CHƯƠNG 7 THIẾT KẾ MÓNG
7.3. SỨC CHỊU TẢI CỌC KHOAN NHỒI D800
7.3.6. Sức chịu tải cọc có xét đến hiện tượng hóa lỏng nền
Trích dẫn (mục 4.1.4 (1)P, TCVN 9386-2012), hóa lỏng là sự giảm sức chống cắt và/hoặc độ cứng do tăng áp lực nước lỗ rỗng trong các vật liệu rời bão hịa nước trong lúc có chuyển động nền do động đất, đến mức làm tăng đáng kể biến dạng lâu dài của đất, hoặc dẫn tới điều kiện ứng suất hữu hiệu của đất gần bằng 0.
Để xảy ra hóa lỏng, cần phải có sự rung lắc của nền đất. Khả năng xảy ra hóa lỏng càng tăng khi cường độ và thời gian xảy ra động đất càng tăng. Ngồi động đất, cịn có nhiều hiện tượng khác cũng gây ra hóa lỏng như: đóng cọc, dao động do xe cộ chạy trên đường…
Sự nguy hiểm liên quan đến hóa lỏng trong q trình chịu động đất thường xảy ra trong những mẫu đất cát hạt mịn cho đến cát hạt trung và những loại cát rời có độ dẻo thấp. Tuy nhiên, hiện tượng hóa lỏng cũng có thể xảy ra đối với sỏi. Do đó, loại đất có khả năng bị hóa lỏng thường là những loại đất rời (cohensionless soil).
Cơ chế hóa lỏng: ' u
Nếu σ khơng đổi, u tăng dần lên σ’ bị triệt tiêu nền cát mất đi sức chống cặt và nó trở thành trạng thái lỏng.
Sức bền chống cắt mất đi là do sự tăng của áp lực nước lỗ rỗng và sự giảm liên tiếp thể tích của khung cứng, nên ứng suất hiệu dụng có khuynh hướng dần về 0.
Sự tăng áp lực nước được thực hiện theo một q trình tích lũy dưới tác động của nhiều lực chu kỳ xen kẽ nhau.
Vì thế ta cần xét đến sự giảm sức chịu tải cọc khi kiểm tra nền có nguy cơ hóa lỏng. Nguy cơ hóa lỏng có thể được bỏ qua khi αS < 0.15 và ít nhất một trong các điều kiện sau phải được đảm bảo:
Cát có hàm lượng hạt sét lớn hơn 20% với chỉ số dẻo PI >10.
Cát có hàm lượng hạt bụi lớn hơn 35% và đồng thời số búa SPT sau khi được chuẩn hóa với các ảnh hưởng của áp lực bản thân đất và với tỷ số năng lượng N1(60) >20. Cát sạch, với số búa SPT sau khi được chuẩn hóa với áp lực bản thân đất và với tỷ số năng lượng N1(60)>30.
Trong đó:
Điều kiện 1: S < 0.15
: Tỷ số của gia tốc nền thiết kế trên đất nền loại A, ag, với gia tốc trọng trường g ag = 1.001 (m/s2) (trích dẫn [4], mục 7.1.6 Tải trọng do động
đất) = 1.001/10 = 0.1001. Lấy g 10 (m/s2)
S: hệ số nền; nền loại c nên S = 1.15 (trích dẫn bảng tham chiếu 3.2 trong [1]) Vậy, S = 0.1001×1.15 = 0.1151 < 0.15 (đạt).
Điều kiện 2:
Bảng 7.7. Bảng thống kê hàm lượng hạt sét và chỉ số dẻo các lớp đất
Lớp đất Tên lớp Chỉ số dẻo, PI Hàm lượng hạt Đánh giá
sét, %
2 Cát pha 9.5 7.6 Dễ hóa lỏng
3 Sét 27.6 35.7 Khơng hóa lỏng
Do đó cần đánh giá nguy cơ hóa lỏng với lớp đất số 2, cụ thể như sau:
Xác định ứng suất hữu hiệu và chỉ số SPT hiệu chỉnh: Việc chuẩn hóa đối với ảnh
hưởng của áp lực bản thân đất có thể được thực hiện bằng cách nhân giá trị đo được NSPT với hệ số (100/ 'vo )1/2, trong đó 'vo (kPa) là ứng suất hữu hiệu bản thân đất tại độ sâu và thời điểm thí nghiệm SPT. Hệ số chuẩn hóa (100/ 'vo )1/2 phải được lấy không nhỏ hơn 0,5 và khơng lớn hơn 2 (4.1.4, Nền móng, tường chắn và các vấn đề địa kỹ thuật, TCVN 9386-2012).
Xác định ứng suất cắt do động đất: Ứng suất cắt do động đất e có thể ước tính theo
biểu thức đơn giản hóa sau: e = 0,65. .S vo (4.4, phần 2 – TCVN 9386-2012).
Đối với các lớp đất nằm từ độ sâu lớn hơn 20m: không thể áp dụng theo công
thức (4.4) được, lúc này phải tham khảo (mục 4.1.6 - Hướng dẫn thiết kế kết cấu nhà cao tầng BTCT chịu động đất theo TCXDVN 375-2006 – Bộ Xây Dựng). Ứng suất cắt được tính như sau: τe = 0.65αSσv0(1 - 0.015z).
Xác định ứng suất cắt gây hóa lỏng τRe: Ứng suất τRe phụ thuộc vào khả năng
chống hóa lỏng của đất. Sử dụng biểu đồ hình B1 (phụ lục B, phần 2 - TCVN 9386- 2012), xác định được ứng suất τRe.
Bảng 7.8. Đánh giá hóa lỏng nền theo TCVN 9386-2012
Dung Dung Ứng Hệ số
trọng trọng Áp lực Ứng
Độ sâu Loại bảo đẩy suất SPT hiệu SPT σv0 suất cắt τe/σv' τRe FS Đánh
(m) đất hòa nổi σv0' N30 chỉnh N60 (kPa) τ giá
e (kPa) (kPa) SPT (kPa) (kPa) 9.5 Cát 20.14 10.14 96.33 15.75 1.02 16.05 191.33 14.31 0.1733 17.0218 1.1891 FS>1 11.5 Cát 20.04 10.04 116.41 15.24 0.93 14.13 231.41 17.31 0.1529 18.1380 1.0477 FS>1 13.5 Cát 20.27 10.27 136.95 16.375 0.85 13.99 271.95 20.35 0.1514 21.1400 1.0390 FS>1 15.5 Cát 19.6 9.6 156.15 18.25 0.80 14.60 311.15 23.28 0.1580 25.1475 1.0803 FS>1 17.5 Cát 19.59 9.59 175.33 19.125 0.76 14.44 350.33 26.21 0.1563 27.9283 1.0656 FS>1 19.5 Cát 20.29 10.29 195.91 20.625 0.71 14.74 390.91 29.25 0.1594 31.8299 1.0884 FS>1 21.5 Cát 19.97 9.97 215.85 22.375 0.68 15.23 430.85 21.84 0.1647 36.2287 1.6589 FS>1 23.5 Cát 20.33 10.33 236.51 23.25 0.65 15.12 471.51 22.84 0.1635 39.4102 1.7254 FS>1 25.5 Cát 20.39 10.39 257.29 24.625 0.62 15.35 512.29 23.67 0.1660 43.5259 1.8391 FS>1 27.5 Cát 20.06 10.06 277.41 25.5 0.60 15.31 552.41 24.28 0.1655 46.8036 1.9276 FS>1 29.5 Cát 20.31 10.31 298.03 25.5 0.58 14.77 593.03 24.73 0.1598 48.5367 1.9623 FS>1 31.5 Cát 20.31 10.31 318.65 25.5 0.56 14.29 633.65 25.01 0.1546 50.2067 2.0077 FS>1 33.5 Cát 20.14 10.14 338.93 25.375 0.54 13.78 673.93 25.08 0.1492 51.5406 2.0547 FS>1 35.5 Cát 20.14 10.14 359.21 23.625 0.53 12.47 714.21 24.98 0.1349 49.4141 1.9781 FS>1 37.5 Cát 19.9 9.9 379.01 21.25 0.51 10.92 754.01 24.68 0.1182 45.6793 1.8509 FS>1 39.5 Cát 19.9 9.9 398.81 20.875 0.50 10.45 793.81 24.20 0.1133 46.0653 1.9034 FS>1 41.5 Cát 20.36 10.36 419.53 22.25 0.50 11.13 834.53 23.57 0.1205 51.5242 2.1861 FS>1 43.5 Cát 20.36 10.36 440.25 23.375 0.50 11.69 875.25 22.75 0.1265 56.7876 2.4956 FS>1 45.5 Cát 20.35 10.35 460.95 22.75 0.50 11.38 915.95 21.76 0.1232 57.8741 2.6600 FS>1 47.5 Cát 20.35 10.35 481.65 21.875 0.50 10.94 956.65 20.58 0.1185 58.1667 2.8268 FS>1 49.5 Cát 20.51 10.51 502.67 22.375 0.50 11.19 997.67 19.22 0.1212 62.0788 3.2299 FS>1 51.5 Cát 20.52 10.52 523.71 36.5 0.50 18.25 1038.71 17.68 0.1969 105.0991 5.9448 FS>1