GIỚI THIỆU
Đặt vấn đề, ý nghĩa khoa học và giá trị thực tiễn của đề tài
Cọc khoan nhồi là giải pháp hiệu quả cho kỹ thuật móng sâu, đặc biệt trong điều kiện địa chất yếu hoặc phức tạp, như vùng hang động castơ, nơi mà các phương pháp thi công cọc khác không khả thi.
Xác định sức chịu tải của cọc khoan nhồi và các đặc trưng liên quan của nền cọc là yếu tố quan trọng nhất trong công tác này.
Xác định sức chịu tải của cọc khoan nhồi dựa trên phương pháp thí nghiệm nén tĩnh hiện trường là một trong những phương pháp đáng tin cậy nhất để đánh giá sức chịu tải của nền cọc bê tông cốt thép Phương pháp này vượt trội so với các phương pháp khác như đóng, ép, khoan thả, khoan dẫn, và khoan nhồi hiện nay.
Khoa học Địa cơ nền móng đã phát triển nhiều phương pháp xác định Sức chịu tải giới hạn (Limit Load) của cọc khoan nhồi, trong đó có các phương pháp được nêu trong TCVN 9393:2012 Một trong những phương pháp này là thí nghiệm hiện trường bằng tải trọng tĩnh ép dọc trục, được chuyển từ TCXDVN 269-2002, cụ thể trong PHỤ LỤC E, bao gồm hai mục liên quan đến việc xác định sức chịu tải của cọc từ kết quả thí nghiệm nén tĩnh.
*E.1 Xác định sức chịu tải giới hạn theo chuyển vị giới hạn quy ƣớc Hay nói một cách khác, để có P gh phải biết đƣợc S gh
Phương pháp đồ thị E.2 được sử dụng để xác định sức chịu tải giới hạn, dựa trên nguyên tắc chuyển vị ngẫu nhiên của đầu cọc, mang tính khách quan cao Trong đó, P gh được xác định từ các điểm gãy ngẫu nhiên trên các đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa P, S và t Các quan hệ này thường được lựa chọn để đảm bảo tính chính xác trong việc phân tích sức chịu tải.
, (lgP, S), (lgP, lgS), (lgt, S), , lg
, Đƣợc gọi chung là các quan hệ Loga
Sự kết hợp chặt chẽ giữa hai khuynh hướng này tạo nền tảng lý thuyết vững chắc, có ý nghĩa thực tiễn trong việc xác định giá trị P gh một cách chính xác và đáng tin cậy cho công tác thử tải nén tĩnh cọc.
Bài viết này nhằm đóng góp quan điểm mới về việc xác định sức chịu tải của cọc khoan nhồi thông qua phương pháp thí nghiệm hiện trường bằng tải trọng tĩnh ép dọc trục Phương pháp này không chỉ giúp cải thiện độ chính xác trong đánh giá sức chịu tải mà còn cung cấp cơ sở lý thuyết vững chắc cho các nghiên cứu tiếp theo.
Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu về sức chịu tải của cọc khoan nhồi được thực hiện dựa trên cơ sở thí nghiệm nén tĩnh tại hiện trường theo TCVN 9393:2012 và Tiêu chuẩn Eurocode 7 Bài viết phân tích, dự đoán và so sánh kết quả tính toán theo hai phương pháp khác nhau, nhằm cung cấp cái nhìn sâu sắc về hiệu quả và độ chính xác của từng phương pháp.
TCVN 9393:2012 quy định cách xác định giá trị P gh cho hai tiêu chuẩn: chuẩn cường độ P gh (R) và chuẩn ổn định P gh (S) Qua đó, giá trị S gh được xác định thông qua đồ thị {(P, S, t) và P gh}, từ đó làm cơ sở cho việc xác định {PTK, [S]}.
Tiêu chuẩn Eurocode 7 quy định cách xác định giá trị sức chịu tải giới hạn của cọc khoan nhồi P gh dựa trên kết quả thí nghiệm nén tĩnh hiện trường Từ đó, có thể tính toán giá trị Ptk theo các phương pháp thiết kế (DA), bao gồm DA 1-1 và DA 1-.
Phân tích, đánh giá và so sánh kết quả tính toán theo hai phương pháp trên để có các kiến nghị cần thiết.
Phương pháp nghiên cứu
Để đạt được các mục tiêu nghiên cứu, luận văn thực hiện việc thu thập dữ liệu từ thí nghiệm nén tĩnh hiện trường, ghi chép ba thông số chính là P, S và t Dữ liệu này sẽ được sử dụng để tính toán, phân tích và so sánh kết quả giữa hai phương pháp nghiên cứu.
Tính P gh Cọc khoan nhồi theo TCVN 9393:2012 (từ Phụ lục E.1, E.2 đƣợc chuyển dịch từ QP Hoa Kỳ)
Tính P gh bằng phương pháp kiểm tra độ tin cậy theo tiêu chuẩn Eurocode 7 để rút ra các kết luận
Sử dụng phần mềm Plaxis 8.5 để mô phỏng tính toán từ số liệu thí nghiệm địa chất xung quanh cọc, nhằm xác định sức chịu tải và ứng xử của cọc đơn Kết quả này sẽ được đối chiếu với kết quả của thí nghiệm nén tĩnh hiện trường để đảm bảo tính chính xác và đáng tin cậy.
Phạm vi và giới hạn đề tài
Đề tài nghiên cứu và phân tích sức chịu tải của cọc khoan nhồi thông qua thí nghiệm nén tĩnh tại hiện trường, so sánh kết quả dựa trên hai tiêu chuẩn TCVN 9393:2012 và Eurocode 7 Nghiên cứu được thực hiện cho công trình Chung cư Cao cấp Sunny Plaza, tọa lạc tại 131 Lê Lợi, Phường 3, Quận.
Gò Vấp, TP HCM) và CHUNG CƯ NGUYỄN KIM KHU B (Phường 7, Quận 10,
Cấu trúc luận văn
Nội dung trong luận văn đƣợc trình bày nhƣ sau:
Chương 1: Giới thiệu tổng quan, đặt vấn đề giá trị thực tiễn và ý nghĩa khoa học của đề tài
Chương 2: Trình bày nội dung Thí nghiệm nén tĩnh hiện trường và nội dung chính TCVN 9393:2012
Chương 3: Trình bày các nội dung cơ sở lý thuyết chính tiêu chuẩn EUROCODE 7 và các tổ hợp tính toán độ tin cậy
Chương 4: Xử lý số liệu hiện trường, phân tích, tính toán, đánh giá và so sánh kết quả giữa hai tiêu chuẩn TCVN 9393:2012 và EUROCODE 7
Chương 5: Kết luận và kiến nghị
Tài liệu tham khảo: trích dẫn các tài liệu liên quan phục vụ cho mục đích nghiên cứu của đề tài
Phụ lục: một số bảng tra các hệ số tính toán và các sơ đồ, bảng thống kê tính toán.
NÉN TĨNH HIỆN TRƯỜNG VÀ NỘI DUNG TIÊU CHUẨN VIỆT
Khái quát chung về Thí nghiệm hiện trường bằng tải trọng tĩnh ép dọc trục
Thí nghiệm nén tĩnh cọc được đánh giá cao ở nhiều nước, kể cả các nước tiên tiến nhƣ Mỹ, Pháp, Nhật…
Thí nghiệm nén tĩnh cọc được thực hiện bằng cách ép dọc trục cọc, dẫn đến việc cọc lún sâu vào đất nền Tải trọng lên đầu cọc được áp dụng qua kích thủy lực, sử dụng hệ phản lực gồm dàn chất tải hoặc kết hợp cả hai Dữ liệu về tải trọng, biến dạng và chuyển vị trong quá trình thí nghiệm là cơ sở để phân tích sức chịu tải và mối quan hệ giữa tải trọng và chuyển vị của cọc trong đất nền Hệ gia tải bằng kích thủy lực được minh họa qua các hình ảnh trong bài viết.
Hình 2.1 Gia tải bằng kích thủy lực, dùng dàn chất tải và đối trọng kết hợp cọc neo làm đối trọng
Hình 2.2 Sơ đồ bố trí hệ kích thủy lực và hệ đo đạc trong thí nghiệm nén tĩnh
Hình 2.3 Hệ thống kích thủy lực và đồng hồ đo
Phạm vi áp dụng của thí nghiệm hiện trường bằng tải trọng tĩnh ép dọc trục
Phương pháp thử nghiệm hiện trường bằng tải trọng tĩnh dọc trục được áp dụng cho các loại cọc đơn thẳng đứng và cọc đơn xiên, không phụ thuộc vào kích thước cọc cũng như phương pháp thi công như đóng, ép, khoan thả, khoan dẫn hay khoan nhồi trong các công trình xây dựng.
Thí nghiệm cọc bằng phương pháp tải trọng tĩnh ép dọc trục được thực hiện trong giai đoạn thăm dò thiết kế và kiểm tra chất lượng công trình.
Thí nghiệm nén tĩnh cọc trong giai đoạn thăm dò thiết kế là bước quan trọng trước khi thi công cọc đại trà, nhằm xác định các thông số cần thiết về cường độ, biến dạng và mối quan hệ tải trọng - chuyển vị Những dữ liệu này sẽ làm cơ sở cho việc thiết kế hoặc điều chỉnh đồ án thiết kế, cũng như lựa chọn thiết bị và công nghệ thi công cọc phù hợp Tuy nhiên, nếu đã có hiểu biết rõ về điều kiện đất nền và kinh nghiệm thiết kế cọc trong khu vực lân cận, có thể không cần thực hiện thí nghiệm thăm dò.
Thí nghiệm nén tĩnh cọc là một bước quan trọng trong giai đoạn kiểm tra chất lượng công trình, được thực hiện trong quá trình thi công hoặc sau khi hoàn thành cọc Mục đích của thí nghiệm này là để xác định sức chịu tải của cọc theo thiết kế và đánh giá chất lượng thi công cọc.
Trong các phương pháp thử tải trọng cọc khoan nhồi và cọc barrette hiện nay, thí nghiệm thử tải tĩnh bằng hộp tải trọng Osterberg được đánh giá là công cụ tốt nhất và đáng tin cậy nhất Kết quả từ phương pháp này có thể làm cơ sở cho việc kiểm chứng các phương pháp khác như thí nghiệm thử động biến dạng lớn (PDA), thí nghiệm biến dạng nhỏ kiểm tra chất lượng cọc (PIT) và thí nghiệm Statnamic.
Phương pháp này gặp khó khăn khi áp dụng cho các cọc khoan nhồi có sức chịu tải từ 10,000 tấn trở lên, do hệ đối trọng cần thiết để gia tải sẽ trở nên cồng kềnh Hiện tại, tại Việt Nam, chỉ có thể thực hiện thí nghiệm với tải trọng dưới 5,000 tấn.
Phương pháp truyền thống, mặc dù không sử dụng thiết bị hiện đại, nhưng lại tốn kém chi phí cao khi gặp khó khăn về mặt bằng và tiêu tốn nhiều thời gian.
Việc xác định tải trọng cực hạn từ kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc tại hiện trường hiện nay được trình bày trong nhiều tài liệu và tiêu chuẩn khác nhau.
Theo TCXD 190:1996, sức chịu tải giới hạn của cọc được xác định khi tải trọng tương ứng với chuyển vị đầu cọc đạt 8cm hoặc khi tải trọng tương ứng với chuyển vị bằng 10% chiều rộng cọc Trong khi đó, TCXD 9393:2012 quy định rằng sức chịu tải cực hạn của cọc (Q u) là tải trọng quy ước tương ứng với chuyển vị giới hạn, điều này được thể hiện rõ ràng trong Phụ lục E.
Việc đánh giá sức chịu tải của cọc có nhiều phương pháp khác nhau, trong đó nổi bật là phương pháp Davisson (1972) và phương pháp De Beer cùng Wallays.
Các phương pháp như Tiêu chuẩn 80% và 90% của Brinchhansen (1963) và Phương pháp Fuller và Hoy (1977) được sử dụng rộng rãi trong việc đánh giá sức chịu tải của cọc Tuy nhiên, những phương pháp này vẫn tồn tại một số hạn chế nhất định trong việc lý giải một cách hợp lý sức chịu tải P gh của cọc.
Mục đích của Thí nghiệm hiện trường bằng tải trọng tĩnh ép dọc trục
Thí nghiệm nén tĩnh cọc là phương pháp quan trọng để xác định hoặc kiểm tra sức chịu tải giới hạn của cọc (P gh), từ đó giúp đánh giá sức chịu tải thiết kế (P tk).
Hiện nay, Việt Nam và thế giới áp dụng nhiều phương pháp để xác định khả năng chịu tải của cọc, bao gồm phương pháp SNIP, Davisson, Chin và phương pháp của Canada Bài viết này sẽ tập trung vào hai phương pháp phổ biến hiện nay là TCVN 9393:2012 và Tiêu chuẩn Eurocode 7, dựa trên nguyên lý của hai hệ thống tiêu chuẩn lớn tại Châu Âu.
Các nội dung chính của Thí nghiệm hiện trường bằng tải trọng tĩnh ép dọc trục
The field test for static axial load on piles is governed by TCVN 9393:2012 and follows the ASTM D1143-81(1994) standard This method evaluates the performance and bearing capacity of piles under vertical static loads, ensuring compliance with established engineering standards.
Compressive Load (Withdrawn 2006) đƣợc tóm tắt nhƣ sau:
1/ Hướng dẫn về qui cách Thí nghiệm hiện trường bằng tải trọng tĩnh ép dọc trục
2/ Lập sơ đồ thí nghiệm thăm dò và thí nghiệm kiểm tra
3/ Các tình huống xử lý số liệu theo E1 và E2 của TCVN 9393:2012.
Nội dung quy trình thí nghiệm và Công tác thu thập số liệu
2.5.1 Tổng quát quy trình chung
Theo TCVN 9393:2012, điểm 4.4 quy định quy trình gia tải và điểm 4.5 hướng dẫn xử lý cũng như trình bày kết quả thí nghiệm, cùng với TCXD 189:1996 và TCXD 190:1996, việc thu thập số liệu để tạo ra tập quan hệ (P, S) được thực hiện dựa trên trình tự phát triển của tải P và chuyển vị đầu cọc S trên đồ thị từ biến (Nguyễn Văn Đạt, 2007).
Mỗi P i lưu tải từ (1–2)h cho đến ổn định qui ước với P i = (0,2–0,25) P TK Thang tải này không đƣợc thay đổi từ cấp tải P TK đến P max
Quá trình gia tải phải đảm bảo chuyển vị đầu cọc ổn định quy ƣớc theo mục 4.4.6 TCVN 9393:2012
P max cần phải đủ lớn để đảm bảo tất cả các giá trị liên quan đến trạng thái giới hạn đều được xem xét Theo Tiêu chuẩn BS 8004:1986 và ASTM D1143, nên chọn P max khoảng 3 lần P TK để đạt hiệu quả tối ưu.
81 (1994) hoặc P max = (2,5-3) P TK nhƣ điểm 4.4.7a của TCVN 9393:2012 đã qui định
2.5.2 Quy trình thí nghiệm a/ Đối với công trình có qui mô bé: 2 chu trình
Để loại bỏ dị thường trong quá trình lắp đặt và nền cọc, cần đảm bảo rằng số liệu thu thập ở các chu trình sau là chính xác Do đó, chỉ cần thực hiện gia tải và giảm tải mà không cần lưu trữ lâu dài.
Để xác định các giá trị (P i , S i ) mà tại đó độ dốc biểu đồ thay đổi đột ngột hoặc S > [S], cần tham khảo hướng dẫn trong phụ lục E Việc này có thể được thực hiện dễ dàng thông qua bảng thu thập số liệu (P, S), từ đó tìm ra giá trị P gh.
Thời gian lưu cho mỗi cấp tải không vượt quá 2 giờ, ngoại trừ cấp tải 100% P tk lưu trong 6 giờ để theo dõi chuyển vị theo dự kiến Đối với các công trình có quy mô lớn, cần thực hiện 3 chu trình.
Để thu thập số liệu cho khảo sát tìm P gh của nền cọc, nguyên tắc này phổ biến trong khoa học thực nghiệm vật liệu xây dựng ở nhiều quốc gia Trạng thái dị thường cần được xác nhận đã xuất hiện ở chu trình 2, nếu có Chu trình 3 sẽ là cơ sở để xác định P gh và khẳng định liệu có trạng thái mất ổn định xảy ra trong chu trình 2 hay không.
Giữ P max = 3P TK để S đạt trạng thái giới hạn, từ đó các điểm gãy xuất hiện đầy đủ, cung cấp căn cứ để xem xét và giải đoán giá trị thực của P gh.
2.5.3 Công tác thu thập số liệu
Từ cấp tải P TK P max lưu 1h Riêng P max của Chu trình 3 lưu 24h
Sau mỗi chu trình, cần giảm tải về 0 để kiểm tra tỷ lệ S dƣ/S max Trong quá trình giảm tải, ở mỗi cấp tải chỉ cần lưu giữ trong 15 phút, và khi P=0 thì lưu giữ trong 30 phút Việc giảm tải về 0 là cần thiết trong mọi chu trình.
Để xác định xem S max của mỗi chu trình có đạt đến trạng thái giới hạn hay không, cần chú ý rằng nếu chu trình 1 và 2 xảy ra trạng thái này, đó sẽ là điều bất thường ở nền cọc Khi đó, chương trình thí nghiệm sẽ phải kết thúc mà không cần chuyển sang chu trình 3 Để thuận tiện trong việc thu thập số liệu và tránh nhầm lẫn trong quá trình xử lý, cần lưu ý rằng ở mỗi chu trình, khi P=0, cần điều chỉnh 4 đồng hồ chuyển vị.
Số liệu ghi nhận mới phản ánh chuyển vị thực của đầu cọc, giúp công tác giám sát tại hiện trường trở nên dễ dàng hơn mà không cần phải chuyển đổi khi xử lý.
Số liệu của các chu trình phải riêng biệt, không đƣợc nối tiếp nhau giữa các chu trình làm sai lệch giá trị thực của S.
Quy trình Xử lý số liệu
2.6.1 Xác định P gh theo quan hệ (P-S-t) Đặc trƣng này đƣợc xác định bởi các đồ thị quan hệ giữa tải trọng, chuyển vị và thời gian lưu tải Ngoài ra các biểu đồ Loga tiêu biểu như đề cập trong Phụ lục E.2 TCVN 9393:2012 khi đường cong qua hệ P-S biến đổi châm
, (lgP, S), (lgP, lgS), (lgt, S), , lg
Nguyên tắc xét điểm uốn đột ngột của đồ thị Loga hoặc đường cong gần song song với trục chuyển vị cho thấy P gh theo hướng dẫn E.2 có tính khách quan lý luận Các biểu đồ trong Hình 2.4 và Hình 2.5 thể hiện mối quan hệ P-S-t.
Hình 2.4 Biểu đồ quan hệ tải trọng – chuyển vị
Hình 2.5 Biểu đồ quan hệ tải trọng - thời gian - chuyển vị
2.6.2 Xác định sức chịu tải giới hạn theo chuyển vị giới hạn quy ƣớc [S]
Trên đường cong qua hệ tải trọng-chuyển vị, Pgh quy ước ứng với S gh quy ước [S]
Bảng 2.1-Giá trị sức chịu tải giới hạn ứng với chuyển vị giới hạn theo đề nghị khác nhau (Bảng E.1 TCVN 9393:2012)
Chuyển vị giới hạn Điều kiện áp dụng Phương pháp đề nghị
10 % D Các loại cọc Tiêu chuẩn Pháp DTU 13-2
Tiêu chuẩn Anh BS 8004: 1986 Tiêu chuẩn Nhật JSF 1811 - 1993
2 S max P gh ứng với 1/2 S gh
2,5 % D Cọc khoan nhồi De Beer
60 mm đến 80 mm hoặc (2PL/3EA) + 20 mm
Cọc khoan nhồi chống Cọc có L/D từ 80 đến 100 Trung Quốc
2.6.3 Phương pháp xác định sức chịu tải cho phép
Sức chịu tải cho phép được xác định bằng cách lấy sức chịu tải giới hạn hoặc tải trọng phá hoại chia cho hệ số an toàn Fs, theo quy định tại E.3 TCVN 9393:2012.
Các kết luận cơ bản
TCVN 9393:2012 xác định P gh theo hướng dẫn của Phụ lục E, bao gồm hai phần chính: E.E1, được xây dựng dựa trên các giới hạn chuyển vị quy định mang tính Quy ƣớc, và E.E2, dựa trên các điểm gãy ngẫu nhiên của các đồ thị (P, S, t) cùng các đồ thị quan hệ loga, mang tính khách quan.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN MÓNG CỌC THEO
CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN MÓNG CỌC THEO EUROCODE 7
3.1 Thí nghiệm thử tải tĩnh cọc khoan nhồi theo Tiêu chuẩn Eurocode 7
3.1.1 Về đặc trƣng Pgh(R) – khả năng chịu lực giới hạn của nền cọc xét theo Tổng quan về thí nghiệm thử tải tĩnh theo Eurocode 7:
Thí nghiệm thử tải tĩnh cọc được thực hiện trên cọc thăm dò hoặc cọc kiểm tra của một phần móng cọc công trình Cọc sẽ được kiểm tra ứng xử dưới tải trọng nén đúng tâm dọc trục.
Khái niệm đánh giá giá trị tách biệt giữa sức kháng ma sát thành bên cọc và sức kháng ma sát mũi cọc là nền tảng cho các tính toán sức chịu tải tĩnh của cọc Phương trình cơ bản cho việc này rất quan trọng trong thiết kế và phân tích cọc.
Công thức tính sức kháng cực hạn của cọc được biểu diễn là Q P = Q b + Q S - W P, trong đó Q P là sức kháng cực hạn tổng thể của cọc, Q b là sức kháng cực hạn của mũi cọc, Q S là sức kháng cực hạn của thành bên cọc, và W P là trọng lượng của cọc Thường thì trọng lượng W P được coi là khá nhỏ so với sức kháng cực hạn Q P.
Phương pháp ứng suất được quy định trong tiêu chuẩn Anh BS 8004:1986 cho phép giả định rằng tải trọng tĩnh và các tải tác động bất lợi nhất sẽ được truyền xuống nền đất Nền móng được coi là an toàn nếu ứng suất cho phép trên đất hoặc đá không vượt quá mức cho phép, đồng thời tính đến sự biến đổi của các tính chất độ cứng và độ bền của nền đất, cũng như ảnh hưởng của sự thay đổi mực nước ngầm Hiện tại, các phương pháp tính toán không thể dự đoán chính xác tải trọng phá hoại lớn hơn hoặc nhỏ hơn 60% so với giá trị xác định từ thí nghiệm gia tải đến phá hoại Do đó, các hệ số an toàn được áp dụng để xác định giá trị tải trọng cho phép trên một cọc đơn từ tải cực hạn tính toán thường ở mức tương đối cao.
Tiêu chuẩn BS 8004:1986 khuyến nghị hệ số an toàn từ 2 đến 3, dựa trên kinh nghiệm từ nhiều thí nghiệm tải trên cọc có đường kính lên đến 600 mm Các thí nghiệm cho thấy, với hệ số an toàn 2,5, độ lún của đầu cọc khi đạt tải cho phép không vượt quá 10 mm Tuy nhiên, trong quá trình thí nghiệm cọc chịu nén, việc đạt được trạng thái này hoặc xác định từ biểu đồ nén - lún là rất khó khăn Eurocode 7 đề xuất sử dụng độ lún đầu cọc bằng 10% đường kính cọc làm tiêu chuẩn phá hoại, điều này rất quan trọng vì mô hình tính toán sức chịu tải đất nền dựa vào tải phá hoại từ thí nghiệm tĩnh Đối với cọc có đường kính từ 1000 mm trở lên, tải phá hoại thường được giả định tương ứng với độ lún S gh P mm, theo Phụ lục H của Eurocode.
Sức chịu tải phá hoại của móng cọc được xác định là trạng thái khi có sự dịch chuyển đáng kể lên hoặc xuống, nhưng độ thay đổi sức chịu tải của cọc lại không đáng kể.
Khi hình đường cong quan hệ P-S có điểm uốn rõ ràng, sức chịu tải giới hạn được xác định trực tiếp trên đường cong Điểm này tương ứng với tải trọng tại vị trí mà đường cong bắt đầu thay đổi độ dốc đột ngột hoặc trở nên gần như song song với trục chuyển vị.
Khi đường cong quan hệ P-S thay đổi chậm, việc xác định chính xác điểm uốn trở nên khó khăn hoặc thậm chí không thể thực hiện Sức chịu tải giới hạn được xác định thông qua các phương pháp đồ thị khác nhau.
Khi áp dụng phương pháp ứng suất cho phép cho nhóm cọc, giả thiết cho rằng kết cấu có thể chịu đựng biến dạng do độ lún trong thời gian dài trước khi cọc đơn bị hư hại Phương pháp tính toán độ lún nhóm cọc dựa trên đánh giá thực tế của tải trọng tĩnh và các tổ hợp bất lợi, sử dụng hệ số không thứ nguyên cho khả năng chịu nén của nền đất Đối với cọc đặt trên đá gốc, khái niệm hệ số an toàn cho tải phá hoại không áp dụng, vì cọc có thể bị phá hoại trước khi đá gốc bên dưới bị ảnh hưởng Tải trọng cho phép được kiểm soát bởi ứng suất làm việc an toàn, độ uốn của thân cọc, độ lún do biến dạng đàn hồi, và yếu tố từ biến trong đá gốc, cùng với độ nén đàn hồi của thân cọc.
Kết luận từ việc đo biến dạng, biến và độ chối của cọc trong thí nghiệm thử tải cọc rất quan trọng để kiểm tra yêu cầu theo trạng thái giới hạn sử dụng SLS Tính toán theo trạng thái giới hạn cực hạn ULS dựa trên tải phá hoại cực hạn dọc trục đo được Eurocode 7 chỉ ra rằng người thiết kế có thể rút ra kết luận về tải phá hoại cực hạn từ thí nghiệm cọc thử thăm dò, nhưng không nhất thiết phải thử đến mức phá hoại; thường thì tải phá hoại cực hạn được ngoại suy từ biểu đồ tải trọng - chuyển vị Eurocode 7 cũng kiến nghị rằng cọc kiểm tra phải chịu tải ít nhất bằng với tải thiết kế, tương ứng với tình huống thiết kế lâu dài Đối với cọc thử thăm dò, yêu cầu khảo sát đất nền cẩn thận để hiểu rõ bản chất đất xung quanh và dưới mũi cọc, đồng thời khảo sát tất cả các lớp đất ảnh hưởng đến ứng xử của cọc; phương pháp thi công cọc thử cũng cần tương tự như phương pháp thi công cọc thực tế sau này.
Số lƣợng cọc thử thăm dò phụ thuộc vào:
Loại kết cấu công trình;
Những tài liệu có sẵn về loại cọc trong các điều kiện đất nền tương tự;
Tổng số cọc và loại cọc khi thiết kế móng cọc
3.1.2 Khả năng chịu tải của cọc theo phương pháp thiết kế Eurocode 7
Sức chịu tải nén của đất nền là khả năng chịu lực nén của cọc, phản ánh phản lực lớn nhất mà đất nền có thể cung cấp Điều này bao gồm sức chịu tải nén tối đa của thân cọc đối với cọc chịu nén và sức chịu tải nén tối đa tại mũi cọc Ngược lại, lực tác động lên đất nền thông qua cọc được gọi là "tác động".
Trong thiết kế móng cọc, các trạng thái giới hạn được phân loại thành hai nhóm chính: trạng thái giới hạn cực hạn (ULS) và trạng thái giới hạn sử dụng (SLS) ULS bao gồm sức chịu tải của cọc đơn, sức chịu tải tổng thể của móng cọc, cũng như nguy cơ phá hoại hoặc sụp đổ do chuyển vị lớn của móng cọc Trong khi đó, SLS tập trung vào việc kiểm soát chuyển vị của móng, đảm bảo rằng nó không vượt quá giới hạn cho phép.
Khả năng chịu tải của cọc đơn và móng cọc theo trạng thái giới hạn cực hạn (ULS) tương tự như phương pháp truyền thống, nhưng Eurocode 7 áp dụng các đặc điểm cải tiến trong việc tính toán độ bền của đất nền, bao gồm hệ số riêng cho tác động và sức chịu tải của đất Tính toán chuyển vị của móng cọc ít được sử dụng, đặc biệt là trong ULS, và Eurocode 7 yêu cầu cẩn trọng trong việc đánh giá độ lún của móng cọc Tuy nhiên, Eurocode 7 chưa cung cấp hướng dẫn cụ thể về phương pháp kiểm tra chuyển vị liên quan đến ULS trong kết cấu móng.
Giống như thiết kế móng nông, móng cọc cũng cần chú ý đến sự ổn định tổng thể Đối với móng cọc, việc xem xét mặt phá hoại dưới mũi cọc và sự giao nhau của các mặt phá hoại giữa các cọc là rất quan trọng.
3.2 Các phương pháp thiết kế (DA) dùng tính toán sức chịu tải cọc: Đƣa độ tin cậy vào trong thiết kế cọc
Các hệ số áp dụng trong qui trình tính toán này đƣợc trình bày trong phần:
Bảng tra hệ số (Phụ lục)
Qui trình tổng quát để thiết kế móng cọc theo Eurocode 7
Tùy theo từng quốc gia, các phương pháp thiết kế móng cọc sẽ được điều chỉnh dựa trên quy trình cụ thể, kèm theo các hệ số phù hợp.
Thí nghiệm thử tải tĩnh cọc khoan nhồi theo Tiêu chuẩn Eurocode 7
3.1.1 Về đặc trƣng Pgh(R) – khả năng chịu lực giới hạn của nền cọc xét theo Tổng quan về thí nghiệm thử tải tĩnh theo Eurocode 7:
Thí nghiệm thử tải tĩnh cọc được thực hiện trên cọc thăm dò hoặc cọc kiểm tra thuộc một phần móng cọc của công trình Trong quá trình này, cọc sẽ phản ứng dưới tải trọng nén đúng tâm dọc trục, giúp đánh giá khả năng chịu lực và độ ổn định của móng cọc.
Khái niệm đánh giá giá trị tách biệt giữa sức kháng ma sát thành bên cọc và sức kháng ma sát mũi cọc là nền tảng cho tất cả các tính toán sức chịu tải tĩnh của cọc Phương trình cơ bản cho việc này là rất quan trọng trong ngành xây dựng.
Công thức tính sức kháng cực hạn của cọc được biểu diễn như sau: Q P = Q b + Q S - W P Trong đó, Q P là sức kháng cực hạn của cọc, Q b là sức kháng cực hạn của mũi cọc, Q S là sức kháng cực hạn thành bên cọc, và W P là trọng lượng của cọc Thông thường, trọng lượng của cọc (W P) thường khá nhỏ so với sức kháng cực hạn (Q P).
Phương pháp ứng suất theo tiêu chuẩn Anh BS 8004:1986 cho phép giả định rằng tải trọng tĩnh và các tải tác động bất lợi nhất sẽ được truyền xuống nền đất Nền móng được coi là an toàn khi ứng suất cho phép trên đất hoặc đá không vượt quá mức cho phép, đồng thời xem xét khả năng biến đổi của các tính chất độ cứng và độ bền của nền đất, cũng như ảnh hưởng từ sự thay đổi mực nước ngầm Các phương pháp tính toán hiện tại không thể dự đoán chính xác tải trọng phá hoại lớn hơn hoặc nhỏ hơn 60% so với giá trị xác định từ thí nghiệm gia tải đến phá hoại, dẫn đến việc các hệ số an toàn cần thiết để xác định giá trị tải trọng cho phép trên một cọc đơn từ tải cực hạn tính toán là khá cao.
Tiêu chuẩn BS 8004:1986 khuyến nghị hệ số an toàn từ 2 đến 3, dựa trên kinh nghiệm từ nhiều thí nghiệm thử tải trên cọc có đường kính lên đến 600 mm Các thí nghiệm cho thấy, với hệ số an toàn 2,5, độ lún đầu cọc không vượt quá 10 mm khi đạt tải cho phép Tuy nhiên, trong quá trình thí nghiệm cọc chịu nén, việc đạt được trạng thái này hoặc xác định từ biểu đồ nén-lún là rất khó khăn Eurocode 7 đề xuất sử dụng độ lún đầu cọc bằng 10% đường kính cọc làm tiêu chuẩn phá hoại, điều này rất quan trọng vì mô hình tính toán sức chịu tải đất nền dựa trên tải phá hoại từ thí nghiệm thử tải tĩnh Đối với cọc có đường kính từ 1000 mm trở lên, tải phá hoại thường được giả định tương ứng với độ lún S gh P mm, theo Phụ lục H của Eurocode.
Sức chịu tải phá hoại của móng cọc được định nghĩa là trạng thái khi có sự chuyển vị đáng kể lên hoặc xuống nhưng không làm thay đổi nhiều sức chịu tải của cọc.
Khi hình đường cong quan hệ P-S có điểm uốn rõ ràng, sức chịu tải giới hạn được xác định trực tiếp trên đường cong Đây là tải trọng tương ứng với điểm mà đường cong bắt đầu thay đổi độ dốc đột ngột hoặc khi đường cong gần như song song với trục chuyển vị.
Khi đường cong quan hệ P-S thay đổi chậm, việc xác định chính xác điểm uốn trở nên khó khăn hoặc không thể thực hiện Sức chịu tải giới hạn được xác định thông qua các phương pháp đồ thị khác nhau.
Khi áp dụng phương pháp ứng suất cho phép cho nhóm cọc, giả thiết là kết cấu có thể chịu đựng biến dạng lâu dài do độ lún của nhóm cọc trước khi một cọc đơn bị phá hoại Phương pháp tính toán độ lún nhóm cọc dựa trên đánh giá thực tế của tải trọng tĩnh và các tổ hợp tải trọng bất lợi, sử dụng hệ số không thứ nguyên của khả năng chịu nén của nền đất trong vùng ảnh hưởng Đối với cọc đặt trên đá gốc, khái niệm về hệ số an toàn cho tải phá hoại không áp dụng, vì cọc có thể bị phá hoại trước khi đá gốc dưới mũi cọc bị phá hoại Tải trọng cho phép được kiểm soát bởi ứng suất làm việc an toàn trong điều kiện cọc chịu nén, độ uốn của thân cọc, độ lún do biến dạng đàn hồi, và yếu tố từ biến trong đá gốc, cùng với độ nén đàn hồi của thân cọc.
Kết luận từ việc đo biến dạng và độ chối của cọc trong thí nghiệm thử tải cọc rất quan trọng để kiểm tra yêu cầu theo trạng thái giới hạn sử dụng (SLS) Tính toán theo trạng thái giới hạn cực hạn (ULS) dựa trên tải phá hoại cực hạn dọc trục Eurocode 7 quy định rằng người thiết kế có thể rút ra kết luận về tải phá hoại cực hạn từ thí nghiệm cọc thăm dò, tuy nhiên không nhất thiết phải thử đến mức phá hoại; thường thì tải phá hoại được ngoại suy từ biểu đồ tải trọng - chuyển vị Eurocode 7 cũng khuyến nghị rằng tải kiểm tra cọc phải ít nhất bằng với tải thiết kế, tương ứng với tình huống thiết kế lâu dài Đối với cọc thử thăm dò, cần khảo sát đất nền cẩn thận để hiểu rõ bản chất đất xung quanh và dưới mũi cọc, đồng thời khảo sát tất cả các lớp đất ảnh hưởng đến ứng xử của cọc; phương pháp thi công cọc thử cũng cần tương tự như phương pháp thi công cọc thực tế sau này.
Số lƣợng cọc thử thăm dò phụ thuộc vào:
Loại kết cấu công trình;
Những tài liệu có sẵn về loại cọc trong các điều kiện đất nền tương tự;
Tổng số cọc và loại cọc khi thiết kế móng cọc
3.1.2 Khả năng chịu tải của cọc theo phương pháp thiết kế Eurocode 7
"Sức chịu tải nén của đất nền" đề cập đến khả năng chịu lực nén của cọc, bao gồm phản lực lớn nhất từ đất nền đối với cọc chịu nén và sức chịu tải nén mũi cọc Điều này trái ngược với lực tác động lên đất nền thông qua cọc, được gọi là "tác động".
Trong thiết kế móng cọc, các trạng thái giới hạn được phân loại thành hai nhóm chính: trạng thái giới hạn cực hạn (ULS) và trạng thái giới hạn sử dụng (SLS) Trạng thái giới hạn cực hạn ULS bao gồm sức chịu tải của cọc đơn, sức chịu tải tổng của móng cọc, cũng như sự phá hoại hoặc sụp đổ của kết cấu móng do chuyển vị lớn Trong khi đó, trạng thái giới hạn sử dụng SLS liên quan đến việc chuyển vị của móng vượt quá giới hạn cho phép.
Khả năng chịu tải của cọc đơn và móng cọc theo trạng thái giới hạn cực hạn ULS tương tự như phương pháp truyền thống, nhưng Eurocode 7 áp dụng các đặc điểm cải tiến trong tính toán độ bền của đất nền, bao gồm hệ số riêng cho tác động và sức chịu tải Tính toán chuyển vị cho móng cọc ít được sử dụng, đặc biệt trong ULS, và Eurocode 7 yêu cầu cẩn trọng trong việc đánh giá độ lún của móng cọc Tuy nhiên, tài liệu này vẫn chưa cung cấp hướng dẫn cụ thể về phương pháp kiểm tra chuyển vị tương ứng với ULS trong kết cấu móng.
Trong thiết kế móng cọc, cần chú ý đến sự ổn định tổng thể của công trình Điều này bao gồm việc xem xét mặt phá hoại dưới mũi cọc và sự giao nhau của các mặt phá hoại giữa các cọc để đảm bảo tính an toàn và hiệu quả của móng.
Các phương pháp thiết kế (DA) dùng tính toán sức chịu tải cọc
Đƣa độ tin cậy vào trong thiết kế cọc
Các hệ số áp dụng trong qui trình tính toán này đƣợc trình bày trong phần:
Bảng tra hệ số (Phụ lục)
Qui trình tổng quát để thiết kế móng cọc theo Eurocode 7
Tùy thuộc vào từng quốc gia, các phương pháp thiết kế móng cọc được áp dụng sẽ khác nhau, kèm theo các hệ số tương ứng riêng biệt.
Tất cả các hệ số áp dụng trong hai phương pháp thiết kế được trình bày chi tiết trong Bảng tra hệ số Hình 4.1 [1] minh họa lưu đồ kiểm tra cường độ móng cọc.
Kích thước danh định a nom
Các thông số hình học
Tính chất vật liệu đặc trƣng
Tính chất vật liệu thiết kế
Kết quả thí nghiệm Độ bền đo đƣợc
R m Độ bền thấp hơn ξ trung bình
Mô hình tính toán γ Rd Độ bền đặc trƣng
Hệ quả tác động thiết kế
H oặ c áp d ụn g ch o hệ q uả
KIỂM TRA CƯỜNG ĐỘ CHO MÓNG CỌC
Kết quả thí nghiệm đất nền
Hình 3.1 Lưu đồ tính toán kiểm tra cường độ cho móng cọc
3.2.1 Phương pháp thiết kế 1 (DA 1):
Phương pháp thiết kế 1 (DA 1) là kiểm tra độ tin cậy với hai tổ hợp hệ số riêng khác nhau: tổ hợp 1 và tổ hợp 2
Trong tổ hợp 1, các hệ số riêng A1, M1 và R1 được áp dụng cho tác động và một phần cho sức chịu tải, trong khi cường độ đất nền không nhân hệ số riêng Tất cả các hệ số riêng M1 đều bằng 1 và không tính đến dung sai kích thước hình học (Δa = 0) Lưu đồ kiểm tra cường độ móng cọc theo phương pháp (DA 1-1) được thể hiện trong Hình 4.2.
Kích thước danh định a nom
Các thông số hình học
Tính chất vật liệu đặc trƣng
Kết quả thí nghiệm Độ bền đo đƣợc
R m Độ bền thấp hơn ξ trung bình
Kết quả thí nghiệm đất nền
Mô hình tính toán γ Rd Độ bền đặc trƣng
Hệ quả tác động thiết kế
H oặ c áp d ụn g ch o hệ q uả
KIỂM TRA CƯỜNG ĐỘ CHO MÓNG CỌC THEO PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ 1 - TỔ HỢP 1 (DA 1-1) γ F →A1 Δa = 0 γ M →M1 = 1.0 γ R →R1
Hình 3.2 Lưu đồ tính toán kiểm tra cường độ cho móng cọc theo phương pháp thiết kế 1- tổ hợp 1 (DA 1-1)
Trong tổ hợp 2, các hệ số riêng A2, M1 và R4 được áp dụng cho sức chịu tải và hoạt tải, trong khi tĩnh tải và cường độ đất nền không nhân hệ số Tất cả các hệ số M1 đều bằng 1 và bỏ qua dung sai kích thước hình học Δa (Δa = 0) Đối với cọc chịu ma sát âm hoặc tải ngang, hệ số M1 được thay bằng M2, dẫn đến tổ hợp A2 „+‟ M2 „+‟ R4 Hình 4.3 minh họa lưu đồ kiểm tra cường độ móng cọc theo phương pháp (DA1-2).
Kích thước danh định a nom
Các thông số hình học
Tính chất vật liệu đặc trƣng
Kết quả thí nghiệm Độ bền đo đƣợc
R m Độ bền thấp hơn ξ trung bình
Kết quả thí nghiệm đất nền
Mô hình tính toán γ Rd Độ bền đặc trƣng
Hệ quả tác động thiết kế
H oặ c áp d ụn g ch o hệ q uả
KIỂM TRA CƯỜNG ĐỘ CHO MÓNG CỌC THEO PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ 1 - TỔ HỢP 2 (DA 1-2) γ F →A2 Δa = 0 γ M →M1 = 1.0 γ R →R4
Ma sát âm , tải ngang:
Hình 3.3 Lưu đồ tính toán kiểm tra cường độ cho móng cọc theo phương pháp thiết kế 1- tổ hợp 2 (DA 1-2)
3.2.2 Phương pháp thiết kế 2 (DA 2):
Phương pháp thiết kế 2 (DA 2) tập trung vào việc kiểm tra độ tin cậy bằng cách áp dụng hệ số riêng cho tác động và sức chịu tải, trong khi không nhân hệ số cho cường độ đất nền (nếu có sử dụng) Điều này cần được duy trì nhất quán khi thiết kế móng cọc.
Phương pháp thiết kế 2 (DA 2) áp dụng các hệ số A1, M1 và R2, với tổ hợp A1 „+‟ M1 „+‟ R2, trong đó ký hiệu „+‟ biểu thị sự kết hợp Các hệ số này cho thông số đất nền được xác định là 1.0, tức là bỏ qua hệ số riêng cho cường độ đất nền và không tính đến dung sai kích thước hình học Δa (Δa = 0) Hình 4.4 [1] minh họa lưu đồ kiểm tra cường độ móng cọc theo phương pháp DA 2.
Kích thước danh định a nom
Các thông số hình học
Tính chất vật liệu đặc trƣng
Kết quả thí nghiệm Độ bền đo đƣợc
R m Độ bền thấp hơn ξ trung bình
Kết quả thí nghiệm đất nền
Mô hình tính toán γ Rd Độ bền đặc trƣng
Hệ quả tác động thiết kế
H oặ c áp d ụn g ch o hệ q uả
KIỂM TRA CƯỜNG ĐỘ CHO MÓNG CỌC THEO PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ 2 (DA 2) γ F →A1 Δa = 0 γ M →M1 = 1.0 γ R →R2
Hình 3.4 Lưu đồ tính toán kiểm tra cường độ cho móng cọc theo phương pháp thiết kế 2 (DA 2)
3.2.3 So sánh các phương pháp thiết kế (DA) tính toán sức chịu tải cọc a/ Giống nhau:
- Phương pháp thiết kế: kiểm tra độ tin cậy của móng cọc thông qua việc sử dụng hệ số riêng cho tác động, vật liệu hoặc sức chịu tải
- Không nhân hệ số riêng cho tĩnh tải có lợi cho nền móng (γ G ,f av = 1.0); không xét hoạt tải có lợi cho nền móng (γ Q ,f av = 0)
- Trong tình huống thiết kế đặc biệt thì tất cả các tác động đều không sử dụng hệ số riêng: γ F = 1.0 b/ Khác nhau:
Các phương pháp thiết kế móng cọc khác nhau được phân tích dựa trên các đặc điểm nổi bật của chúng, đặc biệt từ thí nghiệm nén tĩnh Những điểm khác biệt này được tóm tắt rõ ràng trong bảng dưới đây, giúp người đọc dễ dàng so sánh và hiểu rõ hơn về từng phương pháp thiết kế.
Bảng 3.1-Giá trị các hệ số ứng với mỗi tổ hợp thiết kế (DA)
Số thứ tự Đặc điểm DA 1
Tác động hoặc hệ quả tác động
Không áp dụng: Không áp dụng: Không áp dụng: γ M = 1.0 γ M = 1.0 γ M = 1.0
Ma sát âm, tải ngang: M2: γ M = [1.0; 1.4]
3 Hệ số sức chịu tải
4 Hệ số mô hình γ Rd ≥ 1.0 γ Rd ≥ 1.0 γ Rd ≥ 1.0
Phạm vi áp dụng bao gồm tất cả các phương pháp tính toán sức chịu tải của cọc Nội dung này áp dụng cho mọi kỹ thuật và phương pháp liên quan đến việc xác định sức chịu tải của cọc trong xây dựng.
DA 1: là phương pháp thiết kế 1;
DA 1-1: là phương pháp thiết kế 1, tổ hợp 1
DA 1-2: là phương pháp thiết kế 1, tổ hợp 2
DA 2: phương pháp thiết kế 2.
Sức chịu tải nén của đất nền (ULS) theo phương pháp thiết kế
3.3.1 Tổng quan Để chứng tỏ rằng móng cọc chịu tải trọng thiết kế có độ an toàn thích hợp chống lại sự phá hoại nén Sức chịu tải nén của đất nền theo các trạng thái giới hạn cực hạn ULS với các trường hợp tải trọng và tổ hợp tải trọng sẽ được kiểm tra theo bất phương trình cơ bản sau:
F c,d là tải nén thiết kế tác động lên cọc đơn hoặc nhóm cọc theo trạng thái giới hạn cực hạn (ULS), bao gồm trọng lượng bản thân cọc Tải trọng F c,d được xác định từ các tổ hợp tác động theo ULS, bao gồm các tình huống thiết kế lâu dài, tạm thời, đặc biệt và động đất.
Độ bền chịu nén thiết kế của đất nền (R c,d) đối với cọc đơn hoặc nhóm cọc theo ULS bao gồm áp lực chất lên đất tại đáy móng Mặc dù giá trị này có thể được bỏ qua trong tính toán gần đúng, nhưng cần lưu ý rằng nó không được loại trừ trong một số trường hợp nhất định.
Ma sát âm là đáng kể;
Cọc có đoạn nhô lên trên mặt đất;
Sức chịu tải nén thiết kế R c,d được xác định từ thí nghiệm thử tải tĩnh, áp dụng cho thiết kế móng cọc với hai phương pháp: phương pháp thiết kế 1 (DA 1) và phương pháp thiết kế 2 (DA 2) Trong quá trình tính toán sức chịu tải đất nền, hệ số riêng cho các thông số đất nền được lấy bằng 1.0 (hệ số riêng M1), trong khi đó, hệ số riêng cho sức chịu tải lớn hơn 1 (hệ số riêng R4 hoặc R1) Đặc biệt, đối với cọc đóng theo DA 1-1, R1 được xác định là 1.0, và R2 được áp dụng cho DA 2.
Trong thiết kế đặc biệt và trong trường hợp động đất, hệ số riêng cho tổ hợp tác động thường được xác định bằng 1.0 Eurocode 7 không đưa ra giá trị cụ thể cho hệ số riêng liên quan đến sức chịu tải trong tình huống đặc biệt, cho phép các nhà thiết kế lựa chọn hệ số này bằng 1.0, tùy thuộc vào từng tình huống thiết kế cụ thể Đối với sức chịu tải của cọc trong thiết kế chịu động đất, giá trị hệ số riêng sẽ được quy định trong Eurocode 8 (hoặc TCXDVN 375:2006 - Thiết kế công trình chịu động đất).
Bất phương trình trên có thể sử dụng cho cả móng cọc, không nhất thiết phải sử dụng kiểm tra cho cọc riêng lẻ
Eurocode 7 cho rằng trạng thái giới hạn cực hạn ULS chỉ đạt đƣợc khi có một số lƣợng cọc nhất định đồng thời bị phá hoại Số lƣợng cọc phá hoại này thì Eurocode 7 chƣa qui định cụ thể
Phân tích phá hoại ULS không áp dụng cho toàn bộ móng cọc, mà yêu cầu một phân tích phi tuyến do sự phân bố lại tải trọng giữa các cọc Tuy nhiên, có thể đơn giản hóa việc xem xét hệ quả của sự phân bố lại tải trọng bằng cách lựa chọn Sức chịu tải đặc trưng khác của cọc, dựa vào độ cứng của kết cấu, được thể hiện qua hệ số 1.1 Hệ số này chỉ áp dụng khi có sự phân bố lại tải trọng phi đàn hồi giữa các cọc Đối với nhóm cọc, cần lưu ý hai cơ chế phá hoại chính.
Sức chịu tải nén của cọc là riêng lẻ;
Sức chịu tải nén của cọc và đất ở khoảng giữa các cọc tác động nhƣ một khối
Sức chịu tải thiết kế là giá trị thấp hơn trong hai cơ chế trên
Xem xét độ cứng và độ bền của kết cấu liên kết các cọc (đài cọc) thành nhóm khi có đƣợc độ bền thiết kế của móng
Khi các cọc được đặt dưới một kết cấu cứng, khả năng phân bố tải trọng giữa các cọc cần được xem xét Trạng thái giới hạn chỉ xảy ra khi tất cả các cọc cùng chịu phá hoại, do đó không cần phân tích tình huống phá hoại chỉ diễn ra ở một cọc đơn lẻ.
Nếu các cọc ở dưới một kết cấu mềm, giả thiết Sức chịu tải nén của cọc yếu nhất chi phối trạng thái giới hạn xảy ra
Eurocode 7 đề nghị xem xét hai yếu tố của nhóm cọc nhƣ sau:
Cọc biên cần được chú trọng vì chúng thường phải chịu tải lớn hơn so với các cọc khác, đặc biệt khi móng gặp tải lệch tâm hoặc tải xiên Do có ứng xử cứng hơn, cọc biên có khả năng chịu tải nhiều hơn các cọc ở vị trí trung tâm.
Nhóm cọc chịu tải nén khi bị phá hoại được xem như một khối cọc, bao gồm các cọc và đất giữa các cọc Tiêu chuẩn cho phép khối cọc này được coi như cọc đơn với đường kính lớn Khối cọc đơn thường được phân tích sức chịu tải nén như một móng bè, do đó, việc kiểm tra chọc thủng trong móng bè cũng cần được xem xét trong khối móng đơn này.
Ngoài ra, Eurocode 7 cũng xem xét đến các yếu tố khác khi đánh giá sức chịu tải nén của cọc đơn nhƣ sau :
Lớp đất yếu ở bên dưới mũi cọc;
Sức chịu tải của vùng đất bên trên và bên dưới mũi cọc ;
Kích thước mũi cọc so với thân cọc;
3.3.2 Sức chịu tải nén cực hạn từ thí nghiệm thử tải tĩnh cọc
Qui trình xác định sức chịu tải nén của cọc thông qua thí nghiệm thử tải tĩnh dựa trên phân tích sức chịu tải nén R c,m Sức chịu tải này được đo từ thí nghiệm thử tải tĩnh của một hoặc một vài cọc thử thăm dò, những cọc này cần phải giống với cọc thực và được thực hiện trong cùng điều kiện địa chất của công trình thực tế.
Khi đường kính của cọc thử không tương ứng với các cọc thực tế, cần xem xét sự khác biệt trong cách làm việc của các cọc có đường kính khác nhau để đánh giá sức chịu tải nén Đối với cọc có đường kính lớn, việc thực hiện thí nghiệm nén tĩnh trên cọc đúng kích thước trở nên không khả thi Do đó, có thể tiến hành thí nghiệm nén tĩnh trên cọc có đường kính nhỏ hơn cọc thử.
- Tỷ lệ đường kính của cọc thử/đường kính cọc thực tế không nhỏ hơn 0,5;
- Cọc thử có đường kính nhỏ hơn được sản xuất và lắp dựng cùng quy cách nhƣ cọc sẽ đƣợc sử dụng trong móng;
- Cọc thử đƣợc đo bằng cách sao cho có thể tính riêng sức chịu tải nén của nền cọc và thân cọc
Khi xem xét sức chịu tải của móng cọc chịu lực kéo xuống, cần điều chỉnh theo tiêu chuẩn xác định trạng thái giới hạn cực hạn dựa trên kết quả thí nghiệm nén tĩnh Việc điều chỉnh này thực hiện bằng cách trừ đi giá trị đo được Trong nhiều trường hợp không thuận lợi, sức chịu tải dương của thân cọc trong lớp đất chịu nén và lớp đất phía trên có thể phát triển ma sát âm từ tải trọng đo tại đầu cọc.
Trong thí nghiệm nén tĩnh, cọc phải chịu lực kéo xuống, với ma sát dương phát triển dọc theo chiều dài cọc, theo quy định tại 7.3.2.2(6) Tải trọng thí nghiệm tối đa phải lớn hơn tổng tải trọng thiết kế cộng với hai lần lực kéo xuống Eurocode 7 đã giải thích kết quả thí nghiệm tải cọc, xem xét sự biến động và tính không đồng nhất của đất nền ngoài hiện trường, cùng với sai lệch trong quá trình thi công thông qua hệ số tương quan ξ Dựa vào sức chịu tải nén đặc trưng của cọc, có thể đánh giá sơ bộ độ đồng nhất của đất nền ngoài hiện trường.
Các bước của qui trình để xác định độ bền chịu nén của móng cọc từ kết quả thí nghiệm thử tải tĩnh nhƣ sau:
(1) Từ độ sức chịu tải nén (chuẩn hóa) đo đƣợc R c,m xác định sức chịu tải nén đặc trưng R c,k theo phương trình sau:
Trong đó, ξ1 và ξ2 là các hệ số tương quan phụ thuộc vào giá trị n, tức là số lượng cọc thí nghiệm, và được áp dụng tương ứng cho sức chịu tải nén trung bình được đo.
(R c,m )trung bình và sức chịu tải nén nhỏ nhất đo đƣợc (R c,m ) min của giá trị R c,m tương ứng
