So Sánh Các Phương Pháp Xác Định Sức Chịu Tải Cọc Ép Trong Công Trình Dân Dụng Tại Quận Tân Bình Thành Phố Hồ Chí Minh.pdf

Do đó yêu cầu cấp thiết là phải có nghiên cứu để so sánh các phương pháp xác định sức chịu tải cọc, sử dụng kết quả thử tĩnh thực tế ở hiện trường, ứng dụng phần mềm Plaxis 2D để tính to

Mục tiêu và đối tượng của đề án

Đề án này tập trung vào việc nghiên cứu sức chịu tải của cọc ép trong thiết kế và thi công, với số liệu cụ thể được thu thập tại quận Tân Bình, Thành phố Hồ Chí Minh.

Mục tiêu nghiên cứu là so sánh sức chịu tải của cọc ép thông qua các phương pháp tính toán khác nhau, đồng thời tìm hiểu nguyên nhân gây ra sự khác biệt giữa thiết kế và quá trình thi công thực tế Nghiên cứu cũng nhằm xác định các thông số có ảnh hưởng lớn đến kết quả tính toán và đề xuất một bộ thông số đất nền hợp lý cho khu vực nghiên cứu.

Nội dung của đề án

- Tính toán và so sánh các phương pháp xác định sức chịu tải cọc ép theo Tiêu chuẩn hết hiệu lực và tiêu chuẩn đang còn hiệu lực

Để tính toán sức chịu tải của cọc bằng phương pháp Phần tử hữu hạn, việc tìm hiểu mô hình và thông số đầu vào phù hợp là rất quan trọng Sử dụng phần mềm Plaxis, người dùng cần xác định các yếu tố như loại cọc, đặc tính đất và điều kiện tải trọng để đảm bảo tính chính xác của kết quả Việc lựa chọn mô hình và thông số đầu vào hợp lý sẽ giúp tối ưu hóa quy trình thiết kế và đánh giá hiệu quả của cọc trong các công trình xây dựng.

Phương pháp nghiên cứu của đề án

Để xác định sức chịu tải của cọc ép, cần tuân thủ các tiêu chuẩn tính toán hiện hành tại Việt Nam Qua đó, sẽ tiến hành so sánh kết quả thu được từ các phương pháp tính toán khác nhau, nhằm đánh giá tính chính xác và hiệu quả của từng phương pháp.

- Thu thập số liệu thực tế từ công tác thiết kế và công tác thi công, công tác thí nghiệm cọc tại công trình

- Tìm hiểu nguyên nhân sự sai khác giữa kết quả sức chịu tải từ thiết kế và thực tế từ thí nghiệm cọc tại hiện trường

- Tính toán và so sánh sức chịu tải của cọc từ các công thức giải tích với kết quả của thí nghiệm hiện trường.

Ý nghĩa nghiên cứu của đề án về mặt khoa học và mặt thực tiễn

- So sánh được sức chịu tải của cọc từ các công thức tính toán được quy định trong tiêu chuẩn cũ và tiêu chuẩn hiện hành

- Xác định được thông số ảnh hưởng nhất đến tính toán thiết kế sức chịu tải của cọc

Việc so sánh sức chịu tải của cọc từ thí nghiệm nén tĩnh thực tế tại công trình là cần thiết để xác định chính xác chiều dài cọc Điều này không chỉ giúp quyết định chiều dài cọc đại trà mà còn cung cấp cơ sở cho người thiết kế hình dung rõ ràng hơn về dự án, từ đó nâng cao hiệu quả thực hiện dự án.

Phần mềm Plaxis 2D được sử dụng để mô phỏng quá trình thử tĩnh tải cọc, giúp kiểm tra và đánh giá kết quả tính toán thiết kế Việc áp dụng phần mềm này cung cấp thêm thông số quan trọng, từ đó hỗ trợ quyết định chiều dài cọc phù hợp trong thực tiễn.

Các nghiên cứu liên quan ở trong nước

- Theo như nghiên cứu của Lê Phương, Trương Anh Tuấn, Đào Nguyên An

(2011) tác giả nghiên cứu trong thiết kế móng cọc bê tông cốt thép thì ảnh hưởng của hiện tượng ma sát âm ra sao (Le et al., 2011)

Bài báo của Võ Phán và Nguyễn Trung Kiên (2012) nghiên cứu sức chịu tải của cọc với việc xem xét chuyển vị của đất nền xung quanh Kết quả nghiên cứu được sử dụng để xây dựng phương pháp xác định sức chịu tải của cọc trong điều kiện đất yếu và so sánh với kết quả nén thử tĩnh tại hiện trường.

- Lê Minh Long, Nguyễn Trung Kiên, Nguyễn Hải Diện (2015) tác giả tính toán độ bền đài cọc bê tông cốt thép toàn khối (LONG et al., 2015)

Bài báo nghiên cứu của tác giả Trịnh Việt Cường và Đoàn Nguyên Quyền (2016) tập trung vào kết quả nén tĩnh của các cọc có tiết diện thu nhỏ, nhằm dự báo quan hệ tải trọng - độ lún của cọc Nghiên cứu chỉ ra rằng việc thực hiện thí nghiệm với tải trọng nén lên đến nghìn tấn gặp nhiều khó khăn và nguy hiểm, do đó, giải pháp được đề xuất là tiến hành thí nghiệm trên các cọc có tiết diện thu nhỏ để đảm bảo an toàn và hiệu quả.

Nguyễn Thị Thu Hà, Phạm Văn Ngọc, và Đỗ Hữu Đạo (2017) đã tiến hành nghiên cứu về phương pháp tính sức chịu tải của cọc đơn dựa trên kết quả phân tích ban đầu Bài báo của họ trình bày chi tiết về kết quả tính toán sức chịu tải dọc trục của cọc theo tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05 và TCVN 10304.

2014 cho một số công trình thực tế và kết quả thí nghiệm thực tế ngoài hiện trường

Bài báo phân tích và so sánh sức chịu tải của cọc đơn dựa trên thí nghiệm nén tĩnh tại hiện trường, nhằm lựa chọn phương pháp tính toán phù hợp Kết quả cho thấy, phương pháp tính theo tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05 gặp nhiều khó khăn và có tính chủ quan, phụ thuộc vào quan niệm của người thiết kế Sự khác biệt giữa kết quả tính toán theo tiêu chuẩn này và kết quả thử tĩnh là đáng kể (Hà et al., 2017).

Bài nghiên cứu của TS Phạm Tuấn Anh và KS Nguyễn Đức Tịnh (2018) đã phân tích sự làm việc của nhóm cọc chịu tải trọng đứng với chiều dài khác nhau Tác giả giới thiệu một phương pháp đơn giản, giúp các nhà thiết kế dễ dàng tính toán và áp dụng trong thực tiễn khi các cọc ép không đồng nhất về chiều dài.

Bài báo nghiên cứu của Trần Trung Hiếu, Nguyễn Minh Tâm và Trần Thanh Danh (2022) tập trung vào mối tương quan giữa sức chịu tải của cọc và lực ép lên cọc, đồng thời kiểm chứng công thức tương quan với kết quả thử tĩnh và phần mềm Plaxis 3D Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng việc lựa chọn lực ép cọc lớn nhất và lực ép cần thiết để xuyên qua lớp đất cứng là yếu tố quan trọng, đòi hỏi phải tính toán kỹ lưỡng từ đầu để đảm bảo sự phù hợp về vật liệu và cấu tạo cọc (HIẾU et al., 2022).

Nguyễn Ngọc Phúc (2022) đã tiến hành nghiên cứu dựa trên thí nghiệm PDA để đánh giá hệ số cường độ sức kháng bên đơn vị trong tính toán sức chịu tải dọc trục cọc theo đất nền Bài báo phân tích lực dính và ma sát giữa cọc và đất, từ đó đưa ra kết luận về việc lựa chọn hệ số thành phần cho lực dính và góc ma sát giữa đất và cọc Nghiên cứu này cung cấp thông tin tham khảo quan trọng về sức chịu tải của cọc, góp phần hạn chế rủi ro cho các công trình xây dựng (Hà et al., 2017) (Phúc, 2022).

Hoàng Công Vũ và Nguyễn Tấn Dũng (2022) đã tiến hành phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến đài cọc bằng phương pháp PTHH Bài báo tập trung vào việc xem xét các thông số như áp lực xuống cọc, nội lực trong đài cọc, độ lún nền, và đánh giá tác động của kích thước đài móng thông qua phần mềm Plaxis.

Các nghiên cứu liên quan trên thế giới

Theo nghiên cứu của Pastsakorn Kitiyodom, Tatsunori Matsumoto và Nao Kanefusa (2004), tác giả đã đánh giá tác động của phản lực cọc đến hành vi của cọc trong thử nghiệm tải tĩnh Bài báo áp dụng phương pháp phân tích đơn giản để khảo sát ảnh hưởng của phản lực cọc đến quan hệ chuyển vị - tải trọng của cọc thử nghiệm.

Nghiên cứu của Suchart Limkatanyu, Kittisak Kuntiyawichai và Enrico Spacone (2009) nhấn mạnh tầm quan trọng của việc mô hình hóa tương tác đất-cọc trong phản ứng của cọc bê tông cốt thép Bài viết này tập trung vào hiệu ứng của tương tác giữa đất và cọc, cho thấy ảnh hưởng của nó đến hiệu suất của cọc bê tông cốt thép (Limkatanyu et al., 2009).

Nghiên cứu của Y F Leung, A Klar, Ph.D., M.ASCE và K Soga, Ph.D., M.ASCE (2010) tập trung vào việc tối ưu hóa chiều dài cọc cho móng cọc và móng bè trên cọc Thông thường, thiết kế các nhóm cọc có chiều dài giống nhau hoặc tương tự, nhưng nghiên cứu này nhằm cải thiện chiều dài cọc sao cho khả năng chịu lực và hiệu quả sử dụng công trình vẫn được đảm bảo.

- K Fakharian, M Meskar and A S Mohammadlou (2014) tác giả đánh giá về ảnh hưởng của áp lực phụ tải lên kết quả thí nghiệm tải trọng tĩnh dọc trục (Fakharian et al., 2014)

Bài viết của tác giả BOGUMIŁ WRANA (2015) tập trung vào khả năng chịu tải của cọc và phương pháp tính toán liên quan Nghiên cứu này cung cấp một cái nhìn tổng quan về những vấn đề hiện tại trong việc tính toán công suất của cọc móng, giúp nâng cao hiểu biết và ứng dụng trong lĩnh vực xây dựng.

Bài báo của Kedar C Birid (2018) nghiên cứu về khả năng chịu tải của cọc thông qua việc đánh giá kết quả từ các thử nghiệm tĩnh Trong thực tế, việc kiểm tra cọc thử tĩnh thường được thực hiện với tải trọng từ 1,5 đến 2,5 lần so với tải thiết kế Tuy nhiên, do quy định về thời gian thử tải, không thể để tải đến mức cọc phá hoại, dẫn đến việc thử tải này không phản ánh được tải trọng tối đa mà cọc có thể chịu.

Các phương pháp giải tích tính toán sức chịu tải cọc

3.1.1 Phương pháp tính toán sức chiụ tải của cọc theo TCVN 10304-2014 a) Công thức chung xác định sức chịu tải của cọc:

Sức chịu tải cực hạn của cọc theo phụ lục G.1 (TCVN 10304:2014 - Móng Cọc - Tiêu chuẩn thiết kế, 2014):

R c u , q A b b u f l i i (3.1) u là chu vi tiết diện ngang cọc

Sức chịu tải của cọc được xác định dựa trên diện tích tiết diện ngang mũi cọc, cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc, cường độ sức kháng trung bình của các lớp đất trên thân cọc, và chiều dài đoạn cọc nằm trong từng lớp đất Các chỉ tiêu cường độ của đất nền đóng vai trò quan trọng trong việc tính toán sức chịu tải của cọc.

Cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc được xác định theo phụ lục G.2.1 của TCVN 10304:2014 - Móng Cọc - Tiêu chuẩn thiết kế, với công thức tính q b = (cN c + q γ + p q N A) Trong đó, áp lực hiệu quả lớp phủ tại cao trình mũi cọc (q’γ,p) tương ứng với ứng suất pháp hiệu quả theo phương đứng do đất tác động tại vị trí này.

N’c, N’q là các hệ số sức chịu tải của đất dưới mũi cọc

Cường độ sức kháng trung bình trên thân cọc fi được xác định theo phụ lục G.2.2 của TCVN 10304:2014, với công thức fi = α × cu,i Hệ số α phụ thuộc vào đặc điểm lớp đất, loại cọc, phương pháp hạ cọc và cố kết đất trong quá trình thi công Nếu không có đủ thông tin, có thể tham khảo giá trị α từ biểu đồ hình 3.1 theo Phụ lục A của tiêu chuẩn AS 2159 - 1978 Trong đó, cu,i là cường độ sức kháng không thoát nước của lớp đất dính thứ i.

Hình 3.1: Biểu đồ xác định hệ số α Trong lớp đất cát thứ I, đối với đất rời, cường độ sức kháng trung bình trên thân cọc: fi ki  , v z , tg i (3.4)

Ứng suất pháp hiệu quả trong lớp đất thứ i theo phương đứng được ký hiệu là v z, trong đó ki là hệ số áp lực ngang của đất tác động lên cọc Hệ số này phụ thuộc vào loại cọc được sử dụng, bao gồm cọc chuyển vị (như cọc đóng hoặc ép) và cọc thay thế (như khoan nhồi hoặc barrette).

i: là góc ma sát giữa đất và cọc, thông thường đối với cọc bê tông i lấy bằng góc ma sát trong của đất i, đối với cọc thép i lấy bằng 2i/3

Theo công thức (3.3), cường độ sức kháng trên thân cọc tăng lên khi độ sâu tăng Tuy nhiên, sự gia tăng này chỉ diễn ra đến một độ sâu giới hạn ZL, tương ứng với khoảng 15 đến 20 lần đường kính cọc d, sau đó sẽ không còn tăng nữa.

Vì vậy cường độ sức kháng trên thân cọc trong đất rời có thể tính như sau: Trên đoạn cọc có độ sâu nhỏ hơn ZL , fi k , v z ,

Bảng 3.1: Giá trị các hệ số k, ZL và N’q cho cọc trong đất cát

Trạng thái đất Độ chặt tương đối

Cọc khoan nhồi và barrette

Chặt Từ 0.75 đến 0.90 15 1.5 0.8 180 100 c) Xác định sức chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT (theo phụ lục G.3 (TCVN 10304:2014 - Móng Cọc - Tiêu chuẩn thiết kế, 2014))

Theo Công thức của Viện kiến trúc Nhật Bản (1988) sức chịu tải cực hạn của cọc xác định theo công thức (3.1) được viết lại dưới dạng:

R c u ,  q A u b b    f l c i c i , ,  f l s i s i , ,  (3.4) qb: là cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc xác định như sau:

Khi mũi cọc nằm trong đất rời qb = 300Np cho cọc đóng (ép) và qb = 150Np cho cọc khoan nhồi

Khi mũi cọc nằm trong đất dính, sức kháng trung bình của cọc đóng đạt qb = 9cu, trong khi cọc khoan nhồi có qb = 6cu Đối với cọc đóng, cường độ sức kháng trung bình trên đoạn cọc nằm trong lớp đất rời thứ i rất quan trọng để đảm bảo tính ổn định và an toàn của công trình.

Cường độ sức kháng của đoạn cọc trong lớp đất dính thứ i được xác định bằng công thức c i p L u i f ,  f c , (3.6) Hệ số điều chỉnh fL, được xác định từ biểu đồ trong Hình 3.2b, phụ thuộc vào độ mảnh h/d của cọc đóng.

Hệ số điều chỉnh cho cọc đóng (αp) phụ thuộc vào trị số trung bình của ứng suất pháp hữu hiệu của lớp đất (σ'v) và tỷ lệ giữa sức kháng cắt không thoát nước của đất dính (cu) so với σ'v, theo biểu đồ Hình 3.2a.

Biểu đồ xác định các hệ số fL và p được thiết lập bởi Semple và Rigden (1984) như thể hiện trong Hình 3.2 Đối với cọc khoan nhồi, cường độ sức kháng trên đoạn cọc trong lớp đất dính thứ i được tính theo công thức (3.6) với fL = 1, trong khi cường độ sức kháng trên đoạn cọc trong lớp đất rời thứ i được tính theo công thức (3.5).

NP là trong khoảng 1d dưới và 4d trên mũi cọc, xác định được chỉ số SPT trung bình

Cường độ sức kháng cắt không thoát nước của đất dính, ký hiệu là cu, có thể được xác định thông qua các phương pháp thí nghiệm khác nhau Nếu không có số liệu sức kháng cắt không thoát nước cu từ thí nghiệm cắt đất trực tiếp hoặc thí nghiệm nén ba trục, người ta có thể tính toán cu từ thí nghiệm nén một trục nở ngang tự do với công thức cu = qu / 2 Ngoài ra, cu cũng có thể được xác định từ chỉ số SPT trong đất dính, theo công thức cu,i = 6,25 Nc,i.

Nc,i là chỉ số SPT trong đất dính

Ns,i là chỉ số SPT trung bình trong lớp đất rời i Chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất dính thứ i được ký hiệu là lc,i, trong khi đó chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất rời thứ i được ký hiệu là ls,i Thông số d đại diện cho cạnh tiết diện cọc vuông hoặc đường kính tiết diện cọc tròn, và u là chu vi tiết diện ngang của cọc.

Hình 3.2: Biểu đồ hệ số fL và p

3.1.2 Phương pháp tính toán sức chiụ tải của cọc theo TCXD 205:1998 Móng cọc - Tiêu chuẩn thiết kế: a) Sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cường độ của đất nền

Sức chịu tải cực hạn của cọc theo Phụ lục B của TCXD 205:1998 Móng cọc

Sức chịu tải cho phép của cọc: s p a s p

FSs lấy bằng 1,5-2,0, hệ số an toàn cho thành phần ma sát bên

FSp lấy bằng 2,0-3,0, hệ số an toàn cho sức chống dưới mũi cọc

Ma sát bên tác dụng lên cọc được tính toán bằng công thức chung: s a h a

Ca: Lực dính giữa thân cọc và đất, T/m 2 ;

Cọc đóng bê tông cốt thép có ca=0,7c, trong đó c là lực dính của đất nền Ứng suất hữu hiệu trong đất theo phương vuông góc với mặt bên cọc được ký hiệu là σ’h (T/m2) Góc ma sát giữa cọc và đất nền được ký hiệu là φa, với giá trị φa=0,7φ đối với cọc thép và φa=φ đối với cọc bê tông cốt thép hạ bằng phương pháp đóng, trong đó φ là góc ma sát trong của đất nền.

Cường độ chịu tải của đất dưới mũi cọc được xác định bằng công thức: \( q_p = cN_c + \sigma'_{vp} q N + \gamma d N_p \), trong đó \( c \) là lực dính của đất (T/m²) và \( \sigma'_{vp} \) là ứng suất hữu hiệu tại độ sâu mũi cọc do trọng lượng bản thân đất theo phương thẳng đứng (T/m²).

Hệ số sức chịu tải Nc, Nq, Nγ chịu ảnh hưởng bởi phương pháp thi công cọc, ma sát trong của đất và hình dạng mũi cọc Trọng lượng thể tích của đất tại độ sâu mũi cọc được ký hiệu là γ và có đơn vị tính là T/m³.

Sức chịu tải cực hạn của cọc trong đất dính tính theo công thức:

Phương pháp để xác định sức chịu tải của cọc từ thí nghiệm hiện trường

Đề án này xác định sức chịu tải của cọc thông qua thí nghiệm hiện trường, tuân thủ theo TCVN 9393:2012 về phương pháp thí nghiệm bằng tải trọng tĩnh ép dọc trục do Bộ Xây dựng ban hành Theo tiêu chuẩn này, thí nghiệm được thực hiện bằng cách tăng tải trọng tĩnh ép dọc trục lên cọc một cách từ từ, theo nguyên tắc nhất định, nhằm đánh giá khả năng chịu tải của cọc thông qua việc theo dõi quá trình chuyển vị của nó.

Sử dụng kích thủy lực với dàn chất tải bên trên (bê tông hoặc thép) làm đối trọng, đảm bảo tổng tải trọng lớn hơn hoặc bằng 1,2 lần tải trọng thí nghiệm lớn nhất để tác động lực lên đầu cọc Trong quá trình truyền tải, cần chú ý đảm bảo hệ kích thủy lực được đặt đúng trọng tâm vào đầu cọc Độ lún của cọc sẽ được theo dõi thông qua hệ thống đồng hồ so được gắn tại 4 vị trí trên đầu cọc, với các đồng hồ được lắp đặt trên các giá đỡ độc lập với cọc thí nghiệm.

Đánh giá sức chịu tải của cọc và mối quan hệ giữa tải trọng và chuyển vị trong đất nền dựa trên số liệu thu thập từ quá trình thí nghiệm, bao gồm chuyển vị, tải trọng và biến dạng Thí nghiệm được thực hiện với tải thử nghiệm gấp đôi tải thiết kế và tăng tải theo từng cấp độ.

Dùng phương pháp tải trọng tĩnh ép dọc trục để thí nghiệm cọc như sau:

 Tiến hành xử lý đầu cọc, cắt cọc và tạo mặt phẳng đầu cọc và lắp hệ kích

 Thực hiện gia cố nền và lắp đặt dàn tải trọng trên các gối đỡ

 Tiến hành lắp đặt hệ đo

Quy trình tăng tải theo TCVN 9393:2012 được thực hiện bằng cách sử dụng kích thủy lực, kết hợp với đối trọng là dàn chất tải và các khối bê tông đúc sẵn Việc tăng tải được thực hiện theo hai lần để đảm bảo tính chính xác và an toàn trong quá trình kiểm tra.

Trong lần thử nghiệm đầu tiên, tải trọng được tăng từ 0% đến 100% của tải trọng thiết kế, với mỗi mức tăng 25% tải trọng thiết kế, thực hiện tổng cộng 4 lần Sau đó, tải trọng được giảm 2 lần, mỗi lần giảm 50% tải trọng thiết kế, và cuối cùng tải trở về mức 0.

Trong quá trình thử nghiệm, tải trọng được tăng từ 0% lên 200% tải trọng thiết kế, với mỗi lần tăng 25% tải trọng thiết kế cho đến khi đạt tối đa 200% Sau đó, tải trọng sẽ được giảm 4 lần, mỗi lần giảm 50% tải trọng thiết kế, cho đến khi trở về mức 0%.

 Thời gian duy trì tải, theo dõi và ghi số liệu như bảng 3.2 bên dưới

 Tải thí nghiệm max: PTN max = 2Ptk

Bảng 3.2: Thời gian theo dõi chuyển vị và ghi số liệu thí nghiệm trong quá trình thử tĩnh tải

Tải trọng thí nghiệm lên đầu cọc thử được duy trì với thời gian

Theo dõi và ghi số liệu thí nghiệm với thời gian

Tăng tải sơ bộ 5% Giữ tải 10 phút để loại trừ các sai số trong quá trình xếp tải Tăng tải

0 % Ghi số liệu ban đầu

Duy trì thời gian thấp nhất là

60 phút và chuyển vị ổn định trong giới hạn quy định

Thời điểm ghi các kết quả chuyển vị là 0 phút; 10 phút, 20 phút; 30 phút; 45 phút; 60 phút

Thời điểm ghi các kết quả chuyển vị là 0 phút; 10 phút, 20 phút; 30 phút; 45 phút; 60 phút… 360 phút Giảm tải

50 % Duy trì thời gian thấp nhất là

Thời điểm ghi các kết quả chuyển vị là 0 phút; 10 phút, 20 phút; 30 phút

Thời điểm ghi các kết quả chuyển vị là 0 phút; 10 phút, 20 phút; 30 phút; 45 phút; 60 phút Tăng tải

Thời điểm ghi các kết quả chuyển vị là 0 phút;10 phút, 20 phút; 30 phút

Theo dõi trong 24 giờ để đạt được độ lún ổn định theo quy ước Nếu trong trường hợp dưới cấp tải trọng lớn nhất mà cọc có dấu hiệu bị phá hoại, có thể giảm cấp tải trọng về mức trước đó và giữ tải theo quy định.

Thời điểm ghi các kết quả chuyển vị là 0 phút; 10 phút, 20 phút; 30 phút; 45 phút; 60 phút; 90 phút; 120 phút; 180 phút; 240 phút;

300 phút; 360 phút; 420 phút; 480 phút; 540 phút;

Giới thiệu công trình

Dự án thực tế tại quận Tân Bình, TpHCM cho thấy rằng chiều dài cọc ép thực tế đã giảm so với thiết kế ban đầu, sau khi thực hiện thi công, nghiệm thu và thử tĩnh tải cọc.

Để tìm hiểu nguyên nhân giảm chiều dài cọc, đề án này sẽ sử dụng số liệu từ công trình Xây dựng mới Trường Tiểu học Trần Quốc Toản tại số 114 Đồng Đen, Phường 14, quận Tân Bình Qua đó, em sẽ phân tích và so sánh kết quả tính toán với các tiêu chuẩn hiện hành, đồng thời đưa ra đánh giá chi tiết về công tác thiết kế cho các công trình tương tự.

Dự án do Ban Quản lý dự án quận Tân Bình làm Chủ đầu tư, bao gồm công trình 04 tầng (01 trệt, 03 lầu) với mái che cầu thang Công trình thiết kế 40 phòng học và các phòng chức năng, tổng diện tích sàn lên tới 8.563,50 m² Thiết kế sử dụng móng cọc ép, cột, dầm, sàn bê tông cốt thép toàn khối, cùng với mái lợp ngói và một phần mái bê tông cốt thép.

Số liệu địa chất của công trình

Theo hồ sơ khảo sát địa chất của Công ty Cổ phần Kiến Địa, khu vực khảo sát có đất đá chưa qua quá trình biến đổi và nén chặt tự nhiên Từ bề mặt đến độ sâu khoan khảo sát 20,0 m, nền đất tại khu vực này được cấu tạo bởi nhiều lớp đất khác nhau.

Lớp 0 của đất cát san lấp nằm trên bề mặt hố khoan, có độ dày trung bình khoảng 1,3m Lớp đất này phân bố liên tục nhưng không có ý nghĩa quan trọng trong xây dựng.

Lớp 1 bao gồm á sét, xám, xám đen, có sự pha trộn của thực vật, với tính chất dẻo nhão và dẻo mềm Lớp đất này chỉ được phát hiện trong hai hố khoan HK2 và HK3, với độ dày 1,7 m và phân bố không liên tục Trị số SPT trung bình của lớp đất này là 5.

Lớp 1A có đặc điểm là á sét với màu nâu đỏ, xám đen, có tính dẻo cứng Lớp đất này chỉ được phát hiện trong hố khoan HK1, với độ dày 1,3m và phân bố không liên tục Giá trị SPT trung bình của lớp đất này là 7.

Lớp 2 bao gồm á sét và sạn laterite với màu sắc nâu đỏ và xám xanh, có độ cứng nửa cứng Lớp đất này được phát hiện trong cả ba hố khoan HK1, HK2 và HK3, với tổng bề dày là 2,4 m và phân bố liên tục Trị số SPT trung bình của lớp đất này là 16.

Lớp đất thứ ba có màu sắc sét, xám xanh, nâu đỏ và vàng, có độ cứng nửa cứng Lớp này chỉ được phát hiện trong hai hố khoan HK1 và HK2, với độ dày 2,0 m và phân bố không liên tục Trị số SPT trung bình của lớp đất này là 18.

Lớp 4 có đặc điểm là á sét với màu xám xanh và vàng nâu, có độ cứng nửa cứng Lớp đất này được phát hiện trong cả ba hố khoan HK1, HK2, HK3 với tổng bề dày đạt 3,87 m và phân bố liên tục Trị số SPT trung bình của lớp đất này là 12.

Lớp 4A có đặc điểm là sét màu nâu đỏ, dẻo cứng, xuất hiện không liên tục trong hố khoan HK3 với độ dày 1,8 m Trị số SPT trung bình của lớp đất này là 14.

Lớp đất thứ 5 bao gồm các màu sắc như á cát, xám xám vàng, xám nâu, vàng nâu, xám hồng, tím và dẻo, xuất hiện liên tục trong ba hố khoan HK1, HK2 và HK3 với tổng bề dày đạt 8,93 m Trị số SPT trung bình của lớp đất này là 10.

Bảng 4.1: Bảng tổng hợp chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất

STT Chỉ tiêu cơ lý Đơn vị Lớp đất

9 Khối lượng thể tích tự nhiên (γw) g/cm 3 2,01 2,08 2,11 2,04 2,03 1,91 2,02

12 Góc ma sát trong theo TN cắt trực tiếp (φ) o 7° 44' 11 o 01' - 14° 0' 14° 49' 10 o 02' 28° 39'

13 Lực dính theo TN cắt trực tiếp c kg/cm 2 0,193 0,287 - 0,483 0,379 0,378 0,121

14 Hệ số nén lún a 1-2 cm 2 /kg 0,048 0,029 - 0,030 0,031 0,041 0,018

Hình 4.2: Vị trí 03 hố khoan khảo sát

Hình 4.3: Mặt cắt Hố khoan 1

Kết quả tính toán sức chịu tải của cọc theo TCVN 10304-2014

4.3.1 Sức chịu tải của cọc theo vật liệu: Được xác định theo công thức:

Loại tiết diện Cọc vuông

Kích thước tiết diện D mm 300

Mô men quán tính của tiết diện J m 4 0.000675

Cấp độ bền bê tông B22.5

Cường độ chịu nén tính toán của bê tông R b MPa 13.0

Modun đàn hồi của BT E MPa 30000

Cường độ tính toán của cốt thép R s MPa 365.0

Diện tích của tiết diện cọc A cm 2 900.00

Diện tích cốt thép A s cm 2 10.18

Hệ số điều kiện làm việc  cb 0.85

Hệ số điều kiện thi công  cb ' 1.00

Hệ số tỉ lệ của nền đất k kN/m 4 7000

Bề rộng quy ước của cọc b p m 0.95

Chiều dài ngàm quy ước L m 3.11

Chiều dài tính toán L o m 2.18 Độ mảnh của cọc  25.2

Sức chịu tải của cọc theo vật liệu R m kN 1354.8

4.3.2 Xác định sức chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT (theo công thức của Viện kiến trúc Nhật Bản 1988, mục G.3.2 của TCVN 10304:2014)

Các thông số tính toán của cọc:

- Loại cọc: Cọc đúc sẵn, cọc vuông, kích thước cọc: 300 x 300 mm

- Diện tích tiết diện Ab = 0.09 m 2

Sức chịu tải cực hạn của cọc (Rc,u) theo công thức Viện kiến trúc Nhật Bản

- Đối với đất rời: b b SPT q k N với Kb 00

- Đối với đất dính: b b SPT q k N với Kb V.25

Để tính sức chịu tải của cọc, sử dụng công thức của Viện Kiến trúc Nhật Bản năm 1988, với các thông số như hệ số điều chỉnh phụ thuộc vào lực dính và ứng suất hữu hiệu theo phương đứng của đất, ký hiệu là \( N ap \) Hệ số điều chỉnh \( fL \) được xác định là 1, và nó phụ thuộc vào độ mảnh của cọc.

Phân loại đất Độ sâu (m)

Lớp 2 Sét pha, nửa cứng 3 11 0.50 619 34.4 41.3 41.3 55.7 97

Lớp 2 Sét pha, nửa cứng 4 15 0.50 844 46.9 56.3 97.5 75.9 173 Lớp 3 Sét, nửa cứng 5 17 0.50 956 53.1 63.8 161.3 86.1 247

Lớp 4 Sét pha, nửa cứng 7 14 0.72 788 62.6 75.1 307.6 70.9 378 Lớp 4 Sét pha, nửa cứng 8 10 0.97 563 60.5 72.6 380.2 50.6 431 Lớp 4 Sét pha, nửa cứng 9 11 0.98 619 67.2 80.6 460.7 55.7 516 Lớp 4 Sét pha, nửa cứng 10 12 0.98 675 73.8 88.6 549.3 60.8 610 Lớp 4 Sét pha, nửa cứng 11 11 1.00 619 68.8 82.5 631.8 55.7 688 Lớp 5 Cát pha, dẻo cứng 12 10 1.00 563 62.5 75.0 706.8 50.6 757 Lớp 5 Cát pha, dẻo cứng 13 11 1.00 619 68.8 82.5 789.3 55.7 845 Lớp 5 Cát pha, dẻo cứng 14 12 1.00 675 75.0 90.0 879.3 60.8 940 Lớp 5 Cát pha, dẻo cứng 15 13 1.00 731 81.3 97.5 976.8 65.8 1043 Lớp 5 Cát pha, dẻo cứng 16 14 1.00 788 87.5 105.0 1081.8 70.9 1153 Lớp 5 Cát pha, dẻo cứng 17 12 1.00 675 75.0 90.0 1171.8 60.8 1233 Lớp 5 Cát pha, dẻo cứng 18 11 1.00 619 68.8 82.5 1254.3 55.7 1310 Lớp 5 Cát pha, dẻo cứng 19 10 1.00 563 62.5 75.0 1329.3 50.6 1380

Phân loại đất Độ sâu (m)

Lớp 5 Cát pha, dẻo cứng 20 10 1.00 563 62.5 75.0 1404.3 50.6 1455

- Chiều sâu dự kiến của đỉnh cọc so với mặt đất khi khoan khảo sát

- Chiều sâu dự kiến của mũi cọc L = 15 mét

- Sức chịu tải cực hạn dự kiến:

R , R R q A U f L = 1043 kN b Tính sức chịu tải của cọc theo số liệu khảo sát địa chất của hố khoan 2 (theo công thức của Viện kiến trúc Nhật Bản 1988):

Phân loại đất Độ sâu (m) SPT ap qb

Lớp 1 Sét pha, dẻo mềm 2 0 1.00 56 0.0 0.0 0.0 5.1 5

Lớp 4 Sét pha, nửa cứng 7 16 0.61 900 61.0 73.2 290.7 81.0 372 Lớp 4 Sét pha, nửa cứng 8 14 0.79 788 69.4 83.3 373.9 70.9 445 Lớp 4 Sét pha, nửa cứng 9 13 0.90 731 72.9 87.5 461.4 65.8 527 Lớp 5 Cát pha, dẻo cứng 10 12 0.98 675 73.6 88.3 549.7 60.8 610 Lớp 5 Cát pha, dẻo cứng 11 8 1.00 450 50.0 60.0 609.7 40.5 650 Lớp 5 Cát pha, dẻo cứng 12 4 1.00 225 25.0 30.0 639.7 20.3 660

Lớp 5 Cát pha, dẻo cứng 13 5 1.00 281 31.3 37.5 677.2 25.3 702 Lớp 5 Cát pha, dẻo cứng 14 6 1.00 338 37.5 45.0 722.2 30.4 753 Lớp 5 Cát pha, dẻo cứng 15 8 1.00 450 50.0 60.0 782.2 40.5 823 Lớp 5 Cát pha, dẻo cứng 16 9 1.00 506 56.3 67.5 849.7 45.6 895 Lớp 5 Cát pha, dẻo cứng 17 10 1.00 563 62.5 75.0 924.7 50.6 975 Lớp 5 Cát pha, dẻo cứng 18 11 1.00 619 68.8 82.5 1007.2 55.7 1063 Lớp 5 Cát pha, dẻo cứng 19 11 1.00 619 68.8 82.5 1089.7 55.7 1145 Lớp 5 Cát pha, dẻo cứng 20 11 1.00 619 68.8 82.5 1172.2 55.7 1228

R , R R q A U f L = 823 kN c Tính sức chịu tải của cọc theo số liệu khảo sát địa chất của hố khoan 3 (theo công thức của Viện kiến trúc Nhật Bản 1988):

4a Sét, dẻo cứng 12 14 0.99 788 86.9 104.3 754.2 70.9 825 Lớp 5 Cát pha, dẻo cứng 13 12 1.00 675 75.0 90.0 844.2 60.8 905

Lớp 5 Cát pha, dẻo cứng 15 12 1.00 675 75.0 90.0 1016.7 60.8 1077 Lớp 5 Cát pha, dẻo cứng 16 12 1.00 675 75.0 90.0 1106.7 60.8 1167

4.3.3 Sức chịu tải cực hạn của cọc (Rc,u) theo phương pháp tra bảng (Công thức 10 - mục 7.2.2)

Các thông số tính toán của cọc:

- Loại cọc: Cọc đúc sẵn, cọc vuông, kích thước cọc: 300 x 300 mm

- Diện tích tiết diện Ab = 0.09 m 2

Sức chịu tải cực hạn của cọc (Rc,u) theo công thức Viện kiến trúc Nhật Bản

- c : Hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất,  c 1

- cq , cf : Hệ số điều kiện làm việc của đất dưới mũi cọc và trên thân cọc (tra bảng 4)

- q b : cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc (tra bảng 2

Để tính sức chịu tải cực hạn của cọc (Rc,u), cần xác định cường độ sức kháng của lớp đất thứ "i" trên thân cọc theo bảng 3 Phương pháp tra bảng được áp dụng theo Công thức 10 trong mục 7.2.2, dựa trên số liệu địa chất của HK 1.

Phân loại đất Độ sâu m cq

Lớp 1a Sét pha, dẻo cứng 2 1 1.00 2200 32.4 38.9 38.9 198.0 237 Lớp 2 Sét pha, nửa cứng 3 1.1 1.00 4350 48.0 57.6 96.5 430.7 527 Lớp 2 Sét pha, nửa cứng 4 1.1 1.00 5420 53.0 63.6 160.1 536.6 697 Lớp 3 Sét, nửa cứng 5 1.1 1.00 7760 56.0 67.2 227.3 768.2 996 Lớp 3 Sét, nửa cứng 6 1.1 1.00 8170 58.0 69.6 296.9 808.8 1106

Lớp 4 Sét pha, nửa cứng 7 1.1 1.00 5600 60.0 72.0 368.9 554.4 923 Lớp 4 Sét pha, nửa cứng 8 1.1 1.00 5783 62.0 74.4 443.3 572.5 1016 Lớp 4 Sét pha, nửa cứng 9 1.1 1.00 5967 63.5 76.2 519.5 590.7 1110 Lớp 4 Sét pha, nửa cứng 10 1.1 1.00 6150 65.0 78.0 597.5 608.9 1206 Lớp 4 Sét pha, nửa cứng 11 1.1 1.00 6230 66.4 79.7 677.2 616.8 1294 Lớp 5 Cát pha, dẻo cứng 12 1 1.00 940 18.5 22.2 699.4 84.6 784 Lớp 5 Cát pha, dẻo cứng 13 1 1.00 960 18.7 22.4 721.8 86.4 808 Lớp 5 Cát pha, dẻo cứng 14 1 1.00 980 18.9 22.7 744.5 88.2 833 Lớp 5 Cát pha, dẻo cứng 15 1 1.00 1000 19.1 22.9 767.4 90.0 857 Lớp 5 Cát pha, dẻo cứng 16 1 1.00 1020 19.1 22.9 790.3 91.8 882 Lớp 5 Cát pha, dẻo cứng 17 1 1.00 1040 19.1 22.9 813.2 93.6 907 Lớp 5 Cát pha, dẻo cứng 18 1 1.00 1060 19.2 23.0 836.3 95.4 932 Lớp 5 Cát pha, dẻo cứng 19 1 1.00 1080 19.2 23.0 859.3 97.2 957 Lớp 5 Cát pha, dẻo cứng 20 1 1.00 1100 19.2 23.0 882.4 99.0 981

R , R R   q A  U  f L = 857 kN b Tính sức chịu tải cực hạn của cọc (Rc,u) theo phương pháp tra bảng (Công thức 10 - mục 7.2.2) theo số liệu địa chất của HK 2:

Phân loại đất Độ sâu m  cq  cf q b

Sét pha, nửa cứng 4 1.1 1.00 5420 53.0 63.6 79.8 536.6 616 Lớp

4 Sét pha, nửa cứng 8 1.1 1.00 5783 62.0 74.4 363.0 572.5 936 Lớp

5 Cát pha, dẻo cứng 15 1 1.00 1000 19.1 22.9 573.1 90.0 663 Lớp

Phân loại đất Độ sâu m  cq  cf q b

R , R R   q A  U  f L = 663 kN c Tính sức chịu tải cực hạn của cọc (Rc,u) theo phương pháp tra bảng (Công thức 10 - mục 7.2.2) theo số liệu địa chất của HK 3:

Lớp 2 Sét pha, nửa cứng 3 1.1 1.00 4350 48.0 57.6 64.8 430.7 495 Lớp 2 Sét pha, nửa cứng 4 1.1 1.00 5420 53.0 63.6 128.4 536.6 665 Lớp 2 Sét pha, nửa cứng 5 1.1 1.00 6460 56.0 67.2 195.6 639.5 835 Lớp 2 Sét pha, nửa cứng 6 1.1 1.00 6820 58.0 69.6 265.2 675.2 940 Lớp 4 Sét pha, nửa cứng 7 1.1 1.00 5600 60.0 72.0 337.2 554.4 892 Lớp 4 Sét pha, nửa cứng 8 1.1 1.00 5783 62.0 74.4 411.6 572.5 984 Lớp 4 Sét pha, nửa cứng 9 1.1 1.00 5967 63.5 76.2 487.8 590.7 1079 Lớp 4 Sét pha, nửa cứng 10 1.1 1.00 6150 65.0 78.0 565.8 608.9 1175 Lớp 4 Sét pha, 11 1.1 1.00 6230 66.4 79.7 645.5 616.8 1262

Lớp 4a Sét có các chỉ số như sau: dẻo cứng 12, trọng lượng 1.00, khối lượng 4316, độ ẩm 55.9, độ bền 67.1, và các thông số khác như 712.6, 427.3, 1140 Trong khi đó, Lớp 5 Cát pha với các chỉ số từ 13 đến 20 đều có trọng lượng 1.00, và khối lượng tăng dần từ 960 đến 1100 Độ ẩm và độ bền của lớp này cũng có sự biến đổi, với độ ẩm dao động từ 18.7 đến 19.2 và độ bền từ 22.4 đến 23.0, trong khi các thông số khác như 735.0, 86.4, 821 cho lớp 13 và 895.6, 99.0, 995 cho lớp 20.

- Với chiều sâu dự kiến của mũi cọc là L = 15 mét

- Sức chịu tải cực hạn của cọc:

Bảng tổng hợp sức chịu tải cọc:

Trong đó: 0 : hệ số điều kiện làm việc đối với móng nhiều cọc (mục 7.1.11 TCVN 10304: 204) lấy bằng 1.15

k : hệ số độ tin cậy áp dụng cho trường hợp có cọc thử tĩnh lấy bằng 1.6

n : hệ số tầm quan trọng áp dụng cho công trình cấp III lấy bằng 1.15

Bảng 4.2: Bảng tổng hợp sức chịu tải của cọc theo TCVN 10304:2014 Tổng hợp sức chịu tải của cọc theo TCVN 10304:2014

Sức chịu tải của cọc theo Vật liệu

Sức chịu tải của cọc theo công thức Nhật Bản (SPT) (Lm)

Sức chịu tải của cọc theo phương pháp tra bảng (công thức 10) (Lm)

4.4 Kết quả tính toán sức chịu tải của cọc theo TCXD 205:1998 Móng cọc - Tiêu chuẩn thiết kế

- Tiết diện cọc: cọc vuông 300x300mm, diện tích mũi cọc: Ap = 900 cm 2

- Chiều dài cọc: 15 mét; Số đoạn cọc: 2

- Bê tông cọc Mác 300, Rn = 130 (Kg/cm 2 ); Rb =M(1-1.64n)#4 (Kg/cm 2 )

- Cốt thép cọc mác AIII; Ra = 3550 (Kg/cm 2 ), 4f18 có Fa = 10.18 cm 2

- Chiều dài đoạn cọc chịu ma sát là 15.3 mét

- Cao trình đáy đài cọc so với code 0.0 là hm = 0.9 mét

- Cao trình mũi cọc so với code 0.0 là Zmc = -16.2 mét

4.4.1 Sức chịu tải của cọc theo vật liệu:

Sức chịu tải cực hạn của cọc theo cường độ vật liệu xác định theo công thức sau: vl max b b b ct a

- mb: Hệ số điều kiện làm việc (bê tông chịu nén), mb = 0.85

- F b : Diện tích tiết diện ngang của cọc, F b= 900 cm 2

- Rb :: Cấp độ bền chịu nén của bê tông cọc, Rb = 234 (Kg/cm 2 )

- Rct: Ứng suất nén của cốt thép, Rct = min (Ra , Ea/Eb*Rb), Ea = 2.1 x 10^6 (Kg/cm 2 ), Eb = 2.9 x 10^5 (Kg/cm 2 ) => Rct = 3382.9 (Kg/cm 2 )

- Fa: Diện tích cốt thép trong cọc, Fa = 10.18 cm 2

Ta có: vl max b b b ct a

Sức chịu tải cho phép của cọc theo cường độ vật liệu:

- kv: Hệ số đồng nhất của vật liệu cọc, kv= 1

- m: Hệ số điều kiện làm việc, m = 0.85

- Fb: Diện tích tiết diện ngang của cọc, Fb = 900 (cm 2 )

- Rn: Cường độ nén tính toán của bê tông cọc, Rn = 130 (kg/cm 2 )

- mct: Hệ số điều kiện làm việc của thép, mct = 1.0

- Fa: Diện tích cốt thép dọc trong cọc, Fa= 10.18 (cm 2 )

- Ra: Cường độ tính toán của cốt thép, Ra = 3550 (kg/cm 2 )

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

Sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cường độ đất nền xác định theo Phụ lục B của TCXD 205 – 1998 s p u s p

- FSs: hệ số an toàn của ma sát hông, FSs = 2

- FSp: hệ số an toàn của sức kháng mũi cọc, FSp = 3

- u: chu vi ngoài của tiết diện cọc

- hsi : bề dày của lớp đất thứ i

- fsi : ma sát hông của lớp đất thứ i f si C a   h ' tg a

-  h ' : ứng suất hữu hiệu trong đất theo phương vuông góc với mặt bên của cọc h '  ks v '   1 sin  v '

- Ca : Lực dính giữa thân cọc và đất, cọc BTCT lấy Ca = C

-  a : góc ma sát giữa cọc và đất nền, cọc BTCT lấy  a 

Cường độ của đất dưới mũi cọc tính theo công thức: p c vp q p y q CN  ' N d N

- Nc; Nq; Ny: Hệ số sức chịu tải, phụ thuộc vào phương pháp thi công cọc, hình dạng mũi cọc và ma sát trong của đất

-  vp ' : Ứng suất hữu hiệu trong đất tại độ sâu mũi cọc do trọng lượng bản thân đất theo phương thẳng đứng

-  : Trọng lượng thể tích của đất (T/m 3 ) ở độ sâu mũi cọc

Cường độ chịu tải của đất dưới mũi cọc là yếu tố quan trọng trong thiết kế cọc Để tính toán sức chịu tải của cọc, cần dựa vào chỉ tiêu cường độ của đất nền và các số liệu địa chất thu thập từ khu vực HK 1 Việc xác định chính xác cường độ chịu tải sẽ giúp đảm bảo tính an toàn và hiệu quả trong xây dựng.

STT Zđ Lớp Hi(m) gtn

Ta có: Lực ma sát bên: Qs = 116.7 (tấn)

Cường độ chịu tải của đất dưới mũi cọc: p c vp q p y q  cN  ' N d N

Nc%.8; Nq.7; Ny.1 (Tra bảng Terzaghi)

Ta có: q p  cN c  vp ' N q d N p y  342(tấn)

Sức chịu tải cực hạn của cọc:

Sức chịu tải cho phép của cọc:

(tấn) = 680 (KN) b Tính sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cường độ của đất nền theo số liệu địa chất của HK 2:

Ta có: Lực ma sát bên: Qs = 104 (tấn)

Ta có: q p  cN c  vp ' N q d N p y 337(tấn)

(tấn) = 621 (KN) c Tính sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cường độ của đất nền theo số liệu địa chất của HK 3:

4.4.3 Xác định sức chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT (theo công thức của Nhật Bản, công thức C.2.2 Phụ lục C của TCXD 205:1998)

Sức chịu tải của cọc:

Na là chỉ số SPT của đất dưới mũi cọc

Ns là chỉ số SPT của lớp cát bên thân cọc

Lc là chiều dài đoạn cọc nằm trong đất sét, m

Chiều dài đoạn cọc nằm trong đất cát được ký hiệu là Ls và đo bằng mét Hệ số α phụ thuộc vào phương pháp thi công cọc: với cọc bê tông cốt thép thi công bằng phương pháp đóng, α bằng 0; trong khi với cọc khoan nhồi, α có giá trị khác Để tính sức chịu tải của cọc, cần dựa vào số liệu địa chất của HK 1 theo công thức của Nhật Bản, cụ thể là công thức C.2.2 trong Phụ lục C của TCXD 205:1998.

Lớp đất Phân loại đất Độ sâu (m) SPT

Lớp 1a Sét pha, dẻo cứng 2 0

Lớp 2 Sét pha, nửa cứng 3 11

Lớp 5 Cát pha, dẻo cứng 12 10

Lớp đất Phân loại đất Độ sâu (m) SPT

Chiều sâu mũi cọc dự kiến: 15 mét

Ta có: Na = 14; Ns = 13; Ls = 4; Lc = 11; C= 1.21

Sức chịu tải của cọc được tính theo công thức Q = αN A + N L + CL, với giá trị Q là 42.3 tấn (tương đương 423 kN) Dữ liệu khảo sát địa chất từ hố khoan 2 sẽ được áp dụng theo công thức của Nhật Bản, cụ thể là công thức C.2.2 trong Phụ lục C của TCXD 205:1998.

Lớp đất Phân loại đất Độ sâu SPT

Lớp 1 Sét pha, dẻo mềm 2 0

Ta có: Na = 9; Ns = 8; Ls = 6; Lc = 9; C= 1.21

Q  N A  N L CL d = 33.8 (tấn) = 338 (KN) c Tính sức chịu tải của cọc theo số liệu địa chất của HK 3 (theo công thức của Nhật Bản, công thức C.2.2 Phụ lục C của TCXD 205:1998):

Ta có: Na = 12; Ns = 12; Ls = 12; Lc = 3; C= 1.21 Thế vào công thức:

Bảng 4.3: Bảng tổng hợp sức chịu tải của cọc theo TCVN 205:1998

Tổng hợp sức chịu tải của cọc theo TCXD 205:1998

Sức chịu tải của cọc theo nền đất (Phụ lục B) (Lm)

Pvl (kN) Qa (kN) Qu (kN) Qa (kN)

Tổng hợp sức chịu tải của cọc theo TCXD 205:1998

Sức chịu tải của cọc theo nền đất (Phụ lục B) (Lm)

Pvl (kN) Qa (kN) Qu (kN) Qa (kN)

So sánh kết quả sức chịu tải của cọc theo các tiêu chuẩn

Bảng 4.4: Bảng tổng hợp so sánh kết quả tính toán sức chịu tải của cọc theo các tiêu chuẩn

Sức chịu tải của cọc theo Vật liệu PVL

Sức chịu tải của cọc theo công thức Nhật

Sức chịu tải của cọc phương pháp tra bảng và theo nền đất (Lm)

PVL (kN) P VL (kN) Qa (kN) Qa (kN) Qa (kN) Qa (kN)

Hình 4.6: Đồ thị sức chịu tải của cọc theo tiêu chuẩn TCVN 10304:2014 và TCXD 205:1998

Đánh giá về kết quả thiết kế sức chịu tải của cọc theo tiêu chuẩn TCVN 10304:2014 và TCXD 205:1998

- Sức chịu tải của cọc theo vật liệu của 2 tiêu chuẩn có kết quả gần tương đương nhau

Sức chịu tải của cọc được tính toán theo tiêu chuẩn TCVN 10304:2014 bằng công thức Nhật Bản cho kết quả cao hơn so với tiêu chuẩn TCXD 205:1998 So sánh với kết quả thử tĩnh tải cọc cho thấy tiêu chuẩn năm 1998 có hệ số an toàn cao hơn.

Sức chịu tải của cọc theo nền đất theo tiêu chuẩn TCXD 205:1998 cao hơn so với kết quả tính toán theo tiêu chuẩn TCVN 10304:2014 Điều này cho thấy rằng tiêu chuẩn năm 2014 đã điều chỉnh giảm công thức tính toán sức chịu tải cọc.

Kết quả thử tĩnh tải cọc

Theo báo cáo kết quả thử tĩnh tải cọc của Công ty Cổ phần tư vấn kiểm định công trình xây dựng Sài Gòn

Quy trình tăng tải theo tiêu chuẩn 9393:2012 sử dụng kích thủy lực để tăng tải từng cấp Đối trọng trong quá trình này bao gồm dàn chất tải và các khối bê tông đúc sẵn, tạo ra phản lực cần thiết cho việc tăng tải an toàn và hiệu quả.

Trong lần thử nghiệm đầu tiên, tải trọng được tăng từ 0% lên 100% của tải trọng thiết kế, với mỗi mức tăng là 25% và thực hiện tổng cộng 4 lần Sau khi đạt tải trọng tối đa, tải sẽ được giảm 2 lần, mỗi lần giảm 50% tải trọng thiết kế, cho đến khi tải trở về 0%.

Trong lần thử nghiệm thứ hai, tải trọng được tăng từ 0% lên 200% so với tải trọng thiết kế Mỗi lần tăng, giá trị tải trọng được nâng lên 25% so với tải trọng thiết kế, thực hiện tổng cộng 8 lần tăng, cho đến khi đạt tối đa 200% Sau đó, tải trọng được giảm 4 lần, mỗi lần giảm 50% so với tải trọng thiết kế, cho đến khi tải trở về mức 0%.

 Thời gian duy trì tải, theo dõi và ghi số liệu như bảng 4.5 bên dưới

 Tải thiết kế: Ptk = 55 (tấn)

 Tải thí nghiệm max: PTN max = 2Ptk = 110 (tấn)

Hình 4.7: Mặt bằng cọc thử tĩnh Bảng 4.5: Thời gian theo dõi độ lún và ghi chép số liệu thí nghiệm tại hiện trường

Thời gian duy trì tải trọng thí nghiệm lên đầu cọc thử

Thời gian theo dõi và ghi chép số liệu thí nghiệm

Giữ tải 10 phút để loại trừ các sai số trong quá trình xếp tải

0 % 0 Ghi số liệu ban đầu

Duy trì thời gian thấp nhất là 60 phút và chuyển vị ổn định trong giới hạn quy định

Thời điểm ghi các kết quả chuyển vị là 0 phút;10 phút,

20 phút; 30phút; 45 phút; 60 phút… 360 phút

50 % 27.5 Duy trì thời gian thấp nhất là 30 phút

50 % 27.5 Duy trì thời gian thấp nhất là 30

Thời điểm ghi các kết quả chuyển vị là 0 phút; 10

Thời gian theo dõi và ghi chép số liệu thí nghiệm phút phút, 20 phút; 30 phút

100 % 55 Duy trì thời gian thấp nhất là 30 phút

Trong vòng 24 giờ, cần theo dõi và đạt được độ lún ổn định theo quy định Nếu cọc xuất hiện dấu hiệu bị phá hủy dưới mức tải trọng lớn nhất, có thể giảm về cấp tải trọng trước đó và duy trì tải trọng như đã quy định.

Thời điểm ghi các kết quả chuyển vị là 0 phút; 10 phút, 20 phút; 30 phút; 45 phút; 60 phút; 90 phút; 120 phút; 180 phút; 240 phút;

Tải trọng (% tải trọng TK)

Ghi kết quả ở các thời điểm Thời điểm ghi các kết quả chuyển vị là 0 phút;10 phút,

100 % 110 Duy trì thời gian thấp nhất là 30 phút

Bảng 4.6: Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm các cọc nén tĩnh

Chu kỳ % Ptk Pnén Thời gia giữ tải Độ lún S (mm)

Cọc thử tĩnh 1 Cọc thử tĩnh 2 Cọc thử tĩnh 3 Cọc thử tĩnh 4

Chu kỳ % Ptk Pnén Thời gia giữ tải Độ lún S (mm)

Kết quả từ thí nghiệm nén tĩnh trên bốn cọc thử, bao gồm cọc thử tĩnh 1 (C48), cọc thử tĩnh 2 (C127), cọc thử tĩnh 3 (C193) và cọc thử tĩnh 4 (C256), đã được tổng hợp và phân tích.

Bảng 4.7 trình bày kết quả thử nghiệm tĩnh tải cọc trong chu kỳ 1 Dưới tải trọng thí nghiệm 55 tấn, tương đương 100% tải trọng thiết kế, cọc thử được giữ tải trong 6 giờ, cho thấy độ lún của cọc.

Sau khi giảm tải về 0 và giữ tải trong 60 phút thì độ lún Sdư 1 của cọc thử

Cọc thử tĩnh 4 (C256) 1.11 mm Đánh giá: Kết quả chuyển vị các cọc thử qua quá trình thử tải tại chu kỳ 1 trong giới hạn cho phép

Bảng 4.8: Bảng tổng hợp kết quả chuyển vị thử tĩnh tải cọc chu kỳ 2

Dưới tải trọng của tải trọng thí nghiệm 110 tấn (200% tải trọng thiết kế) và giữ tải trong 24 giờ thì độ lún của cọc thử

Sau khi giảm tải về 0 và giữ tải trong 60 phút thì độ lún Sdư 2 của cọc thử

Cọc thử tĩnh 4 (C256) có đường kính 3.46 mm đã được đánh giá với kết quả chuyển vị trong giới hạn cho phép qua quá trình thử tải tại chu kỳ 2 Thí nghiệm được thực hiện theo tiêu chuẩn TCVN 9393:2012, áp dụng phương pháp thử nghiệm tại hiện trường bằng tải ép tĩnh dọc trục.

Bốn cọc thử đều đáp ứng tiêu chuẩn về khả năng chịu tải và độ lún cho phép, cho thấy mối tương quan giữa chuyển vị và tải trọng tác động là bình thường.

- 4 cọc thử đều đạt yêu cầu thiết kế

- Chọn sức chịu tải cọc đơn Ptk = 55 (tấn)

Kết quả thử tĩnh tải cọc cho thấy khả năng chịu tải chính xác của cọc, với độ lún khi thử tải ở 2 Ptk = 110 tấn vẫn trong giới hạn cho phép Điều này chứng minh rằng sức chịu tải của cọc có thể lớn hơn 55 tấn.

Nhận xét: Có sự chênh lệch lớn giữa thiết kế và thí nghiện nén tĩnh

- Thiết kế cọc 15 mét có sức chịu tải cọc là 55 (tấn)

- Thí nghiệm nén tĩnh cọc 10 mét đã đạt được sức chịu tải cọc là 55 (tấn) (chưa phá hoại - giá trị thực tế có thể lớn hơn)

Kết quả từ các phương pháp khác nhau cho thấy sự sai khác đáng kể, có khả năng liên quan đến thông số địa chất trong báo cáo khảo sát Những thông số này dường như thấp hơn thực tế, có thể do thiết bị khoan, quy trình lấy mẫu không chuẩn hoặc thao tác thí nghiệm chưa chính xác Để có đánh giá chính xác hơn về dự báo, tôi sẽ sử dụng phần mềm Plaxis 2D để tính toán lại sức chịu tải của cọc thông qua mô phỏng nén tĩnh tải cọc.

Ứng dụng phần mềm Plaxis để tính toán sức chịu tải cọc từ phương pháp phần tử hữu hạn

4.8.1 Kết quả tính toán bằng phần mềm Plaxis 2D

Để xác định sức chịu tải thực tế của đất nền, chúng tôi sử dụng phần mềm Plaxis 2D để mô phỏng quá trình nén tĩnh tải cọc Qua đó, chúng tôi xác định tải trọng tác dụng và chuyển vị đứng qua các chu kỳ, cũng như chuyển vị tổng, sau đó so sánh với kết quả chuyển vị trong báo cáo thử tĩnh tải cọc.

Hình 4.8: Quan hệ biến dạng và ứng suất theo mô hình Hardening

Soil và mô hình Mohr-Coulomb

 Mô hình cọc là phần tử tấm, gán vật liệu là vật liệu đàn hồi

 Gán tải tập trung, dạng tải trọng tĩnh để làm tải trọng thử tĩnh tác dụng lên cọc

Trong quá trình thử tĩnh tải cọc, cần thực hiện việc gán các chu kỳ tương ứng với từng chu kỳ thử nghiệm Kết quả chuyển vị theo phương thẳng đứng của cọc sẽ được xem xét sau khi chịu tác động của tải trọng qua các chu kỳ.

4.8.2 Thông số để nhập vào phần mềm Plaxis Để mô phỏng lại quá trình thử tĩnh tải cọc, em dùng mô hình Hardening Soil để khai báo, với các thông số chủ yếu như sau:

 E 50 ref là Module cát tuyến (secant stiffness) được xác định từ thí nghiệm nén 3 trục (với áp lực buồng p ref ở cấp tải bằng 50% cường độ phá hoại)

 E ur ref là Module ở đường dỡ tải - gia tải lại (unloading - reloading), gán số liệu trong plaxis lấy giá trị mặc định là E ur ref 3E 50 ref

 E 0 ref ed là Module tiếp tuyến hay module cố kết (tangent stiffness) xác định từ thí nghiệm nén 1 trục không nở hông (Oedometer) (tại áp lực đứng p ref = -σ 1 )

  ur là Hệ số poisson trong giai đoạn dỡ tải, gia tải lại

 P ref là áp lực buồng (σ 3 ) trong thí nghiệm nén 3 trục, Plaxis lấy mặc định giá trị p ref = 100 kPa

Tham số m trong công thức tính toán là một yếu tố quan trọng, với giá trị m nằm trong khoảng từ 0.5 đến 1 Cụ thể, m = 0.5 được áp dụng cho đất cát, trong khi m = 1 được sử dụng cho đất sét Tham số này thể hiện sự phụ thuộc của module biến dạng vào trạng thái ứng suất của đất nền.

Hình 4.9: Module E50 và Eur trong thí nghiệm nén 3 trục m ref ref p c

Hình 4.10: Module E 0 ref ed trong thí nghiệm nén 1 trục

Sử dụng các số liệu địa chất của hố khoan 2 để thực hiện mô phỏng

Theo hồ sơ khảo sát địa chất đã thực hiện, không có thí nghiệm về chỉ số Mondun biến dạng E, theo Phụ lục E của (9351:2012, 2012) (theo Tassios, Anagnostopoulos), ta có:

Hệ số a được xác định là 40 khi giá trị Nspt lớn hơn 15 và bằng 0 khi Nspt nhỏ hơn 15 Hệ số c sẽ được xác định dựa trên loại đất.

- c được lấy bằng 3,0 với đất loại sét;

- lấy bằng 3,5 với đất cát mịn;

- lấy bằng 4,5 với đất cát trung;

- lấy bằng 7,0 với đất cát thô;

- lấy bằng 10,0 với đất cát lẫn sạn sỏi;

- lấy bằng 12,0 với đất sạn sỏi lẫn cát

Thay các thông số các lớp đất vào công thức, ta có hệ số biến dạng các lớp đất như sau:

Lớp đất Trạng thái đất

Chỉ số SPT trung bình a c Es

Lớp 2 Á sét, lẫn sạn, nửa cứng 16 40 10 26 26000

Các thông số E 50 ref , E ur ref , E 0 ref ed lấy giá trị gần đúng như sau: E 50 ref E oed ref E s , s ref ref ur E E

Hệ số poisson () của đất lấy từ (0.2÷0.5), theo số liệu sau:

Hình 4.11: Giá trị hệ số poisson của đất

Tạo hố khoan, chiều dày các lớp đất

Khai báo thông số các lớp đất:

Tạo các pha tính toán:

Kết quả từ phần mềm Plaxis 2D:

Qua quá trình thử nghiệm, cọc có khả năng chịu tải trọng 110 tấn (2 Ptk), nhưng chuyển vị Uy = 23.4 mm lại lớn hơn nhiều so với giá trị trong báo cáo thử tĩnh tải cọc (cọc thử tĩnh 3 có Uy = 10.27 mm) Điều này chỉ ra rằng các thông số của các lớp đất có thể chưa phản ánh đúng thực tế.

Để tối ưu hóa khả năng chịu tải của mũi cọc, chúng ta cần điều chỉnh các thông số của lớp đất tại vị trí mũi cọc Cụ thể, bước đầu tiên là thực hiện điều chỉnh thông số lớp đất ngay tại mũi cọc.

Tăng lớp đất 5, lớp đất tại vị trí cọc dừng khi thực hiện ép thử tĩnh cọc Theo báo cáo khảo sát địa chất:

Trạng thái đất chỉ số SPT

Lớp 2 Á sét, lẫn sạn, nửa cứng 16 26000 15 30

Lớp 5 Á cát, dẻo 10 19200 28.39 12.1 Điều chỉnh thông số C của lớp đất 5:

Lớp 2 Á sét, lẫn sạn, nửa cứng 16 26000 15 30

Thực hiện chạy phần mềm, xuất kết quả chuyển vị:

Mặc dù chuyển vị đã giảm, nhưng vẫn cao hơn so với chuyển vị trong thử tĩnh tải cọc, cụ thể là 16.47 mm so với 10.27 mm.

Tiếp tục hiệu chỉnh thông số C của lớp 5 này Từ c = 30 thành c = 35, chạy mô hình:

Chuyển vị đã giảm nhưng vẫn cao hơn so với chuyển vị trong thử tĩnh tải cọc, với giá trị Uy đạt 14.99 mm so với 10.27 mm của thử tĩnh tải cọc.

Tiếp tục hiệu chỉnh thông số:

- Modun đàn hồi của đất nền E ở lớp 4 từ 21600 thành 26000 và của lớp 5 từ 19200 thành 26000

- Giữ c của lớp 5 với c = 35, chạy mô hình:

Ta thấy chuyển vị của mô hình đã tương đương so với chuyển vị của thử tĩnh tải cọc (Uy = 10.79 mm so với 10.27 mm của thử tĩnh tải cọc)

Khi so sánh kết quả chuyển vị ở các giai đoạn tải khác nhau với chuyển vị của từng giai đoạn trong thử tĩnh tải cọc, chúng ta nhận thấy rằng vẫn tồn tại sự chênh lệch về chuyển vị giữa các giai đoạn tải.

Bảng 4.9: Bảng so sánh chuyển vị của cọc thử tĩnh 3 và kết quả chuyển vị từ mô phỏng Plaxis sau hiệu chỉnh thông số của đất

Chuyển vị Uy (mm) Ghi chú

Cọc thử tĩnh 3 Điều chỉnh thông số của đất

Chuyển vị Uy (mm) Ghi chú

Cọc thử tĩnh 3 Điều chỉnh thông số của đất

Sau khi tinh chỉnh các hệ số của các lớp đất, chuyển vị ở các giai đoạn tải không thay đổi nhiều, nhưng có sự thay đổi đáng kể khi điều chỉnh thông số ở lớp đất số 4 và lớp đất số 5, gần mũi cọc Vì vậy, không cần tiếp tục hiệu chỉnh thông số của đất Bộ thông số đất phù hợp cho nền đất tại khu vực này là bộ thông số sau khi điều chỉnh ở lần 3.

Hình 4.12: So sánh chuyển vị của cọc thử tĩnh 3 và chuyển vị sau khi hiệu chỉnh thông số đất

Sau khi điều chỉnh, ta có bảng thông số đất trước và sau khi hiệu chỉnh như sau:

Chuyển vị S (mm) Cọc thử tĩnh 3 Chuyển vị S (mm) điểu chỉnh thông số đất

Hình 4.13: So sánh Modun đàn hồi E

Hình 4.14: So sánh lực dính của đất

Sử dụng bộ thông số của đất sau khi điều chỉnh để tính toán lại sức chịu tải của cọc với chiều dài cọc 15 mét và chiều dài cọc 10 mét

Trong các phương pháp tính toán của đề án, việc thay đổi hệ số lực dính và Modun đàn hồi của đất không ảnh hưởng đến kết quả tính toán Chỉ có sức chịu tải của cọc được xác định dựa trên chỉ tiêu cường độ đất nền theo Phụ lục B của TCXD.

205 – 1998 là có thông số lực dính

Ta sẽ tính toán lại sức chịu tải của cọc khi áp dụng công thức này, cụ thể: s p u s p

- FSs: hệ số an toàn của ma sát hông, FSs = 2

- FSp: hệ số an toàn của sức kháng mũi cọc, FSp = 3

- u: chu vi ngoài của tiết diện cọc

- hsi : bề dày của lớp đất thứ i

- fsi : ma sát hông của lớp đất thứ i f si C a   h ' tg a

-  h ' : ứng suất hữu hiệu trong đất theo phương vuông góc với mặt bên của cọc h ' ks v '   1 sin  v '

- Ca : Lực dính giữa thân cọc và đất, cọc BTCT lấy Ca = C

-  a : góc ma sát giữa cọc và đất nền, với cọc BTCT lấy  a 

Cường độ của đất dưới mũi cọc tính theo công thức: p c vp q p y q  CN  ' N d N

- Nc; Nq; Ny: Hệ số sức chịu tải, phụ thuộc vào hình dạng mũi cọc, phương pháp thi công cọc và ma sát trong của đất

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

- qp : cường độ chịu tải của đất dưới mũi cọc

-  : Trọng lượng thể tích của đất ở độ sâu mũi cọc T/m 3

- Ap : tiết diện cọc a Tính sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cường độ của đất nền với chiều dài cọc 15 mét:

(tấn) = 736 (KN) b Tính sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cường độ của đất nền với chiều dài cọc 10 mét:

Bảng 4.10: Bảng so sánh kết quả tính toán đối với thông số đất điều chỉnh

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

Theo thông số địa chú chất của báo cáo khảo sát

Theo thông số địa chất điều chỉnh

Qa (kN) Qa (kN) Qa (kN)

Khi thực hiện tính toán với các thông số địa chất đã được điều chỉnh, chúng tôi nhận thấy rằng kết quả tính toán có sự thay đổi, nhưng mức độ thay đổi này không đáng kể so với kết quả thử nghiệm tĩnh và mô phỏng bằng Plaxis.

Khi tính toán chiều dài cọc 10 mét, giá trị sức chịu tải cọc thấp hơn nhiều so với kết quả thử tĩnh tải, cho thấy công thức tính toán chưa bao quát hết các thông số của đất nền, do đó không phản ánh đầy đủ khả năng chịu lực của đất.

Vẫn còn sự chênh lệch lớn so với kết quả thử tĩnh tải cọc và kết quả mô phỏng từ phần mềm Plaxis.

Tiêu đề	So sánh các phương pháp xác định sức chịu tải cọc ép trong công trình dân dụng tại quận Tân Bình Thành phố Hồ Chí Minh
Tác giả	Lê Quốc Đạt
Người hướng dẫn	TS. Võ Nguyễn Phú Huân
Trường học	Trường Đại Học Mở Thành Phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Kỹ thuật xây dựng
Thể loại	Đề án tốt nghiệp
Năm xuất bản	2024
Thành phố	Thành phố Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	111
Dung lượng	5,66 MB