6. Nội dung của luận văn
2.3.1. Phương phỏp tớnh toỏn sức chịu tải của theo cỏc chỉ tiờu cường độ đất nền[1],[7],
nền[1],[7],[9]
2.3.1.1.Lực khỏng ở mũi
Khả năng chịu tải giới hạn Qp của múng nụng được tớnh theo cụng thức:
q c
p b N cN h N
Q =γ /2 γ + + γ (2.20) Trong đú: γ - dung trọng của đất.
h - chiều sõu chụn múng. b - bề rộng của múng.
Nc, Nq, Nγ là những hệ số của khả năng chịu tải và là hàm số của gúc nội ma sỏt ϕ.
Cụng thức này được cũng cú thể được sử dụng cho múng sõu. Múng cọc là một trường hợp đặc biệt, bề rộng b của múng nhỏ và số hạng đầu cú thể bỏ qua được.
2.3.1.2. Ma sỏt bờn + Đối với đất dớnh:
Ma sỏt bờn giới hạn được cho bởi quan hệ:
) ( ∑ ì = a lat lat c S Q (2.21) Slat – diện tớch bờn của múng
ca – ma sỏt bờn đơn vị giới hạn hay lực dớnh đơn vị được xỏc định từ lực dớnh khụng thoỏt nước cu:
ca = βcu. (2.22) Hệ số β thay đổi phụ thuộc chủ yếu vào cu nhưng cũng phụ thuộc vào cỏc yếu tố khỏc như:
−Vật liệu thõn cọc
−Phương phỏp tạo cọc và thời gian nghỉ
+ Đối với đất rời:
Việc nghiờn cứu thực hiện bằng cỏch xỏc định ứng suất phỏp hữu hiệu (thớ nghiệm khụng thoỏt nước)
Ma sỏt bờn đơn vị được xỏc định theo cụng thức sau:
a htgϕ σ τ = ' (2.23) Trong đú: ϕa – gúc ma sỏt giữa đất và cọc ' h
σ - ứng suất phỏp hữu hiệu tỏc dụng từ đất lờn cọc.
dz z K h' '( ) ∫ = γ σ (2.24) Trong bảng dưới đõy người ta đó tập hợp những giỏ trị theo đề nghị của Broms và Meyerhof. Bảng 2.4. Quan hệ giữa Nc và Su Tớnh chất cọc ϕa K kộm chặt K rất chặt Cọc thộp 20 0.5 1.0 Cọc đúng bằng bờ tụng nhỏm 3/4 1.0 2.0 Cọc đúng bằng bờ tụng cú mặt nhẵn 3/4 0.5 1.0 Cọc nhồi 3/4 0.5 0.5 Cọc gỗ hỡnh trũn 2/3 1.5 4.0
Từ đú ta cú thể nhận thấy rằng ngoài những vấn đề gắn với khả năng lấy mẫu nguyờn dạng và thớ nghiệm trong phũng, phương phỏp này gặp phải một số khú khăn đặc biệt về sức cản ở mũi:
Đất được coi như một vật liệu dẻo cứng và người ta khụng tớnh đến khả năng nộn được của mụi trường.
Đối với đất rời khụng dớnh kết, yếu tố Nq là hàm số rất nhạy của gúc nội ma sỏt ϕ và sự biến đổi lý thuyết sức khỏng theo chiều sõu (tỷ lệ với Nq) khụng được kiểm tra.
Đối với đất dớnh kết, cụng thức Rp=CNC+P0 hỡnh như được chấp nhận nếu đất cú độ sệt thấp đến trung bỡnh.
Do vậy phương phỏp này cú độ tin cậy khỏ thấp và được khuyến cỏo chỉ nờn dựng để tham khảo so sỏnh với cỏc phương phỏp khỏc.
2.3.1.3.Tớnh toỏn sức chịu tải của cọc bằng phương phỏp thống kờ[1],[5],[6], [7],[8],[9]
Trước hết dựa vào kết quả cỏc thớ nghiệm trong phũng(phõn tớch hạt, cỏc giới hạn Aterberg, độ ẩm, độ rỗng...) để phõn loại đất ( đất loại sột, đất cỏt to, trung, nhỏ, bụi) và đỏnh giỏ trạng thỏi của nú(sột từ cứng đến chảy nhóo, cỏt từ chặt đến rời). Cụng việc này thực hiện cho từng lớp trong nền.
Trờn cơ sở loại đất, trạng thỏi của nú và độ sõu của lớp đất người ta nờu ra những giỏ trị ấn định (dựa theo kết quả của rất nhiều thớ nghiệm nộn tĩnh cọc) của sức khỏng mũi đơn vị R và sức khỏng bờn đơn vị fS. Từ đú dễ dàng tớnh được:
Lực khỏng mũi của cọc: Qp=ACR (2.25) Lực khỏng bờn của cọc: Qf=u∑f sili (2.26) Trong đú: AC - tiết diện ngang của cọc
u - chu vi tiết diện cọc
li - chiều dày của lớp đất thứ i mà cọc đi qua
Trong tiờu chuẩn СНиП 2.02.03-85 của Nga và tiờu chuẩn TCXD 205:1998 cho sẵn giỏ trị R&fS của cỏc lớp đất để ta chọn dựng.
Ta cú thể nhận thấy rằng cỏc giỏ trị của sức khỏng mũi đơn vị R và sức khỏng bờn đơn vị fS được đưa ra dựa trờn kết quả của nhiều thớ nghiệm nộn tĩnh, vỡ vậy cỏch tớnh này cú thể rất phự hợp với một vựng đất nào đú, nhưng cũng cú thể khụng phự hợp với vựng đất khỏc.
2.3.1.4.Tớnh toỏn sức chịu tải của cọc theo kết quả thớ nghiệm SPT
Sức khỏng bờn và sức khỏng mũi của cọc được dự bỏo dựa trờn kết quả thớ nghiệm N60 . N60 là số nhỏt đập để ống SPT đi được 30cm đó hiệu chỉnh về 60% năng lượng hữu ớch trong thớ nghiệm SPT(xuyờn tiờu chuẩn)
N60 = N.CE (2.28) Trong đú:
CE = Eh/60 (2.29) Eh - tỷ lệ phần trăm năng lượng hữu ớch của thiết bị SPT( thường Eh = 30ữ60).
- Cụng thức của Meyerhof (1956)[1],[5],[6],[7]
Qu= K1NAp+ K2NtbAs (2.30)
Trong đú:
N- chỉ số SPT trung bỡnh trong khoảng 1d dưới mũi cọc và 4d trờn mũi cọc;
Ap- Diện tớch tiết diện mũi cọc, m2;
Ntb- chỉ số SPT trung bỡnh dọc thõn cọc trong phạm vi lớp đất rời;
As- Diện tớch mặt bờn cọc trong phạm vi lớp đất rời, m2;
K1- hệ số, lấy bằng 400 cho cọc đúng và bằng 120 cho cọc khoan nhồi.
Hệ số an toàn ỏp dụng khi tớnh toỏn sức chịu tải của cọc theo xuyờn tiờu chuẩn lấy bằng 2,5-3,0.
Cụng thức (2.30) được TCXD 205:1998[1] trớch dẫn ở phụ lục C.2. Nhược điểm của cụng thức này là chỉ dựng được cho đất rời, trong khi đú địa tầng ở Việt Nam thường được cấu tạo bởi cả cỏc lớp đất dớnh và đất rời. Ngoài ra chỉ số SPT trung bỡnh trong khoảng 1d dưới mũi cọc và 4 d trờn mũi cọc là rất khú để lấy chớnh xỏc vỡ cỏc thớ nghiệm SPT trong thực tế ở Việt Nam khụng được làm ở cỏc điểm cú độ sõu chờnh lệch nhỏ như vậy. Vỡ vậy khi ỏp dụng ở Việt Nam thường đem lại những kết quả khụng chớnh xỏc. Hệ số an toàn được lấy bằng 2,5 đến 3,0 cho cả sức khỏng mũi và ma sỏt chưa phản ỏnh đỳng đắn sự làm việc của cọc. Như đó đề cập ở mục 2.2.1, sức khỏng bờn đạt cực hạn rất nhanh, ngược lại sức khỏng mũi đạt cực hạn rất chậm. Dưới tải trọng cho phộp chuyển vị của cọc khỏ nhỏ do đú sức khỏng mũi mới chỉ huy động một phần nhỏ trong khi đú sức khỏng bờn của cọc đó huy động được khỏ lớn. Do đú hệ số an toàn của sức khỏng mũi nờn lấy cao hơn hệ số an toàn của sức khỏng bờn.
- Cụng thức của Nhật Bản[1],[5],[6]
Qa=1/3{αNaAp+(0.2NsLs+CLc)πd} (2.31) Trong đú:
Na- chỉ số SPT của đất dưới mũi cọc; Ns- chỉ số SPT của lớp cỏt bờn thõn cọc;
Ls-chiều dài đoạn cọc nằm trong đất cỏt, m; Lc- chiều dài đoạn cọc nằm trong đất sột, m;
α- Hệ số, phụ thuộc vào phương phỏp thi cụng cọc: - Cọc bờ tụng cốt thộp thi cụng bằng phương phỏp đúng: α=30;
C: lực dớnh của đất
Cụng thức của Nhật Bản cú ưu điểm hơn cụng thức của Meyerhof là dựng được cho cả đất dớnh và đất rời, xỏc định chỉ số SPT của lớp cỏt dưới mũi cọc cũng dễ dàng hơn. Tuy nhiờn, cụng thức này vẫn cú một số khuyết điểm cần phải chỉnh sửa. Cụ thể như sau:
- Trị số của sức khỏng bờn là (0.2NsLs+CLc)πd, trong đú πd là chu vi của cọc, như vậy giỏ trị này chỉ đỳng với cọc cú tiết diện trũn mà khụng đỳng với tiết diện vuụng.
- Sức khỏng bờn của cọc trong đất dớnh CLcπd trong đú C là lực dớnh của đất là khụng chớnh xỏc, như tỏc giả đó phõn tớch ở mục 2.2.2 sức khỏng bờn của cọc trong đất dớnh phải là αSuLcπd ≈ SuLcπd; với Su là sức khỏng bờn khụng thoỏt nước của đất dớnh.
- Trớch dẫn khụng chớnh xỏc so với cụng thức nguyờn bản: trong cụng thức nguyờn bản phần ma sỏt trong đất cỏt là (0.33NsLs), trong TCXD 205:1998 là (0.2NsLs).
2.3.1.5.Tớnh toỏn sức chịu tải của cọc theo kết quả thớ nghiệm nộn tĩnh. - Phương phỏp của СНиП 2.02.03-85 (được trớch dẫn ở phụ lục E TCXD 205:1998) [1]
Sức chịu tải trọng nộn thẳng đứng cho phộp của cọc tớnh theo cụng thức: tc tc a K Q Q = (2.32) Trong đú :
Qa - Sức chịu tải cho phộp của cọc; Qtc sức chịu tải tiờu chuẩn của cọc.
Sức chịu tải tiờu chuẩn theo kết quả thử chỳng bằng tải trọng nộn, nhổ được và theo hướng ngược được xỏc định theo cụng thức:
d u a K Q m Q = (2.33) Trong đú:
m- Hệ số làm việc cho tất cả cỏc loại nhà và cụng trỡnh trừ trụ múng của đường dõy tải điện,lấy bằng:
m=1.0 đối với cọc chịu nộn dọc trục hoặc nộn ngang; m=0,8 đối với cọc chịu nhổ khi độ sõu độ cọc vào đất ≥ 4m;
m=0,6 đối với cọc chịu nhổ khi độ sõu độ cọc vào đất < 4m;
Qu - Sức chịu tải cực hạn của cọc Kd - Hệ số an toàn theo đất
Trong trường hợp nếu số cọc được thử ở những điều kiện đất nền như nhau ớt hơn 6 cọc Qu=Qumin, cũn hệ số an toàn theo đất kđ=1.
Khi số lượng cọc thử ở cựng điều kiện địa chất cụng trỡnh bằng hoặc lớn hơn 6 cọc thỡ cỏc đại lượng Qu nờn xỏc định trờn cơ sở kết quả xử lớ thống kờ.
Sức chống giới hạn Qu của cọc được xỏc định như sau(hỡnh 2.3) - Là giỏ trị tải trọng gõy ra độ lỳn tăng liờn tục
- Là giỏ trị ứng với độ lỳn ξ Sgh trong cỏc trường hợp cũn lại:
∆ = ξ Sgh (2.34) Trong đú:
Sgh-Trị số lỳn giới hạn trung bỡnh cho trong tiờu chuẩn thiết kế nền múng,được qui định theo nhiệm vụ thiết kế hoặc lấy theo tiờu chuẩn đối với nhà và cụng trỡnh;
ξ - Hệ số chuyển từ độ lỳn lỳc thử đến độ lỳn lõu dài của cọc, thụng thường lấy ξ =0,1.Khi cú cơ sở thớ nghiệm và quan trắc lỳn đầy đủ, cú thể lấy ξ=0,2.
Hỡnh 3.3. Phương phỏp xỏc định Qu
Nếu độ lỳn xỏc định theo cụng thức (2.32) lớn hơn 40mm thỡ sức chịu tải cực hạn của cọc Qu nờn lấy ở tải trọng ứng với ∆ =40mm
Đối với cỏc cầu, sức chịu tải cực hạn của cọc chịu tải trọng nộn phải lấy tải trọng bộ hơn 1 cấp so với tải trọng mà dưới tải trọng này gõy ra:
a) Sự tăng độ lỳn sau một cấp gia tải (ở tổng độ lỳn lớn hơn 40mm) vượt quỏ 5 lần sự tăng độ lỳn của một cấp gia tải trước đú
b) Độ lỳn khụng tắt dần trong thời gian một ngày đờm hoặc hơn (ở tổng độ lỳn của cọc lớn hơn 40mm
Nếu khi thử,tải trọng lớn nhất đó đạt được cú trị số bằng hoặc lớn hơn 1,5Qtc (Trong đú Qtc - Sức chịu tải của cọc tớnh theo cỏc cụng thức của phụ lục A), mà độ lỳn của cọc bộ hơn trị số xỏc định theo cụng thức(2.33), đối với cầu thỡ bộ hơn 40mm. Trong trường hợp này, sức chịu tải cực hạn của cọc cho phộp lấy bằng tải trọng lớn nhất cú được lỳc thử
Cỏc cấp tải trọng khi thử cọc bằng nộn tĩnh thường qui định trong phạm vi 1/10-1/15 sức chịu tải cực hạn tớnh toỏn của cọc
Khi thử tải bằng tải trọng tĩnh theo hướng ngang hặc nhổ thỡ sức chịu tải giới hạn lấy ở tải trọng mà dưới tỏc dụng của nú, chuyển vị của cọc tăng khụng ngừng.
- Phương phỏp của TCXDVN 269:2002[4]
Sức chịu tải trọng nộn thẳng đứng cho phộp của cọc tớnh theo cụng thức: s gh a F Q Q = (2.34) Trong đú :
Qa - Sức chịu tải cho phộp của cọc; Qtc sức chịu tải tiờu chuẩn của cọc.
Fs- Hệ số an toàn, thường lấy bằng 2 Để xỏc định Qa cú thể dựng 2 phương phỏp:
- Phương phỏp xỏc định sức chịu tải giới hạn theo chuyển vị giới hạn quy ước: trờn đường cong quan hệ tải trọng chuyển vị sức chịu tải Qa của cọc là tải trọng quy ước ứng với chuyển vị quy ước theo bảng sau:
Chuyển vị giới hạn Điều kiện ỏp dụng Tỏc giả đề nghị
10%D Cỏc loại cọc Tiờu chuẩn Phỏp DTU 13-2
2Smax
Pgh ứng với 1/2Sgh Smax ứng với 0,9P
Brinch Hansen Thụy Điển
2.5%D Cọc khoan nhồi De Beer
(3%-6%)D 40-60mm 60-80mm hoặc(2PL/3EA)+20mm Cọc khoan nhồi chống Cọc cú L/D>80-100 Trung Quốc
- Phương phỏp xỏc định sức chịu tải giới hạn phương phỏp đồ thị.
Tựy thuộc vào đường cong quan hệ tải trọng - chuyển vị, sức chịu tải giới hạn được xỏc định theo một trong hai trường hợp sau:
a) Trường hợp đường cong cú điểm uốn rừ ràng: sức chịu tải giới hạn được xỏc định trực tiếp trờn đường cong, là tải trọng ứng với điểm đường cong bắt đầu thay đổi độ dốc đột ngột hoặc đường cong gần như song song với trục chuyển vị.
b) Trường hợp đường cong thay đổi chậm, rất khú hoặc khụng thể xỏc định được chớnh xỏc điểm uốn thỡ sức chịu tải giới hạn được xỏc định theo cỏc
phương phỏp đồ thị khỏc nhau. Tựy thuộc vào quy trỡnh gia tải, loại cọc thớ nghiệm và điều kiện đất nền, cú thể ỏp dụng một trong cỏc phương phỏp đồ thị sau:
Phương phỏp De Beer, phương phỏp Chin, phương phỏp 80% của Brinch Hansen là phương phỏp xỏc định sức chịu tải thớch hợp với quy trỡnh thớ nghiệm gia tải với tốc độ chậm.
Phương phỏp Davisson, phương phỏp Fuller và Hoy, Butler và Hoy là phương phỏp xỏc định sức chịu tải thớch hợp với quy trỡnh thớ nghiệm gia tải với tốc độ nhanh.
Phương phỏp 90% của Brinch Hansen là phương phỏp xỏc định sức chịu tải thớch hợp với quy trỡnh thớ nghiệm gia tải với tốc độ chuyển vị khụng đổi CRP.