II. 1 Hieụn tửụùng ma saựt ađm :
Khi cúc ủửụùc ủoựng xuyeđn qua (ủaịt vaứo) lụựp ủaõt boăi tớch ủang trong quaự trỡnh coõ keõt, sửù di chuyeơn xuoõng cụa ủaõt xung quanh cúc gađy ra lửùc keựo xuoõng trong cúc. Lửùc keựo xuoõng coứn gúi laứ sửực khaựng ađm (ma saựt ađm). Sửực khaựng ađm laứ sửù ngửụùc lỏi cụa cụa sửực khaựng leđn dúc theo thađn cúc. Sửực khaựng ađm laứm giạm sửực chũu tại dúc trỳc cụa cúc vaứ ủaịc bieụt ủoõi vụựi cúc daứi xuyeđn qua ủaõt coự tớnh neựn luựn cao. Vỡ vaụy, nguy cụ gađy ra sửực khaựng ađm phại ủửụùc qua tađm trong quaự trỡnh thieõt keõ cúc. Neđn traựnh duứng cúc xieđn trong ủaõt coự tớnh neựn luựn cao, vỡ ma saựt ađm seừ gađy lửùc uoõn leđn cúc, coự theơ laứm phaự hoỏi vaứ hử hoỷng cúc.
Caăn phại tieõn haứnh tớnh toaựn luựn ủeơ xaực ủũnh toơng ủoụ luựn cụa ủaõt xung quanh sau khi ủoựng cúc. Toơng ủoụ luựn tửụng ủoõi giửừa ủaõt vaứ cúc ủụ ủeơ tỏo neđn ma saựt ađm laứ khoạng 10 ủeõn 12mm. ệÙng vụựi dũch chuyeơn naứy, giaự trũ lụựn nhaõt cụa ma saựt ađm baỉng vụựi lửùc dớnh giửừa cúc vaứ ủaõt. Sửực khaựng ađm khođng theơ lụựn hụn giaự trũ naứy bụỷi vỡ sửù trửụùt cụa ủaõt xung quanh cúc seừ xạy ra khi ủỏt giaự trũ naứy. Vieục quan trúng trong tớnh toaựn thieõt keõ cúc ma saựt laứ xaực ủũnh ủửụùc ủoụ sađu maứ ụỷ vũ trớ ủoự cúc khođng bũ ạnh hửụỷng cụa sửực khaựng ađm. ễÛ beđn dửụựi vũ trớ ủoự sửực khaựng hođng mụựi tieõp nhaụn choõng ủụừ tại trúng ủửựng.
Trửụứng hụùp thửụứng xạy ra ma saựt ađm nhaõt laứ khi coự lụựp ủaõt ủaĩp leđn neăn ủaõt coự tớnh neựn thaõp (chửa coõ keõt) sau khi ủoựng cúc. ẹieău naứy ủửụùc theơ hieụn tređn hỡnh 1a. Sửực khaựng ađm cuừng phaựt trieơn khi aựp lửùc coự hieụu quạ lụựn gia taớng leđn lụựp ủaõt chũu neựn maứ cúc xuyeđn qua, nguyeđn nhađn do sửù hỏ thaõp mửùc nửụực ngaăm nhử tređn hỡnh 1b.
Briaud vaứ Tucker (1993) ủửa ra tieđu chuaơn nhaụn bieõt khi coự ma saựt ađm xạy ra. Neõu gaịp moụt trong nhửừng ủieău kieụn sau ủađy, ma saựt ađm caăn phại ủửụùc xem xeựt trong thieõt keõ. Caực tieđu chuaơn cỳ theơ nhử sau:
a. Toơng ủoụ luựn cụa maịt ủaõt lụựn hụn 100mm
b. ẹoụ luựn cụa maịt ủaõt sau khi ủoựng cúc lụựn hụn 10mm. c. Chieău cao cụa ủaõt ủaĩp tređn maịt ủaõt vửụùt quaự 2m d. Chieău daứy cụa lụựp ủaõt yeõu lụựn hụn 10m.
f. Chieău daứi cúc lụựn hụn 25m.
II.2 Phửụng phaựp xaực ủũnh ma saựt ađm:
Sửực khaựng ađm cuừng gioõng nhử sửực khaựng dửụng, chư khaực laứ ngửụùc chieău. Coự hai phửụng phaựp thieõt keõ moựng cúc coự ma saựt ađm. Phửụng phaựp truyeăn thoõng laứ tớnh toaựn lửùc ma saựt tửứ taăng ủaõt phớa tređn lụựp ủaõt coõ keõt, vaứ coụng sửực khaựng naứy nhử laứ moụt phaăn tại trúng ủụừ cúc. Trong phửụng phaựp naứy, caực phửụng phaựp ủửụùc thạo luaụn cho vieục tớnh toaựn sửực khaựng dửụng trong ủaõt dớnh vaứ ủaõt rụứi coự theơ ủửụùc duứng. Moụt phửụng phaựp mụựi ủeơ xaực ủũnh sửực khaựng ađm dửùa tređn quan heụ giửừa sửù chuyeơn vũ cụa cúc vaứ sửù phaựt trieơn cụa ma saựt ađm, ủửụùc sửỷ dỳng trong taứi lieụu “Downdrag on Bitumen - Coated Piles” cụa Briaud vaứ Tucker (1993).
Phửụng phaựp xaực ủũnh ma saựt ađm truyeăn thoõng:
Phửụng phaựp α thửụứng ủửụùc duứng ủeơ tớnh toaựn ma saựt ađm trong ủaõt dớnh. Trong phửụng phaựp naứy, lửùc dớnh tớnh toaựn tửứ sửực choõng caĩt khođng thoaựt nửụực ủửụùc laụp phửụng trỡnh lửùc keựo tửứ taăng ủaõt ủang coõ keõt. Tửụng tửù, lửùc keựo (cạn) tửứ lụựp ủaõt rụứi beđn tređn lụựp ủaõt ủang coõ keõt ủửụùc tớnh toaựn tửứ sửực khaựng trong lụựp ủaõt rụứi.
Khi chún lửùa sửực choõng caĩt khođng nửụực cho vieục tớnh toaựn lửùc dớnh ma saựt ađm trong phửụng phaựp α , ủieău quan trúng caăn ghi nhụự laứ lửùc dớnh cụa ủaõt ủang coõ keõt seừ cao hụn sửực choõng caĩt khođng thoaựt nửụực theo thụứi gian. Lửùc dớnh neđn ủửụùc tớnh toaựn baỉng caựch khođng duứng giaự trũ lửùc dớnh coự giaự trũ cao, xaực ủũnh tửứ sửực choõng caĩt khođng thoaựt nửụực luực khoan laõy maờu, hoaịc ủaựnh giaự sửực choõng caĩt khođng thoaựt nửụực cụa ủaõt sau khi coõ keõt. Lửùc keựo xuoõngbaỉng 100% sửực choõng caĩt khođng thoaựt nửụực cụa seựt meăm, α =1, ủửùục trỡnh baứy bụỷi Johansesen vaứ Bjerrum (1965) cho muừi cúc ủoựng vaứo lụựp ủaõt cửựng. Cođng trỡnh neđn ủửụùc thớ nghieụm xaực ủũnh tại trúng keựo vỡ theõ tại trúng keựo khođng ủửụùc ửụực tớnh quaự cao, keõt quạ laứ thieõt keõ neăn moựng seừ quaự ủaĩt, hoaịc neõu ửụực tớnh thaõp, keõt quạ seừ vửụùt qua sửực chũu tại cụa neăn.
II.3. Caực bửụực thieõt keõ ma saựt ađm :
Bước1. Thieõt laụp maịt caĩt ủũa chaõt vaứ caực chư tieđu vaụt lyự cụa ủaõt nhaỉm phỳc vỳ cho tớnh toaựn ủoụ luựn.
ẹoụ gia taớng tại trúng bạn thađn ∆p baỉng vụựi heụ soõ aựp lửùc Kf, xaực ủũnh tửứ bieơu ủoă phađn boõ aựp lửùc tređn hỡnh 24, baỉng caựch nhađn chieău cao lụựp ủaõt hf
vaứ trúng lửụùng rieđng cụa lụựp ủaõt ủaĩp γf.
Bieơu ủoă phađn boõ aựp lửùc cho ta heụ soõ aựp lửùc Kf, ụỷ caực ủoụ sađu khaực nhau beđn dửụựi lụựp ủaõt ủaĩp (ìbf) vaứ ụỷ caực khoạng caựch khaực nhau tửứ tađm cụa lụựp ủaõt ủaĩp. ẹoụ sađu beđn dửụựi ủaựy ủaõt ủaĩp cho trửụực laứ thửứa soõ cụa bf, trong ủoự bf
laứ khoạng caựch tửứ tađm lụựp ủaõt ủaĩp ủeõn ủieơm giửừa maựi taluy, ủửụùc cho tređn hỡnh 24.
Bước 3. Thửùc hieụn tớnh toaựn ủoụ luựn cho caực lụựp ủaõt dúc theo chieău sađu cụa cúc:
a- Xaực ủũnh caực thođng soõ cụa thớ nghieụn neựn coõ keõt tửứ keõt quạ thớ nghieụm neựn coõ keõt trong phoứng.
b- Tớnh toaựn ủoụ luựn cụa moời lụựp ủaõt sửỷ dỳng phửụng trỡnh tớnh toaựn ủoụ luựn thớch hụùp.
c- Tớnh toaựn ủoụ luựn toơng tređn chieău sađu cụa cúc baỉng caựch toơng ủoụ luựn cụa caực lụựp ủaõt. Lửu yự khođng keơ ủoụ luựn cụa lụựp ủaõt beđn dửụựi muừi cúc.
Bước 4. Xaực ủũnh chieău daứi cúc seừ chũu ma saựt ađm.
Ma saựt ađm xạy ra laứ do ủoụ luựn giửừa ủaõt vaứ cúc. Giaự trũ ủoụ luựn giửừa ủaõt vaứ cúc ủụ ủeơ huy ủoụng ma saựt ađm laứ khoạng 10mm. Vỡ vaụy, ma saựt ađm chư xạy ra ụỷ ủoỏn cúc naứo coự lụựp ủaõt xung quanh coự ủoụ luựn lụựn hụn 10mm.
Bước 5. Xaực ủũnh ủoụ lụựn cụa ma saựt ađm, Qs−
Phửụng phaựp sửỷ dỳng ủeơ tớnh toaựn lửùc ma saựt ađm tụựi hỏn theo chieău daứi cúc xaực ủũnh ụỷ bửụực 4 gioõng nhử phửụng phaựp sửỷ dỳng ủeơ tớnh toaựn lửùc ma saựt dửụng tụựi hỏn, ngoỏi trửứ chuựng ngửụùc chieău nhau.
Bước 6. Tớnh toaựn cửụứng ủoụ chũu tại cửùc hỏn cụa cúc baỉng sửực khaựng dửụng vaứ sửực khaựng muừi QU+
Lửùc ma saựt dửụng vaứ khaựng muừi seừ xuaõt hieụn beđn dửụựi ủoụ sađu maứ sửù chuyeơn vũ tửụng ủoõi giửừa ủaõt vaứ cúc nhoỷ hụn 10mm. Lửùc ma saựt dửụng coự theơ ủửụùc tớnh toaựn tređn phaăn chieău daứi cúc coứn lỏi beđn dửụựi ủoỏn cúc chũu ma saựt ađm ụỷ bửụực 4.
Bước 7. Tớnh toaựn sửực chũu tại cực hạn rũng cụa cúc QUnet coự theơ ủỏt ủửụùc: net
U U S
Bước 8.Xem xeựt caực phửụng phaựp khaực ủeơ laứm cho cúc coự sửực chũu tại cao hụn.
Phửụng aựn lửùa chún ủửụùc trỡnh baứy trong phaăn IV. Caực bieụn phaựp laứm giạm ma saựt ađm bao goăm sửỷ dỳng gia tại trửụực hoaịc duứng baõc thaõm thoaựt nửụực ủeơ giạm ủoụ luựn trửụực cụa cođng trỡnh cúc, duứng ủaõt ủaĩp coự trúng lửụùng nhộ ủeơ giạm ủoụ luựn gađy ra ma saựt ađm, duứng vieục giạm ma saựt ủeơ giạm tại trúng keựo xuoõng, duứng vaụt lieụu cửụứng ủoụ cao, hoaịc taựch rụứi cúc vụựi ủaõt ủang coõ keõt.
II.4 ệÙng dỳng vaứo baứi toaựn thửùc teõ.
Tớnh toaựn ma saựt ađm baỉng phửụng phaựp α.
Cođng trỡnh Caău Peach Freeway baĩc qua sođng Dismal coự 3 nhũp. Tỏi moời trỳ coự 1 loờ khoan vaứ 1 thớ nghieụm xuyeđn CPT. Tại trúng leđn moời trỳ khoạng 12600kN, moời moựng trỳ coự 3 haứng cúc, moời haứng 8 cúc. Tỏi moõ, tại trúng taực dỳng leđn moời cúc laứ 890kN. (Xem hỡnh 22).
Caực cúc tại mố phớa bờ Nam xạy ra hieụn tửụùng ma saựt ađm laứ do ủoụ luựn cụa lụựp ủaõt yeõu do thi cođng lụựp ủaõt ủaĩp ủửụứng daờn vaứo caău beđn tređn cao khoạng 10m sau khi ủoựng cúc. ẹoụ luựn naứy caăn phại dửù baựo trửụực ủeơ xaực ủũnh chớnh xaực vũ trớ ma saựt ađm vaứ ma saựt dửụng dúc theo thađn cúc. Phửụng phaựp α ủửụùc duứng ủeơ ủaựnh giaự cho cạ hai trửụứng hụùp ma saựt ađm vaứ ma saựt dửụng. Caực bửụực duứng ủeơ xaực ủũnh sửực chũu tại cụa cúc ủaừ ủửụùc trỡnh baứy trong phaăn II.3.
Bửụực 1: Thieõt laụp maịt caĩt ủũa chaõt vaứ caực chư tieđu cụ lyự cụa ủaõt nhaỉm phỳc vỳ cho tớnh toaựn ủoụ luựn. (Xem hỡnh 22).
Bửụực 2: Xaực ủũnh ủoụđ gia taớng aựp lửùc ∆P do lụựp ủaõt ủaĩp. Beă roụng maịt tređn cụa lụựp ủaõt ủaĩp = 12m
ẹoụ doõc maựi ủaĩp: 2:1
Chieău cao lụựp ủaõt ủaĩp: hf = 10m
Vỡ vaụy: bf = 12 10 2 16
2 2 m
+ ì =
ữ ữ
ẹeơ tớnh luựn, caăn phại tớnh ủoụ gia taớng aựp lửùc bạn thađn do ủaõt ủaĩp ∆p, tỏi caực ủoụ sađu cỏnh tim neăn ủaĩp. ẹoụ gia taớng aựp lửùc bạn thađn baỉng heụ soõ aựp
lửùc Kf nhađn vụựi dung trúng ủaõt ủaĩp, γf, vaứ chieău cao ủaõt ủaĩp hf. Hỡnh 25 trỡnh baứy bieơu ủoă aựp lửùc bạn thađn coự hieụu trửụực khi ủaĩp, po, vaứ sau khi ủaĩp po + ∆p.
Tớnh toaựn aựp lửùc ∆p:
Bạng 3. ẹoụ gia taớng aựp lửùc tớnh toaựn
Sệẽ GIA TAÍNG AÙP LệẽC BẠN THAĐN ẹoụ sađu dửụựi maịt tửù nhieđn
(m)
Heụ soõ aựp lửùc Kf ∆p = kf.γf.hf
Maịt ủaõt tửù nhieđn =0 0.50 100.0
0.2bf =3.2 0.50 100.0 0.4bf = 6.4 0.50 100.0 0.6bf =9.6 0.50 100.0 0.8bf =12.8 0.40 80.0 1.0bf =16.0 0.40 80.0 1.2bf=19.2 0.35 70.0 1.2bf = 25.6 0.30 60.0
Hỡnh 25. Bieơu ủoă aựp lửùc bạn thađn hửừu hieụu – tửù nhieđn vaứ tửù nhieđn + ủoụ taớng
Bửụực 3: Thửùc hieụn tớnh toaựn ủoụ luựn cho caực lụựp ủaõt dúc theo chieău sađu cúc.
Lụựp ủaõt 1: AÙp lửùc coõ keõt trửụực, pc = 67 kPa Heụ soõ roờng ban ủaău, eo = 0,94 Chư soõ neựn, 1
C
C = 0,34
Chư soõ neựn lỏi, 1
CR
C = 0,03
Lụựp ủaõt 2: AÙp lửùc coõ keõt trửụực, pc = 200 kPa Heụ soõ roờng ban ủaău, eo = 0,8 Chư soõ neựn, 2
C
C = 0,30
Chư soõ neựn lỏi, 2
CR
C = 0,03
Lụựp ủaõt 3: AÙp lửùc coõ keõt trửụực, pc = 297 kPa Heụ soõ roờng ban ủaău, eo = 0,54 Chư soõ neựn, 3
C
C = 0,20
Chư soõ neựn lỏi, 3
CR
C = 0,02
b- Tớnh toaựn ủoụ luựn cho moời lụựp ủaõt:
Sửỷ dỳng cođng thửực tớnh toaựn sau:
S = .log 1 CR o o o C p p H e p +∆ + neõu po +∆p≤pc S = .log .log 1 1 CR c C o o o o C C p C p p H H e p e p + +∆ + + neõu po +∆p> pC
ẹoụ luựn cụa moời lụựp ủaõt ủửụùc cho trong bạng 3
b- Tớnh toaựn ủoụ luựn toơng tređn chieău sađu cụa cúc baỉng caựch toơng ủoụ luựn cụa caực lụựp ủaõt.
Dửùa tređn bạng tớnh toaựn ủoụ luựn, ủoụ luựn tớnh toaựn laứ 0,499m. Bụỷi vỡ ủoụ luựn toơng coụng daứi hỏn cụa ủaõt seựt laứ raõt lụựn (0,499m), giạ thieõt raỉng sửù gia tại trửụực cụa ủaõt seừ ủửụùc thửùc hieụn bụỷi tại trúng phỳ tỏm thụứi trửụực khi ủoựng cúc. Cuừng coự giạ thieõt raỉng 90% ủoụ coõ keõt cụa ủaõt seựt seừ ủỏt ủửụùc trửụực khi ủoựng cúc. Vỡ vaụy, sau khi ủoựng cúc, cúc seừ bũ luựn khoạng 10% ủoụ luựn coõ keõt nhử ụỷ coụt 9 trong bạng tớnh toaựn luựn, hoaịc toơng ủoụ luựn 0,0499 hay 49,9mm.
Bảng 3. Bảng tớnh lỳn
Bửụực 4: Xaực ủũnh chieău daứi cúc coự ma saựt ađm
Ma saựt ađm xạy ra laứ do ủoụ luựn giửừa ủaõt vaứ cúc. Giaự trũ ủoụ luựn giửừa ủaõt vaứ cúc ủụ ủeơ tỏo ra ma saựt ađm laứ khoạng 10mm. Vỡ vaụy, ma saựt ađm chư xạy ra ụỷ thađn cúc tỏi caực lụựp ủaõt hoaịc moụt phaăn cụa lụựp ủaõt khi ủoụ luựn lụựn hụn 10mm.
Coụt 11 cụa bạng 3 cho thaõy ủoụ luựn giửừa ủaõt vaứ cúc do 10% ủoụ luựn coõ keõt ụỷ caực ủoụ sađu khaực nhau dúc thađn cúc. Maịt ủaõt seừ luựn toơng coụng khoạng 0.0499m. tỏi ủoụ sađu 3m dửụựi maịt ủaõt tửù nhieđn toơng ủoụ luựn seừ ớt hụn, ủoụ luựn naứy baỉng toơng ủoụ luựn trửứ ủi ủoụ luựn cụa 3m beđn tređn, hay 0.0343m, nhử trong coụt 11.
Bạng cuừng trỡnh baứy ủoụ luựn cụa cúc vaứ ủaõt do luựn coõ keõt 10% tỏi ủoụ sađu 7m, ủoụ luựn naứy nhoỷ hụn 10mm, laứ giaự trũ nhoỷ nhaõt ủeơ xạy ra ma saựt ađm. ẹoụ sađu 7m cuừng laứ ủieơm cuoõi cụa lụựp ủaõt 1. Vỡ vaụy, ủoỏn cúc ụỷ tređn ủoụ sađu 7m seừ coự ma saựt ađm, trong khi ủoự ủoỏn cúc beđn dửụựi ủoụ sađu 7m seừ coự ma saựt dửụng ủeơ choõng ủụừ keẫt caõu beđn tređn vaứ ma saựt ađm.
Hỡnh 26. Mặt cắt tại lỗ khoan S-4, mố phớa bờ Nam
Bửụực 5: Xaực ủũnh ủoụ lụựn cụa ma saựt ađm QS−
Nhử ủaừ tớnh toaựn ụỷ tređn, ma saựt ađm seừ xạy ra ụỷ lụựp 1 laứ lụựp seựt bỳi dẹo meăm. Chieău daứi cúc trong lụựp 1 laứ 5,5m. Giaự trũ ma saựt dửụng tụựi hỏn ụỷ lụựp 1 ủửụùc tớnh toaựn baỉng phửụng phaựp α, coự giaự trũ nhử sau:
Cúc coự tieõt dieụn 356 x 356mm
• Lụựp 1: (D/b) = (5,5/0,356) = 15,45 1 31 30 33 34 35 33 5 u C + + + + = kPa fs1 = 33 kPa RS1= fs1 x As = 33 x (4 x 0,356) x 5,5 = 259 KN • Lụựp 2: (D/b) = (15/0,356) = 42,13
286 91 96 84 96 95 86 91 96 84 96 95 93 6 u C + + + + + = kPa fs2 = 85 kPa Rs2 = fs2 x AS = 85 x (4 x 0,356) x 9,5 = 1.150 KN • Lụựp 3: (D/b) = (17,5/0,356) = 49,16 1 158 155 157 2 u C + = kPa fs3 = 67 kPq RS3= fS3 x A3 = 67 x (4 x 0,356) x 2,5 = 239 KN Toơng: RS = RS1+ RS2 + RS3 = 259 + 1150 + 239 = 1.648 KN Vỡ lụựp 1 ủaừ xaực ủũnh seừ xạy ra ma saựt ađm neđn:
QS−=Rs1=259KN
Bửụực 6: Tớnh toaựn sửực chũu tại tụựi hỏn cụa cúc bao goăm sửực khaựng dửụng vaứ sửực khaựng muừi, Qu+
Ma saựt dửụng vaứ sửực khaựng muừi seừ phaựt trieơn beđn dửụựi ủoụ sađu maứ ủoụ luựn tửụng ủoõi giửừa cúc vaứ ủaõt nhoỷ hụn 10mm.
Sửực chũu tại tụựi hỏn cụa cúc bao goăm ma saựt cụa lụựp ủaõt 2 vaứ 3, coụng vụựi sửực khaựng muừi. Tớnh toaựn cỳ theơ nhử sau:
• Lụựp 2: (D/b) = (15/0,356) = 42,13 fs2 = 85 kPq R+ S2 = fS2 x AS = 85 x (4 x 0,356) x 9,5 = 1.150 KN. • Lụựp 3: (D/b) = (17,5/0,356) = 49,16 fs3 = 67 kPa R+ S3 = fS3 x AS = 67 x (4 x 0,356) x 2,5 = 239 KN Toơng: R+S =R+S2+RS+3=1150 293 1389+ = KN
Tớnh toaựn sửực khaựng muừi: qt = 9 Cu
qt = 9 x Cu = 9 x 159 = 1.431 kPa
Qt = qt .At = 1.431 x 0,356 x 0,356 = 182 KN Do ủoự, sửực chũu tại tụựi hỏn cụa cúc baỉng:
1389 182 1571
S
u t KN
Q+=R++Q = + =
Bửụực 7: Tớnh sửực chũu tại tụựi hỏn roứng cụa cúc net u Q , 1571 259 1312 net u u s Q =Q+−Q−= − =
Sửực chũu tại tụựi hỏn cụa cúc khi khođng coự ma saựt ađm
Qu = RS1+ RS2+ RS3 + Rt = 259 + 1.150 + 239 + 182 = 1.830 KN
Trong khi ủoự sửực chũu tại cửùc hỏn caăn thieõt cụa cúc laứ 1.780 KN. Vỡ vaụy, caực phửụng aựn khaực nhaỉm laứm cho sửực chũu tại cụa cúc lụựn hụn caăn phại ủửụùc xem xeựt.
Bửụực 8: Xem xeựt caực phửụng phaựp khaực ủeơ laứm cho cúc coự sửực chũu tại cao hụn.
Ba phửụng phaựp sau ủađy ủửụùc nghieđn cửựu:
Phửụng phaựp 1: