CHƯƠNG 2 ẢNH HƯỞNG CỦA VIỆC ÉP CỌC ĐẾN ĐẤT NỀN VÀ SỰ THAY ĐỔI
2.4 Sự thay đổi sức chịu tải cọc theo thời gian
Do đất xung quanh cọc, dưới mũi cọc bị xáo trộn kết cấu mạnh cùng với sự thay đổi áp lực nước lỗ rỗng khi hạ cọc, nhưng sau đó có hiện tượng ổn định lại trong hầu hết các loại đất do đó mà sức chịu tải dọc trục và ngang của cọc theo đất nền phụ thuộc theo thời gian trong giai đoạn đầu ngay sau khi hạ cọc. Rất nhiều nghiên cứu giải tích nhằm tính toán sự thay đổi này.
Đóng cọc và ép cọc làm tăng cao áp lực nước lỗ rỗng trong vùng xáo trộn kết cấu mà lượng nước không đổi, sau đó nước này sẽ phân tán nhanh hay chậm tùy thuộc vào hệ số thấm của đất xung quanh cọc. Sau đó đất sẽ phục hồi dần, quá trình phục hồi kết cấu và cố kết thấm phần áp lực nước lỗ rỗng thặng dư gọi là “xúc biến hồi phục”.Thời
39
gian cần để phục hồi hoàn toàn tùy thuộc vào độ xáo trộn do cách hạ cọc và các đặc trưng của đất.
Hiện tượng sức chịu tải cực hạn của cọc thay đổi theo thời gian sau hạ cọc do
“xúc biến hồi phục” trong trầm tích sét đã được đề cập trong các công trình nghiên cứu.
Khả năng chịu tải theo đất nền của cọc thông thường ước lượng theo công thức giải tích và sau đó xác định lại bằng phương pháp thử tải cọc, thường thì cọc thử tải trong thời gian ngắn sau khi hạ cọc. Sức chịu tải của cọc thu được từ thử tải cọc đã được nghiên cứu trong thời gian dài.
Sự tồn tại và phân tán áp lực nước lỗ rỗng rất đa dạng, sức chịu tải của cọc có thể xác định không chính xác nếu như áp lực nước lỗ rỗng chưa tiêu tán hoàn toàn. Sức chịu tải của cọc tăng khi độ bền của của đất xung quanh cọc tăng do quá trình cố kết.
Điều này cho thấy đất có hệ số thấm bé như bùn, sét thì thời gian tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng lớn, ngược lại đất hạt thô có hệ số thấm lớn sự tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng nhỏ.
Theo kết quả thực nghiệm của C.S.Chen và các cộng sự (1996) cho thấy mối quan hệ giữa thời gian và sức chịu tải của cọc như bảng 1.3.1. [1]
Bảng 1.3.1 Kết quả thử tải của cọc cọc Số Kích thước
(mm)
Chiều dài
cọc (m) Ngày hạ cọc Ngày thử tải Sức chịu tải cực hạn (KN)
1 200 36 14/07/96 13/08/96 940
2 250 36 09/07/96 12/08/96 1430
3 250 36 17/08/96 08/10/96 1400
4 250 36 20/08/96 21/10/96 2260
5 250 36 07/09/96 25/11/96 3600
6 250 36 31/07/96 04/12/96 2360
7 305 36 25/07/96 05/10/96 4890
8 305 36 30/07/96 12/10/96 4090
40
9 350 36 06/07/96 05/08/96 3030
10 350 36 21/08/96 21/10/96 4620
11 350 36 06/07/96 23/11/96 3190
12 381 36 24/08/96 16/10/96 6350
13 381 36 11/07/96 28/10/96 4100
14 381 36 02/10/96 30/11/96 5640
15 381 36 12/09/96 04/12/96 6093
16 280 36 11/07/96 08/09/96 3410
17 280 36 30/07/96 08/10/96 3380
18 280 36 19/08/96 12/10/96 2850
19 280 36 18/08/96 16/10/96 2640
Năm 2002, Svinkin và Skov đã hiệu chỉnh công thức của Skov và Denver 1989 nhằm tính sức chịu tải của cọc tại thời điểm t kể từ to (thời điểm hoàn thành hạ cọc).
( )
, ,
1 log 1
u t u to
Q B t
Q − = + (2.3)
Trong đó:
Qu,t – sức chịu tải cực hạn cọc tại thời điểm t
Qu,to – sức chịu tải cực hạn cọc tại thời điểm to, thời điểm vừa hạ cọc xong, tương ứng với tải tối đa khi ép cọc.
B- hệ số phụ thuộc vào loại đất, loại cọc
Trước đó năm 1990, Chun đã đưa ra công thức tính sức chịu tải cọc tăng đến sức chịu tải ổn định
, ,
, ,
u t u t
u to u to
Q dt Q
C B
Q t Q
= −
(2.3)
Với nền sét chỉ có ảnh hưởng của sự phân tán áp lực nước lỗ rỗng tỷ số gia tăng sức chịu tải theo thời gian là lời giải của phương trình vi phân có dạng
41
, ,
1 1
t
u t B
u to
Q C
C e
Q C
−
= − (2.3)
Tomlinson (1994) và Chun (1999) thực hiện nhiều kết quả đo đạt sức chịu tải cọc theo thời gian. Năm 2003 Thilakasiri đã phân tích và tổng kết được hai thông số B và C cho phương pháp của Chun trong bảng sau:
Bảng 1.3.1 Kết quả thử tải của cọc
Nguồn Loại đất C B Thời gian đạt
90% Qu (ngày)
Độ gia tăng % sau 7 ngày Tomlinson
(1994)
Sét yếu 3.01 8.2 16 72
Tomlinson (1994)
Sét yếu 3.58 8.2 16 69
Chun (1999) Sét 5.34 1.64 3 99
Chun (1999) Sét 6.13 9.29 20 60
Chun (1999) Sét cứng 2.8 1.7 3 99
Chun (1999) cát 2.08 0.57 1 100
Chun (1999) cát 1.41 4.33 5 94
Chun (1999) cát 2.8 1.7 3 100
Chun (1999) cát 1.6 0.21 1 100
Theo bảng trên cho thấy thời gian nghĩ cọc trước khi thử tĩnh cho đất loại cát khoảng 1 tuần và cho đất loại sét từ 2 đến 3 tuần là hợp lý.
Nhận xét chương 2
Trên cơ sở phân tích kết quả nghiên cứu về ảnh hưởng của việc hạ cọc và thời gian nghỉ lên sức chịu tải của cọc, có thể thấy rằng việc thi công cọc gây chuyển vị đất trong phạm vi ảnh hưởng vùng nén chặt mạnh là 1D tính từ mép cọc và ngoài vùng này là nén chặt yếu là 2D.
42
Khi hạ cọc vào lớp sét bão hòa nước thì xuất hiện áp lực nước lỗ rỗng thặng dư trong đất xung quanh cọc và dưới mũi cọc. Cùng với quá trình tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng theo thời gian thì sức chịu tải của cọc tăng lên theo thời gian.
Khi cọc được hạ vào trong đất cát và đất rời tải trọng ép cọc hay đóng cọc tăng lên nhanh do đất có khả năng thoát nước nhanh, Do đó sức chịu tải cực hạn cọc phụ thuộc rất ít vào sự tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng mà phụ thuộc vào sự gài chặt các hạt cát vào bề mặt cọc.
Hiện tượng ma sát âm do ứng suất treo xung quanh cọc xuất hiện khi cọc thi công bằng phương pháp ép hoặc đóng cọc làm cho sức chịu tải cọc giảm.
43
44
45
46
1
CHƯƠNG 3