Để nội suy xác định sức chịu tải giới hạn của cọc từ kết quả thí nghiệm bằng cách sử dụng phương pháp Offset Limit ta thực hiện các bước sau:
- Tính toán độ nén đàn hồi của cọc xem như là cột tự do Δ = QL AE trong đó:
Q - tải trọng tác dụng; L - chiều dài cọc;
A - diện tích mặt cắt ngang của cọc ; E - module đàn hồi của vật liệu làm cọc. - Vẽ biểu đồ tải trọng và chuyển vị ở đầu cọc.
- Dựa trên phương trình chuyển vị đàn hồi, vẽ đường thẳng qua gốc tọa độ với độ dốc .
- Vẽ đường thẳng song song với đường qua gốc tọa độ cách một đoạn bằng x = 4 + D/120 (D là đường kính hay cạnh của cọc tính bằng mm) đường này chính
là đường phá hoại.
- Giao điểm của đường phá hoại với đường cong tải trọng - chuyển vị là tải trọng phá hoại Qu.
Hình 2.7 Đường phá hoại Offset Limit không giao với đường cong
tải trọng – chuyển vị
Trong một số trường hợp đặc biệt, nếu đường cong tải trọng - chuyển vị không giao với đường phá hoại Offset Limitthì sẽ không xác định được sức chịu tải giới hạn.
2.2.2.Phương pháp Chin-Kondner
Phương pháp này dựa trên các kết quả của kinh nghiệm nghiên cứu và từ các thí nghiệm được thực hiện với các mô hình cọc cả ngoài hiện trường và trong phòng thí nghiệm.
Phương pháp nội suy Chin - Kondner là phương pháp phức tạp trong tiếp cận và xác định sức chịu tải cọc. Roscoe, Dic, Mice (1984), Vesic đã ghi nhận rằng ma sát thành cọc được huy động khi chuyển vị nhỏ (6 - 10 mm) và sức kháng mũi khi đó không được huy động toàn bộ cho đến khi chuyển vị đầu cọc lớn hơn lên đến 30% đường kính cọc. Theo đó, Chin đã đi đến phương pháp tách thành phần ma sát thành và sức kháng mũi ra từ số liệu thí nghiệm. Phương pháp của Chin giả thiết rằng có mối tương quan giữa tải trọng tác dụng (Q) và chuyển vị (S) là hyperbol (Roscoe 1984). Do đó, sự chuyển vị do các tải trọng tác dụng có thể được biểu diễn theo trục ngang và trục đứng là chuyển vị chia cho tải trọng. Hình 1.3 thể hiện các điểm có thể xác định được đường thẳng, được chia ra với hai phần riêng biệt là phần đầu có quan hệ với ma sát bề mặt và phần thứ hai là quan hệ sức chịu tải giới hạn. Nghịch đảo của độ dốc phần thứ hai cho phép xác định sức chịu tải giới hạn của cọc.
Hình 2.8 Biểu đồ xác định tải trọng giới hạn Qu theo phương pháp
Chin - Konder Cách xác định gồm các bước sau: - Vẽ đường S/Q với S trong đó: S - chuyển vị; Q - tải trọng tác dụng tương ứng.
- Tải trọng giới hạn Qu bằng 1/Cl, ở đây C1 là độ dốc của đường thẳng trung bình từ quan hệ giữa tỷ số S/Q và S. Các quan hệ cho trên Hình 2.8 đã thừa nhận đường tải trọng - chuyển vị gần đúng có dạng đường hyperbol.
2.2.3.Phương pháp De Beer
Phương pháp De Beer với các kết quả chuyển vị và tải trọng tương ứng được thể hiện bằng logarit sẽ ở dưới dạng đường thẳng tuyến tính. Mối quan hệ giữa tải trọng và chuyển vị do đó trở thành tuyến tính.
Hình 2.9 Biểu đồ xác định tải trọng giới hạn Qu theo phương pháp De Beer
Cách xác định gồm các bước sau:
- Vẽ đường tải trọng - chuyển vị theo tỷ lệ logarit, các điểm được phân nằm trên hai đường thẳng.
- Sức chịu tải giới hạn của cọc được xác định như là lực gây ra thay đổi độ dốc của đường thẳng, tương ứng với giao điểm của hai đường thẳng do ứng xử được xem là chuyển sang giai đoạn dẻo.
2.2.4.Phương pháp Decourt
Decourt (1999) đề xuất phương pháp được xây dựng tương tự như phương pháp Chin - Kondner và Hansen. Để sử dụng phương pháp này, bằng cách chia mỗi tải trọng với chuyển vị tương ứng và biểu diễn kết quả cùng với tải trọng trên hệ trục tọa độ. Dùng những điểm phía cuối biểu đồ để xác định đường thẳng tuyến tính.
Hình 2.10 Biểu đồ xác định tải trọng giới hạn Qu theo phương pháp Decourt và biểu đồ kết quả thí nghiệm nén tĩnh tương ứng
Decourt nội suy tải trọng giới hạn bằng tỉ số giữa giao điểm theo phương trục y và độ dốc của đường thẳng được đưa ra từ công thức.
2 2 u 1 1 C SC Q = ; Q = C 1-SC trong đó
Qu - Sức chịu tải giới hạn; Q - Tải trọng tác dụng; S - Chuyển vị;
C1 - Độ dốc của đường thẳng;
C2 - Giao điểm với trục tung của đường thẳng.
2.2.5.Phương pháp 80% Brinch Hansen
Hansen (1963) đã đề xuất cách xác định sức chịu tải của cọc là tải trọng mà tại đó chuyển vị của đầu cọc gấp 4 lần chuyển vị đầu cọc khi tải trọng đạt 80% sức chịu tải. Phương pháp 80% Brinch Hansen có thể xác định trực tiếp từ đường cong tải trọng - chuyển vị của thí nghiệm được thực hiện đến phá hoại, nhưng chính xác hơn khi xác định trên biểu đồ căn bậc hai của chuyển vị chia cho tải trọng S Q với chuyển vị S. Biểu đồ thu được như Hình 2.11 có rất nhiều điểm là được thực hiện thí nghiệm theo phương pháp tốc độ xuyên của cọc không đổi.
Hình 2.11 Biểu đồ xác định tải trọng giới hạn Qu theo phương pháp 80% Brinch Hansen
Cách xác định:
- Vẽ đường quan hệ S Q và S.
- Tải trọng giới hạn Qu và chuyển vị giới hạn Su được tính như sau: 2 u u 1 1 2 C 1 Q = ; S = C 2 C C trong đó:
C1 - Độ dốc của đường thẳng trong quan hệ S Q và S từ biểu đồ.
C2 - Giao điểm của trục tung và đường thẳng trong quan hệ S Q và S từ biểu đồ. Phương pháp này thừa nhận đường tải trọng - chuyển vị gần đúng là đường parabol. Phương pháp 80% Brinch Hansen được dùng cho cả thí nghiệm nhanh và thí nghiệm chậm.
Khi sử dụng phương pháp Hansen 80% thì điều quan trọng là kiểm tra điểm (0,8Qu ; 0,25Su) có nằm trên hay gần với đường cong tải trọng - chuyển vị hay không.
2.2.6.Phương pháp 90% Brinch Hansen
Cách xác định: vẽ đường tải trọng - chuyển vị; tìm tải trọng Qu và Su với việc xem Su gấp 2 lần chuyển vị của đầu cọc mà ở đó đạt được 90% tải trọng Qu. Phương
pháp này chỉ phù hợp với kết quả thí nghiệm cọc đến phá hoại. Do đó, khi kết quả thí nghiệm cọc chưa đến phá hoại không thể sử dụng để phân tích.
Hình 2.12 Biểu đồ xác định tải trọng giới hạn Qu theo phương pháp 90%
Brinch Hansen
2.2.7.Phương pháp Mazurkiewicz
Phương pháp này gồm các bước sau: - Vẽ đường tải trọng - chuyển vị;
- Chọn một loạt các chuyển vị đầu cọc bằng nhau và vẽ các đường thẳng đứng cắt đường tải trọng - chuyển vị. Sau đó từ các giao điểm này vẽ các đường ngang cắt trục tải trọng;
- Từ mỗi giao điểm với trục tải trọng, vẽ đường nghiêng 45 cắt đường tải trọng tiếp theo;
- Các giao điểm này gần như nằm trên một đường thẳng;
- Giao điểm của đoạn kéo dài của đường này với trục thẳng đứng (trục tải trọng) là tải trọng giới hạn.
Hình 2.13 Biểu đồ xác định tải trọng giới hạn Qu theo phương pháp Mazurkiewicz
Phương pháp này thừa nhận đường tải trọng - chuyển vị gần đúng là đường parabol. Giá trị của tải trọng giới hạn nhận được bằng phương pháp này xấp xỉ với tiêu chuẩn 80%. Sau này người ta thấy rằng các giao điểm của các đường thẳng này (đường nghiêng 450 với đường tải trọng tiếp theo) không phải hoàn toàn nằm trên đường thẳng. Do đó khi xác định cần phải vẽ thêm một đường thẳng.
2.2.8.Phương pháp Fuller và Hoy
Fuller và Hoy là phương pháp được biết đến như là phương pháp một đường tiếp tuyến được đề xuất đầu tiên vào 1976 (Sproken, 1988).
Phương pháp xác định gồm các bước sau: - Vẽ đường cong tải trọng chuyển vị như Hình 2.14;
- Dự đoán tải trọng phá hoại Qu nằm trên đường cong xác định theo độ dốc của đường tiếp tuyến với đường cong tải trọng - chuyển vị mà tại đó giá trị độ dốc bằng 0,127 mm/T (0,05 in/Ton);
Hình 2.14 Biểu đồ xác định tải trọng giới hạn Qu theo phương pháp Fuller và Hoy , Butler và Hoy
2.2.9.Phương pháp Butler và Hoy
Phương pháp Butler và Hoy được biết đến như là phương pháp hai đường tiếp tuyến được đề xuất lần đầu vào năm 1977 (Spronken, 1998). Như trên Hình 2.14, phương pháp xác định gồm các bước sau:
- Vẽ đường cong tải trọng chuyển vị như Hình 2.14.
- Dự đoán tải trọng giới hạn Qu là giao điểm của đường thẳng tiếp tuyến với đường cong tải trọng - chuyển vị mà tại đó giá trị độ dốc bằng 0,127 mm/T (0,05 in/Ton) và phần đường tiếp tuyến với phần đầu của đường cong hoặc là đường thẳng song song với đường hồi phục (dỡ tải) hay đường đàn hồi bắt đầu từ điểm góc.
2.3.Kết luận chương 2
Theo Tiêu chuẩn Việt Nam sức chịu tải giới hạn của cọc được xác định dựa trên hình dạng đường cong quan hệ tải trọng - chuyển vị S = f(Q), logS = f(logQ), trong nhiều trường hợp cần kết hợp với các đường cong khác như S = f(logt), Q = f(S/logt) và một số dạng khác.
Tồn tại nhiều phương pháp hàm số xác định khả năng chịu tải cọc theo các sơ đồ thí nghiệm nén tĩnh cọc khác nhau. Trong hầu hết các phương pháp, tải trọng giới hạn Qu có thể xác định được khi tải trọng thí nghiệm xấp xỉ đạt giá trị giới hạn. Ngoài ra, các phương pháp sử dụng hàm xấp xỉ cho phép xác định Qu căn cứ giá trị các hệ số của các hàm xây dựng trên cơ sở dữ liệu tải trọng - độ lún của cọc.
Tùy thuộc vào quy trình gia tải, loại cọc thí nghiệm và điều kiện đất nền mà có thể áp dụng một trong các phương pháp đồ thị nêu ở chương này để xác định sức chịu tải giới hạn của cọc.
Thí nghiệm nén tĩnh cọc được xem là phương pháp đáng tin cậy để kiểm tra đánh giá khả năng chịu tải của cọc. Kết quả thí nghiệm nén tĩnh cho phép rút ra các kết luận chính xác hơn về khả năng chịu tải của cọc ở thực tế hiện trường, đánh giá độ tin cậy kết quả thiết kế và là hồ sơ để làm căn cứ thi công cọc đại trà.
CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ TÍNH SỨC CHỊU TẢI CỌC THEO
KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM TRONG PHÒNG, HIỆN TRƯỜNG VÀ SO SÁNH VỚI KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM NÉN TĨNH CỌC
Để phân tích đánh giá khả năng chịu tải của cọc theo các phương pháp thiết kế khác nhau và so sánh với kết quả nén tĩnh, dữ liệu về kết quả khảo sát, thi công và nén tĩnh cọc của dự án Khu trung tâm Nam Rạch Chiếc được sử dụng. Theo tiêu chuẩn khảo sát địa kĩ thuật cho nhà cao tầng, ngoài thí nghiệm trong phòng, các thí nghiệm hiện trường như xuyên tĩnh, nén ngang trong hố khoan cần thiết được thực hiện. Tuy nhiên, trong thực tế ở các dự án, hoặc là số liệu thí nghiệm hiện trường không được đầy đủ (cắt cánh và xuyên tĩnh chỉ được thực hiện tới độ sâu giới hạn, không đủ để tính toán cho cọc), hoặc là các dữ liệu không được sử dụng đầy đủ trong tính toán thiết kế thậm chí thiếu các hướng dẫn tính toán. Ở dự án Khu trung tâm Nam Rạch Chiếc, dữ liệu khảo sát, kiểm tra khá đầy đủ nên được chọn lựa phục vụ phân tích và tính toán cho đề tài luận văn này.
3.1.Thông tin dự án và cấu tạo địa chất
Công trình: Khu trung tâm Nam Rạch Chiếc (Palm Heights) Địa điểm: Phường An Phú, Quận 2, Tp Thủ Đức, Tp Hồ Chí Minh
Các chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất trong phạm vi công trình Khu trung tâm Nam Rạch Chiếc được tổng hợp theo hồ sơ khảo sát địa chất công trình như sau:
Lớp đất san lấp T.
Lớp đất san lấp, bề dày 2,1 m. Thành phần của lớp chủ yếu là cát mịn đến trung lẫn bột, ít sỏi nhỏ, màu xám đen, nâu vàng, trạng thái rời đến chặt vừa.
Lớp đất 1: Bùn sét, trạng thái chảy.
Lớp đất bùn sét, bề dày 6,8 m. Thành phần của lớp chủ yếu là sét, bột, bụi, màu xám đen, trạng thái chảy. Đặc trưng cơ lý trung bình của lớp như sau:
-Độ ẩm tự nhiên : W = 79,9 % -Dung trọng tự nhiên : = 13,82 kN/m3 -Dung trọng khô : d = 7,7 kN/m3 -Chỉ số sệt : IL = 1,31 -Chỉ số dẻo : IP = 31,4 -Lực dính đơn vị : c = 9,7 kN/m2 -Góc ma sát trong : = 3o36’ -Lực dính : cuu = 19,2 kN/m2 -Góc ma sát trong : uu = 1o21’ -Lực dính : ccu = 19,5 kN/m2 -Góc ma sát trong : cu = 9o43’ -Lực dính có hiệu : c’cu = 8,4 kN/m2
-Góc ma sát trong có hiệu : ’cu = 20o05’
-Hệ số nén cố kết : cv0.5-1.0 = 2,82 x 10-4 cm2/sec
Lớp đất 3a: Sét, á sét, trạng thái dẻo cứng.
Lớp đất sét, á sét bề dày 11,5 m. Thành phần của lớp chủ yếu là sét, cát, bột, bụi, màu xám xanh, nâu vàng, xám nâu đốm đỏ, trạng thái dẻo cứng. Đặc trưng cơ lý trung bình của lớp như sau:
-Độ ẩm tự nhiên : W = 29,3 % -Dung trọng tự nhiên : = 18,91 kN/m3 -Dung trọng khô : d = 14,66 kN/m3 -Chỉ số sệt : IL = 0,44 -Chỉ số dẻo : IP = 18,9 -Lực dính đơn vị : c = 24,7 kN/m2 -Góc ma sát trong : = 11o19’ -Lực dính : cuu = 30,1 kN/m2 -Góc ma sát trong : uu = 7o47’ -Lực dính : ccu = 38,2 kN/m2
-Góc ma sát trong : cu = 14o21’
-Lực dính có hiệu : c’cu = 26,1 kN/m2
-Góc ma sát trong có hiệu : ’cu = 21o32’
-Hệ số nén cố kết : cv1.0-2.0 = 7,09 x 10-4 cm2/sec
Lớp đất 3b: Sét, á sét, trạng thái nửa cứng.
Lớp đất sét, á sét bề dày 6,1 m. Thành phần của lớp chủ yếu là sét, cát, bột, bụi, màu nâu đỏ, vàng xám trạng thái nửa cứng. Đặc trưng cơ lý trung bình của lớp như sau: -Độ ẩm tự nhiên : W = 22,1 % -Dung trọng tự nhiên : = 19,76 kN/m3 -Dung trọng khô : d = 16,18 kN/m3 -Chỉ số sệt : IL = 0,07 -Chỉ số dẻo : IP = 19,9 -Lực dính : c = 38,7 kN/m2 -Góc ma sát trong : = 17o07’ -Lực dính : cuu = 46,2 kN/m2 -Góc ma sát trong : uu = 13o09’ -Hệ số nén cố kết : cv1.0-2.0 = 9,69 x 10-4 cm2/sec
Lớp đất 4a: Cát mịn đến thô, trạng thái chặt vừa.
Lớp đất cát mịn đến thô, bề dày 24,5 m. Thành phần của lớp chủ yếu là cát mịn đến thô lẫn bột, ít sét, ít sỏi nhỏ, màu vàng nâu, nâu đỏ, trạng thái chặt vừa. Đặc trưng cơ lý trung bình của lớp như sau:
-Độ ẩm tự nhiên : W = 20,6 %
-Dung trọng tự nhiên : = 19,39 kN/m3
-Dung trọng khô : d = 16,09 kN/m3
-Lực dính : c = 4,5 kN/m2
-Góc ma sát trong : = 29o20’
Lớp đất 4b: Cát trung đến thô, trạng thái chặt.
Lớp đất cát trung đến thô, bề dày 4,45 m. Thành phần của lớp chủ yếu là cát trung đến thô lẫn bột, màu nâu vàng, trạng thái chặt. Đặc trưng cơ lý trung bình của lớp như sau: -Độ ẩm tự nhiên : W = 18,0 %