kháng đoạn mở rộng đƣợc phát huy rõ rệt, tỉ lệ chiếm sức kháng đoạn khơng ngừng tăng Sau cấp gia tải phần không đƣợc mở rộng thân bên dƣới bắt đầu chịu tải sức kháng đoạn mở rộng thân cọc tăng lên ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2021 [1] Shen BaoHan, Preliminary test of vertical static load of multi-section reamed bored pile.China Academy of Building Research, 1978(5): 28-43 [2] Shen BaoHan Evaluation of the vertical bearing capacity of multi-section reamed bored piles The third academic conference on soil mechanics and foundation engineering China Construction Industry Press, 1981 [3] Shen BaoHan A New Method to Evaluate the Working Characteristics of Pile P/Pu-S/Su Curve Method.Construction Technology Developmen 1994(2):11-21 [4] Xing ShaDong Research on the bearing mechanism of DX multi-section squeezeexpanded cast-in-place pile Ocean University of China, Master Thesis， 2004 [5] Yang Zhi Long Research on Vertical Bearing Capacity of Single Squeezed Branch 57 Pile Tianjin University, Master thesis,1998 [6] Hu LinZhong、Shi HongLin, Wang LiHua Application and Experimental Research of Bored and Squeezed Branch Pile Journal of HeFei University of Technology, 1997(8): 95-102 [7].Qin ZongFu Construction Technology of Concave-Convex Bored Pile Buiding Construction, 1996(1) [8].Xu FuGui, Gu JianSheng Application of Multi-under Reamed Pile in Soft Soil Westchina Exploration Engineering, 1997(4)。 [9].Gao WenSheng, Wang FuLin AM Construction Method Rotary Excavation Ng 58 Expanded Bottom Filling Pile Technical Development of pile foundation technical (2005) [10] JGJ94 - 2008, Technical code for building pile foundation, 2008 [11] Gong WeiMing, Dai GuoLiang Self Balanced Loading Test for Pile Bearing Capacity Chinese Journal Geotechnical Engineering, 2002, 23(1): 82~88 [12] Gong WeiMing, Dai GuoLiang Selfbalance Test Technology of Pile Bearing Capacity and Engineering Applications China Construction Industry Press, 2013 i phản biện: PGS,TS ĐOÀN THẾ TƢỜNG ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2021 ... sức chịu tải cọc khoan nhồi tha đổi tiết diện thân Theo kết nghiên cứu nhiều học giả kết hợp với việc phân tích qui luật truyền tải trọng cọc mở rộng tiết diện, sức chịu tải cọc mở rộng tiết diện. .. trí mở rộng đƣợc mở rộng tiết diện; A p - diện tích tiết diện thân cọc vị trí mở 、b chuẩn đoạn mở rộng tiết diện tra bảng 3,4; qbk - sức chịu tải qui ƣớc lớp đất dƣới mũi cọc; Ab - diện tích tiết. .. CÔNG CỌC MỞ RỘNG TIẾT DIỆN THÂN Cọc khoan nhồi mở rộng tiết diện đƣợc thi công phƣơng pháp khoan xoay, thi công nhờ hệ thống kích thủy lực đƣợc bố trí gầu đào mà tiết diện cọc đƣợc mở rộng Khi khoan
