Phân tích sức kháng cọc trong nền đá phong hóa theo TCVN 11823:2017

Phương pháp dự báo sức chịu tải cọc trên nền đá phong theo các công thức từ các công bố khoa học

+ Nhóm 2: Đá vôi hoặc các loại đá có chứa sét như nhóm 1 nhưng không bị vỡ khi khoan. Phương pháp dự báo sức chịu tải cọc trên nền đá phong theo các công thức. - Giai đoạn 3: Cọc rời vào trạng thái phá hủy (đường nằm ngang) khi cường độ sức kháng duới mũi cọc đạt tới giới hạn, chuyển vị cọc tăng lên liên tục với tải trọng không tăng.

• Trong đó fa là sức kháng bên cọc trong đá, đối với các loại đá mềm sử dụng faa thay cho fa có kể đến ảnh hưởng tỷ số giữa mô đun khối đá và mô đun mẫu đá m. • Tỷ số Em/Ei xác định từ số liệu các thí nghiệm, khi không có thông số chính xác hơn có thể tra theo giá trị bảng 7 từ RQD. Như đã trình bày ở phần đầu do CIRIA cần các thông số liên quan đến thớ đá để giảm cường độ mẫu còn FHWA-RD-95-172 xây dựng trên mô hình thực tế nên không cần giảm cường độ theo [2] nên trong luận văn này sẽ tập trung vào phương pháp của FHWA-RD-95-172 do điều kiện khảo sát còn hạn chế.

Dự báo sức kháng cọc dựa trên kết quả nén tĩnh cọc

- Sgh là độ lún trung bình giới hạn của móng, xác định theo phụ lục E của tiêu chuẩn đối với nhà khung BTCT giá trị Sgh = 10 cm. -  là hệ số chuyển tiếp từ độ lún giới hạn sang độ lún cọc thử tải tĩnh, đề xuất. Tiêu chí bền Hoek – Brown hay còn gọi là chuẩn phá hoại Hoek – Brown cho phép xác định tương quan giữa các thành phần ứng suất của mẫu đá.

Mô hình mô phỏng ứng xử phi tuyến của khối đá liên tục được đưa ra dựa trên các kết quả thí nghiệm mẫu đá của Hoek (1968) kết hợp với nghiên cứu mô hình của Brown (1970). -  1, 3là các ứng suất chính có hiệu lớn nhất và nhỏ nhất tại thời điểm phá hoại của khối đá.

PHÂN TÍCH SỨC KHÁNG CỌC KHOAN NHỒI TRONG NỀN ĐÁ PHONG HểA

• Khảo sát các thông số

- Cọc sử dụng phần tử khối (Volume) với các thông số như sau: Từ giá trị biến dạng dọc thân cọc (số liệu lấy theo kết quả được trình bày trong nghiên cứu của tác gia Lưu Gia Trung) tính toán được mô đun đàn hồi vật liệu cọc E = 31500 MPa, các thông số về hệ số  và  lấy theo loại thông dụng dùng phổ biến, các giá trị trình bày như bảng bên dưới. - Do không có thông số địa chất các lớp đất bên trên theo [2] dựa vào biểu đồ phân bố tải trọng cọc theo độ sâu của kết quả nén tĩnh từ mối quan hệ giữa sức kháng bên fi = Sutrong đó  lấy từ 0.42 – 1.0 kể đến ảnh hưởng đến sức kháng bên của cọc, với giá trị Su và quan hệ giữa Su và E50,ref do đó lựa chọn mô hình HS và ứng xử Undrained (B) để mô phỏng các lớp đất bên trên, các giá trị mô phỏng theo bảng sau. Từ biểu đồ nhận thấy hệ số góc tại các điểm của đường cong tải trọng độ lún thay đổi liên tục qua các cấp tải nên việc xác định 2 đường xấp xỉ là khó khăn và dẫn đến kết quả có sự chênh lệch nhiều, chưa kể nếu áp dụng với thí nghiệm nén tĩnh số liệu ở các cấp tải cuối chỉ để kiểm chứng với Ptk cọc chứ không phải thử cọc đến phá hoại xác định tải cực hạn của cọc nên có sự sai lệch nhiều - Theo phương pháp Davission (1972) xác định sức kháng cực hạn của cọc là 3450 Tấn, lớn hơn so với kết quả của [2] 7.8%.

- Cường độ nén hông qu = 10.17 MPa (tham khảo theo tiêu chuẩn lấy mẫu đá cho thí nghiệm xác định cường độ nén mẫu đá TCVN 10324:2014 về kích thước khá tương đồng với kích mẫu mà FHWA đang áp dụng, nên cường độ kháng nén không cần nhân hệ số chuyển đổi). Giá trị đề xuất của FHWA khi không có kết quả thí nghiệm là 250qu (IGM loại 1) và 115qu (IGM loại 2) cho kết quả lớn, theo [2] họ cũng sử dụng các giá trị nhỏ hơn với giá trị bằng 90qu, với điều kiện của dự án và các thông số đã phân tích ở trên đề xuất kiểm tra với giá trị Erm lấy theo công thức đề xuất Hoek & Diederichs (2006) ~ cũng chính là giá trị khai báo trong mô hình PLAXIS 3D. (Các đường NT – nét liền thể hiện kết quả từ thí nghiệm nén tĩnh cọc, các đường TE – nét gạch đứt thể hiện cho kết quả từ mô hình PLAXIS 3D).

Tương tự đối với đường TE-3000T cũng lấy từ biểu đồ lực dọc theo chiều sâu ở cấp tải thí nghiệm 3000 Tấn trong mô hình ở từng độ sâu theo kết quả nén tĩnh. ➔ Kết quả từ mô hình so với kết quả nén tĩnh của (1) chênh lệch không nhiều nằm trong phạm vi 5%, đây là một giá trị có thể chấp nhận được cho kết quả dự báo sức kháng cọc trong đá với điều kiện khảo sát địa chất còn hạn chế, kết quả sau cùng sẽ được kiểm chứng lại bằng thí nghiệm nén tĩnh. Tuy nhiên chỉ số qu có thể xác định từ thí nghiệm nén 1 trục mẫu đá trong phòng, tuy nhiên cũng cần chú ý đến giảm cường độ của đá theo góc lệch tải và thớ đá, Erm xác định trực tiếp từ thí nghiệm hiện trường là tương đối khó ví dụ như dự án đang khảo sát lớp đá nằm sâu 52.5m dưới mặt đất nên giá trị này có thể tính toán thông qua chỉ số GSI.

- Từ kết quả so sánh thấy được sự chênh lệch giữa mô hình bằng PLAXIS 3D và kết quả nén tĩnh theo [2] là 4.7% đối với giá trị sức kháng mũi và 3.1% đối với giá trị sức kháng thành bên của cọc. - Với điều kiện khảo sát cho các lớp đá còn hạn chế cho giai đoạn thiết kế ban đầu ngoài các thông số có thể xác định trực tiếp từ thí nghiệm như qu, RQD, thì các thông số xác định gián tiếp như Erm, GSI,mi, khi không có kết quả thí nghiệm có thể theo các giá trị theo các nghiên cứu đã công bố trước đó để tính toán và mô hình. Qua phần khảo sát ảnh hưởng của sự thay đổi giá trị GSI đến sức kháng của cọc trong nền đá phong hóa là đáng kể, ứng với mỗi khoảng tăng giá trị GSI lần lượt là 10, 20, 30, 40 thì giá trị sức kháng cọc chênh lệch lớn nhất là 49% và thấp nhất là 23% nên cần đánh giá và đưa ra sự lựa chọn cho giá trị này phù hợp.

- Cường độ kháng nén của đá qu của đá có thể xác định từ thí nghiệm nén mẫu đá nhưng cũng cần xem xét thêm ảnh hưởng của thớ đá trong tự nhiên. - Mặc dù có thể sử dụng mô hình mô hình vật liệu Hoek – Brown của phần mềm PLAXIS 3D để mô phỏng ứng xử của cọc trong nền đá phong hóa chịu tải trọng dọc trục nhưng cần có kết quả thử tĩnh để kiểm chứng lại. - Chỉ số chất lượng đá GSI và qu là thông số ảnh hưởng nhiều đến sức kháng cọc trong nền đá khi sử dụng mô hình Hoek – Brown để tính toán thiết kế nên khi có đủ điều kiện cần lập đề cương khảo sát địa chất phù hợp ngoài thí nghiệm xác định thông số RQD.