Tiểu luận nền mống nâng cao ma sát âm

Cho nên để hiểu đầy đủ và một cách tổng quát về khả năng ứng xử của cọc và đất nền hết sức quan trọng, trong đó hiện tượng ma sát âm ảnh hưởng rất lớn đến sức chịu tải của cọc, nếu trong

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay cùng với sự phát triển của nền công nghiệp đã góp phần đáng kể vào

sự phát triển toàn diện của đất nước chúng ta Vì thế cũng cần phải có những cơ sở hạtầng phát triển nhằm phục vụ cho công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước Vì thế vấn

đề đặt ra là làm thế nào chúng ta có thể xây dựng những cơ sở hạ tầng vững chắc,những công trình mang tầm vóc quốc gia và từ đây việc thiết kế những công trình hếtsức quan trọng để đảm bảo sự ổn định và vững chắc của các công trình xây dựng được

sử dụng lâu dài Chính vì thế mà việc thiết kế nền móng công trình giữ vai trò quantrọng và là tiêu chí hàng đầu đánh giá sự ổn định và tồn tại của công trình nhằm giảmnhững thiệt hại về kinh tế về con người do sự cố công trình gây ra Cũng xuất phát từnhững yêu cầu như thế mà công tác thiết kế nền móng xây dựng ngày càng được đánhgiá cao trong công tác thiết kế Để chọn được một phương án móng phù hợp cho mộtcông trình đòi hỏi người kỹ sư phải có một kiến thức sâu rộng để đưa ra những phương

án móng phù hợp như móng nông, móng cọc… Tuy nhiên, trong tất cả các phương án

đó thì móng cọc ngày nay được sử dụng phổ biến hơn cho các công trình cao tầng,

công trình chịu được tải trọng lớn Cho nên để hiểu đầy đủ và một cách tổng quát về

khả năng ứng xử của cọc và đất nền hết sức quan trọng, trong đó hiện tượng ma sát

âm ảnh hưởng rất lớn đến sức chịu tải của cọc, nếu trong tính toán không xét đến khả

năng ma sát âm sẽ dẫn tới sự cố không mong muốn của công trình trong quá trình khai

thác sử dụng

Trong phần nghiên cứu của tiểu luận này chúng ta chỉ đi vào một phần nhỏ của

ma sát âm Bao gồm những yếu tố sau:

- Định nghĩa ma sát âm là gì.

- Nguyên nhân gây ra ma sát âm.

- Các yếu tố ảnh hưởng

- Cơ sở tính toán khi xét đến ma sát âm.

- Ảnh hưởng ma sát âm đến móng công trình.

- Các biện pháp khắc phục ma sát âm trong việc xử lý nền móng công trình.

- Tính toán cho công trình thực tế.

Do kiến thức còn hạn chế nên quá trình làm báo cáo tiểu luận này rất mong sựgóp ý của Thầy cùng các bạn trong lớp nhằm giải quyết được những gì thiếu sót và cụthể hơn

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ MA SÁT ÂM

1.2 Các nguyên nhân gây ra ma sát âm

1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến ma sát âm

1.4 Ảnh hưởng ma sát âm đến nền móng công trình

1.5 Các ảnh hưởng thực tế đến công trình

CHƯƠNG II TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC KHI CÓ XÉT MA SÁT ÂM

2.1 Các bước tính toán sức chịu tải cọc có xét đến ma sát âm

2.2 Lý thuyết tính toán

2.2 Tính theo tiêu chuẩn Nhật Bản

CHƯƠNG III CÁC BIỆN PHÁP LÀM GIẢM ẢNH HƯỞNG MA SÁT ÂM

3.1 Biện pháp làm tăng nhanh tốc độ cố kết của đất

3.2 Biện pháp làm giảm ma sát giữa đất và cọc trong vùng ma sát âm

3.3 Dùng sàn giảm tải có xử lý cọc (làm giảm tải trọng tác dụng vào đấtnền)

3.4 Một số giải pháp cụ thể

CHƯƠNG IV NHẬN XÉT – KIẾN NGHỊ - TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH THỰC TẾ.

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ MA SÁT ÂM

Đối với công trình sử dụng móng cọc, cọc được đóng vào trong tầng đất nền cóquá trình cố kết chưa hoàn toàn, khi tốc độ lún của đất nền dưới công trình nhanh hơntốc độ lún của cọc theo chiều đi xuống, thì sự lún tương đối này phát sinh ra lực kéoxuống của tầng đất đối với cọc làm giảm khả năng chịu tải của cọc gọi là ma sát âm,lực kéo xuống gọi là ma sát âm

Ma sát âm (tiếng Anh negative skin friction) là hiện tượng đất xung quanh cọc

bị lún cố kết lớn hơn chuyển vị xuống dưới/biến dạng nén của cọc; việc này gây thêmmột tải trọng hướng xuống lên cọc Ma sát âm trên cọc là yếu tố không thể bỏ qua khithiết kế móng cọc trong khu vực mới san nền trên đất yếu và trong vùng chịu ảnhhưởng của hiện tượng hạ mực nước ngầm Ma sát âm biến động theo thời gian, phụthuộc vào tốc độ cố kết của đất và tốc độ lún của cọc

Lực ma sát âm xảy ra trên một phần thân cọc phụ thuộc vào tốc độ lún đất xungquanh cọc và tốc độ lún của cọc Lực ma sát âm có chiều hướng thẳng đứng xuốngdưới, có khuynh hướng kéo cọc đi xuống, do đó làm tăng lực tác dụng lên cọc Ta cóthể so sánh sự phát sinh ma sát âm và ma sát dương thông qua hình sau:

N

Hình 1: Sự phát sinh ma sat dương

Hình 2: Ma sát âm có lớp đất đắp mới xảy ra cố kết do trọng lượng bản thân

ĐỀ TÀI TIỂU LUẬN: ẢNH HƯỞNG MA SÁT ÂM ĐẾN SỨC CHỊU TẢI CỦA 5

Hình 3: Ma sát âm khi lớp sét yếu cố kết do thoát nước hoặc có thêm lớp đất

đắp mới

Qua các hình minh họa trên ta thấy được ma sát âm có thể xuất hiện trong mộtphần đoạn của thân cọc hay toàn thân cọc, phụ thuộc vào chiều dày của lớp đất yếuchưa cố kết Trong trường hợp ma sát âm tác dụng trên toàn thân cọc thì rất nguyhiểm, sức chịu tải của cọc không những không kể đến sức chịu tải do ma sát hông củađất và cọc mà còn bị ma sát âm kéo xuống Sức chịu tải lúc này chủ yếu là sức chịu tảicủa mũi cọc, chống lên nền đất cứng hay đá

Trường hợp cọc xuyên qua lớp đất mềm cắm vào lớp đất cứng và lớp đất mềmđang diễn tiến lún do cố kết bởi lớp gia tải trên mặt hay do hạ mực nước ngầm,…, mà

độ lún các lớp đất lớn hơn độ lún của cọc thì phần lớp đất yếu có chuyển vị đứng nhiềuhơn chuyển vị đứng của thân cọc bên cạnh và các lớp bên trên nó gây ra lực ma sát

âm Ngay cả trong trường hợp cọc chỉ nằm trong lớp đất yếu không tựa mũi vào lớpđất cứng, còn gọi là cọc treo cũng có thể bị tác động bởi ma sát âm dưới tác động củatải bên trên mặt đất hoặc do các tác động gây ra biến dạng đất nền như hạ mực nướcngầm (lún), hoặc dâng mực nước ngầm (nở)

Lực ma sát âm không chỉ tác động lên mặt bên thân cọc mà còn tác dụng lênmặt bên của đài cọc, hoặc mặt bên của mố cầu hay tường chắn có tựa lên cọc

Khi tác động tải lên công trình gây ra lún của cọc và giảm độ dịch chuyểntương đối giữa đất và cọc (đồng nghĩa giảm ma sát âm), ít nhất ở phần trên và nhiềuhơn ở đoạn dưới Trong thực tế tính toán, những hoạt tải ngắn hạn nó được xem xétkhi gây ra được sự giảm ma sát âm.

Một điều dễ dàng thấy rằng, mặt dù có độ lún của lớp đất xung quanh cọc, lựckéo xuống (ma sát âm) sẽ không xuất hiện nếu sự chuyển dịch xuống phía dưới củacọc dưới tác dụng của tĩnh tải và hoặc hoạt tải lớn hơn độ lún của đất nền Vì vậy mốiquan hệ giữa biến dạng lún của nền và biến dạng lún của cọc là nền tảng cơ bản để lực

ma sát âm xuất hiện

Quá trình xuất hiện ma sát âm được đặc trưng bởi độ lún của đất gần cọc và tốc

độ lún tương ứng của đất lớn hơn độ lún và tốc độ lún của cọc xảy ra do tác động củatải trọng Trong trường hợp này đất gần cọc như buông khỏi cọc, còn tải trọng thêm sẽcộng vào tải trọng ngoài tác dụng lên cọc Thông thường hiện tượng này xảy ra khi cọcxuyên qua lớp đất có tính cố kết và độ dày lớn, khi có phụ tải tác dụng lên mặt đấtquanh cọc

Khi nền công trình được tôn cao, gây ra tải trọng phụ tác dụng xuống lớpđất bên dưới làm xảy ra hiện tượng cố kết cho lớp nền bên dưới, hoặc chính do tảitrọng bản thân làm cho lớp đất nền đắp xảy ra quá trình tự cố kết Ta xét các trườnghợp cụ thể sau:

- Trường hợp 1:

Khi có một lớp đất sét đắp trên một tầng đất dạng hạt mà cọc sẽ xuyên qua nó,tầng đất sẽ cố kết dần dần Quá trình cố kết này sẽ sinh ra một lực ma sát âm tác dụngvào cọc trong suốt quá trình cố kết

- Trường hợp 2:

hình (1) hình (2)

Hình 4: Các trường hợp xuất hiện ma sát âm do tôn nền

Khi có một tầng đất dạng hạt, đắp phía trên một tầng sét yếu, nó sẽ gây ra quátrình cố kết trong tầng sét yếu và tạo ra một lực ma sát âm tác dụng vào cọc

- Trường hợp 3:

Khi có một tầng đất dính đắp phía trên một tầng sét yếu, nó sẽ gây ra quá trình

cố kết trong cả hai tầng đất đắp và tầng đất sét và tạo ra lực ma sát âm tác dụng vàocọc

Trường hợp các cọc được tựa trên tầng đất cứng và có tồn tại tải trọng bề mặt,xảy ra trong các trường hợp sau đây:

H

cấu trúc lại của nền sét vì vậy biến dạng lún (nhỏ) của nền sét sẽ xảy ra dưới tác dụngcủa tải trọng bản thân của nền sét.

SétL

z

Cát xốpTải trọng bề mặt

hình (5) hình (6)

Hình 5: Các trường hợp xuất hiện ma sát âm do tôn nền

Việc xác định mối quan hệ độ lún của đất nền phía trên và của cọc là cần thiết

để đề ra giải pháp xử lý phù hợp đối với vấn đề đó Trong các trường hợp nơi mà đấtnền ở phần trên lún xuống phía dưới lớn hơn độ lún của cọc, một giải pháp an toàn cóthể có được khi giả thiết tải trọng truyền hoàn toàn tới đỉnh của lớp đất nền phía dưới

Cọc đóng trên nền chưa kết thúc cố kết: trong thực tế một tình huốngthường xuyên gặp phải trong thiết kế cầu đường nơi mà lực ma sát âm có thể xảy ra.Các cọc đã được thi công xong trong khi nền đất chưa kết thúc cố kết, mố cầu đã đựơcxây dựng và đất nền đã được đắp Độ lún của nền đất dọc theo thân cọc có thể rất khókhăn để loại bỏ, vì vậy lực ma sát âm thường xảy ra với dạng kết cấu như hình 5.3,thậm chí còn có khuynh hướng tạo ra chuyển dịch ngang của mố cầu, nhưng sự dịchchuyển này có thể giảm thể nếu ta sử dụng một số giải pháp thiết kế nền móng hợp lý

Ma sát âm chỉ xảy ra một bên cọc do phần đường vào cầu có lớp đất đắp caolàm cho lớp đất bên dưới bị lún do phải chịu tải trọng của lớp đất này, còn phần bênkia mố (bờ sông) không chịu tải trọng đắp nên lớp đất không bị lún do tải trọng ngoài,

do đó cọc không ảnh hưởng ma sát âm Vì vậy, một bên cọc chịu ma sát âm còn mộtbên chịu ma sát dương

Tầng chịu lựcTầng chịu lực

Hình 6: Hiện tượng ma sát âm do việc đóng cọc mố cầu vào nền đất yếu chưa

kết thúc cố kết hoặc còn ở trạng thái tự nhiên

Hình 7: Ảnh hưởng ma sát âm làm biến dạng công trình do khối đất đắp gây ra

Ngoài ra, việc hạ mực nước ngầm làm tăng ứng suất thẳng đứng có hiệu tạimọi điểm của đất nền Vì vậy, làm tăng độ lún cố kết của nền đất Lúc đó, tốc độ lúnđất xung quanh cọc vượt quá tốc độ lún của cọc dẫn đến xảy ra hiện tượng kéo cọc đixuống của lớp đất xung quanh cọc

Hiện tượng này được giải thích như sau: khi hạ mực nước ngầm thì:

- Phần áp lực nước lỗ rổng u sẽ giảm

- Phần áp lực có hiệu thẳng đứng σh lên các hạt rắn của đất tăng.

Xem biểu đồ tương quan giữa u và σh trong trường hợp bài toán nén một chiều

và tải trọng q phân bố đều khắp.

Khối đất đắp

Hình 8: Biểu đồ tương quan giữa áp lực nước lỗ rổng u và áp lực có hiệu

thẳng đứng lên hạt rắn của đất σh trong trường hợp bài toán 1 chiều và tải trọng

ngoài phân bố đều khắp.

Trong đó:

 σh = p = const: ứng suất toàn phần

 Ha : vùng hoạt động của ứng suất phân bố trong đất

 Đất bình thường: Ha tương ứng với chiều sâu mà tại đó σh =0.2σbt.

 Đất yếu: Ha tương ứng với chiều sâu mà tại đó σh =0.1σbt.

 σbt: ứng suất do trọng lượng bản thân của lớp đất có chiều dày Ha

Theo TCVN 205 – 1998: Hiện tượng ma sát âm nên được xét trong các trườnghợp sau:

- Sự cố kết chưa kết thúc của trầm tích hiện đại và trầm tích kiến tạo

Lớp đất tốt

Đất yếu

const q

z = =σ

max

u

u

0min =

- Sự tăng độ chặt của đất rời dưới tác dụng của động lực.

- Sự lún ướt của đất khi bị ngập nước

- Mực nước ngầm hạ thấp làm cho ứng suất có hiệu tăng lên, dẫn đến tăngnhanh tốc độ lún cố kết của nền

- Nền công trình được tôn cao lớn hơn 1m trên nền đất yếu

- Phụ tải trên nền với tải trọng từ 2T/m2 trở lên

- Sự giảm thể tích trong đất do chất hữu cơ bị phân hủy…

Ma sát âm là một hiện tượng phức tạp và nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố như:

- Loại cọc, chiều dài cọc, phương pháp hạ cọc, mặt cắt ngang của cọc, bề mặttiếp xúc giữa cọc và đất nền, sự co nắn đàn hồi của cọc

- Đặt tính cơ lý của đất, chiều dày của lớp đất yếu, tính trương nở của đất

- Tải trọng tính toán (chiều cao đắp nền, phụ tải)

- Thời gian chất tải đến khi xây dựng công trình

- Độ lún của nền sau khi đóng cọc, độ lún của móng cọc

- Quy luật phân bố ma sát âm trên cọc

Trị số lực ma sát âm có liện quan tới sự cố kết của đất, phụ thuộc trực tiếp vàoứng suất hữu hiệu của đất xung quanh cọc Như vậy lực ma sát âm phát triển theo thờigian và có trị số lớn nhất khi kết thúc quá trình cố kết của đất

Bất kỳ một sự dịch chuyển nào xuống phía dưới của nền đất đối với cọc đềusinh ra lực ma sát âm Tải trọng này có thể truyền hoàn toàn từ đất nền cho cọc khimối tương quan về chyển vị khoảng từ 3mm đến 15mm hoặc 1% đường kính cọc Khichuyển vị tương đối của đất tới 15mm thì lực ma sát âm được phát huy đầy đủ Mộtđiều thường được giả thiết trong thiết kế khi cho rằng toàn bộ lực ma sát âm sẽ xảy rakhi mà có một sự chuyển dịch tương đối của đất nền được dự đoán trước

Khi cọc trong đất, thì sức chịu tải của cọc được thể hiện qua thành phần ma sát(dương) xung quanh cọc và sức kháng mũi cọc Khi cọc bị ảnh hưởng lực ma sát âmthì sức chịu tải của cọc sẽ giảm vì lúc này ngoài chuyển vị của cọc, cọc còn phải gánhthêm một lực kéo xuống mà ta gọi là lực ma sát âm Ngoài ra qúa trình cố kết của lớpđất, đã gây nên khe hở giữa đài cọc và lớp đất dưới đài, giữa cọc và đất xung quanhcọc, từ đó gây tăng thêm ứng lực phụ tác dụng lên móng cọc Đối với đất trương nở,

ma sát âm có thể gây nên tải trọng phụ rất lớn tác dụng lên móng cọc

Trong một số trường hợp lực ma sát âm khá lớn, có thể vượt qua tải trọng tácdụng lên đầu cọc nhất là cọc có chiều dài lớn Chẳng hạn (1972) Fellenius đã đo quátrình phát triển của lực ma sát âm của hai cọc bê tông cốt thép được đóng qua lớp đấtmềm dẻo dày 40m và lớp cát dày 15m cho thấy: sự cố kết lại của lớp sét mềm bị xáotrộn do đóng cọc đã tạo ra lực kéo xuống 300kN trong thời gian 5 tháng và 16 thángsau khi đóng cọc thì mỗi cọc chịu lực kéo xuống 440kN

Johanessen và Bjerrum đã theo dõi sự phát triển hiện tượng ma sát âm của cọcthép xuyên qua lớp đất sét dày 53m và mũi cọc tựa trên nền đá Lớp đất đắp bằng cátdày 10m, quá trình cố kết của lớp đất sét đã gây ra độ lún 1.2m và lực kéo xuốngkhoảng 1500kN ở mũi cọc Ứng suất ở mũi cọc ướt tính đạt tới 190kN/m2 và có khảnăng xuyên thủng lớp đá

Đối với việc sử dụng giếng cát: ma sát âm làm hạn chế quá trình cố kết của nền

đất yếu có dùng giếng cát Hiện tương ma sát âm gây ra hiệu ứng treo của đất xungquanh giếng cát, lớp đất xung quanh giếng cát bám vào giếng cát làm cản trở độ lún vàcản trở quá trình tăng khả năng chịu tải của đất nền xung quanh giết cát

Qua phân tích trên cho thấy tác dụng chính của lực ma sát âm làm gia tăng lựcnén dọc trục cọc, làm tăng độ lún của cọc, ngoài ra đo lớp đất đắp bị lún tạo ra khe hởgiữa đài cọc và lớp đất bên dưới đài có thể thay đổi mômen uống tác dụng lên đài cọc.Lực ma sát âm làm hạn chế quá trình cố kết thoát nước của nền đất yếu khi có gia tảitrước và có dùng giếng cát, cản trở quá trình tăng khả năng chịu tải của đất nền xungquanh giếng cát Ngoài ra lực ma sát âm làm tăng tải trọng ngang tác dụng lên cọc

Sự cố của móng cọc do ma sát âm gây ra đã được ghi nhận ở nhiều nứơc như

Mỹ (Moore, 1947; Roberts & Darragh, 1963; Garlander 1974), Pháp (Florentin &L'Heriteau, 1948), Argentina (Moretto Bolognesi, 1960), Liên Xô (Iovchuk &Babitskii, 1967), Canada (Stermac, 1968) và Nhật Bản (Kishida & Takano, 1976) Các

sự cố thường gặp là một số cây cọc trong cụm cọc bị mất khả năng chịu tải và bị kéorời khỏi móng hoặc nghiêm trọng hơn là toàn bộ công trình xây dựng trên móng cọc bịlún quá mức cho phép

Ở Việt Nam, hiện tượng ma sát âm trên cọc có thể là nguyên nhân chính dẫnđến sự cố nền móng của một số công trình xây dựng như:

Nhà của khoa vật lý thuộc trường Đại học sư phạm Hà Nội sử dụng cọc đóngtiết diện 30x30 cm Do ảnh hưởng của hiện tượng hạ mực nước ngầm xung quanh khuvực nhà máy nước Mai Dịch, móng của công trình đã bị lún làm hư hỏng kết cấu bêntrên

Một số chung cư và công trình công cộng tại khu vực Ngọc Khánh, ThànhCông và lân cận: Đây là các khối nhà xây dựng trên móng nông Nền đất khu vực nàyrất yếu, toàn bộ khu vực bị lún do tải trọng của đất san nền và do hạ mực nước ngầmgây ra Sau khi đưa vào sử dụng, nhiều nhà đã bị lún và hư hỏng nên đã được đầu tưchống lún bằng móng cọc Tại một số nhà công tác chống lún đã phát huy hiệu quả,tuy vậy tại một vài nhà khác độ lún vẫn tiếp tục phát triển sau khi đã chống lún bằngcọc Nguyên nhân gây ra độ lún sau khi đã gia cường móng bằng cọc có thể do ma sát

âm chưa được xét đến đầy đủ khi tính toán tải trọng tác dụng lên cọc

Một nhà máy tại khu công nghiệp Đình Vũ, Hải Phòng: Công trình được xâydựng ở khu vực mới san lấp trên nền đất yếu với bề dày lớn Cọc móng với chiều dàikhác nhau được sử dụng cho các hạng mục của công trình Đối với kết cấu chính củanhà, cọc được đóng tựa vào đá trong khi các cọc thuộc hệ thống dây chuyền công nghệngắn hơn nên chỉ tựa vào lớp sét cứng nằm dưới lớp bùn sét Trước khi thi công đại tràngười ta đã tiến hành đóng cọc thử và nén tĩnh, kết quả thí nghiệm cho thấy tất cả cáccọc thí nghiệm có sức chịu tải đạt yêu cầu với hệ số an toàn FS = 2 Sau khi thi côngmóng và bắt đầu lắp đặt thiết bị đã phát hiện móng thuộc hệ thống dây chuyền công

nghệ bị lún trên 10cm và độ lún vẫn tiếp tục phát triển Nguyên nhân gây lún móngcọc được xác định là do ma sát âm chưa được xét đến khi tính toán tải trọng lên cọc

Sự cố cục bộ xảy ra ở một cây cọc móng công trình ở Bà Rịa - Vũng Tàu: Theothiết kế, các cọc của công trình có tiết diện 40x40 cm dài 32 m được đóng qua lớp cátsan nền dày 3-4 m và lớp đất yếu dày 11-12 m và tựa vào lớp cát hạt trung ở phía dưới.Trong thiết kế đã cọc đã xét đến tải trọng phụ thêm do ma sát âm và cọc đã được quét

bi tum nhựa để giảm ma sát, vì vậy các kết cấu đặt trên móng cọc đều ổn định Sự cốchỉ xảy ra cục bộ ở một cây cọc bố trí dưới cột một kết cấu nhẹ Do tải trọng của kếtcấu bên trên nhỏ nên dưới mỗi cột chỉ bố trí 01 cây cọc ở cốt nền công trình có hệgiằng với độ cứng khá cao để đỡ tường bao che và truyền tải trọng tường xuống cácmóng Cây cọc gặp sự cố có thể đã bị hư hại khi thi đóng nên đã bị giảm yếu Cây cọc

có xu hướng bị kéo lún do ma sát âm trong khi phần cổ cột được liên kết với kết cấubên trên có độ cứng đủ lớn nên phần cổ cột đã chịu lực kéo trên 40T, đủ lớn để kéo đứt

4 thanh thép φ16của cổ cột.

Một số hình ảnh sự cố công trình do ma sát âm gây ra:

Hình 9: Ma sát âm làm lún móng hư hỏng công trình

Hình 10: Sự lún do ma sát âm làm cho nền lún nhiều hơn

Hình 11: Sự xuất hiện ma sát âm gây nên sụp đổ công trình

Hình 12: Độ lún lệch vượt độ lún cho phép làm biến dạng cả công trình

CHƯƠNG II TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC KHI CÓ XÉT MA SÁT ÂM

Việc tính toán sức chịu tải của cọc có xét đến ảnh hưởng ma sát âm ta tiến hành theo các bước sau.

Bước 1: Thiết lập mặt cắt địa chất và các chỉ tiêu địa chất nhằm phục vụ cho

việc tính toán

Bước 2: Xác định độ gia tăng áp lực bên trên ∆p

Độ gia tăng áp lực ∆p bằng với hệ số nén Kf, xác định từ biểu đồ phân bố áp

lực, bằng cách nhân chiều cao lớp đất đắp và trọng lượng riêng khối đất đắp δ f .

Biểu đồ phân bố áp lực cho được hệ số nén Kf, ở các độ sâu khác nhau bêndưới khối đất đắp (x, bf) và ở các khoảng cách khác nhau từ tâm của lớp đất đắp Độsâu bên dưới đáy đất đắp được cho khi nhân với bf , ở đây bf là khoảng cách từ tâm lớpđất đắp.

Bước 3: Thực hiện tính toán lún cho các lớp đất dọc theo chiều sâu của cọc qua

Bước 4: Xác định chiều dài ảnh hưởng mà cọc chị ma sát âm:

Ma sát âm xảy ra do độ lún của đất và cọc Giá trị độ lún của đất và cọc đủ đểtạo ra ma sát âm là khoảng 10mm Vì vậy, ma sát âm chỉ xảy ra ở thân cọc tại mỗi lớpđất hoặc một phần của lớp đất khi độ lún lớn hơn 10mm

Bước 5: Xác định độ lớn của ma sát âm: Qs−

Phương pháp sử dụng tính toán lực ma sát âm tới hạn theo chiều dài cọc xácđịnh ở bước 4 giống như phương pháp tính toán sực chịu tải ma sát dương cọc tới hạn,mặc dù chúng ngược chiều nhau

Bước 6: Tính toán sức chịu tải tới hạn của cọc bằng sức kháng bên và sức

kháng mũi cọc Qu+

Lực ma sát dương và sức kháng mũi sẽ xuất hiện bên dưới độ sâu mà sự chuyển

vị tương đối giữa đất và cọc nhỏ hơn 10mm Lực ma sát dương có thể được tính toántrên phần chiều dài cọc còn lại bên dưới đoạn cọc chịu ma sát âm sau khi xác địnhvùng ảnh hưởng ma sát âm

Bước 7: Tính sức chịu tải của cọc Qu netnhư sau:

− + −

i i n

i

e

e e s

Hay :

i n

i

i n

i i

i n

i

i vi n

i i

h p E s

S

h p m s

1 1

0 0

log 1

1

p

p p

H e

C S

s c

p

p p

H e

C p

p H

e

C S

p p

p

+

+ +

=

⇒

∆ +

<

0 0 0

0 0 0

1

log 1

Trường hợp 3: Đối với đất cố kết nặng:

0

0 0

0

p p

H e

C S

p p

c

∆

+ +

=

⇒

∆ +

>

S = ∆ + +

Trong đó:

L

∆ : Biến dạng đàn hồi của cọc

Sm: Độ lún tại mũi cọc do tải công trình truyền xuống mũi cọc

Sb: Độ lún tại mũi cọc do tải truyền dọc theo thân cọc

• Biến dạng đàn hồi thân cọc:

c p

tbE A

L Q

L =

∆

Trong đó:

Ap: Diện tích tiết diện ngang của cọc

L: Chiều dài tính toán của cọc

Ec: Môđul đàn hồi của cọc

Qtb: Lực nén trung bình tác dụng lên thân cọc

• Độ lún tại mũi cọc do tải công trình truyền xuống mũi cọc.

0

2) 1

(

E

B q

E0: Môdul đàn hồi đất dưới mũi cọc

µ: Hệ số Poisson (sét µ =0.43, sét pha µ =0.3÷0.43, cát pha µ =0.25÷0.3, cát25

0

=

ω : Hệ số phụ thuộc vào hình dáng cọc : cọc vuông ω =0.88, cọc tròn ω =0.79

• Độ lún tại mũi cọc do tải truyền dọc theo thân cọc.

0

2)1(

E

B f

S sthuc b b

B

L

35 0

2.2.3 Xác định chiều sâu vùng ảnh hưởng ma sát âm:

Vùng ma sát âm xuất hiện khi cọc qua lớp đất yếu chưa cố kết và có độ lún lớnhơn tốc độ lún của cọc Ma sát –âm tác dụng lên cọc và tạo lực cùng với cọc chuyển vịlún nhanh hơn

Một công thức xác định vùng ảnh hưởng ma sát âm như sau:

( ) H

z = 1 − S S d

Trong đó:

Sd: độ lún của cọc đơn

S: Độ lún ổn định đất nền

H: Chiều dày lớp đất yếu

2.2.4 Xác định sức chịu tải cực hạn trong thiết kế có ma sát âm

Khi tính toán thiết kế công trình mà cọc xuyên qua tầng đất yếu chưa cố kếthoặc có tầng đất đắp lên trên nền công trình thì cần phải xét đến tính chịu tải cực hạn

mà cọc chịu khi ma sát âm xuất hiện

Khi đó ta có :

p

p s

s a

FS

Q FS

p p p

L f u Q

q A Q

.

Trong đó : FSs = 2, FSp = 3

Ap : tiết diện ngang của cọc

qp : sức chịu tải mũi cọc tính theo Vesic hoặc terzaghi phụ thuộc lớp đất dưới mũi cọc

=

+ +

=

γ

γγ α σ

γ σ

N d N

cN q

Terzaghi Theo

N d N

cN q

Vesic Theo

q v c p

q v c p

.

3 1 :

.

:

' '

' '

u : chu vi cọc tính toán

fsi : sức kháng bên của cọc qua từng lớp đất

i i v

i

f = ( 1 − sin ϕ ) σ' tan ϕ +

li : chiều dài lớp đất

Vậy khi xác định giá trị thiết kế của cọc khi có vùng ảnh hưởng ma sát âm là

giá trị nhỏ nhất trong tất cả giá trị sức chịu tải cọc mà ta tính toán (theo vật liệu, theo

chỉ tiêu cơ lý, theo cường độ đất nền, theo ASTM, theo tiêu chuẩn Nhật, thí nghiệm xuyên tĩnh ).

2.3.1 Khái quát ma sát âm

Nếu cọc xuyên qua lớp đất mà chịu ảnh hưởng cố kết thì ma sát âm sẽ được tínhđến khi tính toán sức chịu tải cho phép dọc trục của cọc

Chú giải : Khi cọc xuyên qua lớp sét mềm tới lớp địa tầng chịu lực, lực ma sát

từ lớp mềm sẽ tác động hướng lên phía trên và chịu một phần tải trọng tác động lênđầu cọc Khi lớp sét cố kết thì bản thân cọc được đỡ bởi sức chịu tải của tầng chịu lực

và hầu như không lún, hướng lực ma sát theo hướng ngược lại

Lực ma sát trên toàn bộ chu vi xung quanh cọc bây giờ dừng chống lại tải trọngtác dụng lên đầu cọc Lực ma sát hướng xuống phía dưới và tác dụng lên tải trọng ởchân cọc lực ma sát hướng xuống phía dưới trên toàn bộ chu vi xung quanh cọc đượcgọi là ma sát tiếp xúc âm hay ma sát âm

- Rnf,max: Lực ma sát tiếp xúc ma sát âm lớn nhất (cọc đơn) KN

- ϕ: chu vi xung quanh cọc (chu vi của diện tích kín trong trường hợp cọc thép

có tiết diện chữ H) (m)

- L2: Chiều dài của cọc trong lớp đất cố kết (kN/m2)

- fs : Cường độ lực ma sát tiếp xúc trong lớp đất cố kết.

b Trường hợp 2

Trong trường hợp trên , fs: trong nền đất sét đôi khi được lấy bằng qu/2 Nếu lớpcát kẹp giữa lớp sét cố kết , hoặc nếu lớp cát nằm trên lớp sét cố kết , thì chiều dày lớpcát sẽ nằm trong L2 Ma sát thành bên trong lớp cát đôi khi được xét đến để tính toán

cho fs Giá trị lớn nhất của ma sát âm trong trường hợp này được thể hiện trongPhuong trình:

ϕ

) 2

N

Trong đó:

- Ls2: Chiều dày lớp cát nằm trong L2

- Lc: Chiều dày lớp sét nằm trong L2

- L2 = Lc + L s2

- Ns2 : Giá trị trung bình của lớp cát có chiều dày Ls2

- qu: Cường độ trung bình nén nở hông của lớp sét có chiều dày Lc

c Trường hợp 3:

Trong trường hợp nhóm cọc, ma sát tiếp xúc âm có thể được tính toán bằngcách coi sự làm việc của nhóm cọc như móng đơn sâu Lực ma sát tiếp xúc âm chomột cọc được tính toán bằng cách chia cho số cọc

L A UH

d Trường hợp 4:

Khi tính toán sức chịu tải cọc dọc trục cho phép của cọc, có một vài trường hợpthay đổi trong việc đánh giá ảnh hưởng của lực ma sát âm được xác định bằng cáchkiểm tra bất kỳ một lực truyền lên mũi cọc vượt quá cả hai giá trị tải trọng chịu uốncủa nền tại mũi cọc và cường độ nén khi uốn của tiết diện ngang của cọc Điều đó cónghĩa là sức chịu tải cho phép dọc trục trong điều kiện bình thường Ra sẽ thỏa mãnphương trình:

max ,

2 1 1

nf e f a

nf p a

R A R

R R R

σ

Trong đó:

- Ra: sức chịu tải dọc trục cho phép (trong điều kiện bình thường)

- Rp: Sức chịu tải cuối cùng của cọc (giá trị tới hạn)

- Rnf,max: lực ma sát âm thường tiếp xúc max nhất (giá trị thường nhỏ hơn cọc đơnhoặc nhóm cọc)

- σf :cường độ nén khi uốn của cọc

- Ae: tiết diện ngang có hiệu của cọc

Giá trị sức chịu tải tới hạn của cọc Rp có thể lấy tới 300NAp trong phương trình(1) Nếu cọc xuyên vào địa tầng chịu lực, lực ma sát tiếp xúc trong địa tầng chịu lực cóthể bao gồm cả trong sức chịu tải tới hạn

ϕ

1 1

- N: Giá trị N của nền tại mũi cọc.

- Ap: diện tích mũi cọc

- Ls1 = L1: chiều dài cọc nằm trong tầng chịu lực (nền cát)

- Ns1: Giá trị N trung bình trong miền Ls1

- ϕ : Chu vi cọc

Nhận xét: Trong tiêu chuẩn Nhật nói về ma sát âm không thấy nói về chiều sâu

vùng ảnh hưởng ma sát âm, xét vùng chịu ảnh hưởng ma sát âm là vùng đất cố kết

CHƯƠNG III CÁC BIỆN PHÁP LÀM GIẢM ẢNH HƯỞNG MA SÁT ÂM

Xuất phát từ các phân tích trên về sự hình thành và tác dụng của ma sát âm, để giảm ma sát âm có thể sử dụng hai nhóm phương pháp sau:

Nhóm thứ nhất: Làm giảm tối đa độ lún còn lại của đất nền trước khi thi công

cọc, điều này có thể thực hiện bằng các biện pháp xử lý nền đất yếu như gia tải trướckết hợp với các biện pháp tăng nhanh quá trình cố kết thoát nước thẳng đứng như

giếng cát, bấc thấm… Trong những điều kiện cho phép có thể thay lớp đất yếu bằng

loại vật liệu đệm khác có cường độ lớn hơn

Nhóm thứ hai: Làm giảm sự bám dính giữa cọc và đất nền trong đoạn cọc chịu

sự ma sát âm bằng cách tạo lớp phủ bitumen quanh cọc; khoan tạo lỗ có kích thướclớn hơn cọc trong vùng chịu ma sát âm, sau đó thi công cọc mà vẫn giữ khoảng trốngxung quanh cọc bằng cách lấp đầu dung dịch bentonite… Trong trường hợp nầy cầnchú ý đến sức kháng tải theo vật liệu của cọc vì tại điểm trung hòa lực nén có thể rấtlớn và kết hợp mômen do lực ngang gây ra sẽ gây bất lợi về mặt vật liệu

Khi tiến hành các biện pháp xử lý cần phải xem xét đến các chỉ tiêu kinh tế vàtiến độ thi công Nếu điều kiện thời gian cho phép nên ưu tiên sử dụng các phươngpháp xử lý nhóm thứ nhất vì tiết kiệm kinh phí Ngoài ra ảnh hưởng ma sát âm giảmdần theo thời gian, nên nều áp dụng theo phương pháp xử lý nhóm hai thì sau một thờigian hết tác dụng ma sát âm (đất cố kết), thì vùng ma sát âm chuyển thành vùng ma sátdương khi đó sức chịu tải của cọc sẽ tăng đáng kế và sẽ tạo ra lãng phí trong thiết kếban đầu Tuy nhiên trong trường hợp thêm số lượng cọc hay kéo dài chiều dài cọc cóthể tăng hiệu quả hơn

Đối với công trình có thời gian thi công không gấp, công trình có hệ móng cọctrong vùng đất yếu chưa cố kết Để giảm ma sát âm, ta có thể bố trí các phương phápthoát nước theo phương đứng (giếng cát hoặc bấc thấm) nên nước cố kết ở các lớp sâutrong đất yếu dưới tác dụng của tải trọng đắp sẽ có điều kiện thoát nước nhanh (thoátnước theo phương ngang ra giếng cát hoặc bấc thấm rồi thoát lên trên mặt đất tựnhiên) Tuy nhiên để phát huy được hiệu quả thoát nước này thì chiều cao nền đắp tốithiểu nên là 4m, do đó nếu nền đắp không đủ lớn thì ta kết hợp với gia tải trước đểphát huy hiệu quả của các đường thấm thẳng đứng

Khi sử dụng các biện pháp cố kết thoát nước thẳng đứng nhất thiết phải bố trítầng cát đệm Giếng cát chỉ nên dùng loại có dường kính từ 35 – 45 cm, bố trí kiểu hoamai với khoảng cách giữa các giếng bằng 8 – 10 lần đường kính giếng Nếu dùng bấcthấm thì cũng bố trí so le kiểu hoa mai với cự ly (1.3-2.2)m Khi sử dụng các biệnpháp thoát nước cố kết thẳng đứng nên kết hợp với các biện pháp gia tải trước, trongmọi trường hợp thời gian gia tải không nhỏ hơn 6 tháng.

Ưu điểm của biện pháp này là có thể áp dụng cho cọc đóng và cọc khoan nhồi.Tuy nhiên cần thời gian thi công lâu và mặt bằng công trình đủ lớn phục vụ cho côngtác xử lý và gia tải nền

Hình 13: Sử dụng cọc cát kết hợp với gia tải trước

MA SÁT ÂM

Tạo lớp phủ mặt ngoài để ngăn ngừa tiếp xúc trực tiếp giữa cọc và đât xungquanh làm giảm ma sát thành bên giữa cọc và ma sát vùng xung quanh cọc Bitumenthường được sử dụng để phủ xung quanh cọc bởi vì đặt tính dẻo nhớt của nó, ứng xửnhư vật liệu rắn đàn hồi dưới tác dụng tải tức thời (đóng cọc) và như chất lỏng nhớt

với sức chống cắt nhỏ khi tốc độ di chuyển thấp Những thành công sử dụng bitumen

để làm giảm lực kéo xuống phụ thuộc vào nhiều các yếu tố như loại và đặc tínhbitumen, mức độ thâm nhập của hạt đất vào bitumen, sự phá hỏng bitumen khi đóngcọc và nhiệt độ môi trường

Theo kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của lớp phủ bitumen làm giảm ma sát âmtrong cọc của Brons (1969), kết quả nghiên cứu cho thấy ma sát âm giảm khoảng 90%

do việc dùng lớp phủ mặt ngoài

Theo kết quả nghiên cứu của Bejrrum (1969), đối với cọc dùng lớp phủbitumen và dùng bùn bentonite để bảo vệ khi hạ cọc thì lực kéo xuống giảm 92%.Trong trường hợp cọc dùng betonite để giữ ổn định thì lực kéo xuống giảm 15% Vìvậy có thể kết luận: lớp bitumen có tác dụng làm giảm lực kéo xuống khoảng 75%.Tuy nhiên nếu dùng bitumen mà không dùng bùn bitonite thì tác dụng của bitumen chỉcòn khoảng 30%, do lớp phủ bitumen bị phá vỡ trong quá trình hạ đóng cọc vào trongđất Do đó chiều dày bitumen nên 4-5mm để ngăn ngừa trường hợp bị xước khi hạcọc

Ưu điểm của biện pháp này là thi công đơn giản, kinh phí thấp, tuy nhiên chỉ ápdụng cho cọc đóng, không áp dụng cho cọc khoan nhồi

Ngoài ra, người ta có thể khoan tạo lỗ có kích thước lớn hơn kích thước cọctrong vùng chịu ma sát âm, sau đó thi công cọc vẫn giữ nguyên khoạng trống xungquanh và được lấp đầy bằng bentonite

dụng vào đất nền)

Đối với các công trình có phụ tải là hàng hóa, vật liệu, container…tải trọng phụ

có giá trị lớn thì dùng sàn bê tông có xử lý cọc để đặt phụ tải

Trong công trình giao thông, sàn giảm tải (bố trí cho nền đường đắp cao sau mốcầu), ngày càng được sử dụng rộng rải, đất đắp nền được đắp lên sàn giảm tải chứkhông tác dụng trực tiếp lên nền đất yếu bên dưới Các dự án lớn ở khu vực đồngbằng sông Cửu Long đã sử dụng giải pháp sàn giảm tải như: các cầu Hưng Lợi, MỹThanh, Rạch Mộp… thuộc dự án xây dựng tuyến đường Nam Sông Hậu

Trong trường hợp này, lưc ma sát âm giảm đáng kể do phụ tải được truyềnxuống tầng đất tốt có khả năng chịu lực Như vậy tải trọng phụ sẽ ít ảnh hưởng đến lớpđất có tính nén lún cao từ đó làm giảm độ lún của đất nền, dẫn đến lực kéo xuống củađất xung quanh cọc.

Biện pháp này dễ thi công, làm giảm đáng kể lực kéo xuống của cọc, an toàn về

kỹ thuật nhưng xét về mặt kinh tế thì chưa đạt hiệu quả cao Biện pháp này thích hợpvới các công trình tôn nền cao trên nền đất yếu lớn như hiện nay

TRONG GIA CỐ NỀN ĐẤT YẾU

3.4.1 CỌC VẬT LIỆU RỜI

3.4.1.1 Khái niệm chung

Cọc vật liệu rời xuất phát từ cột đá Ballast là loại cọc cấu tạo bằng đá rời đặttrong đất tham gia cùng nền chống đỡ tải trọng công trình, đã gọi là cọc, nên bản thâncọc vật liệu rời phải đồng nhất, tiết diện liên tục theo chiều sâu, sức chịu tải của vậtliệu phải lớn hơn đất nền nhiều lần Vật liệu làm cọc không thể hòa lẫn vào đất Do đó,không phải bất kỳ loại đất yếu nào cũng sử dụng cọc vật liệu rời

Cọc vật liệu rời dùng để gia cường lớp đất yếu không đủ khả năng gánh đởcông trình hoặc công trình lún vượt quá giới hạn cho phép Kích thước cọc vật liệu rời

cơ sở các phương pháp đánh giá kể trên Xét các yếu tố như tầm quan trọng của côngtrình, tải trọng, điều kiện nền đất, thời gian xây dựng có thể thấy rõ tầm quan trọngcủa việc chọn lựa phương pháp thích hợp đối với từng loại đất cụ thể như nêu ở Bảng

2 Đối với đất yếu và đất kết dính trong điều kiện đang lún, có thể áp dụng các biện

pháp cải thiện nền đất như Cọc vật liệu rời nện, thêm phụ gia (phương pháp trộn sâuhoặc thoát nước bằng bấc thấm Đối với các loại nền cát rời có thể áp dụng các biệnpháp đầm hiện trường như đầm rung, đầm cộng hưởng và đầm rung nổi(vibrofloatation) Đối với các nền đất đắp nổi cao trên mặt đất, có thể áp dụng các biệnpháp gia cường đất, ổn định cơ học (MSE) hoặc sử dụng các vật liệu địa kỹ thuật nhẹ.

Trong số các biện pháp cải thiện nền đất ngoài trời, có lẽ cọc cát hoặc đá là vạnnăng nhất Chúng trước hết giúp gia cường nền và tiêu thoát nước, sau đó còn giúp cảithiện sức bền và đặc điểm biến dạng của đất yếu sau khi thi công và tái cố kết Cọc vậtliệu rời, thay thế cho một phần đất yếu lấy đi, làm tăng dung trọng của đất, tiêu thoátnhanh lượng áp lực nước lỗ rỗng dư, làm việc như những kết cấu khoẻ, cứng chắc vàchịu được ứng suất cắt lớn hơn Cọc vật liệu rời có thể áp dụng cho nhiều kiểu loại đấtkhác nhau, từ các loại cát rời đến đất sét yếu và các loại đất hữu cơ Cọc vật liệu rời rấtkinh tế kể cả khi phải chịu tải ở mũi cọc Chúng được thi công bằng các biện pháp nhưthay – rung (vibro-replacement), cọc cát đầm (compser (sand compaction piles), cọc

đá đóng (rammed stone colums) và thậm chí đầm nặng (heavy tamping).Cọc đá đóngđồng thời cũng có thêm tác dụng của đầm nặng vì thực chất chúng được chất tải trước

Bảng 1 Phân loại nền đất yếu (Theo Kamon và Bergado, 1991)

Công

trình

Điều kiện nền đất

value (SPT)

N-qu (kPa)

qc (kPa)

<2525-5050-100

<125125-250250-500Đường

cao tốc

A: Đất thanbùn

B: Đất sétC: Đất cát

Đường

sắt

(Chiều dàylớp)

Đường

sắt cao

tốc

AB

<32-5

ra Nền đất chủ yếu gồm cát hoặc bột đều hạt, bão hoà, tức là dễ bị hoá lỏng nhất, cũng

là loại nền đất có thể cải thiện được bằng cọc đá bằng các biện pháp đầm rung hoặcthay – rung Trong trận động đất Loma Prieta gần đây (Mitchell và Wentz, 1991)người ta đã không thấy các nền đất được cải thiện bằng cọc đá bị hư hại Các loại Cọcvật liệu rời triệt giảm nguy cơ hoá lỏng bằng cách (i) tránh gia tăng áp lực nước lỗrỗng; (ii) tạo đường thoát nước và (iii) tăng sức bền và độ cứng của nền đất

Bảng 2 Tính khả dụng của một số biện pháp cải thiện nền đất (theo Kamon

và Bergado, 1991)

thiện

Phụ gia

Thời gian cải thiện

Tươngtác giữađất vàcọc(Không

có thayđổi vềtrạngthái của

Tương đốingắn hạn

Xi măng hoá(Thay đổi vềtrạng tháicủa đất)

Dài hạn

Đất chặt hơn,tăng tỷ trọng

do giảm hệ

số lỗ rỗng(Thay đổi vềtrạng tháiđất)

Dài hạn

Đất chặt hơn,tăng tỷ trọng

do giảm hệ số

lỗ rỗng (Thayđổi về trạngthái đất)

3.4.1.2 Các biện pháp thi công cọc vật liệu rời

Trên thế giới có khá nhiều phương pháp thi công cọc vật liệu rời, một số sẽđuợc giới thiệu ở phần dưới đây:

Đầm rung

Phương pháp đầm rung làm tăng tỷ trọng của các loại đất rời dạng hạt bằngcách dùng một thiết bị gọi là “vibroflot” chìm dần vào trong đất dưới sức nặng bảnthân, đầm và rung cùng với nước ( Baumann and Bauer, 1974; Engelhardt and Kirsch,1977) Sau khi đạt tới một độ sâu nhất định vibroflot được rút ra, cát được đổ thêm vào

và được đầm Quá trình cứ thế tiếp tục để cuối cùng có được Cọc vật liệu rời

Phương pháp Vibro-Compozer

Phương pháp này rất phổ biến ở Nhật Bản cho các loại đất sét yếu với gươngnước ngầm cao (Aboshi et al 1979; Aboshi and Suematsu, 1985; Barksdale, 1981).Trình tự thi công tạo thành cọc thường gọi là cọc đầm cát Trước hết người ta ấn mộtống chống xuống đến độ sâu dự kiến bằng cách dùng một búa nặng vừa rung vừa đóng

ở đầu ống chống Sau đó đổ cát vào ống chống và rút dần ống chống ra bằng cáchdùng một búa rung ở đáy ống Cứ tiếp tục như thế cho đến khi tạo được một cọc vâtliệu rời được đầm chặt

Phương pháp Cased Borehole (đầm trong lỗ khoan có ống chống)

Cọc được thi công bằng cách dùng một quả tạ nặng đầm vật liệu rời trong một

lỗ đã khoan trước (thường nặng 15-20kN) từ độ cao khoảng 1.0-1.5m Phương phápnày khá rẻ và có thể thay cho biện pháp đầm rung Tuy nhiên phương pháp này gây raxáo động nền đất và do đó khả năng ứng dụng có thể hạn chế đối với các loại đất nhạycảm

Phương pháp thay - rung (Vibro - Replacement Method)

Dùng để cải thiện các loại đất dính bằng cách sử dụng thiết bị giống như đầmrung Có thể thi công khô hoặc ướt Trong thi công ướt, đầu tiên tạo một hố bằng cách

dùng vibroflot và nước để đạt tới độ sâu cần thiết Sau đó rút vibroflot ra, tạo nên một

lỗ không chống lớn hơn so với bản thân đầm Sau đó làm sạch hố và đổ cuội sỏi vào.Thi công khô chỉ khác ở chỗ không dùng nước phun trong quá trình tạo lỗ khoan

Khả năng chịu tải tối đa (Ultimate Bearing Capacity) của cọc vật liệu rời đơnchiếc

Cọc vật liệu rời thường được thi công xuyên qua lớp đất yếu tới tận lớp đất chịulực Nhưng chúng cũng có thể dùng như cọc ma sát, với mũi cọc kết thúc trong lớp đấtyếu nhưng ở độ sâu nơi đất có thể đạt sức bền tương đối Cọc vật liệu rời có thể bị pháhuỷ theo kiểu cọc đơn hoặc nhóm Có các cơ chế phá huỷ cọc đơn

Kết luận

Cọc cát/ cọc đá là một trong những biện pháp gia cường nền đất vạn năng nhất

Có thể thi công chúng nhằm gia cường nhiều loại nền đất khác nhau, bằng nhiều kỹthuật khác nhau như đầm rung (vibro-compaction), thay – rung (vibro-Replacement),đầm trong lỗ khoan (rammed granular piles), vibro-compozer, vibro-wings, sand orgravel compaction piling Nếu đất được cải thiện theo phương thức gia cường, làmchặt và tiêu thoát nước Chúng đều tỏ ra có hiệu quả trong điều kiện bình thường và cóđộng đất

Khả năng chịu tải của nền được cải thiện từ 50 đến 100% trong khi lún giảm đi3-4lần Đáng lưu ý là lún hầu như chỉ xảy ra trong giai đoạn chất tải, và còn lại rất nhỏ

ở giai đoạn sau thi công

Trước kia cọc vật liệu rời được dùng để chịu các tại trọng nén Tuy nhiên chỉcần cải tiến đôi chút bằng cách lót đáy một tấm bản thép/bê tông/lưới địa kỹ thuật vàneo lại bằng một sợi dây thép hoặc cáp là các lực kéo có thể được chuyền tới đáy cọc

và khi đó vật liệu rời trở thành một cái neo cọc vật liệu rời, làm việc có khi còn hayhơn cọc đặc vì nó thường chỉ bị phình ra ở mũi cọc trong khi khả năng chịu tải lại caohơn đáng kể Neo cọc vật liệu rời GPA trở thành có thể nén được, biến dạng triệt giảm

ở phần sâu và chỉ có một phần biến dạng rất nhỏ xảy ra ở gần đầu cọc

Nền đất được gia cường bằng cọc vật liệu rời, nếu chịu tải đồng nhất thông quamột lớp vật liệu rời nửa cứng chỉ xảy ra lún rất ít và rất đều so với nền đất chưa được