MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ MÓNG CỌC. TS. Trịnh Việt Cường,Viện KHCN xây dựng

Ø Móng cọc đã được áp dụng tương đối phổ biến từ những năm 1980, đặc biệt khi công nghệ cọc tiết diện nhỏ được sử dụng rộng rãi cho các công trình qui mô nhỏ đến trung bình; Ø Từ những n

MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ MÓNG CỌC

TS Trịnh Việt Cường,Viện KHCN xây dựng

1 Một số vấn đề về tiêu chuẩn trong lĩnh

vực nền móng

2 Giải pháp nâng cao hiệu quả sử dụng

móng cọc

Nội dung

móng cọc

3 Kết luận và kiến nghị

Ø Móng cọc đã được áp dụng tương đối phổ biến từ những năm

1980, đặc biệt khi công nghệ cọc tiết diện nhỏ được sử dụng

rộng rãi cho các công trình qui mô nhỏ đến trung bình;

Ø Từ những năm 1990 đến nay, cọc tiết diện lớn với sức chịu tải

cao được sử dụng cho hầu hết các nhà cao tầng, cầu và một số công trình công nghiệp;

Ø Nhiều công nghệ thi công tiên tiến đã được đưa vào áp dụng

Một số nét về áp dụng móng cọc ở Việt Nam

Ø Nhiều công nghệ thi công tiên tiến đã được đưa vào áp dụng

nhưng chưa được tổng kết kinh nghiệm Việc áp dụng một số

giải pháp tiên tiến gặp khó khăn;

Ø Đã xảy ra một số sự cố của móng cọc, đặc biệt là cọc nằm trong

vùng chịu ảnh hưởng của ma sát âm, cọc chịu tải ngang, …;

Ø Các tiêu chuẩn thiết kế móng cọc được xây dựng từ những năm

1990, đến nay chưa được soát xét

Ø TK theo ƯSCP được áp dụng từ giai đoạn đầu của ngành xây

dựng Đến nay nhiều tiêu chuẩn (Ví dụ Nhật Bản) vẫn sử dụng phương pháp này;

Ø Từ thập kỷ 1950, thiết kế theo TTGH được áp dụng ở Liên xô,

Đan Mạch, … Đến nay đã được chấp nhận ở hầu hết các quốc gia;

v Tại Mỹ, thiết kế theo TTGH được chấp nhận muộn hơn Từ

Thiết kế cọc theo ƯSCP và theo TTGH

v Tại Mỹ, thiết kế theo TTGH được chấp nhận muộn hơn Từ

1994 AASHTO áp dụng trong thiết kế cầu Từ 2006 Bộ Giao thông Mỹ chấp nhận AASHTO LRFD trên toàn liên bang;

v TCXD 205:1998 bao hàm cả thiết kế theo TTGH (theo SNiP

2.02.03.85) và ƯSCP (theo Nhật Bản, Canada,…)

Ø Thiết kế ứng suất cho phép được sử dụng từ đầu thế

kỷ thứ 18 Trong tính toán áp dụng hệ số an toàn tổng thể FS:

Q ≤ [Q] = Qn/FS

Thiết kế theo ứng suất cho phép

n

Với:

Q là tác động;

Qn là trị tiêu chuẩn của tác động

Loại hình khảo sát, thí

nghiệm

Áp dụng trong thiết kế và kiểm tra

chất lượng xây dựng Khảo sát địa chất x x x x x

Công thức động x

• Theo AASHTO, FS phụ thuộc vào mức độ kiểm soát chất lượng Mức độ kiểm soát càng chặt chẽ thì FS càng thấp:

Hệ số an toàn trong thiết kế theo ƯSCP

Công thức động x

Phân tích bằng lý thuyết

sóng ứng suất

Hệ số an toàn (FS) 3,50 2,75 2,25 2,00 1,90

• TCXD 205:1998 khuyến cáo FS=2÷3, nhưng thiếu hướng dẫn chi tiết

THIẾT KẾ THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN

Hai trạng thái giới hạn:

1 Rr = φRn ≥ ηiγiQi

2. S ≤ [S]

γi - hệ số tải trọng

ηi - hệ số (tính dẻo, mức dư sức kháng, tầm quan trọng), ηi = ηD⋅ηr⋅ηI >0,95

Qni – tải trọng tiêu chuẩn

φ - hệ số sức kháng

Rn – sức kháng tiêu chuẩn

CÁC HỆ SỐ TẢI TRỌNG (AASHTO LRFD)

Max Min.

DC : Cấu kiện và các phụ kiện 1,25 0,9

DD : Ma sát âm 1,8 0,45

DW : Lớp phủ mặt cầu và các tiện ích 1,5 0,65

EV : Áp lực đất thẳng đứng

- Ổn định tổng thể

- Kết cấu tường chắn

- Kết cấu cứng chôn trong đất

- Khung cứng

- Kết cấu mềm chôn trong đất, trừ

cống hộp thép

- Cống hộp mềm bằng thép

1,35 1,35 1,30 1,35 1,95 1,50

N/A 1,00 0,90 0,90 0,90 0,90

ES : Tải trên bề mặt đất 1,5 0,75

v Hệ số sức kháng cho cọc đóng chịu tải trọng nén dọc trục:

k - hệ số phụ thuộc vào phương pháp đánh giá sức chịu tải

λv - hệ số xét đến mức độ kiểm soát chất lượng

HỆ SỐ SỨC KHÁNG CHO CỌC ĐÓNG (AASHTO LRFD)

Nhận xét: - Hệ số sức kháng phụ thuộc vào phương pháp tính toán;

Hệ số λv

HỆ SỐ SỨC KHÁNG CHO CỌC ĐÓNG (AASHTO LRFD)

Nhận xét: - Hệ số λv phụ thuộc vào mức độ kiểm soát chất lượng khi thi công;

- Khi chất lượng được kiểm soát chặt chẽ thì λv cao và theo đó

hệ số sức kháng cũng cao.

HỆ SỐ SỨC KHÁNG CHO CỌC NHỒI (AASHTO LRFD)

Nhận xét: Khi kiểm tra sức chịu tải bằng thí nghiệm thì hệ số sức kháng rất cao (φ=0,8)

TRƯỜNG HỢP 1:

- Tính toán sức chịu tải theo SPT: φ φφ=0.45 λv

- Kiếm tra sức chịu tải khi thi công theo độ chối: λ λv= 0.8

- Hệ số sức kháng: φ φ φ=0.45x0.8 = 0.40

- Hệ số an toàn tương đương (với ηi=0,95 và γ=1,25):

FSe=1,25*0.95/0,4 = 2,96

TRƯỜNG HỢP 2:

VÍ DỤ HỆ SỐ SỨC KHÁNG KHI THIẾT KẾ CỌC ĐÓNG THEO

AASHTO LRFD

12

TRƯỜNG HỢP 2:

- Tính toán sức chịu tải theo SPT: φ φφ=0.45 λv

- Kiếm tra sức chịu tải bằng PDA và nén tĩnh: λ λv= 1.0

- Hệ số sức kháng: φ φ φ=0.45x1.0 = 0.45

- Hệ số an toàn tương đương (với ηi=0,95 và γ=1,25):

FSe=1,25*0,95/0,45 = 2,64

NHẬN XÉT: - Khi thí nghiệm cọc thì sức kháng được lấy cao hơn 12,5%;

- Hệ số an toàn tương đương nằm trong khoảng 2,5-4;

- Khi xét các loại tải trọng khác thì γ cao hơn nên FS e cũng cao hơn.

VÍ DỤ HỆ SỐ SỨC KHÁNG KHI THIẾT KẾ CỌC NHỒI

TRONG ĐẤT SÉT THEO AASHTO LRFD

TRƯỜNG HỢP 1:

- Tính toán sức chịu tải bằng PP α: φ φφ=0,6 (lấy trung bình)

- Hệ số tải trọng: γ=1,25 (tĩnh tải)

- Hệ số an toàn tương đương (với ηi=0,95 và γ=1,25):

FSe=1,25*0.95/0,6 = 1,98

TRƯỜNG HỢP 2:

TRƯỜNG HỢP 2:

- Sức chịu tải xác định theo nén tĩnh: φ φφ=0,80

- Hệ số tải trọng: γ=1,25 (tĩnh tải)

- Hệ số an toàn tương đương (với ηi=0,95 và γ=1,25):

FSe=1,25*0,95/0,80 = 1,48

NHẬN XÉT: - Hệ số an toàn tương đương khá thấp khi sử dụng cọc nhồi Giá

trị này tương đương Eurocode 7 và DIN 1054;

ü AASHTO LRFD đề xuất một số phương pháp tính toán sức chịu

tải Chênh lệch giữa kết quả tính ma sát bên theo các phương pháp đó

có thể tới 3 lần;

ü Nhiều tương quan áp dụng trong tính toán phụ thuộc và điều kiện

đất nền địa phương Không nên áp dụng một cách máy móc các

tương quan xác định theo điều kiện đất nền và công nghệ thi công ở

SỰ CẦN THIẾT XÁC ĐỊNH HỆ SỐ SỨC KHÁNG CHO CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH KHÔNG NẰM TRONG AASHTO LRFD

tương quan xác định theo điều kiện đất nền và công nghệ thi công ở

nước ngoài;

ü Nhiều phương pháp tính toán lấy từ tài liệu nước ngoài cho kết quả

chênh lệch so với thực nghiệm ở Việt Nam

→ Cần xác định hệ số sức kháng ứng với các phương pháp tính

toán sức chịu tải của cọc quen thuộc ở Việt Nam

Hệ số sức kháng tính theo:

Ví dụ về xác định hệ số sức kháng cho PP

tính toán của TCXD 205:1998

COVR- Biến thiên của sức kháng, xác định theo TT và TN

βT - Chỉ số tin cậy mục tiêu (βT = 2,0÷2,5 cho cọc đóng)

Ø Số liệu đã sử dụng lấy từ thí nghiệm nén tĩnh 27 cây

cọc tại 7 hiện trường ở Việt Nam;

Ø

SỐ LIỆU PHỤC VỤ TÍNH TOÁN

Ø

Kết quả tính toán

VÍ DỤ XÁC ĐỊNH HỆ SỐ SỨC KHÁNG

CHO CỌC ĐÓNG

T

β

NHẬN XÉT: - Chỉ số tin cậy mục tiêu βT là yếu tố có ảnh hưởng mạnh

đối với hệ số sức kháng φ.

- βT càng cao thì φ càng thấp và thiết kế càng thiên về an toàn.

T

β

Ø Trong tiêu chuẩn tồn tại song song các phương

pháp thiết kế theo TTGH và theo ƯSCP:

- Tính toán sức chịu tải theo TTGH được cho trong Phụ lục A (chủ yếu bằng cách tra bảng);

- Tính toán sức chịu tải theo ƯSCP được cho ở các Phụ lục B và C

TỒN TẠI TRONG TCXD 205:1998

các Phụ lục B và C

Ø Không phân biệt rõ các phương pháp thiết kế, do

đó trong nhiều trường hợp đã sử dụng tải trọng

tính toán khi thiết kế theo ƯSCP, dẫn đến lãng phí (quá thiên về an toàn)

Ví dụ 3

Ø Công thức C.2.2 của TCXD 205:1998 tính toán sức chịu

tải của cọc (theo tiêu chuẩn Nhật Bản, ƯSCP):

Qa= 1/3 {αNaAp + (0,2 NsLs + cLc)πd}

TỒN TẠI TRONG TCXD 205:1998

- Hệ số an toàn FS=3;

- Một số người sử dụng tải trọng tính toán (hệ số vượt tải khoảng 1,2), hệ số an toàn tương đương FS’=1,2*3 = 3,6 Số lượng cọc bố trí cho công trình có thể tăng 20% (Lãng phí);

- Cần áp dụng đồng bộ các phương pháp tính toán theo ƯSCP hoặc TTGH