TIỂU LUẬN CỌC TRÊN NỀN ĐÁ

1. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 2. DỰ BÁO SỨC CHỊU TẢI CỌC TRONG NỀN ĐÁ 3. DỰ BÁO ĐỘ LÚN CỦA CỌC TRONG NỀN ĐÁ 4. VÍ DỤ TÍNH TOÁN 5. THI CÔNG CỌC KHOAN NHỒI TRONG NỀN ĐÁ 6. THI CÔNG CỌC ÉP, KHOAN THẢ TRONG NỀN ĐÁ 7. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Trang 2

HV: Phan Văn Anh Nhật – Nguyễn Ngọc Sơn – Huỳnh Ngô Anh Văn 2

2 DỰ BÁO SỨC CHỊU TẢI CỌC TRONG NỀN ĐÁ

3 DỰ BÁO ĐỘ LÚN CỦA CỌC TRONG NỀN ĐÁ

4 VÍ DỤ TÍNH TOÁN

5 THI CÔNG CỌC KHOAN NHỒI TRONG NỀN ĐÁ

6 THI CÔNG CỌC ÉP, KHOAN THẢ TRONG NỀN ĐÁ

7 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Trang 3

1

Trang 4

1.1 Giới thiệu tổng quan về nền đá:

➢ Đối với các công trình có tải trọng lớn như công trình nhà cao tầng và công trình cầu, giải pháp móng cọc được xemlà một giải pháp tối ưu Móng cọc truyền tải trọng từ công trình xuống các lớp đất tốt, đặc biệt là các lớp đá có sứcchịu tải lớn xung quanh và dưới mũi Cọc

➢ Cọc trên nền đá cứng làm việc chủ yếu sử dụng sức kháng mũi Khác với loại cọc ma sát (cọc treo) xuyên qua cáclớp đất, chịu tải trọng nhờ ma sát hông

➢ Phân bố: Ở Việt Nam nhiều vùng có địa chất là tầng đá cứng bên dưới (Nha Trang, Bình Định, Phú Yên, Vũng Tàu,Đà Nẵng, Hải Phòng…)

Trang 5

 Hình ảnh Khảo sát ở khu vực Phường Ghềnh Ráng, TP Quy Nhơn, Bình Định

Trang 6

1.2 Hình ảnh thực tế:

 Hình ảnh Khảo sát ở khu vực Phường Ghềnh Ráng, TP Quy Nhơn, Bình Định

Trang 7

2

Trang 8

2.1 Sức chịu tải Cực hạn của Cọc

 Sức chịu tải cực hạn của Cọc có thể được xác định theo công thức

P = Q b + Q s

Trong đó:

+ Qblà sức chịu tải cực hạn do kháng mũi

+ Qslà sức chịu tải cực hạn do ma sát hông

 Sức chịu tải cực hạn do kháng mũi Q b :

Q b = q b A b

Trong đó:

+ Ablà diện tích tiết diện ngang của Cọc

+ qblà sức kháng mũi của Cọc

 Sức kháng ma sát hông Q s :

Q s = u  f i  l i

Trong đó:

+ u là chu vi thân cọc

+ filà ma sát hông đơn vị cực hạn của cọc

+ lilà chiều dài đoạn cọc phân tố mà fiđược coi là hằng số

Trang 9

 Sức chịu tải Cọc trên nền đá được xây dựng dựa trên 3 Phương pháp:

✓ Lý thuyết cơ học và giải tích về sức chịu tải để tính toán Sức chịu tải cực hạn của mũi cọc

✓ Thông số kinh nghiệm xác định áp lực cho phép tại mũi Cọc

✓ Thí nghiệm thử tải hiện trường để ước tính Sức chịu tải mũi Cọc: Nén tĩnh, PDA, O-Cell (Osterberg)

➢ Đối với Cọc đóng, ép, thường thiết kế mũi Cọc tựa lên nền đá mềm.

➢ Đối với Cọc khoan nhồi, mũi cọc được khoan xuyên qua và ngàm vào tầng đá cứng

➢ Khi thiết kế Cọc tựa lên hoặc ngàm vào nền đá thường tính toán là Cọc chống (sức kháng mũi của Cọc rất lớn,

sức kháng bên nhỏ so với sức mũi nên có thể bỏ qua), tham khảo Mục 6.2, TCVN 10304:2014

Trang 10

2.1 Sức kháng mũi

 Sức chịu tải trọng nén R c,u của Cọc tiết diện đặc, cọc ống đóng hoặc ép nhồi và cọc khoan (đào)

nhồi khi chúng tựa trên nền đá kể cả cọc đóng tựa trên nền ít bị nén được xác định theo công thức

Rc,u= c.qb.AbTrong đó:

+ clà hệ số điều kiện làm việc của cọc trên nền c= 1

+ qblà cường độ sức kháng của đất nền dưới mũi cọc chống

+ Ablà diện tích tựa cọc trên nền

Lưu ý: Trong mọi trường hợp giá trị q b không lấy quá 20 MPa

2.1.1 Theo TCVN 10304-2014 – Mục 7.2.1

Trang 11

Đối với Cọc đóng hoặc ép nhồi, khoan nhồi và cọc ống nhồi bê tông tựa lên nền đá không phong hóa hoặc nền ít bị

nén (không có các lớp đất yếu xen kẹp) và ngàm vào đó ít hơn 0.5m, qbxác định theo công thức

qb = Rm= Rc,m,n/ g  20 (Mpa)+ Rmlà cường độ sức kháng tính toán của khối đá dưới mũi cọc chống xác định theo Rc,m,n

+ Rc,m,nlà trị tiêu chuẩn của giới hạn bền chịu nén một trục của khối đá trong trạng thái no nước xác định ngoài hiện

trường

+ glà hệ số tin cậy của đất g= 1.4

Đối với phép tính sơ bộ của nền công trình thuộc tất cả các cấp quan trọng, cho phép lấy:

Rc,m,n= Rc,n Ks+ Rc,nlà trị tiêu chuẩn giới hạn bền chịu nén một trục của đá ở trạng thái bão hòa nước, xác định theo kết quả thử mẫu

(nguyên khối) trong phòng thí nghiệm (có thể hiểu là giá trị quở thí nghiệm nén đơn nở hông)

2.1.1 Theo TCVN 10304-2014 – Mục 7.2.1

Trang 12

2.1.1 Theo TCVN 10304-2014 – Mục 7.2.1

Trang 13

Đối với Cọc đóng hoặc ép nhồi, khoan nhồi và cọc ống nhồi bê tông tựa lên nền đá không phong hóa hoặc nền ít bị

nén (không có các lớp đất yếu xen kẹp) và ngàm vào đó ít nhất 0.5m, qbxác định theo công thức

qb = Rm (1+0.4ld/df)  20 (Mpa) (CT.9)+ Rmlà cường độ sức kháng tính toán của khối đá dưới mũi cọc chống

+ ld là chiều sâu ngàm cọc vào đá

+ dflà đường kính ngoài của phần cọc ngàm vào đá

Giá trị (0.4ld/df) lấy không lớn hơn 3

Đối với Cọc ống tựa đều lên mặt nền đá không phong hóa, phủ lên trên nền đá là lớp đất không bị xói có chiều dày tốithiểu bằng 3 lần đường kính cọc, giá trị (0.4ld/df) trong (CT.9) lấy bằng 1

Lưu ý:

➢ Khi cọc đóng (ép) nhồi, cọc khoan nhồi hay cọc ống tựa trên nền đá phong hóa hoặc đá hóa mềm, cường độ chịu

2.1.1 Theo TCVN 10304-2014 – Mục 7.2.1

Trang 14

Sức kháng nén giữa thí nghiệm Nén lõi đá và thực tế ngoài hiện trường

chênh lệch nhau nhiều lần

Nguyên nhân:

+ Ảnh hưởng của hiệu ứng kích thước, mẫu thí nghiệm có kích thước bé

cho giá trị đặc trưng cơ lý có khuynh hướng lớn hơn mẫu có kích thước

lớn, do ảnh hưởng của hệ thống khe nứt hay lỗi trong cấu trúc mạng

tinh thể khoáng vật mà những mẫu kích thước lớn thường có độ bền kém

hơn những mẫu có kích thước nhỏ

+ Ảnh hưởng của yếu tố độ nứt nẻ, phong hóa, độ không đồng nhất của

khối đá so với lõi đá thí nghiệm

Vì vậy qu có thể được xác định như sau:

Trong đó: qu(lab)– Sức kháng nén đơn của lõi đá trong phòng thí nghiệm

2.1.1 Hiệu ứng kích thước mẫu đá

2 5

u lab u

Trang 15

Dựa trên tiêu chuẩn phá hoại Mohr Coulomb, Bell (1915) đã đưa thiết lập công thức tính Sức chịu tải của mũi cọc:

q b = q u (N+1)

Coates (1981) dựa trên tiêu chuẩn phá hoại của Griffith đã đề xuất công thức tính toán sức chịu tải của mũi cọc:

qb= 3quTrong đó:

+ qu– sức kháng nén dọc trục của lõi đá

+ N– hệ số phụ tải phụ thuộc vào , với N = tan2(45o+/2)

+  - góc ma sát trong thoát nước của đá

2.1.2 Theo Coates (1981) và Bell (1915)

Trang 16

❑ Theo Rowe và Armigate (1987)

Nếu Lng> 1.5d thì: q b = 2.5q u

Nếu Lng< 1.5d thì q b  2q u

Trong đó:

qu– cường độ chịu nén nở hông của đá tại mũi cọc

Lnglà chiều dài Cọc ngàm trong đá

❑ Theo Williams và cộng sự (1980)

Cho rằng, với đá bùn, giá trị qp nên lấy nhỏ hơn nữa:

q b = 0.5q u

Mặc dù giá trị 0.5qu không phải là sức kháng cực hạn, nhưng Williams cho rằng cần áp dụng biểu thức này để hạn

chế độ lún của cọc trong đá bùn

2.1.2 Sức kháng mũi của Cọc trong đá nguyên khối không thoát nước

Trang 17

❑ Theo Zhang và Einstain (1998)

Zhang và Einstain đã dựa trên số liệu thống kê từ 39 thí nghiệm thử tải Cọc trên đá mềm để thiết lập quan hệ như sau:

q b = 4.83q u 0.51

+ Công thức trên áp dụng đối với đá IGM và đá gốc có một chút nứt nẻ (RQD = 70100%), các khe nứt đều kín và gầnnằm ngang

❑ Theo Vipulanandan và cộng sự (2007)

Sức kháng mũi cọc trong nền đá có quan hệ như sau:

q b = 4.66q u 0.56

❑ Theo Le Tirant and Marshall (1992)

Sức kháng mũi cọc trong nền đá có quan hệ như sau:

Trang 18

❑ Công thức xác định sức chịu mũi của Cọc trong nền đá tổng hợp theo 1 số tác giả đều có mối quan hệ với sức kháng nén đơn nở hông (Unconfined compressive strength – UCS) như sau:

q b.ult =  ci k

Trong đó:

+ qb.ult– sức chịu mũi cực hạn của cọc trong nền đá

+ ci– sức kháng nén đơn nở hông của đá tại mũi cọc

+ Hệ số , k theo bảng tra sau

Trang 19

❑ Theo Canadian Foundation Engineering Manual (CFEM)

Sức kháng mũi của Cọc trong đá nứt nẻ không thoát nước được xác định như sau:

q a = K sp q u-core

Trong đó:

+ qa– Sức kháng mũi thiết kế

+ qu-core– Giá trị trung bình sức kháng nén nở hông của đá

+ Ksp– Hệ số thực nghiệm, đã kể đến Hiệu ứng kích thước và bao gồm hệ số an toàn là 3 (về thiết kế ứng suất làm việc) và nằm trong khoảng từ 0.1 đến 0.4 (Xem bảng 9.2 – Canadian Foundation Engineering Manual (CFEM), trang 146)

2.1.2 Sức kháng mũi của Cọc trong đá nứt nẻ không thoát nước

Khoảng cách nứt nẻ

K sp

Trang 20

❑ Theo Canadian Foundation Engineering Manual (CFEM)

Đồ thị 9.2 – Theo Canadian Foundation Engineering Manual (CFEM), trang 146

Tương quan trong đồ thị 9.2 chỉ áp dụng trong trường

hợp khối đá có khoảng cách các vết nứt > 300mm, bề

rộng khe nứt < 5mm (hoặc <25mm với trường hợp

khe nứt bị lấp bằng đất hoặc đá vụn) và cho móng có

bề rộng >300mm Với đá trầm tích, địa tầng phải nằm

ngang hoặc độ nghiêng nhỏ

Trang 21

❑ Theo Carter, Kullhawy (1988), Hoek (1983) dự báo an toàn sức kháng mũi của cọc trong đá nứt nẻ

không thoát nước như sau:

Trong đó:

+ qu– sức kháng nén đơn nở hông của thỏi đá nguyên vẹn

+ s, m – hệ số cho trong bảng dưới đây, với m phụ thuộc vào loại đá từ A → E

q = s+ m s+s q

A Kém Đá có chứa Cacbonat: đá khoáng chưa dolomit, đá vôi, đá hoa

B Đá có chứa sét: Đá bùn, đá bụi, đá phiến sét, đá phiến

C Đá có chứa cát: Đá cát kết, sa thạch, đá chứa thạch anh

Trang 22

❑ Theo Carter, Kullhawy (1988), Hoek (1983)

Bảng 3.4– Móng cọc phân tích và thiết kế – Th.S Nguyễn Thái, GS.TS Vũ Công Ngữ

Trang 23

❑ Theo Peck và các cộng sự (1974)

➢ Tương quan giữa khả năng chịu tải cho phép qbvà chỉ số RQD để

dự đoán sức chịu tải của mũi cọc

➢ Sử dụng cho đá nứt nẻ không thoát nước và độ lún cọc  0.5 in

➢ Chưa kể đến vật liệu lấp trong khe nứt, khoảng cách các khe nứt

➢ Nếu qa> qu (sức kháng nén đơn) sử dụng qu

➢ Nếu RQD đồng đều, sử dụng giá trị RQD trung bình dưới mũi cọc

một khoảng db = D với D là đường kính Cọc

➢ Nếu RQD trong db = 0.25D nhỏ hơn thì sử dụng giá trị này

Ứng suất cho phép trên đá nứt nẻ dựa theo chỉ số RQD

Peck và các cộng sự (1974)

Trang 24

❑ Theo Davis, Carter và Kulhawy

2.1.2 Sức kháng mũi của Cọc trong đá có nứt nghiêng thoát nước

Khi mũi cọc nằm trong đá mà các khe nứt nằm nghiêng (và thường các khe nứt song song nhau), ta có thể coi nước lỗ rỗngtiêu tán tốt khi có tải trọng

qb = Ncs[ct+ ’v,mui tan (t)]

➢ Trong đó:

+ ctvà tlà lực dính và góc ma sát trong của thỏi đá (nguyên khối)

+ ’v,mũi– ứng suất hữu hiệu do bản thân đất tại mũi cọc

+ Ncslà hệ số sức chịu tải tra theo hình quan hệ giữa góc nghiêng và sức kháng cắt

Trong đó:

+ ckvà k – lực dính và góc ma sát trong của vật liệu lấp trong khe nứt

❑ Michael Mcvay (1992) chứng minh ước lương ctthông qua qu và qtnhư sau:

0 5

c = q q

( ) ( )

tan tan

+

= +

Trang 25

❑ Theo Davis, Carter và Kulhawy

Đồ thị 3.6 – Sách Analysis and Design of Drilled Shaft foundations socketed into rock

Từ đồ thị bên ta thấy rằng Ncsrất nhỏ khi góc

nghiêng của khe nứt   k = t = 35o Và khe

nứt là nguy hiểm nhất khi có độ nghiêng   35o

Trang 26

❑ Theo O’Neil và các cộng sự (1995)

Nếu đáy hố khoan sạch ở 1 độ lún sinào đó thì sức kháng mũi là:

qb= Asi0.67 (Độ lún cho phép tiêu chuẩn Mỹ S = 2.5cm)Trong đó:

Trang 27

❑ Theo O’Neil và các cộng sự (1995)

Trong đó:

+ Lnglà chiều dài cọc ngàm trong đá

+ D là đường kính cọc ngàm trong đó

+ Eclà modulus đàn hồi của cọc

+ Emlà modulus đàn hồi của đá

Trang 28

2.2 Sức kháng Hông

Sức kháng hông của Cọc nằm trong đá bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố:

✓ Độ nhám của thành hố khoan

✓ Đặc tính cường độ và biến dạng của bê tông và khối đá

✓ Hình dạng hình học của cọc

✓ Ứng suất ban đầu

Ảnh hưởng của Độ nhám dọc trục được hầu hết các nhà nghiên cứu nhấn mạnh và được xem xét trong một số quan hệ

thực nghiệm để ước tính sức kháng bên

✓ Thành (ráp) nhám: Trên thành hố khoan có những vết cắt sâu hơn 5cm, các vết cắt (rãnh cắt phủ kín 360o tròn

xung quanh hố khoan, khoảng cách giữa các vết cắt theo chiều thẳng đứng phải nhỏ hơn 0.46m, trên thành hố

khoan không còn sót lại những vụn đất yếu

✓ Thành nhẵn: nếu thành hố khoan không thỏa mãn điều kiện trên thì là thành nhẵn Nói chung, khi khoan sử dụng

dung dịch sét (Bentonite) thì coi là thành nhẵn

Trang 29

✓ Khi khoan nhồi trong đá, nếu làm nhám lỗ khoan sẽ tạo ra thế cài răng lược giữa cọc và đá làm cho sức kháng

hông giữa cọc và đá tăng cao

✓ Lỗ khoan không được làm nhám bề mặt thành đá thì sức kháng hông sẽ nhỏ

Trang 30

Theo Horvath và Kenney (1979)

Trong đó:

+ Elà hệ số giảm sức kháng hông do sự nứt nẻ của đá Với đá nguyên khối E= 1, với đá nứt nẻ Eđược tính như sau:

+ Ec là module đàn hồi vi mô của thỏi đá, thường được xác định thông qua thí nghiệm trong phòng của từng thỏi đánguyen dạng

+ Emlà module đàn hồi vĩ mô của khối đa, thường được xác định thông qua thí nghiệm hiện trường hoặc có thể ước lươngthông qua Ec(theo dự báo của Carter và Kulhawy (1988)

2.2.1 Sức kháng hông fi của cọc nhồi trong đá ứng với thành nhẵn:

Đánh giá hệ số E từ chỉ tiêu RQD của Đá

Trang 31

Theo William and Pells (1981)

fi= quTrong đó:

+  là hệ số phản ánh sự biến động cường độ mẫu nguyên dạng của đá và có thể thu được từ hình bên dưới

+  là chỉ số hiệu chỉnh kể đến việc lấp chỗ khe nứt của vật liệu mềm trong đá Nếu được lấp kín thì  bằng 1 trong các

trường hợp khác  xác định dựa vào hình bên dưới, được xác định dưa theo chỉ số khối lượng j = E m /E c

+ Eclà module đàn hồi vi mô của thỏi đá

+ Emlà module đàn hồi vĩ mô của khối đá có thể tính theo Gardner (1987) như sau

Em= E.Ec

Trang 32

Đồ thị 4.38, 4.39 – Theo Pile design and construction practice, Trang 144

Trang 33

Bảng tra j theo RQD – Theo Pile design and Construction Practice, trang 145

Đồ thị 4.40 – Theo Pile design and Construction Practice, trang 146

Trang 34

Theo Rowe and Armitage (1987)

Đối với độ nhám loại R1, R2, R3:

Đối với độ nhám loại R4:

Bảng 1 – Canadian Geotechnical Journal – February 1987

Trang 35

Theo hiệp hội cầu đường liên ban Mỹ (FHWA) – Tương tự

Phụ lục B, TCVN 11823-10:2017

fi= ..quTrong đó:

+  là hệ số lực dính tra theo đồ thị hình bên dưới

+  là hệ số nứt nẻ tra theo bảng bên dưới

Trong hình dưới, nlà áp lực của bê tông lỏng ở giữa lớp khi độ

sụt của bê tông không nhỏ hơn 175mm và bê tông được đổ với

tốc độ 12m mỗi giờ và pa là áp suất khí quyển

n = 0.65cZiTrong đó:

Đồ thị 11.5, Bảng 11.4 – Theo Drilled Shafts: Construction

procedures and design methods, trang 283

Trang 36

Theo Horvath và Kenney (1979)

Trong đó:

+ RF là hệ số nhám không thứ nguyên

+ r là chiều cao trung bình của cạnh thô

+ r là bán kính danh nghĩa đến đáy của cạnh thô

+ Ltlà tổng khoảng cách dọc theo tường biên cách cạnh thô

+ Lslà chiều dài danh nghĩa của tường biên

2.2.2 Sức kháng hông fi của cọc nhồi trong đá ứng với thành nhám:

Trang 37

Theo Carter, Kulhawy (1988), Rowe và Armitage (1984)

Trong đó:

+ Nếu qu > R28thì lấy fi= 0.05 R28

+ E là hệ số giảm sức kháng hông do sự nứt nẻ của đá Với đá nguyên khối E = 1, với đá nứt nẻ Eđược tính như

sau:

+ E là module đàn hồi vi mô của thỏi đá

Trang 38

Theo Kulhawy và Phoon (1993)

Trong đó:

+ palà áp suất khí quyển (pa= 0.101 Mpa)

+  là hệ số không thứ nguyên phản ánh thay đổi cường độ

nguyên dạng và độ nhám của hốc đá

Trang 39

Theo Williams (1980) Horvath and Kenney’s (1979)

2.2.2 Một số Phương pháp khác tính toán sức kháng hông của cọc khoan trong đá:

Trang 40

Theo Reynolds và Kaderabek (1980): (Miami limestone)

Theo Mochael Mcvay (1992): (Florida limestone)

Trong đó:

c = 1 – giới hạn cận dưới

c = 2 – giá trị trung bình

c = 3 – giới hạn cận trên ứng với lỗ khoan cọc được làm nhám nhân tạo

2.2.2 Một số Phương pháp khác tính toán sức kháng hông của cọc khoan trong đá:

2

a u s

q q

 =

Tiêu đề	Tiêu đề: Giới Thiệu Tổng Quan Về Nền Đá, Dự Báo Sức Chiều Tải Cọc Trong Nền Đá, Dự Báo Độ Lún Của Cọc Trong Nền Đá
Tác giả	Phan Văn Anh Nhật, Nguyễn Ngọc Sơn, Huỳnh Ngô Anh Văn
Trường học	Trường Đại Học Xây Dựng
Chuyên ngành	Kỹ thuật xây dựng
Thể loại	Tập Luận
Năm xuất bản	2023
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	92
Dung lượng	6,01 MB