OCDI TIẾNG VIỆT Phan 5 Chuong 5.2

Trong thiết kế cảng và các công trình bến, loại nền móng thích hợp sẽ được chọn lựa căn cứ vào tầm quan trọng của công trình và điều kiện đất nềnNếu đất nền có lớp đất sét yếu, thì độ ổn định và độ lún của nền móng sẽ phải xem xét kỹ lưỡng. nếu đất nền gồm các lớp cát rời, thì ảnh hưởng của yếu tố hóa lỏng do động đất sẽ được đề cập đếnNếu sức chịu tải của đất nền không đủ so với tải trọng của kết cấu thì cần thiết phải tính đến giải pháp móng cọc và cải tạo đất nền cho công trình

4.3.2 Tính sức chịu tải ngang cho phép của cọc (Điều 43, Khoản 5 Thông báo)

Sức chịu tải ngang cho phép của cọc đơc xác định bằng một giá trị thích hợp trên cơ

sở các thí nghiệm chịu tải hoặc các phơng pháp phân tích, hoặc là các phơng pháp tính toán bằng cách kết hợp các kết quả này lại với nhau.

4.3.3 Đánh giá sự làm việc của cọc qua thí nghiệm thử tải

Khi tiến hành các thí nghiệm thử tải để tính toán sự làm việc của cọc đơn chịu lực ngang, tất cả những đánh giá phù hợp sẽ đợc đa ra về sự khác nhau đối với cọc và các điều kiện tải trọng và sự khác nhau giữa kết cấu thực tế và thí nghiệm thử tải.

đồ thị chuyển vị của đầu cọc và tải trọng không đợc sử dụng để tính tải trọng đàn hồi hoặc tải trọng tới hạn, mà chỉ để khẳng định sự chuyển vị của đầu cọc Nói cách khác, một khi sự chuyển vị cho phép của đầu cọc đã đợc xác định, tải trọng tơng ứng với sự chuyển vị này trên đờng cong chuyển vị của

đầu cọc và tải trọng sẽ xác định sức chịu tải ngang cho phép

Hơn nữa, ứng suất uốn tơng ứng với sức chịu tải này cũng cần phải đợc tính toán Đó là, khi tải trọng bằng giá trị sức chịu tải cho phép đợc áp dụng, thì ứng suất uốn lớn nhất xuất hiện trong cọc không đ-

ợc vợt quá ứng suất uốn cho phép của vật liệu cọc (xem 4.4.4 ứng suất cho phép của vật liệu cọc)

Để tính sức chịu tải ngang cho phép của cọc ngắn, cần xét đến sự lật đổ cọc cùng với sự chuyển vị của đầu cọc và ứng suất uốn nh đã đợc đề cập Khi tải trọng lật đổ không thể xác định chắc chắn đợc, tải trọng thí nghiệm lớn nhất có thể đợc sử dụng thay cho tải trọng lật đổ

4.3.4 Đánh giá sự làm việc của cọc sử dụng các phơng pháp phân tích

Khi đánh giá sự làm việc của cọc đơn chịu lực ngang bằng các phơng pháp phân tích, thì phân tích cọc nh là dầm tựa trên nền đàn hồi sẽ đợc coi nh là tiêu chuẩn.

[Chú giải]

Những phơng pháp đánh giá theo phép phân tích sự làm việc của cọc đơn chịu lực ngang nh là dầm tựa trên nền đàn hồi có bao gồm phơng pháp tơng đối đơn giản của Chang cũng nh là phơng pháp của Viện nghiên cứu cảng và bến cảng (PHRI Port & Habor Research Institute) – 6) Phơng pháp sau

đợc nhắc đến nh là một phơng pháp phân tích, vì nó có thể biểu diễn chính xác sự làm việc thực tế của cọc đơn Tuy nhiên, phơng pháp của Chang có thể đợc sử dụng khi chắc rằng không có sự khác biệt

đáng kể nào giữa hai phơng pháp

dx

y d

Trong đó

EI : Độ cứng chống uốn của cọc (kN.m2)

x : Chiều sâu từ lớp đất mặt (m)

y : Sự chuyển vị của cọc ở độ sâu x(kN/m)

P : Phản lực của đất nền trên một đơn vị chiều dài ở độ sâu x (kN/m)

V.28

p : Phản lực đất nền trên đơn vị diện tích ở độ sâu x (kN/m)

B : Chiều rộng của cọc (m)

Shinohara, Kubo và Hayashi đã đề xuất phơng pháp PHRI là một phơng pháp phân tích đánh giá sự làm việc đàn hồi phi tuyến tính của đất 6) Phơng pháp này có giá trị quan trọng là nó có thể mô tả sự làm việc thực tế của cọc một cách trung thực hơn các phơng pháp khác Phơng pháp PHRI sử dụng phơng trình (4.3.2) để mô tả mối quan hệ phản lực của đất nền và sự chuyển vị của cọc.

5 0

y kx

a) Đặc điểm của phơng pháp PHRI

Trong phơng pháp PHRI, nền đợc chia làm loại S và loại C Mối quan hệ giữa phản lực của

đất nền và sự chuyển vị của cọc đối với mỗi loại đất đợc xác định bằng phơng trình (4.3.3) và

(4.3.4) tơng ứng.

s k

c k

k : hằng số sức kháng ngang của đất loại C (kN/m2.5

Sự nhận biết nền loại S hoặc loại C và sự tính toán k s và k c đều dựa trên kết quả của các

thí nghiệm thử tải và khảo sát địa chất

Trong phơng pháp PHRI, các mối quan hệ phi tuyến tính giữa pvày đă đợc giới thiệu qua

các phơng trình (4.3.3) và (4.3.4) đã nêu để phản ánh trạng thái thực tế của phản lực nền

Do vậy, những giải pháp cho từng điều kiện riêng sẽ không thể có đợc mà không có sự giúp

đỡ của các phép tính và nguyên lý chồng chất sẽ không thể áp dụng đợc Kết quả của nhiều thí nghiệm quy mô đầy đủ đã xác nhận là phơng pháp này phản ánh sự làm việc của cọc chính xác hơn các phơng pháp thông thờng Ngời ta nhận xét thấy là ở đây đối với cọc làm việc nh là cọc dài thì các cọc đó phải dài ít nhất là 1.5 lm1 (lm1: độ sâu từ điểm có mô men uốn bằng 0 đầu tiên theo phơng pháp PHRI)

b) Hằng số sức kháng ngang của nền

Hai loại đất trong phơng pháp PHRI đợc định nghĩa nh sau

Đất loại S

(i) Mối quan hệ giữa p-y đợc biểu diễn là p = ksxy0 5(xem phơng trình (4.3.3)

(ii) Giá trị N của thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn tăng tỷ lệ với chiều sâu

(iii) Ví dụ thực tế: nền cát có mật độ đồng nhất và nền sét cố kết bình thờng

Đất loại C

(i) Mối quan hệ giữa p-y đợc biểu diễn là p = kcxy0 5(xem phơng trình (4.3.4))

1

2

(ii) Giá trị N của thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn là không đổi đối với chiều sâu.

(iii) Ví dụ thực tế: nền cát có bề mặt rắn chắc và nền sét cố kết trớc đặc

Đối với đất loại S, quan hệ giữa đại lợng N của giá trị N trên một mét chiều sâu và hằng số sức kháng ngang ks thu đợc nh trong Hình T 4.3.2– Thậm chí nếu sự phân bố của các giá trị = 0 với chiều sâu không có giá trị 0 ở lớp đất mặt, thì đại lợng N có thể đợc xác định từ độ dốc của các giá trị N xuyên qua điểm 0 của lớp đất mặt Đối với đất loại C, quan hệ giữa bản thân giá trị N và kc thu đợc nh trong Hình T 4.3.3– 7) Bằng cách này, giá trị gần đúng của

s

k hoặc kc có thể đợc đánh giá từ sự phân bố của các giá trị N với chiều sâu

c) Tính các hằng số sức kháng ngang bằng thí nghiệm chịu tải

Tính các hằng số sức kháng ngang bằng cách sử dụng giá trị N chỉ có thể đa ra các giá trị gần đúng Các thí nghiệm chịu tải nên đợc tiến hành để thu đợc những giá trị chính xác hơn Các hằng số ks và kc đợc xác định từ các điều kiện của đất, và không bị tác động bởi các

điều kiện khác không giống nh Es của Chang Do vậy, nếu ks hoặc kc có thể thu đợc từ một thí nghiệm thử tải, thì giá trị của nó cũng có thể đợc áp dụng cho các điều kiện khác.d) ảnhhởng của chiều rộng cọc

Có hai cách để xem xét ảnh hởng của chiều rộng cọc Cách thứ nhất là xem xét xem chiều rộng cọc là B không ảnh hởng đến mối quan hệ giữa phản lực của nền p trên một đơn vị

diện tích và sự chuyển vị y Cách thứ hai, nh đã đợc Terzaghi đề xuất, là xác định xem giá trị

của p tơng ứng cho một giá trị y cho trớc có tỷ lệ nghịch với B Shinohara, Kubo và

Sawaghuchi đă xây dựng các thí nghiệm mô hình trên các mối quan hệ giữa giá trị ks trong

đất cát (phơng pháp PHRI) và B Kết quả đợc chỉ ra trên Hình T 4.3.4– Dờng nh là xác nhận

có sự kết hợp của hai lý thuyết đề cập ở trên theo cách là lý thuyết thứ nhất đúng nếu độ rộng cọc B đủ lớn Trên cơ sở những kết quả này, ngời ta đã quyết định là không đánh giá ảnh h-ởng của chiều rộng cọc trong phơng pháp PHRI

e) ảnh hởng của độ nghiêng cọc

Đối với cọc nghiêng, mối quan hệ giữa góc nghiêng của cọc và tỷ số của hằng số sức kháng ngang của cọc nghiêng so với cọc đứng đã thu đợc nh trên Hình T 4.3.5.–

V.30

-H×nh T 4.3.3 Mèi quan hÖ gi÷a gi¸ trÞ – N vµ kc

H×nh T 4.3.2 Mèi quan hÖ gi÷a – N vµ ks

V.32

-Hình T 4.3.5 Mối quan hệ giữa độ nghiêng cọc và tỷ số k–

Chiều rộng cọc (m)

Seri thứ 1 Seri thứ 2 Seri thứ 3

Mô men uốn lớn nhất

Chú thích

Đờng cong p-y

Chuyển

vị đầu cọc

V.34

Bằng cách giải bài toán tổng quát này (với Bkh là hằng số) và đa điều kiện biên vào, sẽ

có lời giải cho cọc có độ dài nửa vô hạn (xem Bảng T 4.3.1– ) Theo Yokoyama, cọc có

độ dài hữu hạn cũng có thể tính đợc theo cách tơng tự nh cọc có độ dài bán vô hạn miễn

là β ≥ L π Nếu ngắn hơn, cọc phải đợc coi là có độ dài hữu hạn Biểu đồ có sẵn nhằm đơn giản hoá quá trình này

(b) Tính kh theo phơng pháp của Chang

Đề xuất của Terzaghi 8)

Terzaghi đã đề xuất các giá trị sau đây cho hệ số của phản lực ngang của đất nền trong đất cát và đất dính:

(i) Trong trờng hợp đất sét:

1

2 0

x n Bk

4.3.5

nhận là giá trị của kh tỷ lệ nghịch với chiều rộng cọc B, nh đợc biểu diễn trong các phơng trình (4.3.6) và (4.3.8) Những ý kiến khác thì đề xuất là chiều rộng cọc không

có liên quan gì (xem [Chỉ dẫn kỹ thuật] (2) (d))

Bảng T 4.3.2 Hệ số phản lực ngang của nền–

Cờng độ nén nở hông qu(kN/m2) 100 ~ 200 200 ~ 400 400 hoặc lớn hơnPhạm vi của k 1 (kN/m3) 16,000 ~ 32,000 32,000 ~ 64,000 64,000 hoặc lớn hơn

Đề xuất của Yokoyama

Yokoyama 9) đã thu thập những kết quả của các thí nghiệm chịu tải ngang lên cọc thép đợc tiến hành tại Nhật Bản và ông đã tính ngợc kh bằng cách sử dụng các kết quả trên Hình T 4.3.6– chỉ ra mối quan hệ giữa những giá trị này và các giá trị N

trung bình tại các độ sâu xuống tới β−1 tính từ lớp mặt đất

V.36

-2

Trong trờng hợp này, Es = Bkh thu đợc là đúng với cả đất cát và đất sét, trong khi bản thân

h

k đợc coi là không chịu ảnh hởng của B Mặc dù các giá trị tính ngợc của kh bằng cách sử dụng các số liệu quan sát thực tế giảm cân xứng với sự tăng của tải trọng, Hình T 4.3.6– chỉ

ra các giá trị của kh tơng ứng với tải trọng mà tại đó ứng suất uốn của thép vật liệu đạt 100 –

150 MN/m2 Biểu đồ này có thể đợc sử dụng khi lấy xấp xỉ giá trị của Es từ từng điều kiện của

đất mà không tiến hành thí nghiệm thử tải tại hiện trờng

4.3.5 Đánh giá tác động của nhóm cọc

Khi các cọc đợc sử dụng nh là nhóm cọc thì tác động của nhóm cọc gây ảnh hởng

đến sự làm việc của từng cọc sẽ đợc xem xét.

[Chỉ dẫn kỹ thuật]

Khi khoảng cách giữa các cọc đóng vợt quá giá trị đợc liệt kê trong Bảng T 4.3.4, tác động của nhóm–cọc lên sức chịu tải ngang của từng cọc đơn có thể bỏ qua Trong bảng này, ngang có nghĩa là h“ ” ớng vuông góc với hớng của ngoại lực, còn dọc có nghĩa là h“ ” ớng của ngoại lực

Bảng T 4.3.4 Khoảng cách tối thiểu của cọc đối với Sức chịu tải ngang của các cọc đơn–

dọc 2.5 lần đờng kính của cọc

dọc 4.0 lần đờng kính của cọc

4.3.6 Sức chịu tải ngang của cọc chụm đôi

Sức chịu tải ngang của móng kết cấu dùng cọc chụm đôi đợc xác định phù hợp có xét đến đặc điểm kết cấu của nền móng.

Hình T 4.3.6 Các giá trị tính ng– ợc của kh từ Thí nghiệm thử tải ngang lên cọc

N – Giá trị

[Chú giải]

(1) Phân bố của lực ngang trong Nền móng với tổ hợp bao gồm cọc đứng và cọc chụm đôi

Khi lực ngang tác động lên nền móng với tổ hợp của cọc đứng và cọc chụm đôi, thì lực sinh ra do cọc đứng nhỏ hơn nhiều so với lực sinh ra bởi cọc đôi dới điều kiện sự chuyển vị ngang bằng nhau Thờng nhận thấy là tất cả các lực ngang đều do cọc đôi chịu

(2) Sức chịu tải ngang của cọc chụm đôi

Có hai nhóm phơng pháp tính sức chịu tải ngang của cọc đôi Nhóm thứ nhất chỉ tính sức kháng từ sức chịu tải dọc trục của từng cọc Nhóm thứ hai tính sức kháng từ sức chịu tải dọc trục của từng cọc và sức chịu tải ngang của từng cọc có tính đến sức kháng uốn của cọc

[Chỉ dẫn kỹ thuật]

(1) Tính sức chịu tải ngang của cọc chụm đôi chỉ xét đến sức chịu tải dọc trục của cọc

Khi lực kháng đợc chỉ chịu sức chịu tải dọc trục, nh Hình T 4.3.7– , tải trọng đứng và tải trọng bên bên ngoài tác động lên đầu hai cọc chụm đôi đợc chia thành lực dọc trục của mỗi cọc Điều này

có nghĩa là lực tác dụng theo hớng dọc trục của mỗi cọc sẽ là nhỏ hơn sức chịu tải dọc trục cho phép (hoặc sức kháng chịu kéo cho phép) Lực dọc trục đợc tính bằng phơng trình (4.3.10) hoặc

-(2) Tính sức kháng ngang của cọc chụm đôi có xét đến sức chịu tải ngang của từng cọc

Có các cách khác nhau để tính sức chịu tải ngang của cọc đôi khi xét đến sức chịu tải ngang của từng cọc Ví dụ

Thiết lập các điều kiện mà tại đó sự chuyển vị của mỗi cọc luôn luôn giống nhau ở tại điểm nối của cọc đôi, với giả thiết là đặc tính co dãn theo hớng dọc trục và hớng ngang tại đầu cọc

Sử dụng kết quả của thí nghiệm thử tải trên cọc đơn 12)

Giả sử là trạng thái đàn hồi của mỗi cọc sẽ xuất hiện lần lợt và sức kháng của từng trạng thái uốn sẽ là không đổi cho đến khi sức kháng của cọc chụm đôi đạt giá trị sức chịu tải tới hạn.Phơng pháp để tính sự phân bố của lực ngang cho từng cọc dựa trên giả thiết là sức kháng dọc trục và sức kháng bên của cọc có các thuộc tính đàn hồi 9) Đối với cọc chụm đôi đợc biểu diễn trên

Hình T 4.3.8– , độ lún của từng cọc tại đầu cọc tỷ lệ với lực dọc trục tác động lên cọc đó và cũng nh vậy, sự chuyển vị ngang tỷ lệ với lực ngang tác động lên cọc Trên giả định này, lực dọc trục và lực ngang tác động lên từng cọc của cọc chụm đôi có thể đợc tính bằng phơng trình (4.3.11), rút ra từ các

điều kiện cân bằng lực và sự tơng hợp của sự chuyển vị

4

1

2

25

13

Hình T-4.3.7 Lực dọc của cọc chụm đôi Hình T-4.3.8 Cọc chụm đôi - áp lực đất theo biến

dạng cọc do moment uốn

(Cọc ngoài) (Cọc trong)

Sự chuyển vị theo chiều đứng và ngang của đầu cọc đợc tính bằng phơng trình (4.3.12)

2

δ : Sự chuyển vị theo chiều đứng của mỗi đầu cọc (m)

′1

2

η : Sự chuyển vị theo chiều ngang của mỗi đầu cọc (m)Chỉ số dới gắn cho các ký hiệu, nh trên Hình T 4.3.8– , là 1 cho cọc chịu đẩy và 2 cho cọc chịu“ ” “ ”kéo khi chỉ có tải trọng ngang tác động.

Những giá trị liệt kê trong Bảng T 4.3.5– có thể đợc sử dụng cho các hằng số đàn hồi của đầu cọc Các ký hiệu sử dụng trong Bảng T 4.3.5– đợc xác định dới đây

3

3

) (

2 1 ) 1 ( ) (

βλ

βλ βλ

V.40

3

) (

2 ) 1 ( ) (

βλ

βλ βλ

 : Chiều sâu chôn cọc (m)

λ : Chiều dài trên mặt đất của cọc (m)

E : Môđun Youngvật của liệu cọc (kN/m2)

k : Hệ số phản lực ngang của nền (kN/m3)

Hệ số phản lực ngang của nền kh có thể đợc tính bằng cách nhân giá trị của kh thu đợc trong [Chỉ dẫn kỹ thuật] (3) (b) ở phần 4.3.4 Đánh giá sự làm việc của cọc sử dụng các ph ơng pháp phân tích cho đại lợng thu đợc từ Hình T 4.3.5, theo độ nghiêng của cọc.–

Bảng T 4.3.5 Hằng số đàn hồi của đầu cọc–

3

+

= λ

(1) Tải trọng đứng sẽ do cọc đơn chịu Sẽ không có bất cứ sức chịu tải nào của đất

đối với đáy của kết cấu trên nền cọc.

(2) Tải trọng ngang về nguyên tắc do cọc đơn chịu Tuy nhiên, khi có thể có đủ sức kháng do áp lực đất tác dụng lên phần chôn của kết cấu đơn thì sức kháng này

có thể coi là chịu tải trọng ngang.

[Chỉ dẫn kỹ thuật]

(1) Tải trọng đứng

Khoảng trống nào đó có thể xuất hiện giữa phần đáy của kết cấu chỉ đợc tựa lên cọc và phần đất bên dới nó khi trải qua thời gian, thậm chí nếu phần đáy đợc xây tiếp xúc với đất Do vậy, để an toàn sức ngời ta sẽ bỏ qua chịu tải của nền bên dới kết cấu

(2) Tải trọng ngang

Về nguyên tắc, tải trọng ngang chỉ do cọc chịu Nếu có sức kháng do áp lực bị động của đất chống lại phần chôn xuống của kết cấu, sức kháng này có thể đợc cộng thêm vào Tuy nhiên, th-ờng là rất khó tính sức kháng do áp lực bị động của đất trong trờng hợp này Không có một cách

đơn giản nào xác định xem liệu áp lực bị động của đất có đạt tới giá trị tới hạn đáp lại sự chuyển vị của đầu cọc tơng ứng với sức chịu tải ngang cho phép của cọc Trong một số trờng hợp, nếu kết cấu bị chuyển vị trong phạm vi của áp lực đất bị động thu đợc bằng phơng trình của Coulomb, thì

sự chuyển vị này của kết cấu có thể gây ra sự phá hoại do uốn của cọc Những yếu tố này phải đ

-ợc xem xét đầy đủ khi tính toán sức kháng do áp lực đất bị động ở phần chôn dới đất

4.4.2 Sự phân bố tải trọng

Trong cùng một nền móng, cọc sẽ đợc sắp xếp sao cho lực dọc và ngang tác động lên từng cọc đơn càng bằng nhau càng tốt.

4.4.3 Khoảng cách giữa các trọng tâm của cọc

Khi xác định khoảng cách giữa các trọng tâm của cọc đóng, ngời ta phải xem xét

đến khả năng làm việc, độ biến dạng của đất xung quanh cọc, cũng nh sự làm việc của nhóm cọc

4.4.4 ứng suất cho phép của vật liệu cọc

ứng suất cho phép của vật liệu cọc sẽ đợc xác định cho phù hợp với các đặc tính của chúng.

[Chỉ dẫn kỹ thuật]

(1) Vật liệu cọc

Cọc đợc sử dụng trong xây dựng cảng và công trình bến đợc làm từ gỗ, bê tông, hoặc thép Đối với cọc gỗ và cọc thép, xem phần có liên quan theo trình tự Phần III, 6.2 ứng suất cho phép của

gỗ xây dựng và Phần III, 2.3 ứng suất cho phép ứng suất cho phép của bê tông đợc xác định

trong Phần III, 3.3 Thiết kế theo Phơng pháp ứng suất cho phép.

Trong xây dựng công trình chịu lực bằng các cọc bê tông, loại cọc này đòi hỏi các vấn đề về đóng cọc hoặc xây dựng dới mặt đất Trong chừng mực nào đó những điều kiện này thờng khác với các

điều kiện xây dựng kết cấu bê tông khác Do đó, ứng suất cho phép của cọc bê tông nên thấp hơn ứng suất cho phép của bê tông dùng cho các kết cấu khác

(2) ứng suất cho phép của cọc bê tông

Bảng T 4.4.1– Liệt kê các ví dụ về ứng suất cho phép của cọc bê tông

V.42