MẶT CẮT ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH Nhà máy Nhiệt điện Cần Thơ - Trà Nóc- Tp.Cần Th
CHƯƠNG 4 NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC KHOAN NHỒI MỞ RỘNG ĐÁY
4.2 XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC KHOAN NHỒI DỰA THEO CÁC CÔNG THỨC THÍ NGHIỆM HIỆN TRƯỜNG
4.2.1 Tính Toán Theo Kết Quả Xuyên Tĩnh (CPT) Theo TCXD 205:1998 :
Sức chịu tải cực hạn của cọc: Qu = Ap.qp + As.fs (4.24) Hệ số an toàn khi xác định sức chịu tải cực hạn:
FS = 2.0 – 3.0 ; FSs = 2.0 – 2.5 ; FSp = 2.5 – 3.0
* Xác định sức chống mũi đơn vị: qp =Kc×qc (4.25) Với Kc : hệ số mang tải,lấy theo phụ lục 4.6 phụ thuộc vào các loại đất
qc : sức chống xuyên trung bình, lấy trong khoảng 3d phía trên và 3d phía dưới mũi cọc.
* Xác định ma sát bên đơn vị:
α
c s
f = q (4.26)
Trong đó: qc : sức chống xuyên của đất nền xung quanh thân cọc. αααα : hệ số, tra bảng phụ lục 4.6 phụ thuộc vào các loại đất xung quanh thân cọc và phương pháp thi công.
−91−
* Xác định độ sâu giới hạn zc :Trường hợp đất nền 1 lớp: zc = 6d, trong đó là kích thước cạnh tiết diện hoặc đường kính tiết diện cọc.
Trường hợp đất nền nhiều lớp: zc = 3d khi σv > 0.1 MPa ; zc = 3d – 6d khi σv < 0.1 Mpa (Trong đó σv là áp lực cột đất)
* Tương quan thực nghiệm giữa sức chống xuyên qc và một số chỉ tiêu cơ lý của đất nền:
Tương quan giữa sức chống xuyên qc và sức chống cắt không thoát nước của đất dính cu :
15
v c u
c = q −σ (4.27) Trong đó σv là áp lực thẳng đứng do tải trọng bản thân của đất nền.
4.2.2 Tính Toán Theo Kết Quả Xuyên Tiêu Chuẩn (SPT) :
4.2.2.1 Sức chịu tải cực hạn của đất rời tính theo công thức của Meyerhof (1956) :
Theo TCXD 205:1998 Qu = K1.N.Ap + K2.Ntb.As (4.28) Với N: chỉ số SPT trung bình trong khoảng 1d dưới và 4d trên mũi cọc.
Ap : diện tích tiết diện mũi cọc (phần mở rộng đáy)
Ntb : chỉ số SPT trung bình dọc thân cọc trong phạm vi lớp đất rời.
As : diện tích mặt bên cọc trong phạm vi lớp đất rời.
K1 : hệ số, lấy bằng 120 cho cọc khoan nhồi.
K2 : hệ số lấy bằng 1 cho cọc khoan nhồi.
Hệ số an toàn khi tính toán theo công thức này lấy bằng 2.5÷3.0
* Sức chịu tải cho phép Qa (T) của cọc trong nền gồm các lớp đất dính và rời :
( )
1, 5 0,15 0, 43
a P c c S S P
Q = N A + N L + N L Ω −W ( 5.29 ) Trong đó : • N : chỉ số xuyên tiêu chuẩn
• N : chỉ số xuyên tiêu chuẩn trung bình của đất trong khoảng 1d dưới mũi cọc và 4d trên mũi cọc. Nếu N >60, khi tính toán lấy N =60. Nếu N >50, khi tính toán lấy N =50
• L LS, c : chiều dài phần thân cọc trong đất dính và đất rời
• NS,Nc: giá trị trung bình của chỉ số xuyên tiêu chuẩn trong lớp đất dính và đất rời
• Ω =u : chu vi cọc (m)
• WP : hiệu số giữa trọng lượng cọc và trong lượng đất nền do cọc thay thế (T)
4.2.2.2 Sức chịu tải cho phép của cọc theo công thức của Nhật Bản dựa trên kết quả hiện trường :
L W q L A N
N
Ra p s s u c −
× + ×
+
×
×
×
×
×
= α β φ
2 15 5
3
1 (4.30)
Với Ra : sức chịu tải cho phép của cọc. ; n = 1/3 : hệ số an toàn
N : chỉ số SPT trung bình ở đoạn mũi cọc (1d dưới mũi cọc và 4d ở trên mũi cọc) và lấy Nmax = 50 búa/30cm.
α :hệ số phản lực ở đáy cọc, đối với đất sỏi:α =1,đối với đất cát: α = 0.85 β : hệ số phụ thuộc vào đường kính cọc, được tính theo công thức sau:
3 . 5 0
. 2
5 .
1 1 ×
− −
= D
β (4.31)
Ap : diện tích tiết diện ngang của mũi cọc.
−93−
Ns:trị số SPT trung bình của lớp cát xung quanh thân cọc lấy Nsmax = 25 Ls, Lc: chiều dài phần thân cọc nằm trong đất cát và đất sét.
qu : cường độ sức chống cắt trung bình của lớp đất sét xung quanh cọc, qumax = 10 T/m2 ; φ : chu vi cọc.
W : hiệu số giữa trọng lượng cọc và đất nền mà cọc thay thế 4.2.2.3 Theo tieõu chuaồn AASHTO (1992) cuỷa Myừ : Sức chịu tải cực hạn của cọc được xác định như sau :
U S T P
Q =Q +Q −W ; . .
S Si i
Q =π d∑ f l ; QT =0, 25. .π D q2. T (4.32) Với : QU : khả năng mang tải cực hạn của cọc .
QS : sức kháng hông cực hạn dọc theo thân cọc . QT : sức chịu tải cực hạn ở mũi cọc .
WP : trọng lượng của cọc có xét đến lực đẩy nổi của nước D,d : đường kính mở rộng mũi cọc và đường kính thân cọc li : chều dày của lớp đất thứ i tiếp xúc với cọc .
fSi : lực ma sát hông đơn vị giữa cọc và lớp đất thứ I qT : sức kháng đơn vị của đất tại đầu mũi cọc .
* Đối với cọc trong đất dính : - Xác định fSi : .
Si U
f =αc (4.33)
Trong đó : α : hệ số không thứ nguyên lấy bằng 0,55
cU : sức chống cắt không thoát nước của đất nền xung quanh cọc - Xác định qT : qT =F c NR. Ut. c (4.34) Trong đó : Nc : hệ số sức chịu tải được tính theo công thức :
6 1 0, 2
C
N h
D
= + ; NC ≤9 (4.35) Với h : là chiều dài cọc chôn trong đất (m)
Cut : sức chống cắt không thoát nước của đất nền dưới mũi
FR =1 khi D≤1, 9m (4.36)
và 2, 5
. 2, 5 12 FR
a D b
= +
khi D>1, 9m (4.37)
Với 0, 0071 0, 0021h
a= + D ; và a≤0, 015 (4.38)
0, 45( ut)0,5
b= c và 0, 5≤ ≤b 1, 5 (4.39) Giá trị cut , cu : được xác định theo kết quả thí nghiệm trong phòng hay thí nghiệm cắt cánh tại hiện trường .
* Đối với cọc trong đất rời : Xác định fSi : '. .
Si i i
f =γ h β (4.40) Trong đó : β =1, 5 0, 244( )− hi 0,5 và 0, 25≤ ≤β 1, 2; (4.41)
γi' : dung trọng của lớp đất thứ I ( có xét đến đẩy nổi ) hi : độ sâu trung bình của lớp đất thứ I, tính bằng m - Xác định qT :
Khi D≤1, 3 :m thì qT =1, 2 (N ksf)=5.85 ( /N T m2); (4.42)
2 max 90( ) 438, 7( / ) qT = ksf = T m
Khi D>1, 3 :m thì 1, 2 50 ( ) 5.85 50 ( / 2)
12 12
qT N ksf N T m
D D
= = (4.43)
Trong đó : N là chỉ số xuyên tiêu chuẩn SPT của đất ở mũi cọc . 4.2.2.4 Tính toán theo công thức của ALSAMMAN (1995) : Theo kết quả tính ngược từ nhiều kết quả thí nghiệm nén tĩnh, tác giả đã xác định được sức
−95−
kháng hông và sức kháng mũi đơn vị nhờ vào kết quả xuyên tĩnh (CPT) như sau :
- Thành phần ma sát hông đơn vị :
Trong đất dính : fi = 0,0225 qc nếu qc < 3.78 (MPa) (4.44) fi = 0,085 qc neáu qc > 3,78 (MPa)
Trong đất cát, cát lẫn bụi :
fi = 0,015qc neáu qc < 4,72 (MPa) (4.45) fi = 0,071 + 0,00167(qc – 4,72) neáu 4.72 < q c <18,9
fi = 0,0945 MPa neáu qc > 18,9 MPa Trong đá dăm, đất cát lẫn sỏi :
fi = 0,02 qc neáu qc < 4,72 MPa (4.46) fi =0,0945 + 0,0025(qc – 4,72) neáu 4.72 < q c <18,9
fi = 0,13 MPa neáu qc > 18,9 MPa - Thành phần sức kháng mũi :
Trong đất dính : QP = 0,27 (qcb - σvo) (4.47) Trong đất rời : qP = 0,15qcb nếu qcb < 9,45 (MPa) (4.48)
qP = 1,42 + 0,075(qc – 9,45) neáu 9,45 < q cb <28,34 qP = 2,83 MPa neáu qcb > 28,34 MPa
Với : σvo : là ứng suất bản thân tại mũi cọc
qcb : giá trị trung bình của qc trong khoảng 1D kể từ mũi 4.2.2.5. Tính toán theo công thức của Decourt (1982) :
Thành phần ma sát bên của cọc được xác định bằng kinh nghiệm : 3, 3 10( )
fS = N+ KPa (4.49)
Trong đó : N : là trị trung bình của N cho các lớp đất khác nhau xung quanh cọc . Khi N < 3 thì N lấy bằng 3 ; khi N > 50 thì N lấy bằng 50
Thành phần sức kháng của đất ở mũi cọc được xác định như sau :
1
qP =K N (4.50)
Trong đó :
N là số nhát đập trung bình của 1m phía trên và 1m phía dưới mũi cọc K1 : hệ số tra bảng phụ thuộc vào loại đất, tra bảng phụ lục 4.7
4.2.2.6 Tính toán theo công thức của Gwizdala (1984) :
Đối với cọc khoan nhồi, khi sử dụng thiết bị xuyên kế tĩnh, các giá trị fS và qP được xác định như sau đối với các loại đất rời .
- Thành phần ma sát bên của cọc được xác định theo công thức kinh nghiệm sau : Cát chặt : fS = 0,005.qC ; qC = 10 MPa (4.51)
Cát rời : fS = 0,01 qC ; qC = 2,5 MPa (4.52) - Thành phần sức kháng của đất ở mũi cọc được xác định như sau :
qP = nP . qC (4.53)