7 Thiết kế móng cọc
7.5 Hiệu ứng nhóm
7.5.1 Tổng quát
7.5.1.1 Khi các cọc được đặt gần nhau, sức kháng của cọc như một nhóm có thể nhỏ hơn
tổng khả năng chịu tải của cọc riêng lẻ, cả về phía bên và trục, và sức kháng ngang và dọc trục của bất kỳ đường cong p-y và t-z nào được sử dụng để phân tích cọc hoặc dự đốn khả năng chịu tải cần được điều chỉnh cho phù hợp. Ảnh hưởng của các khoảng cách cọc gần nhau, hạn chế sức kháng của nhóm cọc để trở nên nhỏ hơn tổng khả năng chịu tải của từng cọc, đôi khi được gọi là hiệu ứng đổ bóng.
7.5.1.2 Khi cọc được đặt gần nhau, tải trọng được chuyển từ mỗi cọc đến đất xung quanh dẫn
đến sự dịch chuyển của các loại đất có hỗ trợ các cọc khác, và phản ứng của cọc như một nhóm có thể mềm hơn nếu cọc được xem xét có sự hỗ trợ mà không được di dời bởi ảnh hưởng từ các cọc lân cận. Hiệu ứng này về ngun tắc có thể được tính bằng các giải pháp nửa không gian đàn hồi cho chuyển vị trong một thể tích đất do tải trọng điểm áp dụng.
7.5.1.3 Độ bền nhóm của cọc phụ thuộc vào các yếu tố như khoảng cách cọc, loại và độ bền
của đất, trình tự lớp đất và phương pháp lắp đặt cọc. Kiến thức về phản ứng của các nhóm cọc quy mơ lớn liên quan đến phản ứng của các cọc riêng lẻ trong cùng một nhóm là các giả định hạn chế và bảo thủ do đó được khuyến nghị cho việc tính tốn sức kháng nhóm cọc.
Ghi chú:
Theo nguyên tắc chung, ảnh hưởng của một cọc lên phản ứng của một cọc khác trong một nhóm cọc cần được xem xét khi khoảng cách giữa tâm các cọc, tức là khoảng cách giữa các cọc, là tám lần đường kính hoặc nhỏ hơn.
7.5.1.4 Khi ước tính sức kháng nhóm cọc từ một kháng cọc đơn tính tốn, cần cân nhắc đặc
- Phương pháp lắp đặt cọc;
- Trầm tích yếu nằm dưới lớp chịu lực có độ dày giới hạn; - Ma sát bề mặt tiêu cực dọc theo trục cọc;
- Khả năng chịu tải của thể tích đất xung quanh nhóm cọc.
Khi đánh giá tác động của một lớp trầm tích yếu dưới một lớp chịu lực, cần lưu ý rằng độ sâu ảnh hưởng của nhóm cọc lớn hơn mức độ ảnh hưởng của một cọc đơn trong nhóm.
7.5.1.5 Sự dịch chuyển của đất xung quanh một cọc do tải từ các cọc khác trong nhóm cọc có
thể được tính tốn dựa trên các giải pháp nửa khơng gian đàn hồi cho môđun trượt cố định hoặc đều (Poulos và Davis, 1980). Sự không chắc chắn liên quan đến việc lựa chọn các mơđun đất tương đương thích hợp cần được xem xét, và sự lựa chọn phải liên quan đến mức ứng suất chung trong khối lượng đất bên trong và bên ngồi nhóm cọc.
7.5.1.6 Cọc trong các nhóm cọc có thể được phân tích bằng phân tích cọc đơn như được nêu
trong 7.3.2, với điều kiện các đường cong p-y cho chuyển vị ngang và sức kháng được hiệu chỉnh cho các hiệu ứng đổ bóng trên giá trị p và làm mềm các hiệu ứng dịch chuyển trên y - giá trị để tính đến tác động của hoạt động nhóm. Các điều chỉnh tương tự về giá trị t và z trong biểu diễn đường cong t-z cho chuyển dịch dọc trục và kháng dọc trục sẽ được yêu cầu nếu phương pháp đường cong t-z được sử dụng để biểu diễn phản ứng cọc dọc trục trong phân tích. Hiệu ứng bóng được định nghĩa trong 7.5.1.1 và được mơ tả chi tiết trong 7.5.2 và 7.5.3.
7.5.2 Nhóm cọc chịu tải trọng dọc trục
7.5.2.1 Đối với một hình dạng và số lượng cọc nhất định trong một nhóm, một vùng chuyển tiếp của khoảng cách cọc tồn tại trong đó cơ chế hỏng theo tải trọng dọc trục dần dần thay đổi từ hỏng cột trụ ở khoảng cách nhỏ đến lỗi cọc đơn lẻ ở khoảng cách lớn hơn.
7.5.2.2 Trong trường hợp hỏng cột trụ, lực cản trục của nhóm cọc bao gồm ma sát bề mặt dọc
theo chu vi ngồi của nhóm cộng với lực đầu cọc.
7.5.2.3 Các trụ vững chắc bao quanh tất cả đất trong một nhóm cọc (chu vi cột trụ tối thiểu)
cũng như các trụ rỗng (khu vực cột trụ tối thiểu) cần được xem xét khi có liên quan. Các giới hạn trong kháng tip cho bến tàu do hạn chế trong chuyển vị cho phép nên được xem xét.
7.5.2.4 Trong các phép tính theo 7.5.2.1 đến 7.5.2.3, ma sát bề mặt đơn vị fsi có thể được lấy
bằng độ bền cắt bão hòa Su trong đất sét và thời gian tanφ áp suất hiệu dụng ngang tại chỗ trong cát mà φ là góc kháng cắt.
7.5.2.5 Sử dụng tồn bộ khả năng chịu lực đầu cọc địi hỏi sự biến dạng dọc lớn. Do đó, các
biến dạng cho phép chi phối sự đóng góp từ sức kháng đầu cọc đến tổng sức kháng nhóm. Đối với một nhóm cọc đóng vai trị như một cột trụ và không phải là cọc riêng lẻ, các biến dạng nên được tính tốn cho một cọc đơn có đường kính bằng đường kính tương đương của cột trụ. Điều này áp dụng bất kể hình dạng nhóm cọc có hình trịn hay khơng trịn.
7.5.2.6 Độ bền cắt bão hịa su và góc kháng cắt φ được áp dụng trong các tính tốn của sức kháng cọc dọc trục cần được lựa chọn cẩn thận. Việc thay thế đất sét và cát trong q trình
7.5.3 Nhóm cọc chịu tải trọng ngang
7.5.3.1 Đối với một hình dạng và số lượng cọc nhất định trong một nhóm cọc chịu tải trọng bên, cần cân nhắc đến độ lệch bên của cọc. Điều này phụ thuộc nhiều vào khoảng cách của các cọc, đường kính của cọc, và cách các cọc hoặc ảnh hưởng bóng cho nhau hoặc lộ ra với nhau đối với tải trọng bên.
7.5.3.2 Trong cấu hình hai cọc, trong đó cọc hàng đầu không được che chở từ tải trọng và cọc
sau được che chắn bởi cọc hàng đầu, các hiệu ứng đổ bóng sẽ khiến cho cọc phía sau giảm tải trọng bên ngoài so với cọc hàng đầu. Điều này đề cập đến trường hợp hướng của tải song song với mặt phẳng thẳng đứng kéo dài bởi hai cọc. Khi tải trọng tham gia trong một mặt phẳng thẳng đứng với một góc với mặt phẳng thẳng đứng kéo dài bởi hai cọc, các hiệu ứng trên cọc sau bởi sự hiện diện của cọc hàng đầu sẽ phụ thuộc vào góc này và trên đường kính và khoảng cách của cọc.
7.5.3.3 Sự tương tác giữa đất và cọc sẽ ảnh hưởng đến độ lệch bên của cọc: Tải trọng trên
cọc hàng đầu sẽ ngụ ý sự biến dạng của cọc này và đất hỗ trợ của nó để gây ra các ứng suất và biến dạng bổ sung trong đất ở phía sau cọc. Các cọc kéo sẽ cho một tải nhất định kinh nghiệm lớn hơn lệch bên hơn nếu các cọc hàng đầu đã không được hiện diện với tải của nó, tức là hành vi của cọc kéo sẽ xuất hiện để được làm mềm bởi sự hiện diện của cọc hàng đầu.
7.5.3.4 Các hiệu ứng bóng trong đất ở khoảng cách đóng cọc có thể ngụ ý rằng tổng khả năng
chịu tải bên của hai cọc sẽ nhỏ hơn tổng khả năng chịu tải bên hai cọc đơn lẻ.
7.5.3.5 Để phân tích phản ứng của các nhóm cọc chịu tải trọng ngang, một số phương pháp có sẵn, bao gồm:
- Các phương pháp phân tích dạng đóng như mơ tả của Bogard và Matlock (1983);
- Các phương pháp đàn hồi tuyến tính, chẳng hạn như lý thuyết Mindlin bởi Mindlin (1936) và Poulos và Davis (1980);
- Phương pháp lai, kết hợp các phương pháp đàn hồi tuyến tính với phương pháp tiếp cận đường cong phi tuyến p-y;
- Các phương pháp số như phương pháp hữu hạn và phương pháp sai phân hữu hạn. Clausen et al. (1981) cung cấp các ví dụ về cách các phương pháp số lai được sử dụng để xác định phản ứng của các nhóm cọc được nạp bên trong.