3 CỌC XIMĂNG ĐẤT
3.4Tính tốn cọc ximăng đất
1. Tiểu chuẩn cường độ: c, phi của nền được gia cố phải thỏa mãn điều kiện sức chịu tải dưới tác dụng của tải trọng cơng trình.
2. Tiêu chuẩn biến dạng: Mô đun biến dạng tổng của nền được gia cố phải thỏa mãn điều kiện lún của cơng trình.
3. Điều kiện thoát nước: Áp lực nước lỗ rỗng dư trong đất cần được "giải phóng" càng nhanh càng tốt.
3.4.1 Ổn định tổng thể của các cọc đất gia cố xi măng
Có hai dạng phá hoại chính cần phải xem xét đối với trường hợp mất ổn định tổng thể đó là: mất ổn định do trượt ngang các cọc đất gia cố; mất ổn định khi khối cọc quay quanh mép của khối, (Public Work Research Center, 2004).
3.4.2 Một số cơ chế phá hoại
Về phương pháp tính nền gia cố bằng các loại columnar systems. Khi tính tốn sức chịu tải của nền gia cố bởi cọc, 4 giả thiết phá hoại sau đây thường được dùng để kiểm tra:
1. Trụ bị phá hoại do biến dạng nở hông (bulging deformation): Tất cả các loại cọc mềm (highly compressible) như trụ đá, trụ cát, trụ vữa xi măng... đều có xu hướng biến dạng nở hông dưới tác dụng của tải trọng đứng. Biến dạng nở hông thường xảy ra ở phần đầu trụ nơi ứng suất hông trong đất tương đối nhỏ. Khi xảy ra biến dạng hơng, ứng suất hơng trong đất có thể giả thiết là đạt tới Rankine's passive limit (phá hoại bị động). Sức chịu tải của nền tính theo sơ đồ này được tính bằng tải trọng gây ra biến dạng nở hông cho từng trụ đơn lẻ.
2. Phá hoại của đất dưới đầu mũi mỗi trụ đơn lẻ: Nếu trụ quá ngắn (L < 3D), tải trọng tác dụng trên đỉnh trụ, do không được triệt tiêu hết (thông qua ma sát giữa trụ và đất), sẽ truyền xuống mũi trụ và gây ra phá hoại cắt của đất dưới trụ (punching failure). Sức chịu tải của nền trong trường hợp này là tải trọng gây ra phá hoại cắt của đất dưới đầu mũi của mỗi trụ đơn lẻ. Các công thức tính sức chịu tải truyền thống của Terzaghi, Meyerhof, Vesis, Hanson... đều dùng được tuy nhiên cần lưu ý là bề rộng móng B lúc này sẽ chính là đường kính trụ.
3. Phá hoại xảy ra ngay trong vùng được gia cố (mắt trượt phá hoại chạy qua cả trụ lẫn đất): với kiểu phá hoại này các cọc đất gia cố và đất xung quanh các cọc di chuyển theo một khối khi mất ồn định. Tính tốn sức chịu tải của nền như cho trường hợp móng nơng đặt trên nền khơng có trụ gia cố. Dùng các công thức tính sức chịu tải nêu trên. Tuy nhiên cần lưu ý là tính chất cơ lý (c, phi) của nền sẽ được xem là tổng hợp của c, phi của đất và trụ.
4. Phá hoại xảy ra tại vùng đất dưới đầu mũi trụ. Đây là dạng mất ổn định tổng thể là cả khối cọc và đất giữa các cọc quay quanh mép của khối cọc. Tính tốn tương tự như trường hợp 3. Tải trọng tác dụng trên bề mặt cộng với trọng lượng của khối trụ+đất sẽ được qui về thành tải trọng tương đương đặt lên lớp đất dưới đầu mũi trụ.
Tính tốn biến dạng của nền gia cố bằng trụ vật liệu rời thì phải tùy vào độ cứng của trụ cũng như dạng liên kết đầu mũi trụ để đưa ra sơ đồ tính phù hợp. Nếu trụ là dạng floating (khơng được đưa xuống tầng đất chịu tải) thì nên tính tốn lún bằng cách qui đổi trụ+đất thành nền
đồng nhất có E tương đương để tính. Nếu trụ tương đối cứng lại được đưa xuống tầng chịu tải thì tính lún nền bằng độ lún của trụ có lẽ phù hợp hơn. Lưu ý là trong tính tốn lún nền gia cố bởi trụ, độ lún tổng khơng có ý nghĩa mấy. Độ lún lệch quan trọng hơn rất nhiều. Về chuyện lún lệch thì lại liên quan đến sự truyền tải trọng xuống trụ và đất nền như thế nào (arching effect).
Hiện nay có 3 quan điểm:
- Quan điểm xem cọc xi măng đất làm việc như cọc. Sơ đồ này đòi hỏi trụ phải có độ cứng tương đối lớn (trụ đá hoặc trụ bê tông - vibro-concrete column) và các trụ phải được đưa xuống tầng đất chịu tải (bearing layer). Nếu tính theo sơ đồ này thì lực từ móng chuyền xuống sẽ chủ yếu đi vào các columns (đất nền dưới móng khơng chịu tải). Với trụ không được đưa xuống tầng chịu lực, có thể dùng phương pháp tính với cọc ma sát để tính.
- Quan điểm xem các cọc và đất làm việc đồng thời. Nền trụ+đất dưới móng được xem như nền đồng nhất với các số liệu cường độ c, phi được nâng cao (được tính từ c, phi của đất và của vật liệu làm trụ). Công thức qui đổi c, phi tương đương dựa trên độ cứng của trụ, đất và diện tích đất được thay thế bởi trụ.(tính tóan như đối với nền thiên nhiên)
- Một số các nhà khoa học lại đề nghị tính tóan theo ca 2 phương thức trên nghĩa là sức chịu tải thì tính tóan như "cọc" cịn biến dạng thì tính tóan theo nền.
Sở dĩ các quan điểm trên chưa thống nhất bởi vì bản thân vấn đề phức tạp, những nghiên cứu về lý thuyết và thực nghiệm cịn hạn chế. Có người đề xuất cách tính tốn như sau:
+ Tính sức chịu tải của một cọc như cọc cứng.
+ Tính số cột cần thiết (Căn cứ lực tác dụng, khả năng chịu tải của đất móng giữa các cột). + Tùy thuộc tỷ lệ diện tích thay thế giữa cột va đất để tính tóan tiếp
- Nếu tỷ lệ này >20% thi coi khối đất+Cột là một khối và tính tóan như một khối móng quy ước.
- Ngược lại thì tính tóan như móng cọc.