CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN CỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP 2.1. Sức chịu tải dọc trục của cọc theo độ bền vật liệu
2.3. Tính sức chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh CPT
2.3.3. Tính toán số liệu thí nghiệm
Sức kháng mũi xuyên
c pistong c
c
c A
A X A
q Q .
(2.43)
Sức kháng ma sát đơn vị:
s pistong s
s
s A
A X Y A
f Q ( ).
(2.44)
Chỉ số ma sát: .100%
c s
R q
F f (2.45)
Với: Apistong – diện tích tiết diện ngang của pistong (trong xylanh áp lực – nén thủy lực) = 20 cm2.
Ac – diện tích tiết diện ngang của mũi cone = 10 cm2. As – diện tích xung quanh áo ma sát = 150 cm2.
2.3.4 Cách tính LCPC (1982) hay TCXDVN 205-1998
Cách tính LCPC cũ của Bustamante và Gianneselli (Laboratoire Centraldes Ponts et Chausse’es- Pháp) được đưa ra vào năm 1982 tại hội nghị Châu Âu về
‘Thí nghiệm xuyên’. Sau đó cách tính này được chỉnh nhiều lần. Tuy nhiên, chính hai tác giả này trong hội nghị 1982 đã nêu ra rằng, cách tính này có độ tin cậy không cao lắm. Cách tính này được trình bày trong Tiêu chuẩn Việt Nam [TCXD 205-1998].
Tính toán sức chịu tải cực hạn của cọc theo Tiêu chuẩn Việt Nam TCXD 205-1998: được tính toán trên cơ sở sức chống xuyên đầu mũi qc.
Sức chống cực hạn ở mũi cọc được xác định theo công thức:
Qp = Apqp (2.46)
Giá trị qp được xác định theo công thức:
qp = Kcqc (2.47)
Trong đó: Kc : Hệ số mang tải theo bảng dưới
qc: sức chống xuyên trung bình, lấy trong khoảng 3d phía trên và 3d phía dưới mũi cọc.
Bảng 2.9: Bảng tra các hệ số Kc và qc dùng cho cọc bê tông cốt thép Loại đất Sức chống mũi
qc (KPa)
Hệ số Kc Hệ số α Giá trị cực đại qp (KPa) Sét chảy,
bùn
<2000 0.5 30 15
Sét cứng vừa 2000-5000 0.45 40 (80) 35
Sét cứng đến rất cứng
>5000 0.55 60 (80) 35
Cát chảy 0-2500 0.5 (60) 80 35
Cát chặt vừa 2500-10000 0.5 100 (120) 80
Cát chặt đến rất chặt
>10000 0.4 150 (150) 120
Sức chống cực hạn của mặt bên cọc được xác định theo công thức:
Qs = u ∑lsifsi (2.48) Trong đó:
lsi: độ dài của cọc trong lớp đất thứ i, m u : chu vi tiết hiện cọc, m
fsi: ma sát bên đơn vị của lớp đất thứ I và được xác định theo sức chống xuyên đầu mũi qc ở cùng độ sâu, theo công thức:
fsi =
i
qci
(2.49)
i: hệ số lấy theo bảng trên
Tương quan thực nghiệm giữa chống xuyên qc và một số chỉ tiêu cơ lý của đất nền.
Tương quan giữa góc ma sát trong của đất rời,, và sức chống xuyên qc, xác định theo bảng dưới đây:
Bảng 2.10: Bảng tương quan giữa góc ma sát và sức chống xuyên qc
(độ ) ở độ sâu qc (105Pa)
2m ≥5m
10 28 26
20 30 28
40 32 30
70 34 32
120 36 34
200 38 36
300 40 38
Tương quan giữa sức chống xuyên qc và sức chống cắt không thoát nước của đất dính cu xác định theo công thức:
qc = 15cu + σv (2.50)
σv : áp lực thẳng đứng do tải trọng bản thân đất nền 2.3.5 Cách tính LCPC cải tiến (1983)
Cách tính LCPC cải tiến về cơ bản vẫn giống cách tính LCPC cũ; tuy nhiên các bảng số được thay bằng đồ thị. Đặc điểm nổi bật của phương pháp này là sức kháng mũi và kháng bên của cọc đều được tính dựa vào giá trị qc; fs không được sử dụng trong phần tính toán.
Sức kháng bên đơn vị Các bước tính toán như sau:
- Bước 1: Dựa vào bảng tra để xác định ký hiệu đường cong, từ 1 đến 5.
- Bước 2: Tra các đồ thị để tìm ma sát bên đơn vị fi củacọc.
Hình 2.5: Tương quan giữa qc và sức kháng bên đơn vị của cọc cho đất sét - bụi và đất cát - sỏi
Sức kháng mũi đơn vị Sức kháng mũi đơn vị được tính như sau:
qp = kc .qep(tip) (2.51) Trong đó:
kc : hệ số thực nghiệm quy đổi từ CPT sang cọc, có giá trị từ 0,15 ÷ 0,6.
qep: sức kháng mũi trung bình tương đương đo được từ CPT, xác định như sau:
Hình 2.6: Cách xác định qep
Tính giá trị trung bình qca của tất cả các giá trị qc nằm trong vùng giới hạn từ 1,5D bên trên mũi cọc đến 1,5D bên dưới mũi cọc.
Loại bỏ các giá trị qc có giá trị nhỏ hơn 0,7qca và lớn hơn 1,3qca.
Tính giá trị trung bình tương đương qca của các giá trị qc còn lại.
Bảng 2.11: Hệ số kc cho sức kháng mũi, phụ thuộc vào loại đất Loại đất Sét – bụi Cát – sỏi Đá – phấn
Cọc đóng 0.600 0.375 0.400
2.3.6 Phương pháp của Schmertmann (1978) Sức kháng bên đơn vị: (fs < 120 Kpa)
Trong đất cát: fs = Kf.fs (2.52)
Trong đó:
fs: kết quả thí nghiệm CPT
Kf: là giá trị phụ thuộc vào tỷ số L/D, tra hình 2.8 L, D: chiều dài và đường kính cọc
Hình 2.7: Đồ thị xác định hệ số Kf tính toán ma sát bên của cọc trong đất cát
Trong đất dính: fs = αc.fs (2.53) αc (0,2 ÷ 1,25): là giá trị tra phụ thuộc vào vật liệu làm cọc, tra hình 2.9.
Hình 2.8: Đồ thị xác định hệ số αc tính toán ma sát bên của cọc trong đất sét Sức kháng mũi đơn vị
Theo Schmertmann, sức kháng mũi đơn vị của cọc chính bằng giá trị trung bình của sức kháng mũi đo được từ CPT trong vùng giới hạn, khoảng cách 8D phía trên mũi cọc đến 0,7D - 0,4 phía dưới mũi cọc. Tuy nhiên, quá trình tính “trung bình” rất đặc biệt và hơi phức tạp:
2
2
1 c
c p
q q q
(2.54)
qc1: giá trị nhỏ nhất trong các giá trị qcx với qcx là giá trị trung bình của qc
trong đoạn yD bên dưới mũi cọc. qcx được tính theo 2 cách: cộng trung bình giá trị qc từ nũi cọc đến vị trí yD (giá trị thực, đoạn a-b-d, đường liền - hình), và từ yD ngược lên (giá trị nhỏ nhất, đoạn d-b-c, đường chấm gạch). Giá trị y: giá trị lấy từ 0,4 đến 0,7
qc2: giá trị trung bình của qc trong đoạn 8D bên trên mũi cọc (giá trị nhỏ nhất, đoạn c-e, đường chấm gạch)
Trong mọi trường hợp, qp phải nhỏ hơn giá trị giới hạn qpl: qpl = 150 kG/cm2 (15MPa) với đất rời chặt, rất chặt qpl = 100 kG/cm2 (15MPa) với các loại đất khác
Hình 2.9:Phương pháp tính sức kháng mũi đơn vị theo Schmermann 2.3.7 Phương pháp của De Ruiter và Beringen
Tính toán giá trị sức chịu tải không thoát nước Su từ các số liệu thí nghiệm CPT
Sức chịu tải không thoát nước Su tại mũi cọc:
k tip c tip
u N
S ( ) q( ) ; Nk = 15 - 20 (2.55) với qc là giá trị trung bình số liệu thí nghiệm CPT (theo phương pháp Schmermann)
Sức chịu tải không thoát nước Su dọc theo thân cọc:
k side c side
u N
S ( ) q( ) ; Nk = 15 - 20 (2.56)
với qc(tip) là giá trị số liệu thí nghiệm CPT tại mũi cọc, có thể lấy bằng giá trị qp theo 2.65 qc(side) là trung bình giá trị số liệu thí nghiệm CPT trong suốt chiều dài cọc.
Sức kháng bên đơn vị: (fs < 150 Kpa)
Trong đất cát: sức kháng bên đơn vị fs là giá trị tối thiểu trong 2 giá trị:
f1 = fs của thí nghiệm CPT