II. 1 Hin tượng ma sát ađm :
Khi cĩc được đĩng xuyeđn qua (đaịt vào) lớp đât boăi tích đang trong q trình cơ kêt, sự di chuyeơn xuơng cụa đât xung quanh cĩc gađy ra lực kéo xuơng trong cĩc. Lực kéo xuơng cịn gĩi là sức kháng ađm (ma sát ađm). Sức kháng ađm là sự ngược lái cụa sức kháng leđn dĩc theo thađn cĩc. Sức kháng ađm làm gia tng tại dĩc trúc và rât đáng keơ đơi với cĩc dài xuyeđn qua lớp đât cĩ tính nén lún cao. Vì vy, nguy cơ gađy ra sức kháng ađm phại được quan tađm trong quá trình thiêt kê cĩc. Neđn tránh dùng cĩc xieđn trong những vùng đât cĩ tính nén lún cao, vì ma sát ađm sẽ gađy lực uơn leđn cĩc, cĩ theơ làm phá hối và hư hỏng cĩc.
Caăn phại tiên hành tính tốn lún đeơ xác định toơng đ lún cụa đât xung quanh sau khi đĩng cĩc. Toơng đ lún tương đơi giữa đât và cĩc đụ đeơ táo neđn ma sát ađm là khoạng 10mm đên 12mm. Ứng với dịch chuyeơn này, ma sát hođng xung quanh cĩc huy đng đên giá trị tơi đa. Sức kháng ađm khođng theơ lớn hơn giá trị cực đái này bởi khi vượt qua nĩ, đât sẽ trượt dẹo xung quanh cĩc. Vic quan trĩng trong tính tốn thiêt kê cĩc chịu ma sát ađm là xác định được đ sađu mà ở vị trí đĩ cĩc khođng bị ạnh hưởng cụa sức kháng ađm, nghĩa là xác định vị trí maịt phẳng trung hồ. Ở beđn dưới maịt phẳng trung hồ này, sức kháng hođng mới tiêp nhn chơng đỡ tại trĩng đứng.
Trường hợp thường xạy ra ma sát ađm nhât là khi cĩ lớp đât đaĩp leđn neăn đât cĩ tính nén thâp (chưa cơ kêt) sau khi đĩng cĩc. Đieău này được theơ hin tređn hình 1a. Sức kháng ađm cũng phát trieơn khi áp lực cĩ hiu quạ lớn gia tng leđn lớp đât chịu nén mà cĩc xuyeđn qua, nguyeđn nhađn do sự há thâp mực nước ngaăm như tređn hình 1b.
Briaud và Tucker (1993) đưa ra tieđu chuaơn nhn biêt khi cĩ ma sát ađm xạy ra. Nêu gaịp mt trong những đieău kin sau đađy, ma sát ađm caăn phại được xem xét trong thiêt kê. Các tieđu chuaơn cú theơ như sau:
a. Toơng đ lún cụa maịt đât lớn hơn 100mm
b. Đ lún cụa maịt đât sau khi đĩng cĩc lớn hơn 10mm. c. Chieău cao cụa đât đaĩp tređn maịt đât vượt quá 2m d. Chieău dày cụa lớp đât yêu lớn hơn 10m.
GVHD: Võ Phán Tieơu lun Mođn hĩc Mĩng cĩc Lớp: ĐKTXD2008 - Nhóm 3 Ma sát ađm
II.2 Phương pháp xác định ma sát ađm:
Sức kháng ađm cũng giơng như sức kháng dương, chư khác là ngược chieău. Cĩ hai phương pháp thiêt kê mĩng cĩc cĩ ma sát ađm. Phương pháp truyeăn thơng là tính tốn lực ma sát từ taăng đât phía tređn lớp đât cơ kêt, và cng giá trị sức kháng ađm này như là mt phaăn tại trĩng cĩc gánh chịu. Trong phương pháp này, các phương pháp tính tốn sức kháng dương trong đât dính và đât rời cĩ theơ được dùng. Mt phương pháp mới đeơ xác định sức kháng ađm dựa tređn quan h giữa sự chuyeơn vị cụa cĩc và sự phát trieơn cụa m a sát ađm, được sử dúng trong tài liu “Downdrag on Bitumen - Coated Piles” cụa Briaud và Tucker (1993).
Phương pháp xác định ma sát ađm truyeăn thơng:
Phương pháp α thường được dùng đeơ tính tốn ma sát ađm trong đât dính.
Trong phương pháp này, lực dính tính tốn từ sức chơng caĩt khođng thốt nước được dùng đeơ thiêt lp phương trình xác định lực kéo cụa taăng đât đang cơ kêt. Tương tự, lực kéo từ lớp đât rời beđn tređn lớp đât đang cơ kêt được tính tốn từ sức kháng hođng cụa lớp đât rời.
Khi chĩn lựa sức chơng caĩt khođng thốt nước cho vic tính tốn lực dính ma sát ađm trong phương pháp α , caăn phại chú ý raỉng đơi với lớp đât dính, q trình cơ kêt sẽ làm gia tng sức kháng caĩt khođng thốt nước theo thời gian. Lực dính neđn được tính tốn với hoaịc là giá trị lực dính cao hơn xác định từ sức chơng caĩt khođng thốt nước lúc khoan lây mău, hoaịc là giá trị lực dính được ước lượng từ sức chơng caĩt khođng thốt nước cụa đât sau khi cơ kêt. Lực kéo xuơng baỉng 100% sức chơng caĩt khođng thốt nước cụa sét meăm, α =1, đựơc trình bày bởi Johansesen và Bjerrum (1965) cho mũi cĩc đĩng vào lớp đât cứng, nghĩa là khi đ lún cụa cĩc tương đơi nhỏ, chuyeơn vị tương đơi giữa đât và cĩc đát đên giá trị cĩ theơ huy đng ma sát hođng tơi đa. Lực kéo gađy ra do ma sát ađm caăn phại hêt sức chú ý, và đánh giá đúng mức, bởi nêu đưa ra mt giá trị lực kéo được ước lượng quá lớn, giá thành cođng trình sẽ rât lớn. Nhưng nêu đánh giá thâp cĩ theơ dăn đên sự hư hái cho cođng trình.
II.3. Các bước thiêt kê ma sát ađm :
Bước1. Thiêt lp maịt caĩt địa chât và các chư tieđu vt lý cụa đât nhaỉm phúc vú cho tính tốn đ lún.
bieơu đoă phađn bơ áp lực tređn hình 24, nhađn chieău cao lớp đât hf và trĩng lượng rieđng cụa lớp đât đaĩp γf.
Bieơu đoă phađn bơ áp lực cho ta h sơ áp lực Kf, ở các đ sađu khác nhau beđn dưới lớp đât đaĩp (×bf) và ở các khoạng cách khác nhau từ tađm cụa lớp đât đaĩp. Đ sađu beđn dưới đáy đât đaĩp cho trước là thừa sơ cụa bf, trong đĩ bf là khoạng cách từ tađm lớp đât đaĩp đên đieơm giữa mái taluy, được cho tređn hình 24.
Bước 3. Thực hin tính tốn đ lún cho các lớp đât dĩc theo chieău sađu cụa cĩc:
a- Xác định các thođng sơ cụa thí nghin nén cơ kêt từ kêt quạ thí nghim nén cơ kêt trong phịng.
b- Tính tốn đ lún cụa mi lớp đât sử dúng phương trình tính tốn đ lún thích hợp.
c- Tính tốn đ lún toơng tređn chieău sađu cụa cĩc baỉng cách toơng đ lún cụa các lớp đât. Lưu ý khođng keơ đ lún cụa lớp đât beđn dưới mũi cĩc.
Bước 4. Xác định chieău dài cĩc sẽ chịu ma sát ađm.
Ma sát ađm xạy ra là do đ lún giữa đât và cĩc. Giá trị đ lún giữa đât và cĩc đụ đeơ huy đng ma sát ađm là khoạng 10mm. Vì vy, ma sát ađm chư xạy ra ở đốn cĩc nào cĩ lớp đât xung quanh cĩ đ lún lớn hơn 10mm.
Bước 5. Xác định đ lớn cụa ma sát ađm, Qs−
Phương pháp sử dúng đeơ tính tốn lực ma sát ađm tới hán theo chieău dài cĩc xác định ở bước 4 giơng như phương pháp sử dúng đeơ tính tốn lực ma sát dương tới hán, ngối trừ chúng ngược chieău nhau.
Bước 6. Tính tốn cường đ chịu tại cực hán cụa cĩc baỉng sức kháng dương và sức kháng mũi QU+
Lực ma sát dương và kháng mũi sẽ xuât hin beđn dưới đ sađu mà sự chuyeơn vị tương đơi giữa đât và cĩc nhỏ hơn 10mm. Lực ma sát dương cĩ theơ được tính tốn tređn phaăn chieău dài cĩc cịn lái beđn dưới đốn cĩc chịu ma sát ađm ở bước 4.
Bước 7. Tính tốn sức chịu tại cực hạn rịng cụa cĩc QUnet có theơ đát được: net
GVHD: Võ Phán Tieơu lun Mođn hĩc Mĩng cĩc Lớp: ĐKTXD2008 - Nhóm 3 Ma sát ađm
Bước 8. Xem xét các phương pháp khác đeơ làm cho cĩc cĩ sức chịu tại cao hơn.
Phương án lựa chĩn được trình bày trong phaăn IV. Các bin pháp làm giạm ma sát ađm bao goăm sử dúng gia tại trước hoaịc dùng bâc thâm thốt nước đeơ giạm đ lún trước cụa cođng trình cĩc, dùng đât đaĩp cĩ trĩng lượng nhé đeơ giạm đ lún gađy ra ma sát ađm, dùng vic giạm ma sát đeơ giạm tại trĩng kéo xuơng, dùng vt liu cường đ cao, cách ly cĩc với vùng neăn đât đang cơ kêt, hoaịc tng chieău sađu đĩng cĩc trong lớp đât tơt đeơ tng khạ nng chịu tại cụa cĩc ( đieău kin đât neăn ). Các phương án tređn phại được thiêt kê, tính tốn và cađn nhaĩc veă maịt kinh tê.
II.4 Ví dụ tính tơn
Tính tốn ma sát ađm baỉng phương pháp αααα.
Cođng trình Caău Peach Freeway baĩc qua sođng Dismal cĩ 3 nhịp. Tái mi trú có 1 l khoan và 1 thí nghim xuyeđn CPT. Tại trĩng leđn moêi trú khoạng 12600kN, moêi móng trú có 3 hàng cĩc, mi hàng 8 cĩc. Tái mơ, tại trĩng tác dúng leđn mi cĩc là 890kN. (Xem hình 22).
Các cĩc tại mố phía bờ Nam xạy ra hin tượng ma sát ađm là do đ lún cụa lớp đât yêu do thi cođng lớp đât đaĩp đường dăn vào caău beđn tređn cao khoạng 10m sau khi đĩng cĩc. Đ lún này caăn phại dự báo trước đeơ xác định chính xác vị trí ma sát ađm và ma sát dương dĩc theo thađn cĩc. Phương pháp α được dùng đeơ đánh giá cho cạ hai trường hợp ma sát ađm và ma sát dương. Các bước dùng đeơ xác định sức chịu tại cụa cĩc đã được trình bày trong phaăn II.3.
Bước 1: Thiêt lp maịt caĩt địa chât và các chư tieđu cơ lý cụa đât nhaỉm phúc vú cho tính tốn đ lún. (Xem hình 22).
Bước 2: Xác định đđ gia tng áp lực ∆P do lớp đât đaĩp. Beă rng maịt tređn cụa lớp đât đaĩp = 12m
Đ dơc mái đaĩp: 2:1
Chieău cao lớp đât đaĩp: hf = 10m Vì vy: bf = 12 10 2 16
2 2 m
+ × =
Đeơ tính lún, caăn phại tính đ gia tng áp lực bạn thađn do đât đaĩp ∆p, tái
các đ sađu cánh tim neăn đaĩp. Đ gia tng áp lực bạn thađn baỉng h sơ áp lực Kf nhađn với dung trĩng đât đaĩp, γf, và chieău cao đât đaĩp hf. Hình 25 trình bày bieơu đoă áp lực
∆p = 0.5 × 20kN/m2 × 10m = 100kPa
GVHD: Võ Phán Tieơu lun Mođn hĩc Mĩng cĩc Lớp: ĐKTXD2008 - Nhóm 3 Ma sát ađm
GVHD: Võ Phán Tieơu lun Mođn hĩc Mĩng cĩc Lớp: ĐKTXD2008 - Nhóm 3 Ma sát ađm
Bạng 3. Đ gia tng áp lực tính tốn
SỰ GIA TNG ÁP LỰC BẠN THAĐN Đ sađu dưới maịt tự nhieđn
(m)
H sơ áp lực Kf ∆p = kf.γf.hf
Maịt đât tự 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
Hình 25. Bieơu đoă áp lực bạn thađn hữu hiu – tự nhieđn và tự nhieđn + đ tng
Bước 3: Thực hin tính tốn đ lún cho các lớp đât dĩc theo chieău sađu cĩc.
Lớp đât 1: Áp lực cơ kêt trước, pc = 67 kPa Heơ sơ rng ban đaău, eo = 0,94 Chư sơ nén, 1
C
C = 0,34 Chư sơ nén lái, 1 Chư sơ nén lái, 1
CR
C = 0,03 Lớp đât 2: Áp lực cơ kêt trước, pc = 200 kPa Lớp đât 2: Áp lực cơ kêt trước, pc = 200 kPa
H sơ rng ban đaău, eo = 0,8 Chư sơ nén, 2
C
C = 0,30
Chư sơ nén lái, 2 CR
C = 0,03 Lớp đât 3: Áp lực cơ kêt trước, pc = 297 kPa Lớp đât 3: Áp lực cơ kêt trước, pc = 297 kPa
H sơ rng ban đaău, eo = 0,54 Chư sô nén, 3
C
C = 0,20
Chư sơ nén lái, 3 CR C = 0,02 b- Tính tốn đ lún cho mi lớp đât: Sử dúng cođng thức tính tốn sau: S = .log 1 CR o o o C p p H e p +∆ + nêu 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 +∆ + + + nêu po +∆p> pC Đ lún cụa mi lớp đât được cho trong bạng 3
c- Tính tốn đ lún toơng tređn chieău sađu cụa cĩc baỉng cách toơng đ lún cụa các lớp đât.
Dựa tređn bạng tính tốn đ lún, đ lún tính tốn là 0,499m. Bởi vì đ lún toơng cng dài hán cụa đât sét là rât lớn (0,499m), giạ thiêt raỉng sự gia tại trước cụa đât sẽ được thực hin bởi tại trĩng phú tám thời trước khi đĩng cĩc. Cũng cĩ giạ thiêt raỉng 90% đ cơ kêt cụa đât sét sẽ đát được trước khi đĩng cĩc. Vì vy, sau khi đĩng cĩc, cĩc sẽ bị lún khoạng 10% đ lún cơ kêt như ở ct 9 trong bạng tính tốn lún, hoaịc toơng đ lún 0,0499 hay 49,9mm.
GVHD: Võ Phán Tieơu luaơn Mođn hĩc Mĩng cĩc Lớp: ĐKTXD2008 - Nhĩm 3 Ma sát ađm
Bảng 3. Bảng tính lún
Bước 4: Xác định chieău dài cĩc cĩ ma sát ađm
Ma sát ađm xạy ra là do đ lún giữa đât và cĩc. Giá trị đ lún giữa đât và cĩc đụ đeơ táo ra ma sát ađm là khoạng 10mm. Trong phaăn ví dú này, xem như cĩc khođng lún ( mang ý nghĩa an tồn, và sẽ được chứng minh ở phaăn ví dú sau, khi cĩ xét đên đ lún cụa cĩc). Vì vy, ma sát ađm chư xạy ra ở thađn cĩc tái các lớp đât hoaịc mt phaăn cụa lớp đât khi đ lún lớn hơn 10mm.
Ct 11 cụa bạng 3 cho thây đ lún giữa đât và cĩc do 10% đ lún cơ kêt ở các đ sađu khác nhau dĩc thađn cĩc. Maịt đât sẽ lún toơng cng khoạng 0.0499m. tái đ sađu 3m dưới maịt đât tự nhieđn toơng đ lún sẽ ít hơn, đ lún này baỉng toơng đ lún trừ đi đ lún cụa 3m beđn tređn, hay 0.0343m, như trong ct 11.
Bạng cũng trình bày đ lún cụa cĩc và đât do lún cơ kêt 10% tái đ sađu 7m, đ lún này nhỏ hơn 10mm, là giá trị nhỏ nhât đeơ xạy ra ma sát ađm. Đ sađu 7m cũng là đieơm cuơi cụa lớp đât 1. Vì vy, đốn cĩc ở tređn đ sađu 7m sẽ cĩ ma sát ađm, trong khi đĩ đốn cĩc beđn dưới đ sađu 7m sẽ cĩ ma sát dương đeơ chơng đỡ keẫt câu beđn tređn và ma sát ađm.
Hình 26. Mặt cắt tại lỗ khoan S-4, mố phía bờ Nam
Bước 5: Xác định đ lớn cụa ma sát ađm QS−
Như đã tính tốn ở tređn, ma sát ađm sẽ xạy ra ở lớp 1 là lớp sét búi dẹo meăm. Chieău dài cĩc trong lớp 1 là 5,5m. Giá trị ma sát dương tới hán ở lớp 1 được tính tốn baỉng phương pháp α, cĩ giá trị như sau:
Cĩc cĩ tiêt din 356 x 356mm • Lớp 1: (D/b) = (5,5/0,356) = 15,45 1 31 30 33 34 35 33 5 u C + + + + = kPa fs1 = 33 (kPa) QS1= fs1 x As = 33 x (4 x 0,356) x 5,5 = 259 (kN)
GVHD: Võ Phán Tieơu lun Mođn hĩc Mĩng cĩc Lớp: ĐKTXD2008 - Nhóm 3 Ma sát ađm 2 86 91 96 84 96 95 93 6 u C + + + + + = kPa fs2 = 85 (kPa) Qs2 = fs2 x AS = 85 x (4 x 0,356) x 9,5 = 1.150 (kN) • Lớp 3: (D/b) = (17,5/0,356) = 49,16 3 158 155 157 2 C + kPa = fs3 = 67 (kPa) QS3= fS3 x A3 = 67 x (4 x 0,356) x 2,5 = 239 (kN) Vì lớp 1 đã xác định sẽ xạy ra ma sát ađm neđn:
QS−=QS1 = 259(kN)
Bước 6: Tính tốn sức chịu tại tới hán cụa cĩc bao goăm sức kháng dương và sức kháng mũi, Qu+
Ma sát dương và sức kháng mũi sẽ phát trieơn beđn dưới đ sađu mà đ lún tương đơi giữa cĩc và đât nhỏ hơn 10mm.
Sức chịu tại tới hán cụa cĩc bao goăm ma sát cụa lớp đât 2 và 3, cng với sức kháng mũi. Tính tốn cú theơ như sau:
Toơng: QS+ =QS+2 +QS+3 =1150+239=1389(kPa) Tính tốn sức kháng mũi: q = 9 Cu Cu = 159 (kPa) q = 9 x Cu = 9 x 159 = 1.431 (kPa) Qp = q .At = 1.431 x 0,356 x 0,356 = 182 (kN) Do đĩ, sức chịu tại tới hán cụa cĩc baỉng:
) ( 1571 182 1389 kN Q Q Qu+ = S+ + p = + =
Bước 7: Tính sức chịu tại tới hán rịng cụa cĩc net u
Q , Qunet=Qu+−Qs−=1571 259 1312− =