Sức chịu tải của đất ở mũi cọc Q p

CHƯƠNG 1 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO LÝ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO LÝ

1.2 Sức chịu tải cọc theo đất nền

1.2.1.4 Sức chịu tải của đất ở mũi cọc Q p

Phương pháp cổ điển nhất để ước lượng sức chịu mũi do Terzaghi và Peck đề nghị sử dụng các công thức bán thực nghiệm, được phát triển trên cơ sở các công thức chịu tải của móng nông, với sơ đồ trượt của đất dưới mũi cọc tương tự như sơ đồ trượt của đất dưới móng nông.

Qp = Apqp (1.16)

với qP = 1,3cNc + γ.Df .Nq + α.γ.d.Nγ (1.17)

Terzaghi đề nghị sử dụng các hệ số chịu tải Nc, Nq, Nγ được thiết lập cho móng nông tiết diện tròn hoặc vuông có dạng sau hoạc tra bảng theo góc ma sát trong của đất dưới mũi cọc.

2 os (2 ) 4 2

o q

N a

c π ϕ

+ (1.18)

cot ( 1)

Nc = angϕ Nq− (1.19)

1 ( 1) tan 2 os

N c

γ ϕ

= ϕ − (1.20)

4 2

ao e

 π ϕ− 

 

 

Trong đó :

c- lực dính của đất dưới mũi cọc

α-hệ số phụ thuộc vào hình dạng cọc bằng 0,4 cọc vuông và 0,6 cọc tròn d - đường kính cọc tròn hoặc cạnh cọc vuông

γ- trọng lượng thể tích của đất ở độ sâu mũi cọc

Thông thường thì thành phần α.γ.d.Nγđược bỏ qua do nó quá bé so với hai thành phần còn lại, việc bỏ qua này bù vào trọng lượng của cọc không xét vào trong công thức ước lượng sức chịu tải.

Nhiều tác giả đã đưa ra các giả thuyết dạng trượt của đất dưới mũi cọc chỉ phát triển xung quanh mũi cọc. Nhằm mục đích tính toán đúng sức chịu tải của đất dưới đáy móng sâu, với những hiệu chỉnh các hệ số sức chịu tải ảnh hưởng độ sâu và hình dạng của móng sâu.

Dù vậy theo các công thức tính toán sức chịu tải cọc vẫn tăng tuyến tính theo chiều sâu của mũi cọc.

Trong khi đó trong một lớp đất thực nghiệm chứng tỏ rằng sức chịu mũi của đất ở mũi cọc chỉ tăng đến một độ sâu nhất định rồi không đổi nữa kể từ độ sâu tới hạn là Lc hay Zc. Hiện tượng này rõ nhất trong đất cát.

Nhiều nghiên cứu về sức chịu tải cọc cũng thấy rằng tính sức chịu tải của cọc theo thí nghiệm khảo sát địa chất tại hiện trường cho kết quả gần đúng với thực tế làm việc của cọc hơn như các thí nghiệm xuyên tĩnh, xuyên động, nén ép ngang.

Các nghiên cứu thực nghiệm hoạt động của nền cọc, cho thấy khu vực ảnh hưởng bởi ma sát của cọc lan rộng dần từ trên mặt đất đến chiều sâu tới hạn Zc và kéo dài xuống mũi cọc. Ở mũi cọc phạm vi ảnh hưởng ngang khoảng bằng ba lần đường kính của cọc và phạm vi nền của mũi cọc khoảng 2D dưới mũi cọc và 4D trên mũi cọc.

Theo De Beer, mặt trượt của đất nền quanh khu vực mũi có hình dạng và phạm vi ảnh hưởng được tinh theo công thức sau.

Hình 1.1 Nền đất xung quanh cọc ở giai đoạn chịu tải cực hạn

1 tan exp( . tan )

2 4 2

l > D π ϕ+  π ϕ (1.21)

os exp. tan( )

2 4 2

sin 4 2

D c

l ϕ π ϕ

≥ π ϕ +

 − 

 

  (1.22)

b/ Phương pháp Meyerhof

Theo phương pháp Meyerhof sức chịu tải của nền đất dưới mũi cọc sẽ lớn hơn cách tính Terzaghi xem như là móng nông do ảnh hưởng của độ sâu đặt móng Có rất

nhiều tác giả đã nghiên cứu ảnh hưởng này và điều chỉnh các hệ số sức chịu tải của nền Nc, Nq, Nγ.

Đối với sức chịu tải đơn vị diện tích của phần đất nằm dưới đáy móng sâu và móng cọc, công thức có xét tới hình dạng và chiều sâu chôn móng thường được diễn tả dưới dạng.

qP = cN’c +q’. N’q (1.23)

Sức chịu tải cực hạn của đất nền dưới mũi cọc có dạng

Qu=Ap.qp=Ap.( cN’c +q’. N’q) (1.24) Phương pháp Meyerhof xác định các hệ số N , 'c N'q, sức chịu tải ở mũi cọc trong đất nền, đặc biệt là cát, gia tăng theo chiều sâu cọc chôn trong lớp cát chịu tải và đạt cực hạn khi tỉ số

cr b b

D L D

L 



 



= .

ĐẤT YẾU

L D L = Lb D

Trong đó:Hình 2.1.1. Sơ đồ chọn chiều dài cọc ngàm vào đất L Lb - chiều sâu cọc cắm trong đất tốt

D - là cạnh cọc ở độ sâu mũi cọc

Trong cách tính sức chịu tải đất nền dưới mũi cọc theo Meyerhof, các thông số chống cắt c và ω tương ứng với trạng thái ứng suất hữu hiệu và qp xác định theo công thức:

qP = cN’c +q’. N’q (1.25)

c/ Phương pháp Vesic

Vesic đề nghị một phương pháp xác định sức chịu tải của đất nền ở mũi cọc



 



 

 + +

= p p p *c 0 *σ

u q'N

3 K 2 cN 1

A q A

Q (1.26)

( − ϕ)

= 1 sin

K0 - hệ số áp lực đất ở trạng thái nghỉ Như vậy

* q

K 2 1

N N 3

= +

Mặt khác ta có quan hệ: N =(N*q −1)cotgϕ

* c

Theo Vesic N*q = f I( )rr

Trong đó:

∆

= +

r r

rr 1 I

I I - chỉ số độ cứng suy giảm

Với chỉ số độ cứng ( )( ) (= + ϕ)

ϕ + ν

= +

tg ' q c

G tg

' q c 1 2 Ir E

(1.27)

∆ - biến dạng thể tích trung bình trong vùng biến dạng dẻo bên dưới mũi cọc Như vậy, đối với những điều kiện không có sự thay đổi thể tích, ta có:

∆ và Ir = Irr

Vesic giải và thiết lập bảng giá trị N*c,N*σ phụ thuộc vào Irr và góc ma sát ϕ Với ϕ=0, tương ứng với điều kiện không thoát nước

( ) 1

1 2 I 3 ln

N*c = 4 rr + +π+ (2.3)

Giá trị Ir có thể ước lượng từ kết quả thí nghiệm nén 3 trục hoặc nén cố kết tương ứng với những giá trị ứng suất nén khác nhau, hoặc tham khảo các giá trị tổng kết thực nghiệm sau.

Bảng 1.5Ma sát và lực dính giữa đất và cọc

Loại đất Ir

Cát 70 - 150

Bột và Sét (không thoát nước) 50 - 100 Sét (có thoát nước) 100 - 200

1.2.2 Sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cường độ của đất nền :

Theo TCXDVN 205 - 1998 thì sức chịu tải cực hạn của cọc theo đất nền được tính với công thức sau:

Qu = Qs + Qp = Asfs + Apqp (1.28) Cường độ chịu tải của đất dưới mũi cọc qp:

γ γ

+ σ

=cN N d N

qp c 'vp q p (1.28)

Lực ma sát bên tác dụng lên cọc fs, cho các loại đất là

a v s a a h a

s c tg c K tg

f = +σ' ϕ = + σ' ϕ (1.30)

Thành phần Qs có thể xác định bằng cách tích phân lực ma sát đất xung quanh tác động lên cọc được xác định theo công thức sau :

Qs = u∑fsili (1.31)

Trong đó:

c- lực dính của đất dưới mũi cọc

σvp- ứng suất hữu hiệu trong đất theo phương thẳng đứng tại độ sâu mũi cọc do trọng lượng bản thân đất

Nc, Nq, Nγ - hệ số sức chịu tải, phụ thuộc ma sát trong của đất, hình dạng mũi cọc và phương pháp thi công cọc.

ca - lực dính bám giữa thân cọc và đất

σh - ứng suất hữu hiệu trong đất theo phương vuông góc với mặt bên cọc

ϕa- góc ma sát giữa thân cọc và đất có được từ các thí nghiệm cắt trực tiếp trên mặt tiếp xúc giữa đất và vật liệu làm cọc ở độ sâu z

u – chu vi tiết diện ngang của cọc Theo TCXDVN 205 – 1998 đề nghị

Bảng 1.5 Ma sát và lực dính giữa đất và cọc

ca ϕa

Cọc đóng bê tông cốt thép = c = ϕ

Cọc thép =0,7c =0,7ϕ

Theo TCXDVN 205 – 1998 đề nghị Ks có thể được suy ra từ bảng sau Bảng 1.6Ma sát và lực dính giữa đất và cọc K tgs ϕa

ϕ ϕ= 1 K tgs ϕa

Cọc đóng Cọc ép Cọc nhồi

32 0,4 0,2 0,1

33 0,5 0,3 0,125

34 0,6 0,4 0,15

35 0,75 0,45 0,2

36 0,9 0,5 0,25

37 1 0,6 0,3

Hiện tượng Ma sát âm